JPH0766647A - Acoustic characteristic controller - Google Patents

Acoustic characteristic controller

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Publication number
JPH0766647A
JPH0766647A JP5209246A JP20924693A JPH0766647A JP H0766647 A JPH0766647 A JP H0766647A JP 5209246 A JP5209246 A JP 5209246A JP 20924693 A JP20924693 A JP 20924693A JP H0766647 A JPH0766647 A JP H0766647A
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JP
Japan
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acoustic
characteristic
signal
filter
adaptive
Prior art date
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Pending
Application number
JP5209246A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Yoshida
聡明 吉田
Nozomi Saito
望 斉藤
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Alpine Electronics Inc
Original Assignee
Alpine Electronics Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0766647A publication Critical patent/JPH0766647A/en
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  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

PURPOSE:To impart a desired acoustic characteristic without preliminarily determining the transmission function of acoustic space. CONSTITUTION:A filter circuit 13 imparts a prescribed filter characteristic to an acoustic signal xn and inputs the signal in an acoustic signal propagation system 11 and a delay characteristic imparting part 14. The speaker 11a of the acoustic signal propagation system outputs an acoustic signal to acoustic space 11b and a microphone 11c provided in the vicinity of a listener detects the acoustic signal propagating in acoustic space. The delay characteristic imparting part imparts the delay transmission characteristic z<-n> of the acoustic signal propagation system to the acoustic signal inputted from the filter circuit. An adaptive signal processing part 15 performs an adaptive signal processing so that the synthetic signal of the output of the delay characteristic imparting part and the output of an adaptive filter 15a may be minimum and updates the coefficient so that an adaptive filter characteristic W may be the inverse function of the transmission characteristic C (=z<-n>/C) of the acoustic signal propagation system. A coefficient setting means 17 sets the coefficient of the adaptive filter to the filter circuit by the caesura of music (intermusic) or by the instruction of a user.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は音響特性制御装置に係わ
り、特に適応フィルタを用いた音響特性制御装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acoustic characteristic control device, and more particularly to an acoustic characteristic control device using an adaptive filter.

【0002】[0002]

【従来の技術】音響特性の制御方法としては、図3に示
すように音響空間である被制御系1の前に、被制御系の
特性(伝達関数)Cを打ち消すと共に、希望の特性を有
する制御フィルタ2を挿入する方法がある。被制御系1
は、スピ−カと、音響空間と、スピ−カより音響
空間に出力された音響信号を観測点(例えば聴取者の耳
元近傍)において検出するマイクロフォン等の検出手段
を備えている。図4は2つのスピ−カ、2つのマイクロ
フォンを備えた場合の被制御系1の説明図であり、SP
1,SP2はスピーカ、MIC1,MIC2はマイクロフォ
ン、1a〜1bはパワーアンプ、1c〜1dはマイクア
ンプである。各スピーカSP1〜SP2から発生する音響
信号は所定の周波数・位相特性を有する音響空間SSP
を伝搬して各観測点(聴取者の耳元近傍)に設けたマイ
クMIC1〜MIC2に到達する。
2. Description of the Related Art As a method of controlling an acoustic characteristic, as shown in FIG. 3, a characteristic (transfer function) C of the controlled system is canceled before a controlled system 1 which is an acoustic space, and a desired characteristic is obtained. There is a method of inserting the control filter 2. Controlled system 1
Includes a speaker, an acoustic space, and a detection unit such as a microphone that detects an acoustic signal output from the speaker in the acoustic space at an observation point (for example, near the listener's ear). FIG. 4 is an explanatory diagram of the controlled system 1 in the case of including two speakers and two microphones, and SP
1 and SP 2 are speakers, MIC 1 and MIC 2 are microphones, 1 a to 1 b are power amplifiers, and 1 c to 1 d are microphone amplifiers. Acoustic signals generated from the speakers SP 1 to SP 2 are acoustic spaces SSP having predetermined frequency / phase characteristics.
To reach the microphones MIC 1 to MIC 2 provided at each observation point (in the vicinity of the listener's ear).

【0003】第i番目の音響信号xiが第j番目のマイ
クMICjに到る伝搬系の伝達特性をCjiとすると、音
響空間SSPの伝達関数Cは
Letting C ji be the transfer characteristic of the propagation system in which the i-th acoustic signal x i reaches the j-th microphone MIC j , the transfer function C of the acoustic space SSP is

【数1】 となり、一般に[Equation 1] And generally

【数2】 となる。[Equation 2] Becomes

【0004】制御フィルタ2の伝達関数は H・z-n /C ・・・(1) となるように決定される。ここで、Hは希望の伝達関
数、z-n は被制御系(C)の逆特性(z-n /C)が
因果律を満たすよう決定した遅延伝達関数である。従っ
て、被制御系1及び制御フィルタ2の総合伝達関数はH
・z-n となり、聴取者が聴取する音響信号xn′は X′=H・z-n ・X となり、希望する伝達特性Hと遅延特性を付与したもの
となる。尚、xnを2変換したものをXと表現してい
る。
The transfer function of the control filter 2 is determined to be H · z −n / C (1). Here, H is a desired transfer function, and z −n is a delay transfer function determined so that the inverse characteristic (z −n / C) of the controlled system (C) satisfies the causality. Therefore, the total transfer function of the controlled system 1 and the control filter 2 is H
· Z -n, and the acoustic signal xn 'is X' = H · z -n · X next to the listener hears becomes to impart transmission characteristic H and delay characteristics desired. Incidentally, a value obtained by converting xn into two is expressed as X.

【0005】(1)式の特性を有する制御フィルタ特性を
構成するには従来以下の2つの方法が提案されている。
第1の方法は、音響空間の伝達関数Cを測定し、該伝
達関数の逆特性(z-n/C)を演算により求めて制御フ
ィルタを構成する方法であり、第2の方法は、MEF
X−LMS(Least Mean Square)アルゴリズムに基づい
て適応信号処理を行う適応フィルタを用いて制御フィル
タを構成する方法である。第1の方法では、音響空間S
SPの伝達関数Cを何らかの方法で測定し、測定したC
から制御フィルタ2を計算する。例えば、ホワイトノイ
ズをスピーカから出力してマイクで集音し、ホワイトノ
イズ及び集音信号をフーリエ変換し、フーリエ変換によ
り得られた2つの関数を入力関数と出力関数として伝達
関数Cを求める。
The following two methods have been conventionally proposed for constructing a control filter characteristic having the characteristic of equation (1).
The first method is a method of measuring a transfer function C in an acoustic space and calculating an inverse characteristic (z −n / C) of the transfer function to form a control filter, and the second method is a MEF.
This is a method of configuring a control filter using an adaptive filter that performs adaptive signal processing based on an X-LMS (Least Mean Square) algorithm. In the first method, the acoustic space S
The transfer function C of SP is measured by some method, and the measured C
The control filter 2 is calculated from For example, white noise is output from a speaker and collected by a microphone, the white noise and the collected signal are Fourier transformed, and a transfer function C is obtained using two functions obtained by the Fourier transform as an input function and an output function.

【0006】第2の方法では、MEFX−LMSアルゴ
リズムを用いた適応信号処理により適応フィルタの特性
を(1)式で示すように決定し、該適応フィルタに音響信
号を入力し、適応フィルタ出力を被制御系1に入力す
る。図5は第2の方法により制御フィルタを実現する従
来例の構成図である。1は被制御系、21は適応信号処
理部、22は希望する伝達特性Hに遅延特性z-nを乗算
した伝達関数特性を付与する希望特性付与部、23はマ
イク(被制御系の観測点に設けられている)により検出
した音響信号xn′と希望特性付与部22の出力信号dn
との誤差信号enを出力する合成部で、21〜23によ
り図3に示す制御フィルタ2が構成される。
In the second method, the characteristic of the adaptive filter is determined by the adaptive signal processing using the MEFX-LMS algorithm as shown in the equation (1), the acoustic signal is input to the adaptive filter, and the output of the adaptive filter is output. Input to controlled system 1. FIG. 5 is a block diagram of a conventional example in which a control filter is realized by the second method. 1 is a controlled system, 21 is an adaptive signal processing unit, 22 is a desired characteristic imparting unit for imparting a transfer function characteristic obtained by multiplying a desired transfer characteristic H by a delay characteristic z −n , and 23 is a microphone (observation point of the controlled system). The sound signal xn 'and the output signal dn of the desired characteristic imparting section 22
In the synthesizing section that outputs the error signal en of the above, the control filter 2 shown in FIG.

【0007】適応信号処理部21は、MEFX−LMS
アルゴリズムに従って適応信号処理を行なうLMS信号
処理部21aと、デジタルフィルタ構成の適応フィルタ
21bと、音響信号xnにスピーカからマイクまでの音
響信号伝搬系の伝搬特性(伝達関数)Cを畳み込んでフ
ィルタードX信号rnを作成するフィルタードX信号作
成用フィルタ21cを有している。LMS信号処理部2
1aは誤差信号enとフィルタ21cを介して入力され
る音響信号(フィルタードX信号)rnを入力され、これ
ら信号を用いて誤差信号enの自乗平均が最小となるよ
うに適応信号処理を行って適応フィルタ21bの係数を
決定する。すなわち、LMS信号処理部21aはマルチ
プルエラーフィルタードX LMS(MEFX-LMS)アルゴリ
ズムに従って、誤差信号enの自乗平均が最小となるよ
うに適応フィルタ21bの係数を決定する。
The adaptive signal processing unit 21 is a MEFX-LMS.
An LMS signal processing unit 21a that performs adaptive signal processing according to an algorithm, an adaptive filter 21b having a digital filter configuration, and a filtered signal by convolving the acoustic signal xn with a propagation characteristic (transfer function) C of an acoustic signal propagation system from a speaker to a microphone. It has a filtered X signal producing filter 21c for producing an X signal rn. LMS signal processing unit 2
1a receives an error signal en and an acoustic signal (filtered X signal) rn input through a filter 21c, and performs adaptive signal processing using these signals so that the root mean square of the error signal en is minimized. The coefficient of the adaptive filter 21b is determined. That is, the LMS signal processing unit 21a determines the coefficient of the adaptive filter 21b so that the root mean square of the error signal en is minimized according to the multiple error filtered X LMS (MEFX-LMS) algorithm.

【0008】適応フィルタ21bはLMS信号処理部2
1aにより決定された係数に従って音響信号xnにデジ
タルフィルタ処理を施し、これにより音響信号xnに伝
達特性Wを付与して被制御系1の図示しないスピーカに
入力する。適応フィルタ21bは図6に示すように、F
IR型デジタルフィルタで構成され、例えば、入力信号
(音響信号)xnを順次1サンプリング時間遅延する遅延
要素DL,DL・・・と、各遅延要素出力に係数w
1(n),w2(n),w3(n)・・・wN(n)を乗算する乗算部M
L,ML,・・・と、各乗算部出力を順次加算する加算
部AD,AD・・・で実現される。
The adaptive filter 21b is an LMS signal processing unit 2
The acoustic signal xn is subjected to digital filter processing according to the coefficient determined by 1a, whereby the acoustic signal xn is given a transfer characteristic W and input to a speaker (not shown) of the controlled system 1. The adaptive filter 21b, as shown in FIG.
It is composed of an IR digital filter, for example, an input signal
(Acoustic signal) xn, which sequentially delays one sampling time, delay elements DL, DL ... And a coefficient w for each delay element output.
Multiplier M for multiplying 1 (n), w 2 (n), w 3 (n) ... w N (n)
Are realized by L, ML, ... And addition units AD, AD, ... Which sequentially add the outputs of the respective multiplication units.

【0009】現時刻n・Tsにおける音響信号をxn、そ
の時の各乗算器の係数をw1(n),w 2(n),w3(n)・・・
N(n)、出力をynとすれば、適応フィルタ21bは次
The acoustic signal at the current time n · Ts is xn,
The coefficient of each multiplier at1(n), w 2(n), w3(n) ...
wN(n) and the output is yn, the adaptive filter 21b
formula

【数3】 の演算を実行し、信号ynを出力する。[Equation 3] Then, the signal yn is output.

【0010】フィルタードX信号作成用フィルタ21c
は図7に示すように、FIR型デジタルフィルタで構成
され、例えば、入力信号xnを順次1サンプリング時間
遅延する遅延要素DL,DL・・・と、各遅延要素出力
に係数c1,c2,c3・・・cMを乗算する乗算部ML,M
L,・・・と、各乗算部出力を順次加算する加算部A
D,AD・・・で実現される。係数c1,c2,c3・・・cM
は音響空間伝搬系(スピーカから観測点までの系)の伝
搬特性を模擬するように決定されている。
Filter 21c for producing filtered X signal
As shown in FIG. 7, it is configured by an FIR type digital filter, and for example, delay elements DL, DL ... Which sequentially delay the input signal xn by one sampling time, and coefficients c 1 , c 2 , multiplication unit ML for multiplying the c 3 ··· c M, M
L, ... And an adder A for sequentially adding the outputs of the respective multipliers
It is realized by D, AD ... Coefficients c 1 , c 2 , c 3 ... c M
Is determined so as to simulate the propagation characteristics of the acoustic space propagation system (the system from the speaker to the observation point).

【0011】時刻n・Tsにおける音響信号をxn、出力
(フィルタードX信号)をr(n)とすれば、フィルタ21
cは次式
Output the acoustic signal at time n · Ts as xn
If (filtered X signal) is r (n), the filter 21
c is the following formula

【数4】 の演算を実行してフィルタードX信号r(n)を出力す
る。
[Equation 4] And outputs the filtered X signal r (n).

【0012】LMS信号処理部21aは、1サンプリン
グ時刻Ts後の時刻(n+1)・Tsにおける適応フィルタ2
1bの係数w1(n+1),w2(n+1),w3(n+1)・・・wN(n+
1)を、現時刻n・Tsにおける係数と合成信号enとフィ
ルタードX信号rnを用いて次式(係数更新式)により
決定する。
The LMS signal processor 21a uses the adaptive filter 2 at time (n + 1) · Ts after one sampling time Ts.
1b coefficients w 1 (n + 1), w 2 (n + 1), w 3 (n + 1) ... w N (n +
1) is determined by the following equation (coefficient updating equation) using the coefficient at the current time n · Ts, the combined signal en, and the filtered X signal rn.

【数5】 ただし、j番目のフィルタ係数更新式は wj(n+1)=wj(n)+μ・r(n-j+1)・en (5) で与えられる。[Equation 5] However, the j-th filter coefficient updating formula is given by w j (n + 1) = w j (n) + μ · r (n-j + 1) · en (5).

【0013】(5)式において、(n)は現サンプリング時刻
の値、(n+1)は1サンプリング時間後の値、(n-1)は1サ
ンプリング時間前の値、(n-2)は2サンプリング時間前
の値、・・・を意味している。又、μは適応フィルタの係
数を更新するステップを決める1以下の定数(ステップ
サイズパラメータ)である。以上により、最終的に適応
フィルタ21bの特性Wは W=H・z-n /C となり、被制御系1の出力、換言すれば聴取者耳元にお
ける音響信号xn′は X′=H・z-n ・X となり、音響信号xnに希望する音響特性Hと遅延特性
を畳込んだ信号となる。
In equation (5), (n) is the value at the current sampling time, (n + 1) is the value one sampling time later, (n-1) is the value one sampling time earlier, and (n-2). Means the value two sampling times before, ... Further, μ is a constant (step size parameter) of 1 or less that determines the step of updating the coefficient of the adaptive filter. As a result, the characteristic W of the adaptive filter 21b finally becomes W = H · z −n / C, and the output of the controlled system 1, in other words, the acoustic signal xn ′ at the listener's ear is X ′ = H · z −. n · X, and the desired acoustic characteristic H and delay characteristic are convoluted with the acoustic signal xn.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】音響空間SSPの伝達
関数Cを測定し、測定したCから制御フィルタ2を作成
する第1の方法では、ホワイトノイズをスピーカから出
してマイクで集音する必要があり、リスナーにとって不
快であり、又、測定が煩雑となる問題がある。又、第1
の方法では逆フィルタを求めるための演算量が多い問題
がある。更に、第1の方法では音響空間の伝達特性Cが
乗員数等に応じて変化すると、意図した制御が行なえ
ず、制御誤差を生じる問題がある。
In the first method of measuring the transfer function C of the acoustic space SSP and creating the control filter 2 from the measured C, it is necessary to emit white noise from the speaker and collect it by the microphone. There is a problem that it is uncomfortable for the listener and the measurement becomes complicated. Also, the first
The method of (1) has a problem that the amount of calculation for obtaining the inverse filter is large. Furthermore, in the first method, if the transfer characteristic C of the acoustic space changes in accordance with the number of passengers or the like, the intended control cannot be performed and a control error occurs.

【0015】一方、適応信号処理による第2の方法では
第1の方法と同様に音響空間SSPの伝達関数Cを予め
測定しなければならない問題がある。又、第2の方法で
は、MEFX−LMSアルゴリズムに従って適応信号処
理を行うため、音響信号xnに音響空間の伝達関数Cを
畳み込んでフィルタードX信号rnを作成する必要があ
る。このため、(3)式に示す演算が必要になり、演算量
が多くなる問題がある。又、自動車では車室内の音響系
(被制御系)が変化しやすいため、適応フィルタの特性
はそれに追従して常に変化し、聴取している音楽によっ
ては不自然に聞こえる問題がある。更に、音響空間の伝
達関数Cが乗員数や乗車位置等に応じて変化するため、
予め測定した伝達関数が実際の伝達関数と相違する場合
があり、かかる場合には適応フィルタの特性Wは正確に
W=H・z-n /Cとならず、希望する音響特性を付与
できない問題がある。以上から、本発明の目的は音響空
間の伝達関数を求める必要がなく、又、適応フィルタの
特性を頻繁に変更しなくても希望する音響特性を付与で
きる音響特性制御装置を提供することである。
On the other hand, the second method based on adaptive signal processing has a problem that the transfer function C of the acoustic space SSP must be measured in advance as in the first method. In the second method, since adaptive signal processing is performed according to the MEFX-LMS algorithm, it is necessary to convolve the transfer function C of the acoustic space with the acoustic signal xn to create the filtered X signal rn. For this reason, the calculation shown in the equation (3) is required, and there is a problem that the calculation amount increases. Further, in an automobile, the acoustic system (controlled system) in the vehicle compartment is likely to change, so that the characteristic of the adaptive filter constantly changes following it, and there is a problem that it sounds unnatural depending on the music being listened to. Furthermore, since the transfer function C of the acoustic space changes according to the number of passengers and the riding position,
There is a case where the transfer function measured in advance differs from the actual transfer function, and in such a case, the characteristic W of the adaptive filter does not become exactly W = H · z −n / C, and the desired acoustic characteristic cannot be given. There is. From the above, it is an object of the present invention to provide an acoustic characteristic control device capable of imparting desired acoustic characteristics without having to obtain a transfer function of an acoustic space and without frequently changing the characteristics of an adaptive filter. .

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、スピ−カと音響空間と音響空間に出力された音響
信号を検出する検出手段を備えた音響信号伝搬系、音響
信号に所定のフィルタ特性を付与して音響信号伝搬系に
出力する第1のフィルタ回路、音響信号伝搬系の遅延伝
達特性を付与する遅延特性付与部、前記音響信号検出手
段により検出された検出信号が入力される適応フィル
タ、遅延特性付与部出力と適応フィルタ出力の合成信号
と前記検出信号とを入力され、適応信号処理を行なって
適応フィルタの係数を決定する適応信号処理部、適応フ
ィルタの係数を前記第1のフィルタに設定する手段とに
より達成される。
According to the present invention, the above object is to provide an acoustic signal propagation system and an acoustic signal having a speaker, an acoustic space, and a detection means for detecting an acoustic signal output to the acoustic space. A first filter circuit that imparts a predetermined filter characteristic to output to the acoustic signal propagation system, a delay characteristic imparting unit that imparts delay transfer characteristic of the acoustic signal propagation system, and a detection signal detected by the acoustic signal detecting means are input. An adaptive filter, a delay characteristic applying section output, a combined signal of the adaptive filter output and the detection signal are input, and an adaptive signal processing section for performing adaptive signal processing to determine a coefficient of the adaptive filter; And a means for setting the first filter.

【0017】[0017]

【作用】第1のフィルタ回路は音響信号xnに所定のフ
ィルタ特性を付与して音響信号伝搬系(被制御系)と遅
延特性付与部に入力する。音響信号伝搬系のスピーカは
音響信号を音響空間に出力し、聴取者近傍に設けたマイ
クは音響空間を伝搬してきた音響信号を検出する。遅延
特性付与部は第1のフィルタ回路より入力された音響信
号に因果律を満たすための遅延伝達特性z-n を付与す
る。適応信号処理部は遅延特性付与部出力と適応フィル
タ出力の合成信号の自乗平均が最小となるように、該合
成信号とマイク検出信号とを用いて適応信号処理を行な
い、適応フィルタ特性Wが音響信号伝搬系の伝達特性の
逆関数(=z-n/C)となるようにその係数を更新す
る。係数設定手段は適宜、例えば音楽の切れ目(曲間)
あるいはユーザの指示により適応フィルタの係数を第1
のフィルタ回路に設定する。
The first filter circuit imparts a predetermined filter characteristic to the acoustic signal xn and inputs it to the acoustic signal propagation system (controlled system) and the delay characteristic imparting section. The speaker of the acoustic signal propagation system outputs the acoustic signal to the acoustic space, and the microphone provided near the listener detects the acoustic signal propagated in the acoustic space. The delay characteristic imparting unit imparts the delay transfer characteristic z −n for satisfying the causality to the acoustic signal input from the first filter circuit. The adaptive signal processing unit performs adaptive signal processing using the combined signal and the microphone detection signal so that the root mean square of the combined signal of the delay characteristic adding unit output and the adaptive filter output is minimized, and the adaptive filter characteristic W is acoustic. The coefficient is updated so that it is an inverse function (= z −n / C) of the transfer characteristic of the signal propagation system. The coefficient setting means may be, for example, a music break (between songs).
Alternatively, according to the user's instruction
Set in the filter circuit of.

【0018】マイクにより検出される音響信号(聴取者
が聴取する音響信号)xn′は第1のフィルタ回路の特
性をW′とすれば、 X′=W′・C・X =(z-n/C)・C・X=z-n ・X となる。従って、第1のフィルタ回路の前段に希望する
特性Hを付与する希望特性付与部を配置すれば、 X′=H・z-n ・X で示す音響信号が聴取者に聴取される。すなわち、本発
明によれば、音響空間の伝達関数を求めなくても、又、
適応フィルタの特性を頻繁に変更しなくても希望する音
響特性を付与することができる。
The acoustic signal (acoustic signal heard by the listener) xn 'detected by the microphone is X' = W'.C.X = (z- n, where W'is the characteristic of the first filter circuit. / C) · C · X = z −n · X. Therefore, if a desired characteristic imparting section for imparting the desired characteristic H is arranged in the preceding stage of the first filter circuit, the acoustic signal indicated by X '= H · z −n · X can be heard by the listener. That is, according to the present invention, without obtaining the transfer function of the acoustic space,
A desired acoustic characteristic can be provided without frequently changing the characteristic of the adaptive filter.

【0019】[0019]

【実施例】(a)全体の構成 図1は本発明に係わる音響制御装置の構成図、図2は本
発明の音響制御装置の一般的な構成である。図中、11
は音響信号伝搬系であり、11aはスピ−カ、11bは
車室等の音響空間、11cはスピ−カより音響空間に出
力された音響信号を検出するマイクで、聴取者の耳元近
傍(観測点)に設けられるもの、11dはオーディオ信
号(音響信号)を増幅するパワーアンプである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (a) Overall Configuration FIG. 1 is a configuration diagram of an acoustic control device according to the present invention, and FIG. 2 is a general configuration of the acoustic control device of the present invention. 11 in the figure
Is an acoustic signal propagation system, 11a is a speaker, 11b is an acoustic space such as a passenger compartment, and 11c is a microphone for detecting an acoustic signal output from the speaker to the acoustic space. 11d is a power amplifier that amplifies an audio signal (acoustic signal).

【0020】12はオーディオ装置より出力されるオー
ディオ信号(音響信号)xnに希望する音響特性(伝達
特性)Hを付与する希望特性付与部、13は後述する適
応フィルタの特性を適宜コピーされて音響信号に所定の
フィルタ特性W′を付与するフィルタ回路、14はフィ
ルタ回路の出力信号xn″に因果律を満たすための遅延
伝達特性z-n を付与する遅延特性付与部、15は適応
信号処理部である。尚、Z-nの遅延は(音響信号伝搬系
の遅延伝達特性)+(逆フィルタのタップ長の半分の長
さの遅延)である。逆フィルタの長さの1/2がよいと
いうのは、理論的には証明されていないが、経験的に知
られている。
Reference numeral 12 denotes a desired characteristic imparting section for imparting a desired acoustic characteristic (transfer characteristic) H to an audio signal (acoustic signal) xn output from an audio device, and 13 an acoustic signal obtained by appropriately copying the characteristic of an adaptive filter described later. A filter circuit for imparting a predetermined filter characteristic W'to a signal, 14 a delay characteristic imparting section for imparting a delay transfer characteristic z -n for satisfying a causal law to the output signal xn "of the filter circuit, and 15 an adaptive signal processing section. Note that the delay of Z −n is (delay transfer characteristic of acoustic signal propagation system) + (delay of half the tap length of the inverse filter), and 1/2 of the length of the inverse filter is preferable. Although not theoretically proven, it is empirically known.

【0021】適応信号処理部15において、15aはマ
イク11cにより検出された音響信号xn′が入力され
る適応フィルタ、15bはLMSアルゴリズムに基づい
た適応信号処理を行なって適応フィルタ15aの係数、
すなわち特性Wを決定するLMS信号処理部である。適
応フィルタ15aは図6に示す構成を備えている。LM
S信号処理部15bは、遅延特性付与部14の出力信号
dnと適応フィルタ15aの出力信号ynの合成信号であ
る誤差信号enと音響信号xn′とを入力され、これらの
信号を用いて誤差信号enの自乗平均が最小となるよう
にLMSアルゴリズムに基づいた適応信号処理を行な
い、適応フィルタ15aの係数(適応フィルタの特性
W)を決定する。すなわち、適応信号処理部15bは、
現時刻n・Tsにおける適応フィルタ15aの係数をw
1(n),w2(n),w3(n)・・・wN(n)とすれば、1サンプ
リング時間Ts後の時刻(n+1)・Tsにおける適応フィル
タの係数w1(n+1),w2(n+1),w3(n+1)・・・wN(n+1)
を次式(係数更新式)により決定する。
In the adaptive signal processing unit 15, 15a is an adaptive filter to which the acoustic signal xn 'detected by the microphone 11c is input, 15b is adaptive signal processing based on the LMS algorithm and the coefficient of the adaptive filter 15a,
That is, the LMS signal processing unit determines the characteristic W. The adaptive filter 15a has the configuration shown in FIG. LM
The S signal processing unit 15b receives the error signal en and the acoustic signal xn 'which are the combined signal of the output signal dn of the delay characteristic adding unit 14 and the output signal yn of the adaptive filter 15a, and uses these signals to output the error signal Adaptive signal processing based on the LMS algorithm is performed so that the root mean square of en is minimized, and the coefficient of the adaptive filter 15a (characteristic W of the adaptive filter) is determined. That is, the adaptive signal processing unit 15b
Let w be the coefficient of the adaptive filter 15a at the current time n · Ts.
If 1 (n), w 2 (n), w 3 (n) ... w N (n), the coefficient w 1 (of the adaptive filter at time (n + 1) · Ts after one sampling time Ts (n + 1) n + 1), w 2 (n + 1), w 3 (n + 1) ... w N (n + 1)
Is determined by the following equation (coefficient updating equation).

【0022】[0022]

【数6】 ただし、enは誤差信号、xn′はマイク検出信号であ
り、j番目のフィルタ係数更新式は wj(n+1)=wj(n)+μ・x(n-j+1)′・en (7) で与えられる。
[Equation 6] However, en is an error signal, xn 'is a microphone detection signal, and the j-th filter coefficient update formula is wj (n + 1) = wj (n) + μx (n-j + 1)' ・ en It is given in (7).

【0023】(6)式を用いてLMS適応信号処理を継続
すると、最終的に自乗平均誤差(E[en2])が最小
となり、適応フィルタ15aの特性Wは W=z-n/C (9) となる。16は遅延特性付与部14の出力信号dnと適
応フィルタ15aの出力信号ynの合成信号enを出力す
る合成部(加算部)、17はフィルタ係数コピー部であ
り、コピーイネーブル信号CESに基づいて適応フィル
タ15aの係数をフィルタ回路13に設定するもの、1
8はコピーイネーブル信号発生部であり、例えば音楽の
切れ目(曲間)あるいはユーザの指示(キー操作)によ
りコピーイネーブル信号CESを発生する。希望特性付
与部12、フィルタ回路13、遅延特性付与部14、適
応信号処理部15、合成部16、フィルタ係数コピー部
17は音響特性制御部を構成し、例えば1台のDSP
(Desital Signal Processor)により構成される。
When the LMS adaptive signal processing is continued using the equation (6), the root mean square error (E [en 2 ]) finally becomes the minimum, and the characteristic W of the adaptive filter 15a is W = z −n / C ( 9) Reference numeral 16 is a combining unit (adding unit) that outputs a combined signal en of the output signal dn of the delay characteristic adding unit 14 and the output signal yn of the adaptive filter 15a, and 17 is a filter coefficient copying unit that adapts based on the copy enable signal CES. What sets the coefficient of the filter 15a in the filter circuit 13, 1
A copy enable signal generator 8 generates a copy enable signal CES in response to, for example, a music break (between songs) or a user instruction (key operation). The desired characteristic imparting unit 12, the filter circuit 13, the delay characteristic imparting unit 14, the adaptive signal processing unit 15, the synthesizing unit 16, and the filter coefficient copying unit 17 constitute an acoustic characteristic control unit, for example, one DSP.
(Desital Signal Processor).

【0024】全体の動作 希望特性付与部12はオーディオ装置(図示せず)より
出力されたオーディオ信号(音響信号)xnに予め設定
されている希望音響特性(伝達特性)Hを付与する。つ
いで、フィルタ回路13は所定のフィルタ特性W′を希
望特性付与部出力に付与して音響信号伝搬系11と遅延
特性付与部14に入力する。尚、フィルタ回路13の特
性W′の初期特性は1である。音響信号伝搬系11のス
ピーカ11aはフィルタ回路13から出力された音響信
号xn″を音響空間11bに出力し、聴取者近傍に設け
たマイク11cは音響空間を伝搬してきた音響信号を検
出する。又、遅延特性付与部14はフィルタ回路13か
ら入力された音響信号xn″に音響信号伝搬系の遅延伝
達特性z を付与する。
The overall desired operation characteristic imparting section 12 imparts a desired desired acoustic characteristic (transfer characteristic) H to an audio signal (acoustic signal) xn output from an audio device (not shown). Then, the filter circuit 13 applies a predetermined filter characteristic W ′ to the output of the desired characteristic imparting section and inputs it to the acoustic signal propagation system 11 and the delay characteristic imparting section 14. The initial characteristic of the characteristic W'of the filter circuit 13 is 1. The speaker 11a of the acoustic signal propagation system 11 outputs the acoustic signal xn ″ output from the filter circuit 13 to the acoustic space 11b, and the microphone 11c provided near the listener detects the acoustic signal propagating in the acoustic space. The delay characteristic imparting unit 14 imparts the delay transfer characteristic z 1 of the acoustic signal propagation system to the acoustic signal xn ″ input from the filter circuit 13.

【0025】マイク11cにより検出された音響信号
(マイク検出信号)xn′は適応フィルタ15aとLM
S信号処理部15bに入力される。適応フィルタ15a
は音響信号(マイク検出信号)xn′に、適応信号処理
により決定された特性W(初期特性は1)を付与して出
力し、合成部16は遅延特性付与部14の出力信号dn
と適応フィルタ15aの出力信号ynの合成信号enを出
力する。適応信号処理部15のLMS信号処理部15b
は合成信号enの自乗平均が最小となるように、合成信
号enとマイク検出信号xn′とを用いて、所定サンプリ
ング時間Ts毎に(6)式の演算を行なって適応フィルタ1
5aの係数を決定する。
The acoustic signal (microphone detection signal) xn 'detected by the microphone 11c is supplied to the adaptive filter 15a and LM.
It is input to the S signal processing unit 15b. Adaptive filter 15a
Outputs the acoustic signal (microphone detection signal) xn 'with the characteristic W (the initial characteristic is 1) determined by the adaptive signal processing, and the combining unit 16 outputs the output signal dn of the delay characteristic adding unit 14.
And a composite signal en of the output signal yn of the adaptive filter 15a is output. LMS signal processor 15b of adaptive signal processor 15
Uses the combined signal en and the microphone detection signal xn 'so as to minimize the root mean square of the combined signal en, and performs the calculation of the equation (6) at every predetermined sampling time Ts to adaptive filter 1
Determine the coefficient of 5a.

【0026】(6)式による適応信号処理を継続すると、
最終的に自乗平均誤差(E[en2])が最小となり適
応フィルタ15aの特性Wは W=z-n/C となる。適応フィルタ15aの特性Wがz-n/Cになっ
た頃合いを見計らってコピーキー(図示せず)を操作し
てコピーイネーブル信号発生部18よりコピーイネーブ
ル信号CESを出力すると、フィルタ係数コピー部17
は適応フィルタ15aの係数w1(n),w2(n),w3(n)・
・・wN(n)をフィルタ回路13に設定する。これによ
り、以後、観測点(マイク設置位置)である聴取者耳元に
おける音響信号xn′は xn′=H・W′・C′・z-n ・xn (10) となる。W′=1/C′の場合には xn′=H・z-n ・xn (11) となり、音響信号xnに希望する音響特性Hと遅延特性
を付与した信号となる。尚、1回のコピーでW′=1/
C′とならなければ、適時適応フィルタ15aの係数を
フィルタ回路13にコピーすることにより最終的にW′
=1/C′とすることができ、聴取者耳元における音響
信号xn′は(11)式で示すようになる。
When the adaptive signal processing by the equation (6) is continued,
Finally, the root mean square error (E [en 2 ]) becomes the minimum, and the characteristic W of the adaptive filter 15a becomes W = z −n / C. When the characteristic W of the adaptive filter 15a becomes z −n / C, the copy key (not shown) is operated to output the copy enable signal CES from the copy enable signal generator 18, and the filter coefficient copy unit 17
Are the coefficients w 1 (n), w 2 (n), w 3 (n) of the adaptive filter 15a.
.. Set w N (n) in the filter circuit 13. Consequently, thereafter, the acoustic signal xn 'at the listener's ear, which is the observation point (microphone installation position), becomes xn' = H * W '* C' * z- n * xn (10). In the case of W '= 1 / C', xn '= H.z -n.xn (11), and the desired acoustic characteristic H and delay characteristic are added to the acoustic signal xn. In addition, W '= 1 /
If it does not become C ', the coefficient of the adaptive filter 15a is copied to the filter circuit 13 at the appropriate time to finally obtain W'.
= 1 / C ', and the acoustic signal xn' at the listener's ear is as shown in equation (11).

【0027】又、音響信号伝搬系11が自動車の車室内
空間の場合には、乗員数や着座位置等により音響信号伝
搬系の伝達特性C′が変化する。かかる場合には、伝達
特性C′が変動したことを聴取者が推測し、コピーキー
を操作して適応フィルタ15aの係数をフィルタ回路1
3にコピーする。このようにすれば、音響信号伝搬系1
1の特性が変動しても聴取者は希望特性を付与した音響
信号を聴取することができる。
Further, when the acoustic signal propagation system 11 is a vehicle interior space of an automobile, the transfer characteristic C'of the acoustic signal propagation system changes depending on the number of occupants, the seating position and the like. In such a case, the listener presumes that the transfer characteristic C ′ has changed, and operates the copy key to set the coefficient of the adaptive filter 15a to the filter circuit 1.
Copy to 3. In this way, the acoustic signal propagation system 1
Even if the characteristic of No. 1 changes, the listener can hear the acoustic signal to which the desired characteristic is added.

【0028】変形例 以上では、コピーイネーブル信号をコピーキーを操作
して発生した場合について説明したが、オーディオ信号
(音響信号)の曲間を検出し、曲間検出毎にコピーイネ
ーブル信号CESを発生して適応フィルタ15aの係数
をフィルタ回路13にコピーするように構成することも
できる。このようにすれば、自動的にフィルタ回路13
の特性W′を1/C′にでき、しかも、1つの曲の間に
フィルタ回路13の特性は固定されるため、聴取者に不
自然さを与えることがない。 又、以上では希望音響特性付与部を第1のフィルタ回
路の前段に設けたが、後段に設けても良い。又、希望音
響特性Hを1として、希望音響特性付与部を省略するこ
ともできる。この場合には、音響空間の伝搬特性による
影響のない音を楽しむことができる。 更に、以上では、スピーカが1つ、マイクが1つの場
合について説明したが、それぞれ2以上存在する場合に
も本願発明を適用できるものである。 以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は請求
の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能
であり、本発明はこれらを排除するものではない。
Modifications In the above description, the case where the copy enable signal is generated by operating the copy key has been described. However, the music enable of the audio signal (acoustic signal) is detected, and the copy enable signal CES is generated every time the music interval is detected. Then, the coefficient of the adaptive filter 15a may be copied to the filter circuit 13. By doing this, the filter circuit 13 is automatically
The characteristic W'of 1 can be set to 1 / C ', and since the characteristic of the filter circuit 13 is fixed during one song, no unnaturalness is given to the listener. Further, in the above, the desired acoustic characteristic imparting unit is provided in the front stage of the first filter circuit, but it may be provided in the rear stage. Further, the desired acoustic characteristic H can be set to 1 and the desired acoustic characteristic imparting section can be omitted. In this case, it is possible to enjoy a sound that is not affected by the propagation characteristics of the acoustic space. Further, although the case where there is one speaker and one microphone has been described above, the present invention can be applied to the case where there are two or more speakers. Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention can be variously modified according to the gist of the present invention described in the claims, and the present invention does not exclude these.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上本発明によれば、音楽を出力しなが
ら適応フィルタの特性WをZ-n/Cにできるため、予め
音響信号伝搬系の伝達特性Cを測定する必要がない。
又、本発明によれば、LMSアルゴリズムによる適応信
号処理に基づいて適応フィルタの係数を決定するため、
音響信号に音響信号伝搬系の伝達関数Cを畳込む演算が
不要となり、演算数を減少することができる。更に、本
発明によれば、コピーキーを操作した時のみ、あるい
は、曲間においてのみフィルタ回路の特性が変化し、そ
れ以外はフィルタ特性が固定になっているため、聴取者
の聴く音は変わらず聴取者に不自然な感じを与えること
がない。
As described above, according to the present invention, since the characteristic W of the adaptive filter can be set to Z -n / C while outputting music, it is not necessary to measure the transfer characteristic C of the acoustic signal propagation system in advance.
Further, according to the present invention, since the coefficient of the adaptive filter is determined based on the adaptive signal processing by the LMS algorithm,
The calculation for convolving the transfer function C of the acoustic signal propagation system with the acoustic signal is not necessary, and the number of calculations can be reduced. Further, according to the present invention, the characteristics of the filter circuit change only when the copy key is operated or only between songs, and the filter characteristics are fixed other than that, so that the sound heard by the listener changes. Without giving the listener an unnatural feeling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の音響特性制御装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an acoustic characteristic control device of the present invention.

【図2】本発明の一般的な音響特性制御装置の構成図で
ある。
FIG. 2 is a configuration diagram of a general acoustic characteristic control device of the present invention.

【図3】従来の音響特性の制御方法説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional acoustic characteristic control method.

【図4】被制御系の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a controlled system.

【図5】適応信号処理を用いた従来の制御フィルタの構
成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional control filter using adaptive signal processing.

【図6】適応フィルタの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of an adaptive filter.

【図7】フィルタードX信号作成用フィルタの構成図で
ある。
FIG. 7 is a configuration diagram of a filter for generating a filtered X signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・音響信号伝搬系 12・・希望特性付与部 13・・フィルタ回路 14・・遅延特性付与部 15・・適応信号処理部 15a・・適応フィルタ 17・・フィルタ係数コピー部 11 ... Acoustic signal propagation system 12 ... Desired characteristic imparting unit 13 ... Filter circuit 14 ... Delay characteristic imparting unit 15 ... Adaptive signal processing unit 15a ... Adaptive filter 17 ... Filter coefficient copying unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スピ−カと、音響空間と、スピ−カより
音響空間に出力された音響信号を検出する検出手段を備
えた音響信号伝搬系、 音響信号に所定のフィルタ特性を付与して音響信号伝搬
系に出力する第1のフィルタ回路、 第1フィルタ回路の出力信号に音響信号伝搬系の遅延伝
達特性を付与する遅延特性付与部、 前記検出手段により検出された音響信号が入力される適
応フィルタ、 遅延特性付与部出力と適応フィルタ出力の合成信号と前
記検出された音響信号とを入力され、適応信号処理を行
なって適応フィルタの係数を決定する適応信号処理部、 適応フィルタの係数を前記第1のフィルタに設定する手
段を有する音響特性制御装置。
1. An acoustic signal propagation system comprising a speaker, an acoustic space, and a detection means for detecting an acoustic signal output from the speaker to the acoustic space, wherein a predetermined filter characteristic is added to the acoustic signal. A first filter circuit that outputs to the acoustic signal propagation system, a delay characteristic imparting unit that imparts a delay transfer characteristic of the acoustic signal propagation system to the output signal of the first filter circuit, and the acoustic signal detected by the detection unit is input. An adaptive filter, an input signal of the output of the delay characteristic adding unit and the output of the adaptive filter, and the detected acoustic signal are input, and an adaptive signal processing unit that performs adaptive signal processing to determine the coefficient of the adaptive filter, An acoustic characteristic control device having means for setting the first filter.
【請求項2】 前記第1のフィルタの前段あるいは後段
に希望音響特性付与部を設けた請求項1記載の音響特性
制御装置。
2. The acoustic characteristic control device according to claim 1, wherein a desired acoustic characteristic imparting section is provided in a stage before or after the first filter.
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