JPH05333872A

JPH05333872A - 雑音低減装置

Info

Publication number: JPH05333872A
Application number: JP4163573A
Authority: JP
Inventors: Toru Sasaki; 徹佐々木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】頭の位置や方向が変化しても常に最良の雑音
低減効果が得られる。【構成】参照入力用マイクロホン２１で収音した雑音
から、この雑音を打ち消すための打ち消し音を打ち消し
音形成手段３０で形成する。スピーカ２６で、この打ち
消し音形成手段３０からの打ち消し音を放音する。この
打ち消し音により雑音低減された音場での雑音残差を、
装身具に取り付けられ、耳の近傍に固定的に設置された
残差検出用マイクロホン４１で収音する。残差検出用マ
イクロホン４１で収音した残差信号を打ち消し音形成手
段３０に供給し、打ち消し音形成手段３０で、残差が最
小になるように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、音響的に雑音を低減
する小型の能動型雑音低減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から能動型雑音低減装置と呼ばれる
装置が知られている。これは、雑音源から放射された雑
音は、空間的パスを通って人間の耳に到達するが、雑音
源からの雑音と等しい振幅で逆相の音波を例えばスピー
カから放音して、耳近傍における雑音を低減するシステ
ムである。

【０００３】この種の雑音低減装置においては、雑音源
の近傍に設置された参照入力用マイクロホンにより雑音
信号（この雑音信号は、雑音源からの雑音に非常に相関
が強い）を収音し、この雑音信号から打ち消し音形成回
路により、耳の近傍で雑音を打ち消すための音声信号を
形成する。そして、この打ち消し音声信号をスピーカに
供給して、耳の近傍での雑音を低減する。そして、雑音
残差を収音する残差検出用マイクロホンを耳の近傍に配
置し、この残差検出用マイクロホンからの検出信号を打
ち消し音形成回路にフィードバックして、この打ち消し
音形成回路において、雑音残差が最小になるように調整
するようにしている。

【０００４】この能動型雑音低減装置においては、残差
検出用マイクロホンは、できるだけ耳道入口あるいは鼓
膜付近に設置することが望ましく、その位置から離れる
ほど、雑音低減量が小さくなる。従来、例えば航空機の
乗員に対して適用される場合、この雑音残差検出用マイ
クロホンは、座席やヘッドレストなどの支持部材により
乗員の耳の近傍に固定するようにされていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように座席やヘッドレストなど、人体から離れた位置に
残差検出用マイクロホンを設置する場合には、人の頭の
大きさや座り方などの個人差や、頭の動きについてある
程度の自由度を許す必要などを考慮しなければならない
ため、残差検出用マイクロホンを耳元から離れた位置に
設置しなければならず、残差検出用マイクロホンを充分
に耳に近付けることが困難であった。この結果、充分な
雑音低減量が得られない欠点があった。

【０００６】また、従来のシステムでは、残差検出用マ
イクロホンは、人体とは離れて物理的に固定して取り付
けられているため、雑音が低減されるエリアが限られ、
耳がそのエリア内にないと、所定の雑音低減量が得られ
ない。このために、頭の自由な動きが制限されるという
欠点があった。

【０００７】この発明は、以上の点にかんがみ、頭の移
動や方向の変化があっても充分な雑音低減量を常に得る
ことができる雑音低減装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明による雑音低減装置は、後述の実施例の参
照符号を対応させると、雑音を収音するための参照入力
用マイクロホン２１と、この参照入力用マイクロホン２
１で収音した雑音から、この雑音を打ち消すための打ち
消し音を形成する打ち消し音形成手段３０と、この打ち
消し音形成手段３０からの音声信号を受けて、打ち消し
音を放音するための放音手段２６と、この放音手段２６
から放音された打ち消し音により雑音低減された音場で
の雑音残差を収音するための残差検出用マイクロホン４
１とを備え、残差検出用マイクロホン４１で収音された
残差信号が打ち消し音形成手段３０に供給され、この打
ち消し音形成手段３０が、前記残差が最小になるように
調整されるようにされたものであって、残差検出用マイ
クロホン４１が装身具５０に取り付けられているもので
ある。この装身具は、頭部に装着するもの、例えば眼鏡
やヘアーバンドであるとなおよい。

【０００９】

【作用】上記のように構成したこの発明においては、残
差検出用マイクロホン４１は、人体に装着される装身具
に取り付けられ、耳の近くに設置される。残差検出用マ
イクロホンが人体に装着されるので、頭の移動、方向変
更に関係なく、常に所定の雑音低減量が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明による雑音低減装置の一実施
例を、適応フィルタ回路を用いて適応処理を行う適応型
雑音低減装置の場合を例にとって、図を参照しながら説
明する。

【００１１】この発明の実施例の説明をする前に、図３
を参照しながら適応型雑音低減装置について説明する。
図３において、１は主要入力端子、２は参照入力端子で
あって、主要入力端子１を通じて入力された信号は遅延
回路３を介して合成回路４に供給される。また、参照入
力端子２を通じて入力された信号は適応フィルタ回路５
を介して合成回路４に供給され、遅延回路３からの信号
から減算される。そして、この合成回路４の出力は、適
応フィルタ回路５に帰還されると共に、出力端子６に導
出される。

【００１２】この雑音低減装置においては、主要入力端
子１には、希望信号ｓと、これと無相関の雑音ｎ0 とが
加算されたものが入力される。一方、参照入力端子２に
は、雑音ｎ1 が入力される。この参照入力の雑音ｎ1
は、希望信号とは無相関であるが、雑音ｎ0 とは相関が
あるようにされている。

【００１３】適応フィルタ回路５は、参照入力雑音ｎ1
をフィルタリングして、雑音ｎ0 に近似する信号ｙを出
力する。この適応フィルタ回路５の出力信号ｙとして、
雑音と逆相、等振幅の信号を得るようにすることもでき
る。合成回路４では、遅延回路３の出力信号から適応フ
ィルタ回路５の出力信号を減算する処理が行なわれる。
遅延回路３は、適応フィルタ回路５での処理時間を考慮
して、減算処理する信号の時間合わせをするためのもの
である。

【００１４】適応フィルタ回路５における適応のアルゴ
リズムは、合成回路４の出力である減算出力（残差出
力）ｅを最小にするように働く。すなわち、今、ｓ，ｎ
0 ，ｎ1 ，ｙが統計的に定常であり、平均値が０である
と仮定すると残差出力ｅは、ｅ＝ｓ＋ｎ0 −ｙとなる。これを二乗したものの期待値は、ｓがｎ0 と、
また、ｙと無相関であるから、Ｅ［ｅ²］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅ［（ｎ0 −ｙ）²］＋２Ｅ［ｓ（ｎ0 −ｙ）］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅ［（ｎ0 −ｙ）²］となる。適応フィルタ回路５が収束するものとすれば、
適応フィルタ回路５は、Ｅ［ｅ²］が最小になるように
調整されるものである。このとき、Ｅ［ｓ²］は影響を
受けないので、Ｅmin ［ｅ²］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅmin ［（ｎ0 −ｙ）²］となる。すなわち、Ｅ［ｅ²］が最小化されることによ
ってＥ［（ｎ0 −ｙ）²］が最小化され、適応フィルタ
回路５の出力ｙは、雑音ｎ0 の推定量になる。そして、
合成回路４からの出力の期待値は、希望信号ｓのみとな
る。すなわち、適応フィルタ回路５を調整して全出力パ
ワーを最小化することは、減算出力ｅが、希望音声信号
ｓの最小二乗推定値になることに等しい。

【００１５】なお、適応フィルタ回路５はアナログ信号
処理回路で実現する場合とデジタル信号処理回路で実現
する場合の、いずれでも可能である。適応フィルタ回路
５を、デジタルフィルタを用いて実現した場合の例を図
４に示す。この例は、適応のアルゴリズムとして、いわ
ゆるＬＭＳ（最小平均自乗）法を使用する。

【００１６】図４に示すように、この例では、ＦＩＲフ
ィルタ型の適応線形結合器３００を使用する。これは、
それぞれ単位サンプリング時間の遅延時間Ｚ^-1を有する
複数個の遅延回路ＤＬ１，ＤＬ２，……ＤＬｍ（ｍは正
の整数）と、入力雑音ｎ1 及び各遅延回路ＤＬ１，ＤＬ
２，……ＤＬｍの出力信号と加重係数との掛け算を行う
加重回路ＭＸ０，ＭＸ１，ＭＸ２，……ＭＸｍと、加重
回路ＭＸ０〜ＭＸｍの出力を加算する加算回路３１０を
備える。加算回路３１０の出力はｙである。

【００１７】加重回路ＭＸ０〜ＭＸｍに供給する加重係
数は、例えばマイクロコンピュータからなるＬＭＳ演算
回路３２０で、合成回路４からの残差信号ｅに基づいて
形成される。このＬＭＳ演算回路３２０で実行されるア
ルゴリズムは、次のようになる。

【００１８】今、時刻k における入力ベクトルＸ_kを、
図４にも示すように、Ｘ_k＝［ｘ_0k ｘ_1k ｘ_2k ・・・ｘ_mk］^T とし、出力をｙ_k、加重係数をｗ_jk（j=0,1,2,…m ）と
すると、入出力の関係は、次の数１に示すように、

【００１９】

【数１】となる。

【００２０】そして、時刻k における加重ベクトルＷ_k
を、Ｗ_k＝［ｗ_0k ｗ_1k ｗ_2k ・・・ｗ_mk］^T と定義すれば、入出力関係は、ｙ_k＝Ｘ_k ^T・Ｗ_k で与えられる。ここで、希望の応答をｄ_kとすれば、残
差ｅ_kは次のように表される。ｅ_k＝ｄ_k−ｙ_k ＝ｄ_k−Ｘ_k ^T・Ｗ_k ＬＭＳ法では、加重ベクトルの更新を、Ｗ_k+1＝Ｗ_k＋２μ・ｅ_k・Ｘ_k なる式により順次行っていく。ここで、μは適応の速度
と安定性を決める利得因子（ステップゲイン）である。

【００２１】この発明の対象である能動型雑音低減装置
では、合成回路４が音響合成手段となる。すなわち、適
応フィルタ回路５で、雑音と逆相、等振幅の雑音打ち消
し音声信号−ｙ形成し、これをスピーカなどに供給し
て、主要音声に音響的に加算して雑音低減する構成とす
る。この場合の残差ｅは、残差検出用マイクロホンで収
音することなる。

【００２２】図１は、この発明による雑音低減装置の一
実施例の構成図である。この例では、適応フィルタ回路
は、デジタルフィルタを用いたものが使用される。そし
て、主要入力としては、雑音源１１のみを考えている。
この雑音源１１からの雑音は、図に示すようにして耳１
２に伝播される。

【００２３】２１は参照入力用マイクロホンであって、
雑音源１１の近傍に配置され、耳に入力する雑音と相関
がある雑音を収音する。この参照入力用マイクロホン２
１により収音され、電気信号に変換されて得られた信号
は、アンプ２２を介してＡ／Ｄコンバータ２３に供給さ
れて、デジタル信号に変換され、適応フィルタ回路３０
に供給される。そして、この適応フィルタ回路３０の出
力信号がＤ／Ａコンバータ２４によりアナログ音声信号
に戻され、アンプ２５を介してスピーカ２６に供給され
る。そして、このスピーカ２６により、雑音打ち消し音
が放音されて、雑音源１１からの雑音音波と音響的に合
成され、耳１２の近傍において、雑音源１１からの雑音
が低減される。

【００２４】そして、この耳１２の近傍には残差検出用
マイクロホン４１を備える残差無線伝送ユニット４０が
設置される。このユニット４０は、この例では図２に示
すように、眼鏡５０のフレーム５１に取り付けられ、残
差検出用マイクロホン４１が、眼鏡を装着したときに耳
道の入口の近傍に位置するように構成されている。

【００２５】残差無線伝送ユニット４０は、残差検出用
マイクロホン４１の他に、アンプ４２と無線送信回路４
３を備えている。この無線伝送ユニット４０を駆動する
ための電源は、ユニット４０に搭載してもよいし、眼鏡
フレーム５１に内蔵させたり、フレーム５１に装着する
ようにすることもできる。そして、残差検出用マイクロ
ホン４１により収音された耳１２の耳道入口の残差は、
アンプ４２を介して無線送信回路４３に供給され、電波
として無線受信回路２７に送信される。この無線受信回
路２７で受信された残差は適応フィルタ回路３０に供給
される。この適用フィルタ回路３０は、残差が最小とな
るようにその出力信号−ｙを調整する。

【００２６】こうして、耳１２の耳道入口における雑音
が最小になるように、適応的に雑音低減される。そし
て、この例においては、残差検出用マイクロホン４１
は、人間に装着される眼鏡５０に取り付けられて、耳１
２の耳道入口近傍に頭の移動に関係なく人体に固定的に
設置されるので、人間の頭の動きや人間自身の動きに不
自由さを与えることなく、常に所定の雑音低減量を得る
ことができる。さらに、この例では、残差信号を無線で
送信するようにしたので、煩わしい信号線がなく、自由
な動きを確保することができる。

【００２７】上述の例では、残差検出用マイクロホン４
１を備える無線伝送ユニット４０は、眼鏡のフレームに
装着して、耳１２の近傍に残差検出用マイクロホン４１
を設置するようにしたが、無線伝送ユニット４０を装着
する部材としては、これに限らず、例えば帽子、ヘアー
バンド、イアリングなど、人間が使用する装身具であっ
て、残差検出用マイクロホンを耳の近傍に設置すること
が可能なものであれば、どのようなものでも良い。

【００２８】また、残差検出用マイクロホン４１と無線
送信回路４３とは別体として、両者間を信号線で結び、
無線送信回路４３を携帯型とするようにすることもでき
る。その場合には、電池は携帯型の無線送信回路側に設
け、残差検出用マイクロホン４１を動作させるための電
源電圧もコードを介して与えるようにすることができ
る。また、以上の例では、残差信号は電波で送信するよ
うにしたが、赤外線、超音波、レーザ光などを用いる無
線伝送手段を用いても良い。

【００２９】なお、残差信号は無線で送信するのではな
く、信号線を介して適用フィルタ回路３０に伝送するよ
うにしても良いことはいうまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、能動型雑音低減装置において、残差検出用マイクロ
ホンは、装身具に取り付けて耳の近傍に固定的に設置す
ることができるようにしたので、頭の移動や方向の変化
があっても、常に初期の雑音低減効果を得ることができ
る。また、雑音低減エリアは、常に耳の近傍にあるの
で、頭や身体は自由に動かすことができる。特に、残差
信号を無線で伝送するようにした場合には、動きの自由
度が増加すると共に、煩わしい信号線がないので、自由
に種々の作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による雑音低減装置の一実施例のブロ
ック図である。

【図２】この発明の要部の一例を説明するための図であ
る。

【図３】適応型雑音低減装置の一例を説明するための図
である。

【図４】適応フィルタ回路の一例を示す図である。

【符号の説明】

１１雑音源１２耳２１参照入力用マイクロホン２６打ち消し音を放音するスピーカ３０適用フィルタ回路４０残差無線伝送ユニット４１残差検出用マイクロホン４２無線送信回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】雑音を収音するための参照入力用マイク
ロホンと、この参照入力用マイクロホンで収音した雑音から、この
雑音を打ち消すための打ち消し音を形成する打ち消し音
形成手段と、この打ち消し音形成手段からの音声信号を受けて、前記
打ち消し音を放音するための放音手段と、前記放音手段から放音された打ち消し音により雑音低減
された音場での雑音残差を収音するための残差検出用マ
イクロホンとを備え、前記残差検出用マイクロホンで収音された残差信号が前
記打ち消し音形成手段に供給され、この打ち消し音形成
手段が、前記残差が最小になるように調整されるように
されたものであって、前記残差検出用マイクロホンが装身具に取り付けられた
雑音低減装置。
【請求項２】前記装身具に取り付けられた前記残差検
出用マイクロホンからの残差信号が、無線式で前記打ち
消し音形成手段に伝送されるようにされた請求項１記載
の雑音低減装置。
【請求項３】前記装身具が、人体の頭部に装着するも
のである請求項１または請求項２記載の雑音低減装置。
【請求項４】前記打ち消し音形成手段が適応フィルタ回
路で構成された請求項１または請求項２記載の雑音低減
装置。