JP4973733B2 - 能動消音装置および能動消音装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、能動消音装置および能動消音装置の制御方法に関する。

騒音を消音する技術の１つに能動消音（ＡＮＣ）がある。ＡＮＣは、騒音に対して同振幅で逆位相の音波（制御音）を干渉させて消音を行なう技術である。
近年では、空調騒音、工場内や自動車内の騒音などを消すのに能動消音装置が用いられている。

続いて、従来の代表的な能動消音装置について説明する。
特許文献１では、低演算量で高い消音性能を有する能動消音装置が示されている。この能動消音装置は、図１１に示すように、センサマイク１０１、フィルタ係数を可変に設定可能なＦＩＲフィルタ１０２、フィルタ係数が固定であるＦＩＲフィルタ１０３、ＦＩＲフィルタ１０３の後段に設けられたＬＭＳ演算器１０４、制御用スピーカ１０５、エラーマイク１０６、によって構成される。なお、ＦＩＲフィルタ１０２、ＦＩＲフィルタ１０３、ＬＭＳ（Least Mean Square）演算器１０４によって適応フィルタ１０７が構成される。

センサマイク１０１は、騒音に対応する信号（参照信号）を検出して、フィルタ係数を可変に設定可能なＦＩＲフィルタ１０２およびフィルタ係数が固定であるＦＩＲフィルタ１０３に出力する。

係数が固定であるＦＩＲフィルタ（誤差経路のフィルタ）１０３は、入力した参照信号ｘ（ｔ）を自身のタップ数だけ現在時刻と過去のそれぞれの時刻で保持している。そして、この参照信号ｘ（ｔ）をベクトル化したｘ^→（ｔ）＝［ｘ（ｔ），ｘ（ｔ−１），・・・，ｘ（ｔ−Ｎ_ｗ＋１）］に、制御用スピーカ１０５からエラーマイク１０６までの誤差経路の伝播関数ｗ＾^→＝［ｗ＾（１），ｗ＾（２），・・・，ｗ＾（Ｎ_ｗ）］を下記（１）式によって畳み込んで得た信号（濾波参照信号）ｒ（ｔ）をＬＭＳ演算器１０４に出力する。
ｒ（ｔ）＝ｗ＾^→ ＊ ｘ^→（ｔ） ・・・ （１）
（＊は畳み込み演算を表す）
ＬＭＳ演算器１０４は、ＦＩＲフィルタ１０３から入力した濾波参照信号ｒ（ｔ）を、ＦＩＲフィルタ１０２のタップ数（Ｎ_ｈ）だけ現在時刻と過去のそれぞれの時刻で保持している。そして、この濾波参照信号をベクトル化したｒ^→（ｔ）＝［ｒ（ｔ），ｒ（ｔ−１），・・・，ｒ（ｔ−Ｎ_ｈ＋１）］、および、現時刻におけるＦＩＲフィルタ１０２の係数ｈ^→（ｔ）＝［ｈ（１，ｔ），ｈ（２，ｔ），・・・，ｈ（Ｎ_ｈ，ｔ）］を用いて、次時刻におけるＦＩＲフィルタ１０２の係数ｈ^→（ｔ＋１）＝［ｈ（１，ｔ＋１），ｈ（２，ｔ＋１），・・・，ｈ（Ｎ_ｈ，ｔ＋１）］を下記（２）式により求めている。
ｈ^→（ｔ＋１）＝ｈ^→（ｔ） ＋ μ・ｅ（ｔ）・ｒ^→（ｔ） ・・・ （２）
ただし、ｅ（ｔ）は、時刻ｔにおいて、エラーマイク１０６によって検出された残留騒音信号であり、μは、ステップサイズパラメータである。

なお、図１１に示すように、適応フィルタ１０７において、ＬＭＳ演算器１０４の前段に係数固定のＦＩＲフィルタ１０３を追加したものを、ＬＭＳアルゴリズムに対して、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳアルゴリズムという。このアルゴリズムの基本原理は、制御用スピーカ１０５からエラーマイク１０６までの伝達関数を考慮して、残留騒音が減少するように最急降下法に基づいてＦＩＲフィルタ１０２のフィルタ係数を更新（決定）するものである。

Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳアルゴリズムについては、例えば、非特許文献１に述べられている。
一般に、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳアルゴリズムのような時間領域の適応アルゴリズムでは、音圧レベルの高い周波数帯域の方が音圧レベルの低い周波数帯域より消音量が大きくなる。このため、音圧レベルの低い周波数帯域に人間に不快感を与え易い騒音が存在する場合、大きな消音効果を得ることができないという問題がある。

この問題を解決するために、特許文献２では、図１２に示すように、センサマイク１１１からの参照信号ｘを帯域分割部１１２を通して複数の帯域ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_ｎに分割するとともに、エラーマイク１１６からの残留騒音信号ｅを帯域分割部１１４を通して複数の帯域ｅ_１，ｅ_２，・・・，ｅ_ｎに分割している。そして、複数の適応フィルタを有する適応フィルタ部１１３において、帯域ごとにフィルタ係数を更新（決定）し、制御用スピーカ１１５に出力する制御信号を生成している。これにより、広い周波数帯域で高い消音効果を得ている。

しかしながら、能動消音装置では、制御用スピーカやマイクの経年変化、制御用スピーカからエラーマイクに至る誤差経路の空間伝達系の変動、能動消音装置への外乱騒音の混入などによって、一部の周波数で十分な消音量が得られなくなる場合がある。

そのような場合、十分な消音量が得られる周波数帯域の音圧レベルと、十分な消音量が得られない周波数帯域の音圧レベルとの間の差が広がる。その結果、図１３に示すように、当初フラットであった各周波数帯域の音圧レベルも、能動消音装置を動作させて十分時間が経過した後には、一部の周波数の音圧レベルが消音できなかった帯域として突出した状態となり、その消音できなかった帯域が目立って耳障りに聞こえるという問題がある。

また、分割した帯域ごとに独立してフィルタ係数を更新（決定）する場合（例えば、図１２の場合）には、消音できなかった帯域が耳障りに聞こえるという問題が一層顕著に現れる。
特許第２８７２５４５号公報 「消音装置」 特許第２５１７１５０号公報 「消音装置」 B. Widrow and S. Stearns, "Adaptive Signal Processing" Prentice-Hall, Englewood, Cliffs, NJ, 1985

本発明は、消音できなかった帯域が目立って耳障りに聞こえることを回避することを可能とした能動消音装置および能動消音装置の制御方法を提供することを目的とする。
本発明の第１態様の能動消音装置は、騒音と干渉する制御音を発生するスピーカと、前記干渉後に残る騒音を残留騒音信号として検出するマイクと、前記残留騒音信号を複数の周波数帯域に分割し、該分割して得られた隣接帯域間における音圧レベルの差を出力する音質評価部と、現帯域と、該現帯域と隣接する帯域との隣接帯域間における該音圧レベルの差と所定の閾値とを比較して、該隣接帯域間における該音圧レベルの差が該所定の閾値以下の場合には、その現帯域の残留騒音信号の周波数成分を通過させ、該隣接帯域間における該音圧レベルの差が前記所定の閾値より大きい場合には、その現帯域の残留騒音信号の周波数成分を通過させない動作信号決定部と、前記通過した残留騒音信号の複数の帯域と、前記騒音に対応する参照信号の複数の帯域とに基づいて、前記制御音を生成するための制御信号を生成して出力する制御信号生成部と、を備えることを特徴とする能動消音装置である。

ここで、動作信号決定部により残留騒音信号の帯域ごとに、音圧レベルの差に応じて、どのタイミングで検出した周波数成分をスピーカの制御音を生成するときに使用するかを決めている。

よって、例えば、残留騒音信号の帯域ごとに、隣接する低い方の周波数帯域と比べて過剰に現帯域の周波数成分を消去するか、または、隣接する高い方の周波数帯域と比べて過剰に現帯域の周波数成分を消去するかした場合は、現帯域に対して、現在時刻で検出した周波数成分を制御音を生成するときに使用しないようにして、その現帯域の残留騒音の音圧レベルと、隣接するいずれか一方の帯域または隣接する双方の帯域の音圧レベルとの差が拡がることを防ぐことができる。したがって、例えば、消音できなかった帯域が目立って耳障りに聞こえることを回避できる。

本発明の第２態様の能動消音装置は、前記第１態様において、前記動作信号決定部は、前記残留騒音信号を複数の周波数帯域に分割する第一帯域分割部と、現時刻で検出した残留騒音信号のそれぞれの帯域に対して、その周波数成分を前記制御信号生成部にスルーさせるかどうかを前記音圧レベルの差に基づいて決める複数のスイッチを有するスイッチ部とを備え、前記制御信号生成部は、前記残留騒音の複数の帯域に対応した複数の帯域に前記参照信号を分割する第二帯域分割部と、前記スイッチをスルーした周波数成分が低減するように、現時刻で検出した参照信号の周波数成分をフィルタ処理して第二制御信号を生成するフィルタ係数可変の適応フィルタを、前記残留騒音信号と前記参照信号の対応する帯域ごとに複数有する適応フィルタ部と、前記第二制御信号の総和をとり前記制御信号を生成し前記スピーカに出力する加算器と、を備えることを特徴とする能動消音装置である。

本発明の第３態様の能動消音装置は、前記第２態様において、前記音質評価部は、前記残留騒音信号の隣接帯域間における音圧レベルの差を算出し、前記動作信号決定部は、現帯域の音圧レベルと隣接する低い方の帯域の音圧レベルとの音圧レベルの差が所定の閾値以上、または、現帯域の音圧レベルと隣接する高い方の帯域の音圧レベルとの音圧レベルとの差が所定の閾値以上である場合に、その現帯域の残留騒音信号の周波数成分をスルーさせないように前記スイッチを制御することを特徴とする能動消音装置である。

本発明の第４態様の能動消音装置は、前記第３態様において、前記残留騒音信号の帯域ごとの音圧レベルに応じて前記閾値を変更する閾値変更部をさらに備えることを特徴とする能動消音装置である。

ここで、例えば、前記閾値変更部は、残留騒音の音圧レベルが突出した帯域において、その帯域の音圧レベルが所定値以上であれば、その帯域の判定に使用する閾値を小さめの値に変更し、残留騒音の音圧レベルが突出した帯域において、その帯域の音圧レベルが所定値未満であれば、その帯域の判定に使用する閾値を大きめの値に変更する。このようにすれば、残留騒音が耳障りとなり易い場合に、スペクトル不連続が起こらないように分割帯域ごとのフィルタ係数更新を制御することができるとともに、残留騒音が耳障りとなりにくい場合に、消音性能を向上させるように分割帯域ごとのフィルタ係数更新を制御することができる。

また、例えば、前記閾値変更部は、残留騒音の音圧レベルが突出した帯域が耳の感度が高い帯域であった場合、その帯域の判定に使用する閾値を小さめの値に変更する。このようにすれば、耳障り音（異音）の発生を抑えながら消音性能が向上するように制御することが可能となる。

本発明によれば、消音できなかった帯域が目立って耳障りに聞こえることを回避することができる。

本発明の能動消音装置の原理構成図である。 本発明の第１実施形態に係る能動消音装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る能動消音装置の動作を示すフローチャートである。 図２に示される各適応フィルタの詳細な構成を示す図である。 図２に示される各レベル差算出部の詳細な構成を示す図である。 図２におけるスイッチ１６−２、・・・、１６−７のいずれかのスイッチの詳細な構成を示す図である。 図２におけるスイッチ１６−１の詳細な構成を示す図である。 図２におけるスイッチ１６−８の詳細な構成を示す図である。 当初の各帯域の音圧レベルと、本発明の能動消音装置動作後の各帯域の音圧レベルとを示した図である。 本発明の第２実施形態に係る能動消音装置の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る能動消音装置の構成を示す図である。 図９の閾値変更部の詳細な構成を示す図である。 第１の従来技術における能動消音装置の構成を示す図である。 第２の従来技術における能動消音装置の構成を示す図である。 当初の各帯域の音圧レベルと、従来の能動消音装置動作後の各帯域の音圧レベルとを示した図である。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の能動消音装置の原理構成図である。
図１に示すように、能動消音装置は、制御用スピーカ２、エラーマイク３、音質評価部５、動作信号決定部４、制御信号生成部１によって構成される。

制御用スピーカ２とエラーマイク３とは消音したい領域の近辺に設置される。制御用スピーカ２は、騒音と干渉する制御音を発生する。エラーマイク３は、上記干渉後に残る騒音を残留騒音信号として検出する。

音質評価部５は、上記残留騒音の音質を評価して音質評価結果を出力する。動作信号決定部４は、上記音質評価結果に応じて、上記騒音に対応する参照信号の複数の帯域に対応する、上記残留騒音の複数の帯域に対して、どのタイミングで検出した残留騒音信号の周波数成分を上記制御音を生成するときに使用するかを決定する。

制御信号生成部１は、決定された残留騒音信号の複数の帯域と、上記騒音に対応する参照信号の複数の帯域とに基づいて、上記制御音を生成するための制御信号を生成して出力する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る能動消音装置の構成を示す図である。
図２に示すように、第１実施形態の能動消音装置は、センサマイク１１、制御信号生成部１５、制御用スピーカ２４、動作信号決定部１８、エラーマイク２５、音質評価部２３によって構成される。

センサマイク１１は、騒音に対応する参照信号を検出する。
制御信号生成部１５は、センサマイク１１が検出した騒音に対応する信号を予め定められた８つの帯域に分割する８つのバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）、すなわち、ＢＰＦ１２−１、ＢＰＦ１２−２、・・・、ＢＰＦ１２−８から構成される帯域分割部と、分割された帯域ごとのフィルタ処理を行なう８つの適応フィルタ、すなわち、適応フィルタ１３−１、適応フィルタ１３−２、・・・、適応フィルタ１３−８から構成される適応フィルタ部と、それぞれの適応フィルタの出力を加算する加算器１４とを有する。

エラーマイク２５は、制御用スピーカ２４が発する制御音が騒音と干渉した後に残る残留騒音を検出する。
音質評価部２３は、エラーマイク２５が検出した残留騒音信号を予め定められた８つの帯域に分割する８つのバンドパスフィルタ、すなわち、ＢＰＦ２２−１、ＢＰＦ２２−２、・・・、ＢＰＦ２２−８から構成される帯域分割部と、ＢＰＦ２２−１の出力とＢＰＦ２２−２の出力とのレベル差を算出するレベル差算出部２１−１、ＢＰＦ２２−２の出力とＢＰＦ２２−３の出力とのレベル差を算出するレベル差算出部２１−２、・・・、ＢＰＦ２２−７の出力とＢＰＦ２２−８の出力とのレベル差を算出するレベル差算出部２１−７から構成される（残留騒音信号の）隣接帯域間レベル差算出部と、を有する。

なお、ＢＰＦ１２−１、ＢＰＦ１２−２、・・・、ＢＰＦ１２−８が通過させる帯域が、ＢＰＦ２２−１、ＢＰＦ２２−２、・・・、ＢＰＦ２２−８が通過させる帯域にそれぞれ一致することは言うまでもない。

動作信号決定部１８は、上述のＢＰＦ２２−１、ＢＰＦ２２−２、・・・、ＢＰＦ２２−８から構成される帯域分割部と、算出された帯域間の音圧レベル差を、閾値記憶部１７に格納された複数の閾値ＴＨ_１〜ＴＨ_７のうちの対応する閾値と比較することで、ＢＰＦ２２−１、ＢＰＦ２２−２、・・・、ＢＰＦ２２−８の出力を現時刻において、適応フィルタ１３−１、１３−２、・・・、１３−８に出力するかどうかを決める複数のスイッチ１６−１、１６−２、・・・、１６−８を有するスイッチ部とによって構成される。

続いて、第１実施形態の能動消音装置の動作を図２の構成図および図３のフローチャートを参照しつつ説明する。
図２の能動消音装置は、センサマイク１１が検出した騒音に対応する参照信号を処理する制御信号生成部１５による動作と、エラーマイク２５が検出した残留騒音信号を処理する音質評価部２３および動作信号決定部１８の動作とが並列に実行される。ただし、適応フィルタ１３−１、１３−２、・・・、１３−８において、フィルタ係数ｈ_１ ^→（ｔ）、ｈ_２ ^→（ｔ）、・・・、ｈ_８ ^→（ｔ）が更新されるときは、同時刻に検出された参照信号と残留騒音信号との対応する周波数成分同士が演算に使用される。

そして、このことが、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１→Ｓ３→Ｓ５→Ｓ９の流れと、ステップＳ２→Ｓ４→Ｓ６→Ｓ８→Ｓ９の流れとがステップＳ９において合流していることにより示されている。

図３のステップＳ１において、センサマイク１１により参照信号ｘ（ｔ）が検出される。そして、ステップＳ３において、検出した参照信号ｘ（ｔ）がバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２−１、ＢＰＦ１２−２、・・・、ＢＰＦ１２−８に入力されて、帯域が８分割される。そして、分割結果の更新用信号ｘ_ｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，・・・，８）が下記（３）式により各ＢＰＦにおいて求められて、後段の適応フィルタ１３−１、１３−２、・・・、１３−８に出力される。
ｘ_ｉ（ｔ） ＝ ｂｐｆ_ｉ ＊ ｘ（ｔ） （ｉ＝１，２，・・・，８） ・・・（３）
図４は、図２に示される各適応フィルタの詳細な構成を示す図である。

図４に示すように、適応フィルタ２９は、ＬＭＳアルゴリズムに基づいて演算を行なうＬＭＳ演算器２７、ＬＭＳ演算器２７の前段に設けられたフィルタ係数固定のＦＩＲフィルタ２６、フィルタ係数を可変に設定可能なＦＩＲフィルタ２８によって構成される。

ＦＩＲフィルタ２６のタップ数はＮ_ｗであり、制御用スピーカ２４からエラーマイク２５までの誤差経路の伝達関数ｗ＾^→＝［ｗ＾（１），ｗ＾（２），・・・，ｗ＾（Ｎ_ｗ）］で与えられる。また、ＦＩＲフィルタ２６は、参照信号ｘ_ｉ（ｔ）を現在時刻および過去の各時刻に渡ってＮ_ｗ個サンプルしたｘ_ｉ ^→（ｔ）＝［ｘ_ｉ（ｔ），ｘ_ｉ（ｔ−１），・・・，ｘ_ｉ（ｔ−Ｎ_ｗ＋１）］を保持し、下記（４）式により畳み込んだ信号（濾波参照信号）をＬＭＳ演算器２７に出力する。
ｒ_ｉ（ｔ）＝ｗ＾^→ ＊ ｘ_ｉ ^→（ｔ） ・・・ （４）
（＊は畳み込み演算を表す）
ＬＭＳ演算器２７のタップ数はＮ_ｈであり、濾波参照信号ｒ_ｉ（ｔ）を現在時刻および過去の各時刻に渡ってＮ_ｈ個サンプルしたｒ_ｉ ^→（ｔ）＝［ｒ_ｉ（ｔ），ｒ_ｉ（ｔ−１），・・・，ｒ_ｉ（ｔ−Ｎ_ｈ＋１）］を保持し、下記（５）式により時刻ｔのフィルタ係数ｈ_ｉ ^→（ｔ）＝［ｈ_ｉ（１，ｔ），ｈ_ｉ（２，ｔ），・・・，ｈ_ｉ（Ｎ_ｈ，ｔ）］から次時刻（ｔ＋１）のフィルタ係数ｈ_ｉ ^→（ｔ＋１）＝［ｈ_ｉ（１，ｔ＋１），ｈ_ｉ（２，ｔ＋１），・・・，ｈ_ｉ（Ｎ_ｈ，ｔ＋１）］を求め、ＦＩＲフィルタ２８に出力する。
ｈ_ｉ ^→（ｔ＋１）＝ｈ_ｉ ^→（ｔ） ＋ μ・ｅ_ｉ（ｔ）・ｒ_ｉ ^→（ｔ） ・・・ （５）
ただし、ｅ_ｉ（ｔ）は、時刻ｔにおいて、エラーマイク１０６によって検出された残留騒音信号の帯域分割されたｉ番目の周波数成分であり、μは、ステップサイズパラメータである。

ＦＩＲフィルタ２８のタップ数はＮ_ｈであり、参照信号ｘ_ｉ（ｔ）を現在時刻および過去の各時刻に渡ってＮ_ｈ個サンプルしたｘ_ｉ ^→（ｔ）＝［ｘ_ｉ（ｔ），ｘ_ｉ（ｔ−１），・・・，ｘ_ｉ（ｔ−Ｎ_ｈ＋１）］を保持し、このｘ_ｉ ^→（ｔ）と、現時刻のフィルタ係数ｈ_ｉ ^→（ｔ）＝［ｈ_ｉ（１，ｔ），ｈ_ｉ（２，ｔ），・・・，ｈ_ｉ（Ｎ_ｈ，ｔ）］とを乗算して、その乗算結果を図２の加算器１４に出力する。

加算器１４は、各適応フィルタの出力に対し、下記（６）式により総和をとり、制御信号として制御用スピーカ２４に出力する。

図３の説明に戻る。ステップＳ３に続くステップＳ５では、図４で説明したように、適応フィルタ１３−１、１３−２、・・・、１３−８および加算器１４によって制御信号が生成されて制御用スピーカ２４に出力される。制御用スピーカ２４からは、その制御信号に基づいて制御音が発生される。そして、ステップＳ９に制御が移る。

図３におけるもう１つの流れとして、ステップＳ２において、エラーマイク２５により残留騒音信号ｅ（ｔ）が検出される。
そして、ステップＳ４において、検出した残留騒音信号ｅ（ｔ）がバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２−１、ＢＰＦ２２−２、・・・、ＢＰＦ２２−８に入力されて、帯域が８分割される。そして、分割結果の信号ｅ_ｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，・・・，８）が下記（７）式により各ＢＰＦにおいて求められて、後段のレベル差算出部２１−１、２１−２、・・・、２１−７およびスイッチ１６−１、１６−２、・・・、１６−８に出力される。
ｅ_ｉ（ｔ） ＝ ｂｐｆ_ｉ ＊ ｅ（ｔ） （ｉ＝１，２，・・・，８） ・・・（７）
図５は、図２に示される各レベル差算出部の詳細な構成を示す図である。

図５において、レベル差算出部３０は、残留騒音信号ｅ（ｔ）を帯域分割して得られた隣接する２つの帯域間の周波数成分ｅ_ｉ（ｔ）およびｅ_ｉ＋１（ｔ）（ｉ＝１，・・・，７）のレベル差を現在時刻から過去にＴｅ時間だけ遡って平均をとり算出する。

乗算器３１は、ｅ_ｉ（ｔ）からｅ_ｉ（ｔ）の２乗（｛ｅ_ｉ（ｔ）｝^２）を算出する。遅延器３３−１、遅延器３３−２、・・・、遅延器３３−Ｔｅは、現在時刻および過去の各時刻での値、すなわち、｛ｅ_ｉ（ｔ）｝^２、｛ｅ_ｉ（ｔ−１）｝^２、・・・、｛ｅ_ｉ（ｔ−Ｔｅ）｝^２をそれぞれラッチする。加算器３５−１は、｛ｅ_ｉ（ｔ）｝^２と｛ｅ_ｉ（ｔ−１）｝^２とを加算し、・・・、加算器３５−（Ｔｅ−１）は、加算器３５−（Ｔｅ−２）の加算結果と｛ｅ_ｉ（ｔ−Ｔｅ＋１）｝^２とを加算し、加算器３５−Ｔｅは、加算器３５−（Ｔｅ−１）の加算結果と｛ｅ_ｉ（ｔ−Ｔｅ）｝^２とを加算する。

乗算器３２は、ｅ_ｉ＋１（ｔ）からｅ_ｉ＋１（ｔ）の２乗（｛ｅ_ｉ＋１（ｔ）｝^２）を算出する。遅延器３４−１、遅延器３４−２、・・・、遅延器３４−Ｔｅは、現在時刻および過去の各時刻での値、すなわち、｛ｅ_ｉ＋１（ｔ）｝^２、｛ｅ_ｉ＋１（ｔ−１）｝^２、・・・、｛ｅ_ｉ＋１（ｔ−Ｔｅ）｝^２をそれぞれラッチする。加算器３６−１は、｛ｅ_ｉ＋１（ｔ）｝^２と｛ｅ_ｉ＋１（ｔ−１）｝^２とを加算し、・・・、加算器３６−（Ｔｅ−１）は、加算器３６−（Ｔｅ−２）の加算結果と｛ｅ_ｉ＋１（ｔ−Ｔｅ＋１）｝^２とを加算し、加算器３６−Ｔｅは、加算器３６−（Ｔｅ−１）の加算結果と｛ｅ_ｉ＋１（ｔ−Ｔｅ）｝^２とを加算する。

加算器３７は、加算器３５−Ｔｅの出力に対して、加算器３６−Ｔｅの出力を減算する。加算器３７の出力は下記（８）式で与えられる。

図３の説明に戻る。ステップＳ４に続くステップＳ６では、図５で説明したように、残留騒音信号の隣接帯域間の（音圧）レベル差が算出される。

そして、ステップＳ８において、残留騒音信号の帯域ごとに周波数成分をスルーさせるかどうかが、スイッチ１６−１、スイッチ１６−２、・・・、スイッチ１６−８を導通させるかどうかにより決められる。

図６Ａは、図２におけるスイッチ１６−２、・・・、１６−７のいずれかのスイッチの詳細な構成を示す図である。
図６Ａにおいて、スイッチ４１は、ＯＲ演算器４４の出力に応じて残留騒音信号ｅ_ｉ（ｔ）（ｉ＝２，・・・，７）を導通させるかどうかを決める。

判定部４２は、音圧レベル差ｄ_ｉ（ｔ）の符号を反転した−ｄ_ｉ（ｔ）が閾値ＴＨ_ｉより大きいかどうかを判定し、判定部４３は、音圧レベル差ｄ_ｉ−１（ｔ）が閾値ＴＨ_ｉ−１より大きいかどうかを判定する。

ＯＲ演算器４４は、判定部４２から−ｄ_ｉ（ｔ）が閾値ＴＨ_ｉより大きいことを示す信号が出力されるか、または、判定部４３からｄ_ｉ−１（ｔ）が閾値ＴＨ_ｉ−１より大きいことを示す信号が出力されるかした場合に、スイッチ４１を導通させない信号を出力する。

図６Ｂは、図２におけるスイッチ１６−１の詳細な構成を示す図である。
図６Ｂにおいて、スイッチ４６は、判定部４７の出力に応じて残留騒音信号ｅ_１（ｔ）を導通させるかどうかを決める。

判定部４７は、音圧レベル差ｄ_１（ｔ）の符号を反転した−ｄ_１（ｔ）が閾値ＴＨ_１より大きいかどうかを判定し、−ｄ_１（ｔ）が閾値ＴＨ_１より大きいと判定された場合に、スイッチ４６を導通させない信号を出力する。

図６Ｃは、図２におけるスイッチ１６−８の詳細な構成を示す図である。
図６Ｃにおいて、スイッチ４８は、判定部４９の出力に応じて残留騒音信号ｅ_８（ｔ）を導通させるかどうかを決める。

判定部４９は、音圧レベル差ｄ_７（ｔ）が閾値ＴＨ_８より大きいかどうかを判定し、ｄ_７（ｔ）が閾値ＴＨ_７より大きいと判定された場合に、スイッチ４８を導通させない信号を出力する。

このようにして、図３のステップＳ８において、残留騒音信号の帯域ごとに周波数成分をスルーさせるかどうかが下記（９）〜（１１）式により決定される。

そして、図３のステップＳ９において、参照信号ｘ（ｔ）の各帯域の周波数成分ｘ_ｉ（ｔ）と、残留騒音信号ｅ（ｔ）の各帯域の周波数成分ｅ_ｉ（ｔ）から得られるｅ’_ｉ（ｔ）と、現時刻ｔの各適応フィルタのフィルタ係数ｈ_ｉ ^→（ｔ）とに基づいて、次時刻（ｔ＋１）の各適応フィルタのフィルタ係数ｈ_ｉ＋１ ^→（ｔ）が、図４で説明した（５）式により得られる。

図７は、当初の各帯域の音圧レベルと、本発明の能動消音装置動作後の各帯域の音圧レベルとを示した図である。
図７では、例えば、右から順に、ＢＰＦ２２−１、ＢＰＦ２２−２、・・・、ＢＰＦ２２−８が通過させる帯域の音圧レベルが示されている。この例では、ＢＰＦ２２−５が通過させる帯域の音圧レベルが突出しており、この帯域が消音できない帯域に相当している。

当初フラットであった残留騒音の各周波数帯域の音圧レベルは、第１実施形態の能動消音装置を動作させて十分時間が経過した後は、帯域ごとの消音性能に差が生じる。
しかし、第１実施形態においては、動作信号決定部１８により、残留騒音の周波数帯域ごとに、現時刻ｔで検出した周波数成分ｅ_ｉ（ｔ）（ｉ＝１，・・・，８）を、ｉ番目の適応フィルタ１３−ｉにスルーさせるかどうかを決定している。

図６Ａ〜図６Ｃに示したように、この決定に際しては、現帯域に対して、隣接する低い方の周波数帯域と比べて過剰に（閾値を超えて）現帯域の周波数成分を消去するか、または、隣接する高い方の周波数帯域と比べて過剰に（閾値を超えて）現帯域の周波数成分を消去するかした場合は、現帯域に対して、現在時刻で検出した周波数成分を適応フィルタに出力させないようにする。

この場合、その現帯域に対応する適応フィルタのフィルタ係数は、その閾値を超えた時点から更新されなくなり、その現帯域の周波数成分が残留騒音信号において、それ以上に消去されることはなくなる。よって、その現帯域の残留騒音の音圧レベルと、隣接するいずれか一方の帯域または隣接する双方の帯域の音圧レベルとの差が拡がることを防ぎつつ各帯域を消音でき、消音できなかった帯域が目立って耳障りに聞こえることを回避できる。

なお、図７では、消音できない帯域が１つのＢＰＦが通過させる帯域に含まれているが、消音できない帯域が複数のＢＰＦが通過させる複数の帯域にまたがる場合も、第１実施形態の（９）〜（１１）式の方法は有効である。

続いて、第２実施形態について説明する。
第１実施形態と第２実施形態とでは、残留騒音のスペクトル連続性評価部分における装置構成が異なる。

第１実施形態では、複数のバンドパスフィルタを使用して、残留騒音を複数の帯域に分割し、隣接する帯域間の音圧レベル差を算出していた。これに対し、第２実施形態では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて残留騒音を周波数分析し、その周波数分析の結果に基づいて算出されたパワースペクトルを用いて、帯域間の音圧レベル差を算出している。

図８は、本発明の第２実施形態に係る能動消音装置の構成を示す図である。
図８において、音質評価部５４以外は図２と同様であり、説明を省略する。
音質評価部５４は、高速フーリエ変換処理部（ＦＦＴ処理部）５１、パワースペクトル算出部５２、帯域間レベル差算出部５３を有する。

ＦＦＴ処理部５１は、エラーマイク２５からの残留騒音信号ｅ（ｔ）を周波数分析する。
パワースペクトル算出部５２は、周波数分析した結果に基づいてパワースペクトルを算出する。

帯域間レベル差算出部５３は、動作信号決定部１８内に設けられた複数のＢＰＦが通過させる複数の帯域のうちの隣接する帯域間における音圧レベルの差を、算出されたパワースペクトルに基づいて算出する。

このようにして算出された隣接帯域間レベル差ｄ_１（ｔ）〜ｄ_７（ｔ）は、動作信号決定部１８に出力される。後の動作は、第１実施形態と同様である。
続いて、第３実施形態について説明する。

図９は、本発明の第３実施形態に係る能動消音装置の構成を示す図である。
図９においては、図２の構成に対して、残留騒音のスペクトル連続性を判定するのに用いる閾値を動的に変更する閾値変更部５７が追加されている。

図１０は、図９の閾値変更部の詳細な構成を示す図である。
図１０において、閾値変更部５７は、ＢＰＦ６１−１、・・・、ＢＰＦ６１−８、レベル算出部６２−１、・・・、レベル算出部６２−８、極大帯域決定部６４、閾値見積り部６３によって構成される。

ＢＰＦ６１−１、・・・、ＢＰＦ６１−８は、エラーマイク２５からの残留騒音信号ｅ（ｔ）を動作信号決定部５６が有する８つのＢＰＦと同じ８つの帯域にそれぞれ分割する。

レベル算出部６２−１、・・・、レベル算出部６２−８は、残留騒音信号の帯域成分ｅ_１（ｔ），・・・，ｅ_８（ｔ）をそれぞれ入力し、帯域成分のＴｅ時間に渡る平均値を算出することで、各帯域の音圧レベルの平均値を求める。

ｉ番目（ｉ＝１，・・・，８）の帯域成分ｅ_ｉ（ｔ）を処理するレベル算出部６２−ｉは、例えば、次のような動作を行なう。
入力したｅ_ｉ（ｔ）からｅ_ｉ（ｔ）の２乗（｛ｅ_ｉ（ｔ）｝^２）を算出する。また、複数の遅延器（不図示）にラッチされている、現在時刻および過去の各時刻での値、すなわち、｛ｅ_ｉ（ｔ）｝^２、｛ｅ_ｉ（ｔ−１）｝^２）、・・・、｛ｅ_ｉ（ｔ−Ｔｅ）｝^２）の総和をとることにより、下記（１２）式によりレベル算出部６２−ｉの出力ｂｌ_ｉが求められる。

極大帯域決定部６４は、レベル算出部６２−１、・・・、レベル算出部６２−８の出力ｂｌ_１、・・・、ｂｌ_８を各帯域の音圧レベルとして入力し、各帯域の音圧レベルを比較して、周辺の帯域より音圧レベルが大きい帯域（極大帯域）を決定し、極大帯域として決定された帯域の両端を示す帯域間番号ｂ１、ｂ２、・・・を閾値見積り部６３に出力する。

閾値見積り部６３は、極大帯域決定部６４からの帯域間番号ｂ１、ｂ２、・・・に対応する閾値ＴＨ_ｂ１，ＴＨ_ｂ２，・・・の値を変更して、図９の動作信号決定部１８内の閾値記憶部１７に出力する。

続いて、閾値見積り部６３による指定された帯域間番号の閾値の変更方法を２通り説明する。
第１の方法では、次のように閾値を変更する。
１．帯域間の閾値とは独立に、各帯域の音圧レベルが大きいかどうかを判定する第二閾値を設ける。
２．残留騒音の極大帯域の音圧レベルが上記第二閾値より大きい場合は、帯域間の閾値を小さめに設定する（これにより、残留騒音が耳障りとなり易い場合に、スペクトル不連続が起こらないように分割帯域ごとのフィルタ係数更新を制御することができる）。
３．残留騒音の極大帯域の音圧レベルが上記第二閾値以下の場合は、帯域間の閾値を大きめに設定する（これにより、残留騒音が耳障りとなりにくい場合に、消音性能を向上させるように分割帯域ごとのフィルタ係数更新を制御することができる）。

以上のような制御を行なうことにより、第１の方法では、周囲騒音または能動消音装置の周囲環境によって消音しにくい帯域が変化した場合でも、耳障り音（異音）を発生させずに消音性能を高めることができる。

第２の方法では、次のように閾値を変更する。
残留騒音の極大帯域が耳の感度が高い帯域であった場合、その帯域間の閾値を小さめの値に設定する（これにより、耳障り音（異音）の発生を抑えながら消音性能が向上するように制御することが可能となる）。

Claims (9)

1. 騒音と干渉する制御音を発生するスピーカと、
   前記干渉後に残る騒音を残留騒音信号として検出するマイクと、
   前記残留騒音信号を複数の周波数帯域に分割し、該分割して得られた隣接帯域間における音圧レベルの差を出力する音質評価部と、
   現帯域と、該現帯域と隣接する帯域との隣接帯域間における該音圧レベルの差と所定の閾値とを比較して、該隣接帯域間における該音圧レベルの差が該所定の閾値以下の場合には、その現帯域の残留騒音信号の周波数成分を通過させ、該隣接帯域間における該音圧レベルの差が前記所定の閾値より大きい場合には、その現帯域の残留騒音信号の周波数成分を通過させない動作信号決定部と、
   前記通過した残留騒音信号の複数の帯域と、前記騒音に対応する参照信号の複数の帯域とに基づいて、前記制御音を生成するための制御信号を生成して出力する制御信号生成部と、を備えることを特徴とする能動消音装置。
2. 前記動作信号決定部は、前記残留騒音信号を複数の周波数帯域に分割する第一帯域分割部と、現時刻で検出した残留騒音信号のそれぞれの帯域に対して、その周波数成分を前記制御信号生成部にスルーさせるかどうかを前記音圧レベルの差に基づいて決める複数のスイッチを有するスイッチ部とを備え、
   前記制御信号生成部は、前記残留騒音の複数の帯域に対応した複数の帯域に前記参照信号を分割する第二帯域分割部と、前記スイッチをスルーした周波数成分が低減するように、現時刻で検出した参照信号の周波数成分をフィルタ処理して第二制御信号を生成するフィルタ係数可変の適応フィルタを、前記残留騒音信号と前記参照信号の対応する帯域ごとに複数有する適応フィルタ部と、前記第二制御信号の総和をとり前記制御信号を生成し前記スピーカに出力する加算器と、を備えることを特徴とする請求項１記載の能動消音装置。
3. 前記音質評価部は、前記残留騒音信号の隣接帯域間における音圧レベルの差を算出し、
   前記動作信号決定部は、現帯域の音圧レベルと隣接する低い方の帯域の音圧レベルとの音圧レベルの差が所定の閾値以上、または、現帯域の音圧レベルと隣接する高い方の帯域の音圧レベルとの音圧レベルとの差が所定の閾値以上である場合に、その現帯域の残留騒音信号の周波数成分をスルーさせないように前記スイッチを制御することを特徴とする請求項２記載の能動消音装置。
4. 前記音質評価部は、前記残留騒音信号を周波数分析して前記第一帯域分割部で分割した前記残留騒音信号の隣接帯域間における音圧レベルの差を算出することを特徴とする請求項３記載の能動消音装置。
5. 前記残留騒音信号の帯域ごとの音圧レベルに応じて前記閾値を変更する閾値変更部をさらに備えることを特徴とする請求項３または４記載の能動消音装置。
6. 前記閾値変更部は、残留騒音の音圧レベルが突出した帯域において、その帯域の音圧レベルが所定値以上であれば、その帯域の判定に使用する前記閾値を小さめの値に変更し、
   残留騒音の音圧レベルが突出した帯域において、その帯域の音圧レベルが所定値未満であれば、その帯域の判定に使用する前記閾値を大きめの値に変更することを特徴とする請求項５記載の能動消音装置。
7. 前記閾値変更部は、残留騒音の音圧レベルが突出した帯域が耳の感度が高い帯域であった場合、その帯域の判定に使用する前記閾値を小さめの値に変更することを特徴とする請求項５記載の能動消音装置。
8. 制御音と干渉して残留した騒音を残留騒音信号として検出するステップと、
   前記残留騒音信号を複数の周波数帯域に分割し、該分割して得られた隣接帯域間における音圧レベルの差を出力するステップと、
   現帯域と、該現帯域と隣接する帯域との隣接帯域間における該音圧レベルの差と所定の閾値とを比較して、該隣接帯域間における該音圧レベルの差が該所定の閾値以下の場合には、その現帯域の残留騒音信号の周波数成分を通過させ、該隣接帯域間における該音圧レベルの差が前記所定の閾値より大きい場合には、その現帯域の残留騒音信号の周波数成分を通過させない動作信号決定ステップと、
   前記通過した残留騒音信号の複数の帯域と、前記騒音に対応する参照信号の複数の帯域とに基づいて、前記制御音を生成するための制御信号を生成して出力する制御信号生成ステップと、を備えることを特徴とする能動消音装置の制御方法。
9. 前記動作信号決定ステップにおいて、現時刻で検出した残留騒音信号のそれぞれの帯域に対して、その周波数成分を、前記制御音を生成するときに使用すべくスルーさせるかどうかを複数のスイッチを前記音圧レベルの差に基づいてスイッチングして決めることを特徴とする請求項８記載の能動消音装置の制御方法。

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