JP6671036B2 - 騒音低減装置、移動体装置、及び、騒音低減方法 - Google Patents

騒音低減装置、移動体装置、及び、騒音低減方法 Download PDF

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Description

本発明は、騒音を能動的に低減する騒音低減装置に関する。
従来、スピーカから騒音を打ち消すための音を出力することにより、受聴位置における騒音を能動的に低減する騒音低減装置が知られている。このような騒音低減装置として、例えば、特許文献１には、能動型消音装置が開示されている。
特許第５８２９０５２号公報
騒音低減装置においては、受聴者の位置（受聴位置）と、マイクの位置（集音位置）とが異なる場合に、受聴位置における騒音を十分に低減することができないことが課題である。
本発明は、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる騒音低減装置等を提供する。
本発明の一態様に係る騒音低減装置は、受聴位置における騒音を低減する騒音低減装置であって、前記騒音と相関を有する騒音参照信号が入力される第１入力端子と、入力された前記騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、生成された前記基準信号にフィルタ係数を適用することにより、前記騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成する適応フィルタ部と、生成された前記出力信号が出力される出力端子と、生成された前記基準信号を前記出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する第１補正部と、前記打ち消し音及び前記騒音の干渉により前記受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号が入力される第２入力端子と、前記出力信号または前記基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、生成された前記補正用信号を前記誤差信号に加算することにより、前記誤差信号を前記受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する第２補正部と、生成された前記補正後誤差信号及び生成された前記補正後基準信号に基づいて、前記フィルタ係数を逐次更新するフィルタ係数更新部とを備える。
本発明によれば、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる騒音低減装置等が実現される。
図１は、一般的な騒音低減装置の概要を示す図である。 図２Ａは、打ち消し音及び騒音のベクトル図である。 図２Ｂは、マイクの位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図２Ｃは、受聴位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図３Ａは、受聴位置とマイクの位置とが大きく異なる場合の、打ち消し音及び騒音のベクトル図である。 図３Ｂは、受聴位置とマイクの位置とが大きく異なる場合に、受聴位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図４は、実施の形態１に係る騒音低減装置の概要を示す図である。 図５Ａは、実施の形態１に係る騒音低減装置から出力される打ち消し音、及び、騒音のベクトル図である。 図５Ｂは、実施の形態１に係る騒音低減装置が用いられた場合に、受聴位置３０の位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図５Ｃは、実施の形態１に係る騒音低減装置が用いられた場合に、マイクの位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図６は、実施の形態１に係る騒音低減装置を備える車両の模式図である。 図７は、実施の形態１に係る騒音低減装置の機能ブロック図である。 図８は、実施の形態１に係る騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図９は、実施の形態２に係る騒音低減装置の機能ブロック図である。
本発明の一態様に係る騒音低減装置は、受聴位置における騒音を低減する騒音低減装置であって、前記騒音と相関を有する騒音参照信号が入力される第１入力端子と、入力された前記騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、生成された前記基準信号にフィルタ係数を適用することにより、前記騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成する適応フィルタ部と、生成された前記出力信号が出力される出力端子と、生成された前記基準信号を前記出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する第１補正部と、前記打ち消し音及び前記騒音の干渉により前記受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号が入力される第２入力端子と、前記出力信号または前記基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、生成された前記補正用信号を前記誤差信号に加算することにより、前記誤差信号を前記受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する第２補正部と、生成された前記補正後誤差信号及び生成された前記補正後基準信号に基づいて、前記フィルタ係数を逐次更新するフィルタ係数更新部とを備える。
このような騒音低減装置は、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。
また、例えば、前記第２補正部は、前記出力信号を前記所定のパラメータで補正することにより前記補正用信号を生成する。
このような騒音低減装置は、出力信号を所定のパラメータで補正する信号処理により、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。
また、例えば、前記第２補正部は、前記基準信号を前記所定のパラメータで補正し、かつ、前記フィルタ係数を適用することにより前記補正用信号を生成する。
このような騒音低減装置は、基準信号を所定のパラメータで補正する信号処理により、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。また、このような騒音低減装置は、所定のパラメータの適用対象を単一の周波数の信号とすることで、信号処理量（演算量）を大幅に削減できる。
また、例えば、前記騒音低減装置は、さらに、複数の前記所定のパラメータが記憶される記憶部を備え、前記第２補正部は、前記騒音低減装置が用いられる移動体装置の移動状態と相関を有する移動状態信号をさらに取得し、取得された前記移動状態信号に応じて前記記憶部に記憶された複数の前記所定のパラメータのうちの１つを選択し、前記出力信号または前記基準信号を選択された前記所定のパラメータで補正することによって前記補正用信号を生成する。
本発明の一態様に係る移動体装置は、前記騒音低減装置と、前記出力信号を用いて前記打ち消し音を出力する出音装置と、前記集音位置に配置され、前記誤差信号を前記第２入力端子に出力する集音装置とを備える。
このような移動体装置は、受聴位置と集音位置とが異なる場合に、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。
本発明の一態様に係る騒音低減方法は、受聴位置における騒音を低減する騒音低減方法であって、前記騒音と相関を有する騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成し、生成された前記基準信号にフィルタ係数を適用することにより、前記騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成し、生成された前記基準信号を前記出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成し、前記出力信号または前記基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、生成された前記補正用信号を、前記打ち消し音及び前記騒音の干渉により前記受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号に加算することにより、前記誤差信号を前記受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成し、生成された前記補正後誤差信号及び生成された前記補正後基準信号に基づいて、前記フィルタ係数を逐次更新する。
このような騒音低減方法は、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
（実施の形態１）
［概要］
まず、実施の形態１に係る騒音低減装置の概要について説明する。まず、一般的な騒音低減装置の動作について説明する。図１は、一般的な騒音低減装置の概要を示す図である。
図１に示される騒音低減装置１０ｂは、例えば、車室内に設置され、自動車の走行中に発生する騒音を低減する装置である。エンジン５１に起因する騒音は、瞬間的には単一周波数の正弦波に近い音である。そこで、騒音低減装置１０ｂは、エンジン５１を制御するエンジン制御部５２からエンジン５１の周波数を示すパルス信号を取得し、スピーカ５３から騒音を打ち消すための打ち消し音を出力する。打ち消し音の生成には、適応フィルタが用いられ、マイク５４によって取得される残留音が小さくなるように打ち消し音が生成される。
図１に示されるように、スピーカ５３の位置（出音位置）から受聴位置３０までの伝達特性はＣｅ、スピーカ５３の位置からマイク５４の位置（集音位置）までの伝達特性はＣｍ、打ち消し音を出力するための出力信号はＯｕｔの記号で表現される。この場合、受聴位置３０に到達する打ち消し音はＣｅ＊Ｏｕｔ、マイク５４の位置（集音位置）に到達する打ち消し音はＣｍ＊Ｏｕｔと表現される。なお、「＊」は、畳み込み演算子を意味する。
図２Ａに示されるように、騒音低減装置１０ｂによれば、スピーカ５３からマイク５４に到達する打ち消し音Ｃｍ＊Ｏｕｔは、理論的には、エンジン５１からマイク５４に到達する騒音Ｎｍと同じ振幅を有し、位相が１８０ｄｅｇずれた音となる。図２Ａは、打ち消し音及び騒音のベクトル図である。
なお、騒音Ｎｍは、振幅をＲ、周波数をω、位相をθとすると、下記の（式１）で表現され、Ｃｍ＊Ｏｕｔは、下記の（式２）で表される。騒音低減装置１０ｂは、（式２）におけるフィルタ係数Ａ及びフィルタ係数Ｂを、例えば、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）法によって算出することで、騒音を打ち消すための打ち消し音を出力することができる。
Figure 0006671036
この場合、図２Ｂに示されるように、マイク５４の位置において聞こえる騒音は、０に収束する。図２Ｂは、マイク５４の位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。
一般に、通常、受聴位置３０とマイク５４の位置とは完全には一致しない。したがって、図２Ａのベクトル図に示されるように、スピーカ５３から受聴位置３０に到達する打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔと、エンジン５１から受聴位置３０に到達する騒音Ｎｅとの位相差は、１８０°ｄｅｇからわずかにずれる。そうすると、図２Ｃに示されるように、受聴位置３０において聞こえる騒音は完全には無くならないが、小さくなる。図２Ｃは、受聴位置３０において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。
ところで、車両安全基準、及び、車室内に配置された設備（例えば、サンルーフなど）によってマイク５４の配置は制限を受ける。したがって、受聴位置３０とマイク５４の位置とが離れてしまう場合がある。
受聴位置３０とマイク５４の位置とが大きく異なると、図３Ａに示されるように、打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔと騒音Ｎｅとの位相差が１８０ｄｅｇから大きくずれてしまう場合がある。図３Ａは、受聴位置３０とマイク５４の位置とが大きく異なる場合の、打ち消し音及び騒音のベクトル図である。
図３Ａの例に示されるように、打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔと騒音Ｎｅとの位相差が１８０ｄｅｇから大きくずれてしまうと、図３Ｂに示されるように、受聴位置３０において聞こえる騒音が低減されない場合がある。図３Ｂは、受聴位置３０とマイク５４の位置とが大きく異なる場合に、受聴位置３０において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。
実施の形態１に係る騒音低減装置は、受聴位置３０にマイク５４が設置されているように適応フィルタを動作させることで、受聴位置３０において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。図４は、実施の形態１に係る騒音低減装置の概要を示す図である。
騒音低減装置１０では、受聴位置３０にマイク５４が設置されているように適応フィルタ（後述の適応フィルタ部及びフィルタ係数更新部）を動作させるために、出力信号Ｏｕｔから入力信号Ｉｎへのフィードバック項Ｆが設けられる。フィードバック項Ｆ（所定のパラメータＦ）によれば、受聴位置３０において聞こえる騒音が０になるときに、適応フィルタへの入力が０になる。具体的には、図４の（１）のポイントではなく、（２）のポイントにおいて０になる。すなわち、以下の（式３）が成立する。
Figure 0006671036
受聴位置３０において聞こえる騒音が消えるときには、打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔと、騒音Ｎｅとは、下記の（式４）の関係を満たす。
Figure 0006671036
上記（式３）及び（式４）に基づき、以下の（式５）が成立する。つまり、打ち消し音の出音位置から受聴位置３０までの伝達特性をＣｅ、出音位置から集音位置までの伝達特性をＣｍ、受聴位置３０における騒音をＮｅ、集音位置における騒音をＮｍとした場合、所定のパラメータＦは、（式５）に基づいて定められる。
Figure 0006671036
騒音低減装置１０は、受聴位置３０とマイク５４の位置とが異なる場合も、受聴位置３０において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。図５Ａは、騒音低減装置１０から出力される打ち消し音、及び、騒音のベクトル図である。
図５Ａに示されるように、騒音低減装置１０によって出力される打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔは、フィードバック項Ｆによってゲインおよび位相が調整され、打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔと騒音Ｎｅとの位相差は、１８０ｄｅｇとなる。したがって、図５Ｂに示されるように、受聴位置３０において聞こえる騒音は、０に収束する。図５Ｂは、騒音低減装置１０が用いられた場合に、受聴位置３０の位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。
一方、図５Ａの例では、騒音低減装置１０が用いられた場合、打ち消し音Ｃｍ＊Ｏｕｔと騒音Ｎｍとの位相差は、１８０ｄｅｇから大きくずれてしまう。したがって、図５Ｃに示されるように、マイク５４の位置において聞こえる騒音は十分に低減されない。図５Ｃは、騒音低減装置１０が用いられた場合に、マイク５４の位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。
［騒音低減装置を備える車両の全体構成］
このように、騒音低減装置１０は、受聴位置３０とマイク５４の位置とが異なる場合も、受聴位置３０において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。以下、騒音低減装置１０の詳細について説明する。実施の形態１では、騒音低減装置１０は、一例として車両に搭載される。図６は、騒音低減装置１０を備える車両の模式図である。
車両５０は、移動体装置の一例であって、騒音低減装置１０と、エンジン５１と、エンジン制御部５２と、スピーカ５３と、マイク５４と、車両本体５５とを備える。車両５０は、具体的には、自動車であるが、特に限定されない。
エンジン５１は、車両５０の動力源であって、かつ、空間５６の騒音源となる駆動装置である。エンジン５１は、例えば、空間５６とは別の空間内に配置される。エンジン５１は、具体的には、車両本体５５のボンネット内に形成された空間に設置される。
エンジン制御部５２は、車両５０の運転手のアクセル操作等に基づいて、エンジン５１を制御（駆動）する。また、エンジン制御部５２は、エンジン５１の回転数（周波数）に応じたパルス信号（エンジンパルス信号）を騒音参照信号として出力する。パルス信号の周波数は、例えば、エンジン５１の回転数（周波数）に比例する。パルス信号は、具体的には、ＴＤＣ（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）センサの出力信号、または、いわゆるタコパルスなどである。なお、騒音参照信号は、騒音と相関を有するのであればどのような態様であってもよい。
スピーカ５３は、出音装置の一例であって、出力信号を用いて打ち消し音を出力するスピーカである。スピーカ５３は、空間５６内に配置される。スピーカ５３の位置（出音位置）は、特に限定されない。
マイク５４は、集音装置の一例であって、打ち消し音及び騒音の干渉により集音位置において生じる残留音を取得する。また、マイク５４は、取得された残留音に基づく誤差信号を出力する。マイク５４は、空間５６内に配置される。マイク５４の位置（集音位置）は、特に限定されない。上述のように、騒音低減装置１０は、集音位置と受聴位置３０とが異なる場合も効果的に騒音を低減することができる。
車両本体５５は、車両５０のシャーシ及びボディなどによって構成される構造体である。車両本体５５は、スピーカ５３及びマイク５４が配置される空間５６（車室内空間）を形成する。
［騒音低減装置の構成及び動作］
次に、騒音低減装置１０の構成及び動作について説明する。図７は、騒音低減装置１０の機能ブロック図である。図８は、騒音低減装置１０の動作のフローチャートである。
騒音低減装置１０は、受聴位置３０における騒音を低減する能動型の騒音低減装置である。図７に示されるように、騒音低減装置１０は、第１入力端子１１ａと、基準信号生成部１２と、適応フィルタ部１３と、出力端子１１ｃと、第１補正部１４と、第２入力端子１１ｂと、第２補正部１７と、フィルタ係数更新部１５とを備える。基準信号生成部１２、適応フィルタ部１３、第１補正部１４、第２補正部１７、及び、フィルタ係数更新部１５のそれぞれは、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサによって実現されるが、マイクロコンピュータまたは専用回路によって実現されてもよい。以下、図８のフローチャートに示されるステップごとに、関連する構成要素を詳細に説明する。
［基準信号の生成］
まず、基準信号生成部１２は、第１入力端子１１ａに入力された騒音参照信号に基づいて基準信号を生成する（図８のＳ１１）。
第１入力端子１１ａは、金属等により形成される端子である。第１入力端子１１ａには、騒音と相関を有する騒音参照信号が入力される。騒音参照信号は、例えば、エンジン制御部５２によって出力されるパルス信号である。
基準信号生成部１２は、より詳細には、第１入力端子１１ａに入力された騒音参照信号に基づいて騒音の瞬間的な周波数を特定し、特定した周波数を有する基準信号を生成する。基準信号生成部１２は、具体的には、周波数検出部１２ａと、正弦波生成部１２ｂと、余弦波生成部１２ｃとを有する。
周波数検出部１２ａは、パルス信号の周波数を検出し、検出した周波数を正弦波生成部１２ｂ、余弦波生成部１２ｃ、及び、第１補正部１４が備える第１制御部１４ａに出力する。周波数検出部１２ａは、言い換えれば、騒音の瞬間的な周波数を特定する。
正弦波生成部１２ｂは、周波数検出部１２ａによって検出された周波数の正弦波を、第１基準信号として出力する。第１基準信号は、基準信号の一例であり、周波数検出部１２ａによって検出された周波数がｆの場合には、ｓｉｎ（２πｆｔ）＝ｓｉｎ（ωｔ）で表現される信号である。つまり、第１基準信号は、周波数検出部１２ａによって特定された周波数（騒音と同じ周波数）を有する。第１基準信号は、適応フィルタ部１３が備える第１フィルタ１３ａ、及び、第１補正部１４が備える第１補正信号生成部１４ｂに出力される。
余弦波生成部１２ｃは、周波数検出部１２ａによって検出された周波数の余弦波を、第２基準信号として出力する。第２基準信号は、基準信号の一例であり、周波数検出部１２ａによって検出された周波数がｆの場合には、ｃｏｓ（２πｆｔ）＝ｃｏｓ（ωｔ）で表現される信号である。つまり、第２基準信号は、周波数検出部１２ａによって特定された周波数（騒音と同じ周波数）を有する。第２基準信号は、適応フィルタ部１３が備える第２フィルタ１３ｂ、及び、第１補正部１４が備える第２補正信号生成部１４ｃに出力される。
［出力信号の生成］
適応フィルタ部１３は、基準信号生成部１２によって生成された基準信号にフィルタ係数を適用（乗算）することにより、出力信号を生成する（図８のＳ１２）。出力信号は、騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられ、出力端子１１ｃに出力される。適応フィルタ部１３は、第１フィルタ１３ａと、第２フィルタ１３ｂと、加算部１３ｃとを備える。適応フィルタ部１３は、いわゆる適応ノッチフィルタである。
第１フィルタ１３ａは、正弦波生成部１２ｂから出力される第１基準信号に第１のフィルタ係数を乗算する。乗算される第１のフィルタ係数は、上記（式２）のＡに対応するフィルタ係数であり、フィルタ係数更新部１５が備える第１更新部１５ａによって逐次更新される。第１のフィルタ係数が乗算された第１基準信号である第１出力信号は、加算部１３ｃに出力される。
第２フィルタ１３ｂは、余弦波生成部１２ｃから出力される第２基準信号に第２のフィルタ係数を乗算する。乗算される第２のフィルタ係数は、上記（式２）のＢに対応するフィルタ係数であり、フィルタ係数更新部１５が備える第２更新部１５ｂによって逐次更新される。第２のフィルタ係数が乗算された第２基準信号である第２出力信号は、加算部１３ｃに出力される。
加算部１３ｃは、第１フィルタ１３ａから出力される第１出力信号と、第２フィルタ１３ｂから出力される第２出力信号とを加算する。加算部１３ｃは、第１出力信号と第２出力信号との加算によって得られる出力信号を出力端子１１ｃに出力する。
出力端子１１ｃは、金属等により形成される端子である。出力端子１１ｃには、適応フィルタ部１３によって生成された出力信号が出力される。出力端子１１ｃには、スピーカ５３が接続される。このため、スピーカ５３には出力端子１１ｃを介して出力信号が出力される。スピーカ５３は、出力信号に基づいて打ち消し音を出力する。
［基準信号の補正］
第１補正部１４は、生成された基準信号を出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する（図８のＳ１３）。第１補正部１４は、第１制御部１４ａと、第１補正信号生成部１４ｂと、第２補正信号生成部１４ｃとを備える。
なお、伝達特性は、スピーカ５３の位置（出音位置）からマイク５４の位置（集音位置）までの経路を模擬した伝達特性と、所定のパラメータＦとを加算した特性である。この伝達特性をＣ＾と表現すると、伝達特性Ｃ＾は、以下の（式６）で表現される。
Figure 0006671036
上記伝達特性は、具体的には、周波数ごとのゲイン及び位相（位相遅れ）である。伝達特性は、あらかじめ空間５６において周波数ごとに実測され、記憶部１６に記憶される。つまり、記憶部１６には、周波数と、当該周波数の信号を補正するためのゲイン及び位相が記憶される。
第１制御部１４ａは、周波数検出部１２ａによって出力された周波数を取得し、取得した周波数に対応するゲイン及び位相を記憶部１６から読み出して（選択して）第１補正信号生成部１４ｂ及び第２補正信号生成部１４ｃに出力する。
第１補正信号生成部１４ｂは、第１制御部１４ａによって出力されたゲイン及び位相に基づいて第１基準信号を補正した第１補正後基準信号を生成する。第１補正後基準信号は、補正後基準信号の一例である。第１制御部１４ａによって出力されたゲインをα、位相をφ１とすると、第１補正後基準信号は、α・ｓｉｎ（ωｔ−φ１）と表現される。生成された第１補正後基準信号は、フィルタ係数更新部１５が備える第１更新部１５ａに出力される。
第２補正信号生成部１４ｃは、第１制御部１４ａによって出力されたゲイン及び位相に基づいて第２基準信号を補正した第２補正後基準信号を生成する。第２補正後基準信号は、補正後基準信号の一例である。第１制御部１４ａによって出力されたゲインをβ、位相をφ２とすると、第２補正後基準信号は、β・ｃｏｓ（ωｔ−φ２）と表現される。生成された第２補正後基準信号は、フィルタ係数更新部１５が備える第２更新部１５ｂに出力される。
記憶部１６は、伝達特性が記憶される記憶装置である。上述のように記憶部１６には、周波数と、当該周波数の信号を補正するためのゲイン及び位相が記憶される。なお、伝達特性は、伝達関数またはフィルタ係数の形式で記憶部１６に記憶されてもよい。
記憶部１６には、所定のパラメータＦ、並びに、後述する第１のフィルタ係数Ａ及び第２のフィルタ係数Ｂなども記憶される。記憶部１６は、具体的には、半導体メモリなどによって実現される。なお、騒音低減装置１０がＤＳＰなどのプロセッサによって実現される場合、記憶部１６には、プロセッサによって実行される制御プログラムも記憶される。記憶部１６には、騒音低減装置１０が行う信号処理に用いられるその他のパラメータが記憶されてもよい。
［誤差信号の補正］
第２補正部１７は、出力信号を所定のパラメータＦで補正することにより補正用信号を生成し、生成された補正用信号を誤差信号に加算することにより、誤差信号を受聴位置３０において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する（図８のＳ１４）。第２補正部１７は、補正信号生成部１７ａと、加算部１７ｂとを備える。誤差信号は、第２入力端子１１ｂから入力される。
第２入力端子１１ｂは、金属等により形成される端子である。第２入力端子１１ｂには、打ち消し音及び騒音の干渉によりマイク５４の位置（集音位置）において生じる残留音に基づく誤差信号が入力される。誤差信号は、マイク５４によって出力される。マイク５４の位置は、受聴位置３０と異なる位置である。
補正信号生成部１７ａは、上記（式５）で表現される所定のパラメータＦで出力信号を補正し、所定のパラメータＦで補正された後の出力信号である補正用信号を加算部１７ｂに出力する。補正信号生成部１７ａは、具体的には、例えば、出力信号に所定のパラメータＦを乗算する。このような補正用信号は、マイク５４から出力される誤差信号を受聴位置３０において生じる残留音を示す誤差信号に近づけるための補正（加算）に用いられる。言い換えれば、補正用信号は、受聴位置３０における打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔと騒音Ｎｅとの位相差を１８０ｄｅｇに近づけるための誤差信号の補正（加算）に用いられる。
所定のパラメータＦは、あらかじめ空間５６において実測されたデータ、または、空間５６をシミュレートしたデータ等と、上記（式５）とに基づいて実験的または経験的に定められる。所定のパラメータＦは、記憶部１６に記憶される。補正信号生成部１７ａは、記憶部１６から所定のパラメータＦを読み出して使用する。
なお、記憶部１６には複数の所定のパラメータＦが記憶されていてもよく、第２補正部１７（補正信号生成部１７ａ）は、複数の所定のパラメータＦを切り替えて使用してもよい。第２補正部１７は、例えば、騒音低減装置１０が用いられる車両５０の走行状態と相関を有する走行状態信号を取得（検出）し、所定のパラメータＦを切り替えてもよい。第２補正部１７は、具体的には、取得された走行状態信号に応じて記憶部１６に記憶された複数の所定のパラメータのうちの１つを選択し、出力信号または基準信号を選択された所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成してもよい。
なお、走行状態とは、アクセル開度、車速、エンジントルク、ギアポジションなどの情報を指す。走行状態信号は、走行状態と相関を有する信号であればどのような態様であってもよい。車両５０は、移動体装置の一例であり、走行状態は、移動状態の一例であり、走行状態信号は、移動状態信号の一例である。走行状態信号は、例えば、騒音低減装置１０が用いられる車両５０から取得される。
上記（式５）のＮｅ及びＮｍは、車両５０の走行状態に応じて変化する。このため、騒音低減装置１０は、走行状態に応じて所定のパラメータＦを切り替えることで、受聴位置３０において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。
加算部１７ｂは、補正用信号を誤差信号に加算する。加算部１７ｂは、補正用信号の加算が行われた後の誤差信号を補正後誤差信号としてフィルタ係数更新部１５に出力する。なお、以上説明した補正信号生成部１７ａは、実際には、例えば、一般的なデジタルフィルタと同様に複数のタップ（乗算、遅延、加算処理）で構成される。この場合、所定のパラメータＦは、タップの乗算処理に用いられる係数である。
以上説明した補正後誤差信号がフィルタ係数更新部１５に出力されることにより、上記図５Ａに示されるように打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔのゲイン及び位相が調整される。
［フィルタ係数の更新］
フィルタ係数更新部１５は、生成された補正後誤差信号及び生成された補正後基準信号に基づいて、フィルタ係数を逐次更新する（図８のＳ１５）。フィルタ係数更新部１５は、第１更新部１５ａと、第２更新部１５ｂとを備える。
第１更新部１５ａは、第１補正信号生成部１４ｂから取得した第１補正後基準信号、及び、第２補正部１７から取得した補正後誤差信号に基づいて、第１のフィルタ係数を算出する。第１更新部１５ａは、具体的には、ＬＭＳ法を用いて、補正後誤差信号が最小になるように第１のフィルタ係数を算出し、算出した第１のフィルタ係数を第１フィルタ１３ａに出力する。また、第１更新部１５ａは、第１のフィルタ係数を逐次更新する。第１補正後基準信号をｒ１、補正後誤差信号をｅと表現すると、第１のフィルタ係数Ａ（上記（式２）のＡに相当）は、以下の（式７）で表現される。なお、ｎは自然数であり、サンプリング周期に相当する。μはスカラ量であり、１サンプリング当たりのフィルタ係数の更新量を決定するステップサイズパラメータである。
Figure 0006671036
第２更新部１５ｂは、第２補正信号生成部１４ｃから取得した第２補正後基準信号、及び、第２補正部１７から取得した補正後誤差信号に基づいて、第２のフィルタ係数を算出する。第２更新部１５ｂは、具体的には、ＬＭＳ法を用いて、補正後誤差信号が最小になるように第２のフィルタ係数を算出し、算出した第２のフィルタ係数を第２フィルタ１３ｂに出力する。また、第２更新部１５ｂは、第２のフィルタ係数を逐次更新する。第２補正後基準信号をｒ２、補正後誤差信号をｅと表現すると、第２のフィルタ係数Ｂ（上記（式２）のＢに相当）は、以下の（式８）で表現される。
Figure 0006671036
［実施の形態１の効果等］
騒音低減装置１０によって出力される出力信号を用いて出力される打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔは、所定のパラメータＦによってゲイン及び位相が調整されるため、騒音Ｎｅとの位相差が１８０ｄｅｇに近づく。したがって、受聴位置３０において聞こえる騒音は、０に収束する。騒音低減装置１０によれば、誤差信号が補正されることにより、受聴位置３０とマイク５４の位置とが異なる場合も、受聴位置３０において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。
（実施の形態２）
［実施の形態２に係る誤差信号の補正］
実施の形態１では、第２補正部１７は、出力信号を所定のパラメータＦで補正することにより補正用信号を生成した。しかしながら、基準信号を所定のパラメータＦで補正することにより、第２補正部１７が誤差信号に対して行う補正と同様の補正を実現することも可能である。実施の形態２では、基準信号を所定のパラメータＦで補正することにより補正用信号を生成する信号処理量（演算量）を大幅に削減できる例について説明する。図９は、実施の形態２に係る騒音低減装置の機能ブロック図である。なお、以下の実施の形態２の説明においては、実施の形態１において既に説明された構成要素の詳細な説明が省略される。
図９に示されるように、実施の形態２に係る騒音低減装置１０ａは、第２補正部１７に代えて第２補正部１８を備える。第２補正部１８は、第２制御部１８ａと、第３補正信号生成部１８ｂと、第４補正信号生成部１８ｃと、第１係数乗算部１８ｄと、第２係数乗算部１８ｅと、第１加算部１８ｆと、第２加算部１８ｇとを備える。
第２制御部１８ａは、周波数検出部１２ａによって出力された周波数を取得し、取得した周波数に対応する所定のパラメータＦを記憶部１６から読み出して第３補正信号生成部１８ｂ及び第４補正信号生成部１８ｃに出力する。実施の形態２では、所定のパラメータＦが周波数ごとにゲイン及び位相として記憶部１６に記憶されている。
第３補正信号生成部１８ｂは、正弦波生成部１２ｂによって出力された第１基準信号を、第２制御部１８ａによって出力された所定のパラメータＦのゲイン及び位相に基づいて補正した第３補正後基準信号を生成する。生成された第３補正後基準信号は、第１係数乗算部１８ｄに出力される。第３補正後基準信号は、パラメータＦにより、ゲイン及び位相が補正された第１基準信号である。つまり、第３補正信号生成部１８ｂによって行われる信号処理は、ゲイン及び位相の補正量がパラメータＦに基づく点を除いて、第１補正信号生成部１４ｂが行う信号処理と同様である。
第４補正信号生成部１８ｃは、余弦波生成部１２ｃによって出力された第２基準信号を、第２制御部１８ａによって出力された所定のパラメータＦのゲイン及び位相に基づいて補正した第４補正後基準信号を生成する。生成された第４補正後基準信号は、第２係数乗算部１８ｅに出力される。第４補正後基準信号は、パラメータＦにより、ゲイン及び位相が補正された第２基準信号である。つまり、第４補正信号生成部１８ｃによって行われる信号処理は、ゲイン及び位相の補正量がパラメータＦに基づく点を除いて、第２補正信号生成部１４ｃが行う信号処理と同様である。
第１係数乗算部１８ｄは、第３補正信号生成部１８ｂから出力される第３補正後基準信号に第１のフィルタ係数を乗算する。乗算される第１のフィルタ係数は、上記（式２）のＡに対応するフィルタ係数であり、第１更新部１５ａによって上記（式７）に基づいて逐次更新される。第１のフィルタ係数が乗算された第３補正後基準信号である第３出力信号は、第１加算部１８ｆに出力される。
第２係数乗算部１８ｅは、第４補正信号生成部１８ｃから出力される第４補正後基準信号に第２のフィルタ係数を乗算する。乗算される第２のフィルタ係数は、上記（式２）のＢに対応するフィルタ係数であり、第２更新部１５ｂによって上記（式８）に基づいて逐次更新される。第２のフィルタ係数が乗算された第４補正後基準信号である第４出力信号は、第１加算部１８ｆに出力される。
第１加算部１８ｆは、第１係数乗算部１８ｄから出力される第３出力信号と、第２係数乗算部１８ｅから出力される第４出力信号とを加算する。第１加算部１８ｆは、第３出力信号と第４出力信号との加算によって得られる補正用信号を第２加算部１８ｇに出力する。このような補正用信号は、マイク５４から出力される誤差信号を受聴位置３０において生じる残留音を示す誤差信号に近づけるための補正（加算）に用いられる。言い換えれば、補正用信号は、受聴位置３０における打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔと騒音Ｎｅとの位相差を１８０ｄｅｇに近づけるための誤差信号の補正（加算）に用いられる。
第２加算部１８ｇは、補正用信号を誤差信号に加算する。第２加算部１８ｇは、加算が行われた後の誤差信号を補正後誤差信号としてフィルタ係数更新部１５に出力する。補正後誤差信号がフィルタ係数更新部１５に出力されることにより、上記図５Ａに示されるように打ち消し音のゲインおよび位相が調整される。
［実施の形態２の効果等］
実施の形態２に係る騒音低減装置１０ａによって出力される出力信号を用いて出力される受聴位置３０における打ち消し音Ｃｅ＊Ｏｕｔは、所定のパラメータＦによってゲイン及び位相が調整されることによって騒音Ｎｅとの位相差が１８０ｄｅｇに近づく。したがって、受聴位置３０において聞こえる騒音は、０に収束する。騒音低減装置１０ａによれば、誤差信号が補正されることにより、受聴位置３０とマイク５４の位置とが異なる場合も、受聴位置３０において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。
また、実施の形態１において第２補正部１７によって行われる処理は、一般的なデジタルフィルタと同様に複数のタップを用いた処理となる。これに対し、第２補正部１８は、所定のパラメータＦの適用対象を単一の周波数の信号とすることで、単一の周波数に応じた処理となり、騒音低減装置１０ａは、信号処理量（演算量）を大幅に削減できる効果を奏する。
以上説明したように、補正用信号は、実施の形態１のように出力信号を所定のパラメータＦで補正することによって生成されてもよいし、実施の形態２のように基準信号を所定のパラメータＦで補正することによって生成されてもよい。
（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
上記実施の形態に係る騒音低減装置は、車両以外の移動体装置に搭載されてもよい。移動体装置は、例えば、航空機または船舶であってもよい。また、本発明は、このような車両以外の移動体装置として実現されてもよい。
また、上記実施の形態では、騒音源としてエンジンが例示されたが、騒音源についても特に限定されない。騒音源は、例えば、モータなどであってもよい。
また、上記実施の形態に係る騒音低減装置の構成は、一例である。例えば、騒音低減装置は、Ｄ／Ａ変換器、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、電力増幅器、または、Ａ／Ｄ変換器などの構成要素を含んでもよい。
また、上記実施の形態に係る騒音低減装置が行う処理は、一例である。例えば、上記実施の形態で説明された一部の処理が、デジタル信号処理ではなくアナログ信号処理によって実現されてもよい。
また、例えば、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよいし、複数の処理が並行して実行されてもよい。
また、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
また、各構成要素は、回路（または集積回路）でもよい。これらの回路は、全体として１つの回路を構成してもよいし、それぞれ別々の回路でもよい。また、これらの回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
また、本発明の全般的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの非一時的な記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及びコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
例えば、本発明は、騒音低減装置（ＤＳＰ）が実行する騒音低減方法として実現されてもよいし、上記騒音低減方法をコンピュータ（ＤＳＰ）に実行させるためのプログラムとして実現されてもよい。また、本発明は、上記実施の形態に係る騒音低減装置と、スピーカ（出音装置）と、マイク（集音装置）とを備える騒音低減システムとして実現されてもよい。
また、上記実施の形態において説明された騒音低減装置の動作における複数の処理の順序は一例である。複数の処理の順序は、変更されてもよいし、複数の処理は、並行して実行されてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本発明の騒音低減装置は、例えば、車室内の騒音を低減する装置として有用である。
１０、１０ａ、１０ｂ 騒音低減装置
１１ａ 第１入力端子
１１ｂ 第２入力端子
１１ｃ 出力端子
１２ 基準信号生成部
１２ａ 周波数検出部
１２ｂ 正弦波生成部
１２ｃ 余弦波生成部
１３ 適応フィルタ部
１３ａ 第１フィルタ
１３ｂ 第２フィルタ
１３ｃ、１７ｂ 加算部
１４ 第１補正部
１４ａ 第１制御部
１４ｂ 第１補正信号生成部
１４ｃ 第２補正信号生成部
１５ フィルタ係数更新部
１５ａ 第１更新部
１５ｂ 第２更新部
１６ 記憶部
１７、１８ 第２補正部
１７ａ 補正信号生成部
１８ａ 第２制御部
１８ｂ 第３補正信号生成部
１８ｃ 第４補正信号生成部
１８ｄ 第１係数乗算部
１８ｅ 第２係数乗算部
１８ｆ 第１加算部
１８ｇ 第２加算部
３０ 受聴位置
５０ 車両
５１ エンジン
５２ エンジン制御部
５３ スピーカ（出音装置）
５４ マイク（集音装置）
５５ 車両本体
５６ 空間

Claims (6)

  1. 受聴位置における騒音を低減する騒音低減装置であって、
    前記騒音と相関を有する騒音参照信号が入力される第１入力端子と、
    入力された前記騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、
    生成された前記基準信号にフィルタ係数を適用することにより、前記騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成する適応フィルタ部と、
    生成された前記出力信号が出力される出力端子と、
    生成された前記基準信号を前記出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する第１補正部と、
    前記打ち消し音及び前記騒音の干渉により前記受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号が入力される第２入力端子と、
    前記出力信号または前記基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、生成された前記補正用信号を前記誤差信号に加算することにより、前記誤差信号を前記受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する第２補正部と、
    生成された前記補正後誤差信号及び生成された前記補正後基準信号に基づいて、前記フィルタ係数を逐次更新するフィルタ係数更新部とを備える
    騒音低減装置。
  2. 前記第２補正部は、前記出力信号を前記所定のパラメータで補正することにより前記補正用信号を生成する
    請求項１に記載の騒音低減装置。
  3. 前記第２補正部は、前記基準信号を前記所定のパラメータで補正し、かつ、前記フィルタ係数を適用することにより前記補正用信号を生成する
    請求項１に記載の騒音低減装置。
  4. さらに、複数の前記所定のパラメータが記憶される記憶部を備え、
    前記第２補正部は、
    前記騒音低減装置が用いられる移動体装置の移動状態と相関を有する移動状態信号をさらに取得し、
    取得された前記移動状態信号に応じて前記記憶部に記憶された複数の前記所定のパラメータのうちの１つを選択し、
    前記出力信号または前記基準信号を選択された前記所定のパラメータで補正することによって前記補正用信号を生成する
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の騒音低減装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の騒音低減装置と、
    前記出力信号を用いて前記打ち消し音を出力する出音装置と、
    前記集音位置に配置され、前記誤差信号を前記第２入力端子に出力する集音装置とを備える
    移動体装置。
  6. 受聴位置における騒音を低減する騒音低減方法であって、
    前記騒音と相関を有する騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成し、
    生成された前記基準信号にフィルタ係数を適用することにより、前記騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成し、
    生成された前記基準信号を前記出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成し、
    前記出力信号または前記基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、
    生成された前記補正用信号を、前記打ち消し音及び前記騒音の干渉により前記受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号に加算することにより、前記誤差信号を前記受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成し、
    生成された前記補正後誤差信号及び生成された前記補正後基準信号に基づいて、前記フィルタ係数を逐次更新する
    騒音低減方法。
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