JP2020181165A - ANC circuit and ANC system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ANC回路及びANCシステムに関する。 The present invention relates to an ANC circuit and an ANC system.
ヘッドフォンなどのノイズ除去技術として、フィードフォワード型ANC(Active noise control)と、フィードバック型ANCがある。 As noise removing technology for headphones and the like, there are a feedforward type ANC (Active noise control) and a feedback type ANC.
フィードバック型ANCは、ヘッドフォンの内側に騒音用マイクがあり、騒音用マイクで収音した騒音信号の位相を反転した信号をスピーカで出力し、帰還制御を行うことで、ヘッドフォン外部から侵入したノイズをキャンセルさせるものである。帰還制御を行っているため高いノイズキャンセル効果を持っているが、フィードバックループによる発振を考慮する必要がある。 The feedback type ANC has a noise microphone inside the headphones, and outputs a signal with the phase of the noise signal picked up by the noise microphone inverted by the speaker, and performs feedback control to remove noise that has entered from the outside of the headphones. It is to be canceled. Since feedback control is performed, it has a high noise canceling effect, but it is necessary to consider oscillation due to the feedback loop.
フィードフォワード型ANCは、ヘッドフォンの外側に騒音用マイクがあり、騒音用マイクで収音した騒音信号に対してヘッドフォン外部から侵入したノイズ信号と同ゲインかつ位相を反転させた信号となるように処理し、この信号をスピーカで出力し、耳に近いところでノイズをキャンセルさせるものである。フィードフォワード型は、ループがないため発振する可能性はなく安定度が高いが、ユーザー毎に耳の形状が異なるため高いノイズキャンセル効果を持っていない。 The feed-forward type ANC has a noise microphone on the outside of the headphones, and processes the noise signal picked up by the noise microphone so that it has the same gain and phase as the noise signal that has entered from the outside of the headphones. However, this signal is output by a speaker to cancel the noise near the ear. The feedforward type has high stability because there is no possibility of oscillation because there is no loop, but it does not have a high noise canceling effect because the shape of the ear differs for each user.
特許第5956083号報及び特許第5007561号報は、フィードバック及びフィードフォワード能動騒音打消信号経路に対して、低減利得の異なるフィルタを適用する技術である。 Japanese Patent No. 5956083 and Japanese Patent No. 5007561 are techniques for applying filters having different reduction gains to feedback and feedforward active noise canceling signal paths.
従来技術のように、利得の異なるフィルタをANC動作時に切り替えた場合、騒音打消信号が不連続となり異音が発生し、ユーザーに不快感を与えてしまう。 When filters having different gains are switched during ANC operation as in the prior art, the noise canceling signal becomes discontinuous and abnormal noise is generated, which causes discomfort to the user.
また、ANC動作中のフィルタの切り替えによる異音を発生させないために、フィルタ切り替え前に、騒音打消信号を一度オフし、フィルタを切り替えてから、オンすることが一般的である。しかし、騒音打消信号が一度オフしてしまい、ユーザーに不満を与えてしまう。 Further, in order not to generate an abnormal noise due to the switching of the filter during the ANC operation, it is common to turn off the noise canceling signal once before switching the filter, switch the filter, and then turn it on. However, the noise cancellation signal is turned off once, which causes dissatisfaction to the user.
つまり、従来技術は、ANC動作中のフィルタの切り替えによって発生する異音を、騒音打消信号をオフすることなく低減することができないという問題がある。 That is, the prior art has a problem that the abnormal noise generated by switching the filter during ANC operation cannot be reduced without turning off the noise canceling signal.
本発明は、ANC動作中のフィルタの切り替えによって発生する異音を、騒音打消信号をオフすることなく低減する。 The present invention reduces abnormal noise generated by switching filters during ANC operation without turning off the noise canceling signal.
本発明の一実施形態に係るANC回路は、
入力された騒音信号にフィルタ処理を施して騒音打消信号を出力するデジタルフィルタ演算部と、
前記デジタルフィルタ演算部のフィルタ係数を切り替えるセレクタと、
前記フィルタ係数の切替指示信号と前記騒音信号又は前記騒音打消信号とに基づいて、前記セレクタの動作を制御する制御部と、
を備えるANC回路であって、
前記制御部は、前記切替指示信号から前記フィルタ係数の切替指示を検出した後、前記騒音信号又は前記騒音打消信号の所定の変化又は所定の状態を検出したときに、前記フィルタ係数を切り替えるように前記セレクタの動作を制御する。
The ANC circuit according to an embodiment of the present invention is
A digital filter calculation unit that filters the input noise signal and outputs a noise cancellation signal,
A selector that switches the filter coefficient of the digital filter calculation unit,
A control unit that controls the operation of the selector based on the switching instruction signal of the filter coefficient and the noise signal or the noise canceling signal.
It is an ANC circuit equipped with
After detecting the switching instruction of the filter coefficient from the switching instruction signal, the control unit switches the filter coefficient when a predetermined change or a predetermined state of the noise signal or the noise canceling signal is detected. Controls the operation of the selector.
本発明の一実施形態に係るANCシステムは、
入力された騒音信号にフィルタ処理を施して騒音打消信号を出力するデジタルフィルタ演算部と、前記デジタルフィルタ演算部のフィルタ係数を切り替えるセレクタと、前記フィルタ係数の切替指示信号と前記騒音信号又は前記騒音打消信号とに基づいて、前記セレクタの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記切替指示信号から前記フィルタ係数の切替指示を検出した後、前記騒音信号又は前記騒音打消信号の所定の変化又は所定の状態を検出したときに、前記フィルタ係数を切り替えるように前記セレクタの動作を制御する、ANC回路と、
騒音を収音するマイクロフォンの出力信号をAD変換して前記騒音信号として出力するADCと、
前記ANC回路から出力される前記騒音打消信号をDA変換して出力するDACと、を備える。
The ANC system according to an embodiment of the present invention is
A digital filter calculation unit that filters the input noise signal and outputs a noise cancellation signal, a selector that switches the filter coefficient of the digital filter calculation unit, a switching instruction signal of the filter coefficient, and the noise signal or the noise. A control unit that controls the operation of the selector based on the cancellation signal is provided, and the control unit detects the switching instruction of the filter coefficient from the switching instruction signal, and then the noise signal or the noise canceling signal. An ANC circuit that controls the operation of the selector so as to switch the filter coefficient when a predetermined change or a predetermined state is detected.
An ADC that AD-converts the output signal of a microphone that collects noise and outputs it as the noise signal.
A DAC that DA-converts and outputs the noise canceling signal output from the ANC circuit is provided.
本発明の実施形態によれば、ANC動作中のフィルタの切り替えによって発生する異音を、騒音打消信号をオフすることなく低減可能となる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the abnormal noise generated by switching the filter during the ANC operation without turning off the noise canceling signal.
<実施形態1>
(構成)
図1は、本発明の実施形態1のハイブリッド型ANCシステムAの概略構成を示すブロック図である。ハイブリッド型ANCは、上記フィードバック型ANCとフィードフォワード型ANCを組み合わせたものである。フィードフォワード型ANCでキャンセルした残りのノイズをフィードバック型ANCでさらにキャンセルさせることで更に高いキャンセル効果を持つ。
<Embodiment 1>
(Constitution)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the hybrid ANC system A according to the first embodiment of the present invention. The hybrid type ANC is a combination of the feedback type ANC and the feedforward type ANC. It has a higher canceling effect by further canceling the remaining noise canceled by the feedforward type ANC with the feedback type ANC.
詳細には、ハイブリッド型ANCシステムAは、第1マイクロフォン10と、第1ADC(Analog-Digital Converter)11と、第1ANC回路12と、第2マイクロフォン13と、第2ADC14と、第2ANC回路15と、加算器16と、DAC(Digital-Analog Converter)17と、スピーカ18と、操作部19と、を備える。
Specifically, the hybrid ANC system A includes a
第1マイクロフォン10、第1ADC11、及び第1ANC回路12が、フィードバック型ANCを実施する。第1マイクロフォン10は、騒音を収音してアナログ騒音信号を出力する。第1ADC11は、アナログ騒音信号をAD変換し、デジタル騒音信号として第1ANC回路12に入力する。また、第2マイクロフォン13、第2ADC14、及び第2ANC回路15が、フィードフォワード型ANCを実施する。第2マイクロフォン13は、騒音を収音してアナログ騒音信号を出力する。第2ADC14は、アナログ騒音信号をAD変換し、デジタル騒音信号として第2ANC回路15に入力する。
The
加算器16には、ANC回路12及び15がそれぞれ出力する騒音打消信号が入力される。DAC17は、加算器16によって出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して、スピーカ18に出力する。操作部19は、後述するようにユーザー又はマイコンからの命令に基づいて、ANC回路12及び15それぞれのフィルタ係数を切り替えるための切替指示信号をANC回路12及び15それぞれに出力する。
Noise canceling signals output by the
図2は、実施形態1におけるANC回路12又は15のブロック図である。ADC11又は14から入力された騒音信号にフィルタ処理を施して騒音打消信号を出力するデジタルフィルタ演算部20と、デジタルフィルタ演算部20のフィルタ係数を切り替えるセレクタ21と、制御部22と、を備える。制御部22は、操作部19からの切替指示信号とADC11又は14からの騒音信号とに基づいてセレクタ21の動作を制御する。より詳細には、制御部22は、騒音信号をモニターしてセレクタ21への制御信号を出力する。
FIG. 2 is a block diagram of the ANC
図3は、実施形態1における制御部22のブロック図である。制御部22は、入力された騒音信号の符号ビットと、遅延器23で1サンプル遅延させた騒音信号の符号ビットとの比較を行う符号比較器24と、符号比較器24から出力される係数更新信号により操作部19からの切替指示信号によるフィルタ係数の指定を保持し、セレクタ21に対する制御信号として出力する係数番号保存器25を備える。
FIG. 3 is a block diagram of the
(動作)
図4は、実施形態1における係数切り替えのタイミングチャートである。係数切り替えの動作は以下のとおりである。
1. ユーザー又はマイコンから操作部19に係数C1から係数C2への切替命令が発行される。
2. 操作部19は、出力する切替指示信号のレベルを、係数C1に対応するLowから係数C2に対応するHighに切り替える。すなわち、出力する切替指示信号のレベルを切り替えることは、フィルタ係数の切替指示として機能する。
3. 符号比較器24が正負符号の比較を開始する。
4. 騒音信号の符号Bitと、遅延器23で遅らせた1サンプル前の騒音信号の符号ビットが符号比較器24に入力される。図4のタイミングチャートで示すように、フィルタ係数の切替指示を検出した後(すなわち、操作部19からの切替指示信号のレベルが切り替わった後)、騒音信号の正負符号の反転を検出したときに(すなわち、騒音信号の符号Bitと遅延器23の出力の符号Bitの値が異なったときに)、符号比較器24は、係数更新信号を出力する。
5. 係数番号保存器25は、係数更新信号を受け取ると、出力する制御信号のレベルを、係数C1に対応するLowから、操作部19からの切替指示信号で指定された係数C2に対応するHighに切り替える。
6. セレクタ21に係数C1から係数C2に切り替える制御信号が入力されると、セレクタ21は、デジタルフィルタ演算部20のフィルタ係数を係数C1から係数C2に切り替える。
7. デジタルフィルタ演算部20は、フィルタ係数を係数C2に設定してフィルタ演算を行う。
(motion)
FIG. 4 is a timing chart of coefficient switching in the first embodiment. The operation of coefficient switching is as follows.
1. The user or the microcomputer issues a switching command from the coefficient C1 to the coefficient C2 to the
2. The
3. The
4. The sign bit of the noise signal and the sign bit of the noise signal one sample before delayed by the
5. When the
6. When a control signal for switching from the coefficient C1 to the coefficient C2 is input to the
7. The digital
(実施形態1の効果)
本実施形態1の構成は、騒音信号のレベルがゼロ又は極めて小さい点で係数の切り替えが行えるため、騒音打消信号が連続的になる。したがって、騒音打消信号をオフせずとも、異音を抑えてフィルタ係数の切り替えが可能となる。
(Effect of Embodiment 1)
In the configuration of the first embodiment, since the coefficient can be switched at a point where the noise signal level is zero or extremely small, the noise canceling signal becomes continuous. Therefore, it is possible to suppress abnormal noise and switch the filter coefficient without turning off the noise canceling signal.
<実施形態2>
(構成)
本発明の実施形態2のハイブリッド型ANCシステムAの構成は、実施形態1と同様である。実施形態2のANC回路12及び15は、制御部22の構成が実施形態1と異なっており、残りのブロックの構成は、実施形態1と同様である。
<Embodiment 2>
(Constitution)
The configuration of the hybrid ANC system A of the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment. In the
図5は、実施形態2における制御部22のブロック図である。騒音信号の絶対値を出力する絶対値算出部26と、騒音信号の絶対値と予め定められた閾値との比較を行うレベル比較器27と、レベル比較器27から出力される係数更新信号により操作部19からの切替指示信号によるフィルタ係数の指定を保持し、セレクタ21に対する制御信号として出力する係数番号保存器25を備える。
FIG. 5 is a block diagram of the
(動作)
図6は、実施形態2における係数切り替えのタイミングチャートである。係数切り替えの動作は以下のとおりである。
1. ユーザー又はマイコンから操作部19に係数C1から係数C2への切替命令が発行される。
2. 操作部19は、出力する切替指示信号のレベルを、係数C1に対応するLowから係数C2に対応するHighに切り替える。すなわち、出力する切替指示信号のレベルを切り替えることは、フィルタ係数の切替指示として機能する。
3. レベル比較器27が、閾値と、騒音信号の絶対値との比較を開始する。
4. 図6のタイミングチャートで示すように、フィルタ係数の切替指示を検出した後(すなわち、操作部19からの切替指示信号のレベルが切り替わった後)、騒音信号の絶対値が閾値以下の状態を検出したときに、レベル比較器27は、係数更新信号を出力する。
5. 係数番号保存器25は、係数更新信号を受け取ると、出力する制御信号のレベルを、係数C1に対応するLowから、操作部19からの切替指示信号で指定された係数C2に対応するHighに切り替える。
6. セレクタ21に係数C1から係数C2に切り替える制御信号が入力されると、セレクタ21は、デジタルフィルタ演算部20のフィルタ係数を係数C1から係数C2に切り替える。
7. デジタルフィルタ演算部20は、フィルタ係数を係数C2に設定してフィルタ演算を行う。
(motion)
FIG. 6 is a timing chart of coefficient switching in the second embodiment. The operation of coefficient switching is as follows.
1. The user or the microcomputer issues a switching command from the coefficient C1 to the coefficient C2 to the
2. The
3. The
4. As shown in the timing chart of FIG. 6, after the switching instruction of the filter coefficient is detected (that is, after the level of the switching instruction signal from the
5. When the
6. When a control signal for switching from the coefficient C1 to the coefficient C2 is input to the
7. The digital
(実施形態2の効果)
本実施形態2の構成は、騒音信号のレベルがゼロ又は極めて小さい点で係数の切り替えが行えるため、騒音打消信号が連続的になる。したがって、騒音打消信号をオフせずとも、異音を抑えてフィルタ係数の切り替えが可能となる。
(Effect of Embodiment 2)
In the configuration of the second embodiment, since the coefficient can be switched at the point where the noise signal level is zero or extremely small, the noise canceling signal becomes continuous. Therefore, it is possible to suppress abnormal noise and switch the filter coefficient without turning off the noise canceling signal.
加えて、実施形態2の構成は、隣り合うサンプル間の符号が異なり、かつレベル差が大きい場合にも、誤って切り替えることを防止することが可能となる。 In addition, the configuration of the second embodiment makes it possible to prevent erroneous switching even when the symbols between adjacent samples are different and the level difference is large.
<実施形態3>
(構成)
本発明の実施形態3のハイブリッド型ANCシステムAの構成は、実施形態1と同様である。実施形態3のANC回路12及び15は、騒音信号に代えて騒音打消信号が制御部22に入力される点で実施形態1又は2と異なっており、その他の点で実施形態1又は2と同様である。図7は、実施形態3におけるANC回路12又は15のブロック図である。ADC11又は14からの騒音信号をデジタルフィルタ演算部20でフィルタ処理した騒音打消信号を、制御部22に入力し、フィルタ係数切り替え演算を行う。制御部22は、実施形態1、2で説明した構成のどちらを用いてもよい。
<Embodiment 3>
(Constitution)
The configuration of the hybrid ANC system A of the third embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment. The
(実施形態3の効果)
本実施形態3の構成は、騒音信号のレベルがゼロ又は極めて小さい点で係数の切り替えが行えるため、騒音打消信号が連続的になる。したがって、騒音打消信号をオフせずとも、異音を抑えてフィルタ係数の切り替えが可能となる。
(Effect of Embodiment 3)
In the configuration of the third embodiment, since the coefficient can be switched at the point where the noise signal level is zero or extremely small, the noise canceling signal becomes continuous. Therefore, it is possible to suppress abnormal noise and switch the filter coefficient without turning off the noise canceling signal.
なお、実施形態3は、例えば実施形態1及び2と比較して、以下のメリットがある。すなわち、実施形態1及び2では、デジタルフィルタ演算部20に入力される騒音信号の振幅が小さいとしても、フィルタの周波数特性によっては、位相遅れが発生する。
In addition, the third embodiment has the following merits as compared with, for example, the first and second embodiments. That is, in the first and second embodiments, even if the amplitude of the noise signal input to the digital
このため、デジタルフィルタに入力される信号よりも振幅が大きくなる場合がある。 Therefore, the amplitude may be larger than the signal input to the digital filter.
実施形態3の構成は、デジタルフィルタ演算部20の出力信号である騒音打消信号をモニターすることにより、スピーカ18に入力される騒音打消信号の符号または大きさからフィルタ係数の切り替えを行うことができる。
In the configuration of the third embodiment, the filter coefficient can be switched from the sign or magnitude of the noise canceling signal input to the
よって、実施形態3の構成は、実施形態1,2と比較して、フィルタ係数切替時の異音を更に抑えることが可能となる。 Therefore, the configuration of the third embodiment can further suppress the abnormal noise at the time of switching the filter coefficient as compared with the first and second embodiments.
本発明を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described with reference to the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these modifications and modifications are within the scope of the present invention. For example, the functions and the like included in each means can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and a plurality of means can be combined or divided into one.
A ハイブリッド型ANCシステム
10 第1マイクロフォン
11 第1ADC
12 第1ANC回路
13 第2マイクロフォン
14 第2ADC
15 第2ANC回路
16 加算器
17 DAC
18 スピーカ
19 操作部
20 デジタルフィルタ演算部
21 セレクタ
22 制御部
23 遅延器
24 符号比較器
25 係数番号保存器
26 絶対値算出部
27 レベル比較器
A
12
15
18
Claims (4)
前記デジタルフィルタ演算部のフィルタ係数を切り替えるセレクタと、
前記フィルタ係数の切替指示信号と前記騒音信号又は前記騒音打消信号とに基づいて、前記セレクタの動作を制御する制御部と、
を備えるANC回路であって、
前記制御部は、前記切替指示信号から前記フィルタ係数の切替指示を検出した後、前記騒音信号又は前記騒音打消信号の所定の変化又は所定の状態を検出したときに、前記フィルタ係数を切り替えるように前記セレクタの動作を制御する、ANC回路。 A digital filter calculation unit that filters the input noise signal and outputs a noise cancellation signal,
A selector that switches the filter coefficient of the digital filter calculation unit,
A control unit that controls the operation of the selector based on the switching instruction signal of the filter coefficient and the noise signal or the noise canceling signal.
It is an ANC circuit equipped with
After detecting the switching instruction of the filter coefficient from the switching instruction signal, the control unit switches the filter coefficient when a predetermined change or a predetermined state of the noise signal or the noise canceling signal is detected. An ANC circuit that controls the operation of the selector.
前記所定の変化は、前記騒音信号又は前記騒音打消信号の正負符号が反転することである、ANC回路。 The ANC circuit according to claim 1.
The predetermined change is an ANC circuit in which the positive and negative signs of the noise signal or the noise canceling signal are inverted.
前記所定の状態は、前記騒音信号又は前記騒音打消信号の絶対値が予め定められた閾値以下の状態である、ANC回路。 The ANC circuit according to claim 1 or 2.
The predetermined state is an ANC circuit in which the absolute value of the noise signal or the noise canceling signal is equal to or less than a predetermined threshold value.
騒音を収音するマイクロフォンの出力信号をAD変換して前記騒音信号として出力するADCと、
前記ANC回路から出力される前記騒音打消信号をDA変換して出力するDACと、
を備える、ANCシステム。 The ANC circuit according to any one of claims 1 to 3 and
An ADC that AD-converts the output signal of a microphone that collects noise and outputs it as the noise signal.
A DAC that DA-converts and outputs the noise canceling signal output from the ANC circuit, and
ANC system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019086225A JP2020181165A (en) | 2019-04-26 | 2019-04-26 | ANC circuit and ANC system |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2019086225A JP2020181165A (en) | 2019-04-26 | 2019-04-26 | ANC circuit and ANC system |
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