JP2023090971A

JP2023090971A - フィードフォワードアクティブノイズコントロール

Info

Publication number: JP2023090971A
Application number: JP2023078535A
Authority: JP
Inventors: ツォルナーユルゲン; Zollner Juergen; クリストフマルクス; Markus Christoph
Original assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2023-05-11
Publication date: 2023-06-29
Also published as: WO2019166075A1; US11250832B2; US20210104218A1; CN111771239A; KR102640259B1; EP3759708A1; KR20200124666A; CN111771239B; JP7491846B2; JP2021517986A

Abstract

【課題】好適なフィードフォワードアクティブノイズコントロールを提供すること。【解決手段】本開示は、アクティブノイズコントロールシステム及び方法に関する。音低減は、対象空間に存在する不要音に対応する参照信号を受信することと、参照信号に基づいて、対象空間に存在する不要音を表す相殺信号を生成することとを含む。音低減は、さらに、相殺信号に基づいて、対象空間に存在する不要音と減殺的に干渉する音を生成することと、参照信号及び相殺信号の少なくとも１つを遅延させて、参照信号を対象空間に転送する信号経路間のランタイムの差を低減または補償することとを含む。【選択図】図４

Description

本開示は、アクティブノイズコントロールシステム及び方法（一般にシステムと称される）に関し、より詳細には、フィードフォワードアクティブノイズコントロールシステム及び方法に関する。

アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）は、不要な音波と減殺的に干渉する音波を生成するのに使用される。減殺的に干渉する音波は、ラウドスピーカなどのトランスデューサによって、不要な音波と結合するように生成され得る。フィードバック構造、フィードフォワード構造、及びそれらの組み合わせといった様々なタイプのＡＮＣ構造が存在する。フィードフォワードＡＮＣシステムは、ノイズなどの相殺されるべき不要な音を、ノイズ源の近くに配置されたマイクロフォンなどの参照センサを用いて拾得し、それに基づいて、ノイズが相殺されるべき対象空間においてラウドスピーカによって再生されるアンチノイズ信号を生成する。フィードバックＡＮＣシステムは、対象空間に配置されたマイクロフォンなどのエラーセンサしか使用せず、かくして、一次ノイズの予測可能なノイズ成分のみを相殺する。例えば標準最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムに基づきかつ適切なハードウェアによってサポートされているＡＮＣ構造などのフィードフォワードＡＮＣ構造は、通常、かなりの計算能力を必要とする。したがって、フィードフォワードＡＮＣ構造の計算能力を削減する必要がある。

自動ノイズコントロールシステムは、対象空間に存在する不要音に対応する参照信号を受信するように構成された参照入力経路と、参照入力経路と動作可能に結合されかつ参照信号から、対象空間に存在する不要音を相殺するための相殺信号を生成するように構成されたアクティブノイズコントローラとを含む。システムはさらに、アクティブノイズコントローラと動作可能に結合されかつ相殺信号に基づいて、対象空間に存在する不要音と減殺的に干渉する音を生成するように構成されたトランスデューサと、アクティブノイズコントローラと動作可能に結合されかつ参照信号と相殺信号の少なくとも１つを遅延させて、不要音を転送する１つ以上の信号経路と参照信号を対象空間に転送する１つ以上の信号経路のランタイムの差を低減させるように構成された少なくとも１つの遅延要素とを含む。

音低減方法は、対象空間に存在する不要音に対応する参照信号を受信することと、参照信号に基づいて、対象空間に存在する不要音を相殺するための相殺信号を生成することとを含む。この方法はさらに、相殺信号に基づいて、対象空間に存在する不要音と減殺的に干渉する音を生成することと、参照信号と相殺信号の少なくとも１つを遅延させて、不要音を転送する１つ以上の信号経路と参照信号を対象空間に転送する１つ以上の信号経路のランタイムの差を低減させることとを含む。

他のシステム、方法、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図を検討することにより当業者に明らかであり、または明らかになろう。全てのそうした追加のシステム、方法、特徴、及び利点は、本明細書に含まれ、本発明の範囲内にあり、以下の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

システムは、以下の図面及び説明を参照してよりよく理解され得る。図中の構成要素は、必ずしも原寸に比例するとは限らず、代わりに、本開示の原理を明確に例示することを重視する。さらに、図における同様の参照数字は、様々な図全体を通じて、対応する部分を指定する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
対象空間に存在する不要音に対応する参照信号を受信するように構成された参照入力経路と、
前記参照入力経路と動作可能に結合され、前記参照信号から、前記対象空間に存在する不要音を相殺するための相殺信号を生成するように構成されたアクティブノイズコントローラと、
前記アクティブノイズコントローラと動作可能に結合され、前記相殺信号に基づいて、前記対象空間に存在する前記不要音と減殺的に干渉する音を生成するように構成されたトランスデューサと、
前記アクティブノイズコントローラと動作可能に結合され、前記参照信号と前記相殺信号の少なくとも１つを遅延させて、前記不要音を転送する１つまたは複数の信号経路と前記参照信号を前記対象空間に転送する１つまたは複数の信号経路との間のランタイムの差を低減するように構成された少なくとも１つの遅延要素と、
を備える、自動ノイズコントロールシステム。
（項目２）
前記対象空間に存在する音を表す誤差信号を生成するように構成されたエラーセンサをさらに備え、
前記アクティブノイズコントローラが、適応フィルタ及びフィルタコントローラを備え、
前記適応フィルタは、前記参照信号を受信し、制御可能な伝達関数で前記参照信号をフィルタリングすることによって前記相殺信号を提供するように構成され、
前記フィルタコントローラは、前記参照信号及び前記誤差信号を受信し、前記参照信号及び前記誤差信号に基づいて適応制御スキームに従って前記適応フィルタの前記伝達関数を制御するように構成されている、項目１に記載のシステム。
（項目３）
二次経路モデリングフィルタは、前記アクティブノイズコントローラに動作可能に結合されて、前記参照信号が前記アクティブノイズコントローラによって受信される前に前記参照信号を事前フィルタリングし、
前記二次経路モデリングフィルタは、前記トランスデューサと前記エラーセンサとの間の音響二次経路の伝達関数の推定である伝達関数を有する、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記適応フィルタが時間領域で動作し、前記フィルタコントローラが周波数領域で動作する、項目２または３に記載のシステム。
（項目５）
前記フィルタコントローラの前記適応制御スキームが、合計クロススペクトルスキームを使用する、項目４に記載のシステム。
（項目６）
前記適応フィルタ及び前記フィルタコントローラが時間領域で動作する、項目２または３に記載のシステム。
（項目７）
前記フィルタコントローラの前記適応制御スキームが、最小二乗平均スキームを使用する、項目６に記載のシステム。
（項目８）
前記少なくとも１つの遅延要素が、ラッチ、レジスタ、ランタイム要素、またはフィルタのうちの１つである、項目１～７のいずれかに記載のシステム。
（項目９）
前記少なくとも１つの遅延要素がシフトレジスタである、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
前記少なくとも１つの遅延要素が、線形位相有限インパルス応答フィルタ及びオールパスフィルタのうちの少なくとも１つを備える、項目８に記載のシステム。
（項目１１）
対象空間に存在する不要音に対応する参照信号を受信することと、
前記参照信号に基づいて、前記対象空間に存在する前記不要音を表す相殺信号を生成することと、
前記相殺信号に基づいて、前記対象空間に存在する前記不要音と減殺的に干渉する音を生成することと、
前記参照信号と前記相殺信号の少なくとも１つを遅延させて、前記不要音を転送する１つまたは複数の信号経路と前記参照信号を前記対象空間に転送する１つまたは複数の信号経路との間のランタイムの差を低減させることと、
を含む、音低減方法。
（項目１２）
対象空間に存在する音を表す誤差信号を生成することと、
適応フィルタリングが、前記参照信号を受信し、制御可能な伝達関数で前記参照信号をフィルタリングすることによって前記相殺信号を提供するように構成されることと、
前記参照信号及び前記誤差信号を受信し、前記参照信号及び前記誤差信号に基づいて適応制御スキームに従って前記適応フィルタリングの前記伝達関数を制御するように構成された前記伝達関数を制御することと、
をさらに含む、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記参照信号が前記アクティブノイズコントローラによって受信される前に前記参照信号を事前フィルタリングする二次経路モデリングフィルタリングをさらに備え、
前記二次経路モデリングフィルタリングは、前記トランスデューサと前記エラーセンサとの間の音響二次経路の伝達関数の推定である伝達関数に基づく、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記適応フィルタリングが時間領域で実行され、前記適応フィルタリングの前記伝達関数の制御が周波数領域で実行される、項目１２または１３に記載の方法。
（項目１５）
前記適応フィルタリングの前記伝達関数を制御するための前記適応制御スキームが、合計クロススペクトルスキームを使用する、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記適応フィルタリングが時間領域で実行され、前記適応フィルタリングの前記伝達関数の制御が周波数領域で実行される、項目１２または１３に記載の方法。
（項目１７）
前記適応フィルタリングの前記伝達関数を制御するための前記適応制御スキームが、最小二乗平均スキームを使用する、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記遅延が、ラッチ、レジスタ、ランタイム要素、またはフィルタのうちの１つを用いて実行される、項目１１～１７のいずれかに記載の方法。
（項目１９）
前記遅延がシフトレジスタを用いて実行される、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記遅延が、線形位相有限インパルス応答フィルタ及びオールパスフィルタのうちの少なくとも１つを用いて実行される、項目１８に記載の方法。
（項目２１）
コンピュータによって実行されたときに、前記コンピュータに項目１１～２０のいずれかに記載の方法を実行させる命令を備える、コンピュータ可読記憶媒体。

ＡＮＣフィルタを備えたフィードフォワードタイプの例示的な基本的なマルチチャネル自動ノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタに供給される参照信号を遅延させる遅延を有する、図１に示されるノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタによって供給される相殺信号を遅延させる遅延を有する、図１に示されるノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタに供給される参照信号を遅延させる遅延及びＡＮＣフィルタによって供給される相殺信号を遅延させる別の遅延を有する、図１に示されるノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタを備えたフィードフォワードタイプの別のマルチチャネル自動ノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタに供給される参照信号を遅延させる遅延を有する、図５に示されるノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタによって供給される相殺信号を遅延させる遅延を有する、図５に示されるノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタを備えたフィードフォワードタイプの別のマルチチャネル自動ノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタに供給される参照信号を遅延させる遅延を有する、図８に示されるノイズコントロールシステムを示す概略図である。ＡＮＣフィルタによって供給される相殺信号を遅延させる遅延を有する、図８に示されるノイズコントロールシステムを示す概略図である。図１～図１０に示されるシステムなどの例示的なＡＮＣシステムを実装する例示的な車両の上面図である。例示的なＡＮＣ方法を示すフローチャートである。

不要音とは、車両のエンジン音、ロードノイズなどを含むあらゆる種類のノイズといった聴取者に不快な任意の音であるが、それは、例えば聴取者が電話をかけたい場合には音楽または他の人の会話になる可能性もある。しかしながら、音楽または会話は、聴取者がそれを聞きたい場合には所望音になる可能性がある。他の種類の所望音としては、車両を操縦している運転手にとってフィードバック情報として機能する場合の音響警告信号または車両のエンジン音ですらあり得る。本明細書中の目的として、不要音とは、相殺されるべき音であり、所望音とは、相殺されるべきではない音である。

ここで図１を参照すると、例示的な基本的なフィードフォワードＡＮＣシステム１００及び例示的な物理的環境が、ブロック図のフォーマットで表されている。一例では、Ｋ≧１個の周波数（またはサブバンドまたは時間）領域参照信号Ｘ_{１．．．Ｋ}（Ｋは整数）で表される不要音が、参照信号Ｘ_{１．．．Ｋ}のＫ個のソース（図示せず）のそれぞれから、例えばＬ個の周波数（またはサブバンドまたは時間）領域誤差信号Ｅ_{１．．．Ｌ}（Ｌは整数）を生成する加算ノードで図面に表されているマイクロフォン１０２といったＬ≧１個のエラーセンサのそれぞれまでの、Ｋ・Ｌ音響一次経路１０１と称される物理的経路を横断し得る。Ｋ・Ｌ一次経路１０１は、参照信号Ｘ_{１．．．Ｋ}がそれを用いてフィルタリングされる周波数領域伝達関数Ｐを有する。参照信号Ｘ_{１．．．Ｋ}は、物理的かつデジタル的両方の不要音を表し、デジタル表現は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータの使用を介して生成され得る。参照信号Ｘ_{１．．．Ｋ}はまた、Ｋ・ＭＡＮＣフィルタ１０３の行列への入力としても用いられる。ＡＮＣフィルタ１０３は、周波数領域伝達関数Ｗを有し、例えば有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタなどの適切なデジタルフィルタまたは任意の他の適切なタイプのフィルタであり得、それぞれは、Ｍ≧１個のアンチノイズ信号Ｙ_{１．．．Ｍ}（Ｍは整数）を出力として生成するために、参照信号Ｘ_{１．．．Ｋ}のうちの対応する１つをフィルタリングするよう動的に適合されるように構成されている。

アンチノイズ信号Ｙ_{１．．．Ｍ}は、Ｍ個のトランスデューサ（アクチュエータ）、例えばラウドスピーカ１０４を駆動し、ラウドスピーカ１０４は、ラウドスピーカ１０４のそれぞれからマイクロフォン１０２のそれぞれへと延びる音響二次経路１０５と称されるＭ・Ｌ物理的経路を進む、対応する音波を出力する。図１に示す例示的なシステムの二次経路１０５は、周波数領域伝達関数Ｓを有する。アンチノイズ信号Ｙ_{１．．．Ｍ}に基づいてラウドスピーカ１０４によって生成された音波は、伝達関数Ｓでフィルタリングされ、次にマイクロフォン１０２への入力を形成するために、一次経路１０１からの信号と結合（合計）される。したがって、マイクロフォン１０２は、加算ノードで表され、加算ノードは、図１に示す例示的なシステムで加算演算を実行してマイクロフォン１０２に対する入力信号を生成し、それは誤差信号Ｅ_{１．．．Ｌ}に変換される。ＡＮＣフィルタ１０３は、適応フィルタであってもよく、または場合によっては、その伝達関数Ｗが参照信号Ｘ_１...Ｋに基づいてアンチノイズ信号Ｙ_{１．．．Ｍ}を生成するように適合または調整される固
定フィルタであってもよい。アンチノイズ信号Ｙ_{１．．．Ｍ}は、ラウドスピーカ１０３によって送信され伝達関数Ｓで転送（フィルタリング）された後において、一次経路１０１の伝達関数Ｐで転送（フィルタリング）された後の参照信号Ｘ_{１．．．Ｋ}の逆数である。したがって、マイクロフォン１０２において、不要音またはその表現、すなわち参照信号を参照する２つの異なる（グループの）信号が出現するが、異なる信号経路、すなわち一次経路（複数可）及び二次経路（複数可）を介して転送される。

最小バルクのレイテンシの差が、一次経路１０１のいずれかにおけるレイテンシ

と、ＡＮＣシステムのレイテンシ

と組み合わせられた二次経路１０５のうちの対応する１つにおけるレイテンシ

の間に

に従って、生じ得る。
最小バルクのレイテンシの差を補償するために、ＡＮＣフィルタ１０３のデッドタイムについて妥協せずに遅延要素を用いる。本明細書中に記載されたＡＮＣシステムは、確率信号の相殺を可能とするために因果的である。等式（１）は、ＡＮＣフィルタ１０３は、相殺のため個別の残りのレイテンシを補償することができることを意味している。しかし、明らかなように、ＡＮＣフィルタ１０３は、利用可能なＦＩＲフィルタ長が、適切なデッドタイムを模倣するために先行ゼロで満たされるので、精度が低下する。以下の例は、補償遅延がどのようにフィードフォワードＡＮＣのパフォーマンスに利益をもたらすかを示す。聴取者に近接しているラウドスピーカ、例えばヘッドレストラウドスピーカと関連して動作するＡＮＣシステムを仮定する。

そうした例示的な状況において、因果関係基準を満たすために、フィードフォワードＡＮＣシステムは、レイテンシの差

を補償する必要がある。

実際のＡＮＣシステムにおいて、特定の稼働サンプルレートＦＳ_ＡＮＣ＝４［ｋＨｚ］及びＡＮＣフィルタタップサイズＴｏｔａｌＷ＿ＦＩＲ＿Ｔａｐｓ＝６４が仮定され得る。これは、潜在的なＡＮＣのパフォーマンスを低下させるかなりの数の「使用不可能な」ＦＩＲのタップをもたらす。
因果関係を補償するＦＩＲのタップ：２７（＝４２％）；及び
ノイズ制御に使用可能なＦＩＲのタップ：３７（＝５８％）。

ここでは、フィードフォワード計算能力のほぼ半分が、レイテンシ調整のために浪費される。この欠点を克服するために、図２～４に示すシステムでは、図２に示すようなシステム前遅延２０１、図３に示すようなシステム後遅延３０１、または図４に示すようなシステム分散部分遅延４０１及び４０２のいずれかを用いて、１つまたは複数の補償遅延が挿入される。図２に示すシステム例２００では、システム前遅延２０１はそれぞれ、参照信号Ｘ_{１．．．Ｋ}を提供する参照ソース（図示せず）からＡＮＣフィルタ１０３までの信号経路の１つに含まれる。すなわち、前システム遅延２０１は、ＡＮＣフィルタ１０３の上流に接続される。図３に示すシステム例３００では、システム後遅延３０１はそれぞれ、ＡＮＣフィルタ１０３からラウドスピーカ１０４までの信号経路の１つに含まれる。すなわち、システム後遅延２０１は、ＡＮＣフィルタ１０３の下流に接続される。完全なＡＮＣシステムは線形かつ時不変であると仮定されるので、図４に示すシステム４００に関連して説明したように、遅延を部分共有で上流かつ下流にさらに挿入することができ、そこでは、部分遅延４０１はそれぞれ、参照ソース（図示せず）からＡＮＣフィルタ１０３までの信号経路の１つに含まれ、かつ、部分遅延４０２はそれぞれ、ＡＮＣフィルタ１０３からラウドスピーカ１０４までの信号経路の１つに挿入される。

システム後遅延は、対応する二次経路の変形のように扱うことができる。システム前遅延は、対応する二次経路に影響を与えないと仮定することができる。レイテンシ補償遅延は、シフトレジスタまたは先入れ先出しレジスタなどのラッチまたはレジスタとしてだけでなく、例えば多くのＡＮＣシステムでは対象のハードウェアのサンプルレートはＡＮＣシステムの動作サンプルレートの多重比率なので、オールパスフィルタまたは線形位相ＦＩＲアンチエイリアスフィルタとしても実装され得る。追加のレイテンシ補償遅延を導入するための他の代替手段は、例えば同期または非同期のサンプルレートコンバータを利用したシステムループバックである。いずれの場合でも、補償遅延を使用するには、欠落しているバルク遅延を推定するために、一次経路のレイテンシの詳細なコヒーレンス分析が必要とされる。いったん実装されると、補償遅延により、例えば二次経路が短いかまったくなくかつＡＮＣフィルタ長が短いシステムと比較して、ＡＮＣシステムのパフォーマンスは大幅に向上する。

次に図５を参照すると、不要音がＫ≧１個（ｋ＝１，…，Ｋ及びＫは整数）の時間領域参照信号_Ｘｋ［ｎ］で表される例示的なフィードフォワードＡＮＣシステム５００は、参照信号_Ｘｋ［ｎ］のＫ個のソース（図示せず）のそれぞれから例えばＬ個の時間領域誤差信号ｅ_１［ｎ］（ｌ＝１，...，Ｌ及びＬは整数）を生成するマイクロフォン５０２といったＬ≧１個のエラーセンサのそれぞれまでのＫ・Ｌ音響一次経路５０１と称される物理的経路を横断し得る。Ｋ・Ｌ一次経路５０１は、参照信号_{Ｘｋ［ｎ］}がそれを用いてフィルタリングされる時間領域伝達関数ｐ_ｋ，ｌ［ｎ］を有する。参照信号_Ｘｋ［ｎ］は、物理的かつデジタル的両方の不要音を表し、デジタル表現は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータの使用を介して生成され得る。参照信号_{Ｘｋ［ｎ］}はまた、Ｋ・Ｍ適応ＡＮＣフィルタ５０３の行列への入力としても用いられる。適応ＡＮＣフィルタ５０３は、時間領域伝達関数ｗ_ｋ，ｍ［ｎ］を有し、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタなどの時間領域デジタルフィルタまたは任意の他の適切なタイプのフィルタであり得、それぞれは、Ｍ≧１個のアンチノイズ信号ｙ_ｍ［ｎ]（ｍ＝１，...，Ｍ及びＭは整数）を出力として生成するために、参照信号_Ｘｋ［ｎ］のうちの対応する１つをフィルタリングするよう動的に適合されるように構成されている。本明細書中で、離散時間（時間領域のサンプル）は整数［ｎ］で、周波数ビンは整数［ｋ］で、複素周波数は複素数（ｚ）で表される。

アンチノイズ信号ｙ_ｍ［ｎ］は、音響二次経路５０５と称されるＭ・Ｌ物理的経路を進む、対応する音波を出力するＭ個のトランスデューサ、例えばラウドスピーカ５０４を駆動する。二次経路５０５は、ラウドスピーカ５０４のそれぞれからマイクロフォン５０２のそれぞれまで延びる。図５に示すシステム例における二次経路５０５は、時間領域伝達関数_Ｓｍ，ｌ[ｎ]を有する。アンチノイズ信号ｙ_ｍ［ｎ］に基づいてラウドスピーカ５０４によって生成された音波は、伝達関数_Ｓｍ，ｌ［ｎ］でフィルタリングされ、次に、一次経路５０１の出力における信号と結合（合計）されて、Ｌ個の加算ノード５１１（マイクロフォン５０２当たり１つのノード５１１）で表されるマイクロフォン５０２への入力を形成する。Ｌ個の加算ノード５１１は、図５に示すシステム例において信号の重畳を表し、それは、誤差信号ｅ_ｌ［ｎ］に変換される、マイクロフォン５０２に対する入力信号に寄与する。

マイクロフォン５０２による誤差信号ｅ_ｌ［ｎ］の出力は、周波数領域誤差信号Ｅ_ｌ［ｋ］を提供する時間－周波数領域変換器５０６によって、時間領域から周波数領域（スペクトル領域としても知られる）に変換される。周波数領域誤差信号Ｅ_ｌ［ｋ］は、Ｍ・Ｌフィルタコントローラ５０７に送信され、フィルタコントローラ５０７はまた、入力として、参照信号ｘ_ｋ［ｎ］を、周波数領域参照信号Ｘ_ｋ［ｋ］に変換されＭ・Ｌフィルタ５０９の行列によって周波数領域でフィルタリングされた状態で受信する。フィルタ５０９は、周波数領域伝達関数

を有し、二次経路５０５の時間領域伝達関数_Ｓｍ，ｌ［ｎ］に対応する周波数領域伝達関数

をシミュレート、推定、またはモデル化するように構成されている。フィルタコントローラ５０７は、適応ＡＮＣフィルタ５０３の行列に供給される前に周波数－時間領域変換器５１０によって時間領域の更新信号に変換される周波数領域の更新信号によって、適応ＡＮＣフィルタ５０３を更新する。適応ＡＮＣフィルタ５０３は、不要時間領域参照信号ｘ_ｋ［ｎ］及び時間領域の更新信号を受信し、アンチノイズ信号ｙ_ｍ［ｎ］を調整する。

時間－周波数領域変換器５０６及び５０８は、示されるような高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、または離散フーリエ変換（ＤＦＴ）及びフィルタバンクを含む他の任意の適切な時間－周波数領域変換アルゴリズムを使用し得る。周波数－時間領域変換器５１０は、示されるような逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）または任意の他の適切な周波数－時間領域変換アルゴリズムを使用し得る。既に述べたように、［ｎ］は、時間領域のｎ番目のサンプルを示し、［ｋ］は、周波数領域のｋ番目のビンを示す。さらに、時間領域参照信号_Ｘｋ［ｎ］は、Ｋ個の参照チャネルにおけるｋ＝１サンプル内に提供される。

フィルタコントローラ５０７は、最小二乗平均（ＬＭＳ）、再帰的最小二乗平均（ＲＬＭＳ）、正規化最小二乗平均（ＮＬＭＳ）、または任意の他の適切なアルゴリズムなどの様々な可能な適応制御構造の１つを実装し得る。図１に示す例示的なシステムでは、フィルタコントローラ５０７は、適応ＡＮＣフィルタ５０３の伝達関数を更新するために使用することができかつここで周波数領域にＬＭＳスキームを実装するために使用される合計クロススペクトルを使用する。二次経路における測定値は、所与の設定または状況のスナップショットにすぎないため、それらは推定値として扱われ得、合計クロススペクトルで強調される適応プロセスへの重要な貢献を表し得る。ｍとｋの各組み合わせにおける合計クロススペクトルは、等式（２）に示すように記述することができる。

これを考慮して、例えばＦＩＲフィルタタップで表されるＫ・Ｍ時間領域伝達関数ｗ_ｋ，ｍ［ｎ］の行列を更新することを、等式（３）及び（４）に示すように記述することができる。

ここで、ｗ_ｋ，ｍ［ｎ＋１］は、Ｋ・Ｍ時間領域伝達関数ｗ_ｋ，ｍ[ｎ]の更新を表し；

は、更新されていない時間領域伝達関数ｗ_ｋ，ｍ［ｎ]に対応するＫ・Ｍ周波数領域伝達関数の行列であり；

は、Ｋ・Ｍが個別に調整され周波数依存の漏れ値の行列であり；

は、Ｋ・Ｍが個別に調整され周波数依存の適応ステップサイズの行列であり；

は、合計クロススペクトルを表す周波数領域の収束値の行列である。

更新メカニズムは、参照信号のエネルギーによる正規化を含みかつ個別に調整された周波数依存のステップサイズ及び漏れを適用する、正規化されたフィルタードｘ最小二乗平均（ＮＦＸＬＭＳ）フィルタ更新スキームまたはルーチンを利用し得る。以下の例では、異なるタイプのＮＦＸＬＭＳは区別しないが、前述の正規化は使用される。正規化は、参照信号のエネルギーによって合計クロススペクトルに逆スケーリングを適用する。したがって、収束ステップサイズは、自動的に参照信号のエネルギーに合わせて調整され、参照信号のエネルギー量に関係なく、可能な限り高速な適応レートを可能とする。正規化はすでにＡＮＣシステムを向上させているかもしれないが、安定性及びパフォーマンスの少なくとも１つを強化するために、追加の技術が適用され得る。

そのような追加の技術の１つは、遅延と称される１つまたは複数の時間遅延要素またはプロセスを、ＡＮＣフィルタを含む信号経路に組み込むことである。遅延は、要素またはプロセスに入力された信号の構造が、特定の遅延時間後に要素またはプロセスの出力における信号に現れる、任意の要素またはプロセスであると理解される。本明細書中で説明する遅延の使用は、ラッチ、レジスタ、ランタイム要素、またはフィルタを含む特定のタイプの遅延に限定されない。それでもやはり、使用される遅延のタイプは、制御可能な遅延時間に重点を置くために、一例では制限される場合がある。この例では、遅延時間を個別に調整し得るため、遅延時間を特定の二次経路に適合させることができる。信号フローにおいて様々な位置に１つまたは複数の遅延を含めることができる。以下に示す例では、時間領域または周波数領域の処理に適したいくつかの例示的な位置のみが説明されている。複数の遅延の組み合わせが、例えば、一次及び／または二次経路の遅延の様々な原因に対処するために有用である可能性がある。ＦＩＲフィルタタップを消費するメモリ及び計算リソースは、デッドタイムを模倣するだけでは「浪費」されないので、ここでの遅延は非常に効率的であり得る。

適応ＡＮＣフィルタ５０３のそれぞれ上流かつ下流で参照信号（複数可）を遅延させるように構成されたＡＮＣ構造内の２つの例示的な位置が、図６及び７に示されている。図５に関連して上述したＡＮＣシステム５００に基づく図６に示す１つの例示的なＡＮＣシステム６００では、遅延要素６０１は、適応ＡＮＣフィルタ（複数可）５０３の入力経路（複数可）に挿入される。同じくＡＮＣシステム５００に基づく図７に示される別の例示的なＡＮＣシステム７００では、遅延要素７０１は、適応ＡＮＣフィルタ（複数可）５０３の出力経路（複数可）に挿入される。

図８を参照すると、マルチチャネルＡＮＣシステム８００は、Ｍ個のラウドスピーカ８０１（またはラウドスピーカのグループ）にＭ個の出力信号を供給するためのＭ≧１個の出力チャネルと、Ｌ個のマイクロフォン８０２（またはマイクロフォンのグループ）からＬ個の誤差信号を受信するためのＬ≧１個の記録チャネルとを有し得る。ラウドスピーカのグループには、１つ以上のラウドスピーカが含まれ、マイクロフォンのグループには、１つ以上のマイクロフォンが含まれる。各グループは、単一のチャネル、つまり１つの出力チャネルまたは１つの記録チャネルにそれぞれ接続される。対応する室内またはラウドスピーカ－室内－マイクロフォンシステム（少なくとも１つのラウドスピーカ及び少なくとも１つのマイクロフォンが配置されている室内）は、線形かつ時不変であり、例えばその室内音響インパルス応答によって記述することができると仮定される。ＡＮＣシステム８００は、ＡＮＣフィルタリングのために最小二乗平均（ＬＭＳ）スキームを使用し得るが、ＡＮＣシステム８００で使用されるようなフィルタード入力最小二乗平均（ＦｘＬＭＳ）、再帰的最小二乗（ＲＬＳ）または任意の他の変更されたＬＭＳアルゴリズムなどの任意の他の適応制御スキームを採用し得る。ＬＭＳアルゴリズムは、最適な最小二乗平均（ＬＭＳ）解を得るための反復アルゴリズムである。ＬＭＳアルゴリズムの適応手法により、一次かつ／または二次経路の電気音響伝達関数に変化が発生するたびに、ＡＮＣフィルタを再調整することが可能となる。

一例では、単一の時間領域参照信号ｘ（ｎ）は、１つのノイズソース（図示せず）から様々な位置にあるＬ個のマイクロフォン８０２への途中にある、伝達関数Ｐ（ｚ）の行列で表されるＫ≧１個の一次経路８０３によってフィルタリングされ、一次経路８０３の終端で、つまりＬ個のマイクロフォン８０２で、Ｋ・Ｌの不要妨害信号ｄ［ｎ］を提供する。ＡＮＣシステム８００では、伝達関数Ｗ（ｚ）の行列で表される時間領域適応ＡＮＣフィルタ８０４は、参照信号ｘ［ｎ］を修正するように制御され、Ｍ個のラウドスピーカ８０１に供給されかつ伝達関数Ｓ（ｚ）の行列で表されるＭＬ二次経路８０５によって転送そしてフィルタリングされた結果として生じたＭ個の出力信号が、信号ｙ’［ｎ］として、妨害信号ｄ（ｎ）と逆一致するようにする。ＡＮＣフィルタコントローラ８０６は、伝達関数

の行列で表される二次経路推定フィルタ８０７でフィルタリングされた参照信号ｘ［ｎ］及びＬ個のマイクロフォン８０２からのＬ個の誤差信号ｅ［ｎ］を評価して、ＡＮＣフィルタ８０４を制御する。図８では、マイクロフォン８０２は、二次経路８０５からのＭ・Ｌ信号ｙ’［ｎ］と一次経路８０３からの妨害信号ｄ［ｎ］を合計する加算ノードで表される。

適応ＡＮＣフィルタ８０４のそれぞれ上流かつ下流に参照信号ｘ［ｎ］を遅延させるように構成された、ＡＮＣ構造８００内の２つの例示的な位置を、図９及び１０に示す。図８に関連して上述されたＡＮＣシステム８００に基づく図９に示される一例のＡＮＣシステム９００では、遅延要素９０１は、適応ＡＮＣフィルタ（複数可）８０４の入力経路（複数可）に挿入される。同じくＡＮＣシステム８００に基づく図１０に示される別の例のＡＮＣシステム１０００では、遅延要素１００１は、適応ＡＮＣフィルタ（複数可）８０４の出力経路（複数可）に挿入される。

図１１を参照すると、図２、３、４、６、７、９及び１０に示されるＡＮＣシステム２００、３００、４００、６００、７００、９００及び１０００のいずれかと同一または同様であり得る例示的なＡＮＣシステム１１００は、例示的な車両１１０１に実装され得、示される。一例では、ＡＮＣシステム１１００は、車両１１０１に関連する不要音を低減または除去するように構成され得る。例えば、不要音は、例えばタイヤ１１０３に関連するロードノイズ１１０２（図１１では破線矢印として表されている）であり得る。しかしながら、エンジンノイズまたは車両１１０１で発生するもしくはそれに関連する任意の他の不要音などの様々な不要音が、低減または除去の対象となり得る。ロードノイズ１１０２は、少なくとも１つの参照信号を提供する少なくとも１つの参照センサを通して検出され得る。一例では、少なくとも１つの参照センサは、タイヤ１１０３の現在の動作状態に基づきかつロードノイズ１１０２のレベルを示す、ＡＮＣシステム１１００の参照信号として機能するロードノイズ信号１１０５を生成し得る２つの加速度計１１０４であり得る。マイクロフォン、非音響センサ、または車両１１０１、例えばタイヤ１１０３もしくはエンジン１１０６に関連する可聴音を検出するのに適した任意の他のセンサなどの他の音検出法が実装され得る。

車両１１０１は、様々なオーディオ／ビデオコンポーネントを含み得る。図１１では、車両１１０１は、ＡＭ／ＦＭラジオ、ＣＤ／ＤＶＤプレーヤ、携帯電話、ナビゲーションシステム、ＭＰ３プレーヤ、または個人の音楽プレーヤインターフェイスなどの、オーディオ／ビジュアル情報を提供するための様々なデバイスを含み得るオーディオシステム１１０７を含むものとして示されている。オーディオシステム１１０７は、ダッシュボード１１０８に、例えば、そこに配置されたヘッドユニット１１０９に組み込まれ得る。オーディオシステム１１０７はまた、モノラル、ステレオ、５チャネル、及び７チャネル動作、または任意の他のオーディオ出力構成用に構成され得る。オーディオシステム１１０７は、車両１１０１内に複数のラウドスピーカを含み得る。オーディオシステム１１０７はまた、トランク１１１０といった、車両１１０１内の様々な場所に配置され得る１つまたは複数の増幅器（図示せず）などの他の構成要素を含み得る。

一例では、車両１１０１は、左リアラウドスピーカ１１１１及び右リアラウドスピーカ１１１２などの、リアシェルフ１１１３上または内に配置され得る複数のラウドスピーカを含み得る。車両１１０１はまた、それぞれ車両リアドア１１１６及び１１１７内にそれぞれ取り付けられた左サイドラウドスピーカ１１１４及び右サイドラウドスピーカ１１１５を含み得る。車両１１０１はまた、それぞれ車両フロントドア１１２０、１１２１内にそれぞれ取り付けられた左フロントラウドスピーカ１１１８及び右フロントラウドスピーカ１１１９を含み得る。車両１１０１はまた、運転席１１２５のヘッドレスト１１２４内またはヘッドレスト１１２４に配置されたヘッドレストラウドスピーカ１１２２を含み得る。他の例では、車両１１０１内のオーディオシステム１１０７の他の構成が可能である。例えば、２つ以上のラウドスピーカがヘッドレスト１１２４内またはヘッドレスト１１２４に配置され得る。追加としてまたは代替として、１つまたは複数のラウドスピーカは、車両１１０１の１つもしくは複数の他のヘッドレスト内または１つもしくは複数の他のヘッドレストに配置され得る。追加としてまたは代替として、１つもしくは複数のラウドスピーカ及び／または１つもしくは複数のマイクロフォンは、座席、ルーフライナーもしくはピラー内またはその上などの、ヘッドレストの近くに配置され得る。

一例では、図１～１０に示すシステムにおけるスピーカ（複数可）１０４、５０４、及び８０１と同様に、ヘッドレストラウドスピーカ１１２２を使用して、対象空間１１２３で聞こえ得るロードノイズ１１０２を低減するアンチノイズを送信し得る。一例では、対象空間１１２３は、運転手の耳に最も近い領域、例えば、運転席１１２５のヘッドレスト１１２４に最も近くあり得る。図７では、マイクロフォン１１２６などのエラーセンサが、ヘッドレスト１１２４内に、ヘッドレスト１１２４に、またはヘッドレスト１１２４に隣接して配置され得る。マイクロフォン１１２６は、図１～１０に関連して説明されたマイクロフォン（複数可）１０２、５０２、及び８０２と同様の方法で、ＡＮＣシステム１１００に接続され得る。図１１では、ＡＮＣシステム１１００及びオーディオシステム１１０７は、ヘッドレストラウドスピーカ１１２２に接続されているので、オーディオシステム１１０７及びＡＮＣシステム１１００によって生成された信号は結合されて、ヘッドレストラウドスピーカ１１２２を駆動しかつラウドスピーカ出力１１２７（破線矢印として表される）を生成し得る。このラウドスピーカ出力１１２７は、アンチノイズが対象空間１１２３でロードノイズ１１０２と減殺的に干渉するように音波として生成され得る。車両１１０１内の１つまたは複数の他のラウドスピーカは、相殺音、すなわちアンチノイズを含む音波を生成するのに選択され得る。さらに、マイクロフォン１１２６は、１つまたは複数の所望の対象空間に、車両全体の様々な位置に配置され得る。

図１１から把握することができるように、ＡＮＣシステムは、不要音と減殺的に干渉する音を生成することを意図する。不要音とは、例えば道路を走行する車両によって生成されるロードノイズまたはエンジンノイズであり得る。同時に、例えばユーザの娯楽のためのラジオの歌または音声などの、車両に座っているユーザが望ましいと考える他の音を生成することを意図する。したがって、ＡＮＣシステムは、不要なロードノイズと減殺的に干渉する音を生成する（例えば、所望音を生成するオーディオシステムに関連して）。望ましいオーディオ信号は、ヘッドレストラウドスピーカ１１２２などの１つまたは複数のラウドスピーカによって受信されて、対象空間に所望音を生成する。しかしながら、所望音は、参照センサ、例えば加速度計１１０４に、かつ／または、エラーセンサ、例えばマイクロフォン１１２６に送信され得、オーディオ信号を参照する参照信号及び／または誤差信号に信号コンポーネントを生成し、それらは相殺されない。

図１２を参照すると、例示的なＡＮＣ方法は、対象空間に存在する不要音に対応する参照信号を受信すること（手順１２０１）と、参照信号に基づいて、対象空間に存在する不要音を表す相殺信号を生成すること（手順１２０２）とを含む。この方法は、さらに、相殺信号に基づいて、対象空間に存在する不要音と減殺的に干渉する音を生成すること（１２０３）と、参照信号と相殺信号の少なくとも１つを遅延させて、参照信号を対象空間に転送する信号経路間のランタイムの差を低減または補償すること（手順１２０４）とを含む。

本開示の実施形態は、一般に、複数の回路、電気デバイス、及び／または少なくとも１つのコントローラを提供する。回路、少なくとも１つのコントローラ、及び他の電気デバイス、ならびにこれらのそれぞれによって提供される機能へのすべての言及は、本明細書中に図示かつ説明されるものだけを包含することに限定されると意図するものではない。開示された様々な回路（複数可）、コントローラ（複数可）及び他の電気デバイスに特定のラベルを割り当て得るが、そのようなラベルは、様々な回路（複数可）、コントローラ（複数可）及び他の電気デバイスの動作の範囲を限定することを意図していない。このような回路（複数可）、コントローラ（複数可）及び他の電気デバイスは、所望される特定のタイプの電気的実装に基づいて任意の方法で、互いに組み合わされ得、かつ／または、分離され得る。

本明細書に開示される任意のコンピュータ、プロセッサ及びコントローラは、任意の数のマイクロプロセッサ、集積回路、メモリデバイス（例えば、ＦＬＡＳＨ（登録商標）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、または他の適切な変形）、及び本明細書に開示される動作（複数可）を行うために相互に協働するソフトウェアを含み得ると理解される。加えて、開示される任意のコントローラは、開示される任意の数の機能を行うようにプログラムされる非一時的なコンピュータ可読媒体で具体化されるコンピュータプログラムを実行する任意の１つ以上のマイクロプロセッサを利用する。さらに、本明細書で提供される任意のコントローラは、ハウジングと、ハウジング内に配置される様々な数のマイクロプロセッサ、集積回路、及びメモリデバイス（例えば、ＦＬＡＳＨ（登録商標）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ））とを含む。開示されるコンピュータ（複数可）、プロセッサ（複数可）及びコントローラ（複数可）はまた、本明細書で論じられるような他のハードウェアベースのデバイスとの間でそれぞれデータを受信かつ送信するためのハードウェアベースの入力及び出力も含む。

実施形態の説明は、図示及び説明の目的で提示されている。実施形態に対する好適な変更及び変形は、上記の説明に照らして実行してもよく、または、方法を実施することから得てもよい。例えば、特段に明記しない限り、記載された方法の１つまたは複数は、適切なデバイス及び／またはデバイスの組み合わせによって実行され得る。記載された方法及び関連する行為はまた、本出願に記載された順に加えて様々な順で、並行して、かつ／または同時に実行され得る。記載されたシステムは、本質的に例示であり、追加の要素を含んでもよく、かつ／または要素を省略してもよい。

本出願で使用される単数で列挙され単語「ａ」または「ａｎ」が先行する要素またはステップは、特段の除外が規定されない限り、複数の当該要素またはステップを除外しないとして理解されるべきである。さらに、本開示の「一実施形態」または「一例」に対する言及は、列挙される特徴をやはり組み込む追加の実施形態の存在を除外すると解釈されることを意図しない。用語「第１の」、「第２の」及び「第３の」などは、単にラベルとして使用され、数値要件または特定の位置順序をそれらの対象に課すことを意図しない。

発明の様々な実施形態を説明してきたが、発明の範囲内でさらに多くの実施形態及び実装が可能であることは、当業者には明らかであろう。特に、当業者は、異なる実施形態からの様々な特徴の互換性を認識するであろう。これらの技術及びシステムは、特定の実施形態及び例の文脈で開示されてきたが、これらの技術及びシステムは、具体的に開示された実施形態を超えて他の実施形態及び／またはその使用と明らかな変更に拡張され得ることが理解されよう。

Claims

本明細書に記載の発明。