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公開番号2024117876
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-30
出願番号2023023937
出願日2023-02-20
発明の名称生成装置、生成方法、およびプログラム
出願人日本電信電話株式会社,国立大学法人電気通信大学
代理人個人,個人,個人
主分類G10K 11/178 20060101AFI20240823BHJP(楽器;音響)
要約【課題】実際のエラーマイクから離れたユーザの耳元でも高い抑圧性能を実現するキャンセル信号を生成する生成装置及び生成方法を提供する。
【解決手段】騒音抑圧システムにおいて、抑圧信号生成装置は、ユーザの頭部近傍に非等間隔に配置した複数個のエラーマイクの収音信号x(e)から、最小二乗法で推定された球面調和関数展開係数を利用して、複数個のエラーマイクよりも観測点に近い位置に仮想マイク130を設置した場合に収音される収音信号を推定し、推定収音信号を得る音圧推定部120と、抑圧対象の騒音を収音した収音信号x(r)と推定収音信号とを用いて、仮想マイクの設置位置における騒音を抑圧するためのキャンセル信号を生成する抑圧信号生成部110と、からなる。仮想マイクは、実際には設置されずに仮想的に設置されるマイクであり、複数個のエラーマイクは、所定の条件を満たすように球面上に設置される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
アクティブノイズコントロールに用いるキャンセル信号を生成する生成装置であって、
ユーザの頭部近傍に非等間隔に配置した複数個のエラーマイクの収音信号から、最小二乗法で推定された球面調和関数展開係数を利用して、前記複数個のエラーマイクよりも観測点に近い位置に仮想マイクを設置した場合に収音される収音信号を推定し、推定収音信号を得る音圧推定部と、
抑圧対象の騒音を収音した収音信号と前記推定収音信号とを用いて、前記仮想マイクの設置位置における騒音を抑圧するためのキャンセル信号を生成する抑圧信号生成部とを含み、
前記仮想マイクは、実際には設置されずに仮想的に設置されるマイクであり、
前記複数個のエラーマイクは以下の条件(i)～(iv)を満たすように球面上に設置される、
(i)複数個のエラーマイクが水平角方向に配置され、かつ、複数個のエラーマイクが仰俯角方向に配置される、
(ii)水平角方向に少なくとも４個のエラーマイクが配置された第１層と第２層を備え、水平角方向に少なくとも２個のエラーマイクが配置された第３層と第４層を備える、
(iii)仰俯角方向において異なる角度に、前記第１層、前記第２層、前記第３層および前記第４層が配置される、
(iv)前記第１層と前記第２層は頭部上部位置に配置され、前記第３層と前記第４層は頭部側方位置に配置される、
生成装置。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
請求項１の生成装置であって、
水平角0°および180°において仰俯角方向に４個のエラーマイクが配置され、水平角90°および270°において仰俯角方向に２個のエラーマイクが配置され、前記第１層，前記第２層，前記第３層および前記第４層の仰俯角は、それぞれ仰角60°,45°,30°および0°である、
生成装置。
【請求項３】
アクティブノイズコントロールに用いるキャンセル信号を生成する生成方法であって、
ユーザの頭部近傍に非等間隔に配置した複数個のエラーマイクの収音信号から、最小二乗法で推定された球面調和関数展開係数を利用して、前記複数個のエラーマイクよりも観測点に近い位置に仮想マイクを設置した場合に収音される収音信号を推定し、推定収音信号を得る音圧推定ステップと、
抑圧対象の騒音を収音した収音信号と前記推定収音信号とを用いて、前記仮想マイクの設置位置における騒音を抑圧するためのキャンセル信号を生成する抑圧信号生成ステップとを含み、
前記仮想マイクは、実際には設置されずに仮想的に設置されるマイクであり、
前記複数個のエラーマイクは以下の条件(i)～(iv)を満たすように球面上に設置される、
(i)複数個のエラーマイクが水平角方向に配置され、かつ、複数個のエラーマイクが仰俯角方向に配置される、
(ii)水平角方向に少なくとも４個のエラーマイクが配置された第１層と第２層を備え、水平角方向に少なくとも２個のエラーマイクが配置された第３層と第４層を備える、
(iii)仰俯角方向において異なる角度に、前記第１層、前記第２層、前記第３層および前記第４層が配置される、
(iv)前記第１層と前記第２層は頭部上部位置に配置され、前記第３層と前記第４層は頭部側方位置に配置される、
生成方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２の生成装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の位置での外部の騒音を抑圧する能動的騒音抑圧(ANC:Active Noise Control)の技術に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の能動的騒音抑圧技術として非特許文献１が知られている。能動的騒音抑制では、参照マイク、エラーマイク、キャンセルスピーカを一般的に用いる。図１は従来の騒音抑圧装置の構成例を示す。参照マイク９１で騒音源の発する騒音を収音する。キャンセルスピーカ９２は、抑圧信号生成装置９０で生成されたキャンセル信号を再生して、騒音を相殺するキャンセル音を発する。さらに、エラーマイク９３で騒音の消し残しを収音し、フィードバックする。抑圧信号生成装置９０は、参照マイク９１の収音信号とエラーマイク９３の収音信号とを用いて、騒音の消し残しが小さくなるようにキャンセル信号を能動的に制御し、生成する。エラーマイク９３の設置位置において、騒音の消し残しが小さくなるように、キャンセルスピーカ９２がキャンセル音を発するため、キャンセル音はエラーマイク９３の設置位置で最も効率よく騒音を抑圧する。そのため、エラーマイク９３はユーザの耳元近くに設置される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
梶川, 「アクティブノイズコントロールの最近の話題と応用」, 研究報告音楽情報科学（MUS）, vol. 2015-MUS-107, no. 3, pp. 1-6, 5月 2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際の利用に際しては、エラーマイク９３をユーザの耳元近くに設置できない場合もあり、エラーマイク９３の設置位置とユーザの耳元との距離が大きくなると、前述の通り、エラーマイク９３の設置位置で最も効率よく騒音を抑圧し、ユーザの耳元では騒音の消し残しが大きくなり、抑圧性能が低下し、ユーザが騒音抑圧の恩恵を十分に得られない場合がある。例えば、騒音源から耳元までの距離が100mmであり、エラーマイク９３をユーザの耳元(0mm)に設置した場合の抑圧性能は-∞dBであり、エラーマイク９３を騒音源と耳元との中間地点に設置した場合の抑圧性能は-7.38dBであることをシミュレーションにて確認した。図２は、従来技術の抑圧可能領域（スイートスポット）Ｓ
１
と所望のスイートスポットＳ
２
との違いを説明するための図である。
【０００５】
本発明は、実際のエラーマイクの配置位置で収音した収音信号から、ユーザの耳元で収音した場合に得られる収音信号を推定し、キャンセル信号を能動的に制御するために、実際のエラーマイクの配置位置で収音した収音信号の代わりに推定により得られた収音信号を使用することで、実際のエラーマイクから離れたユーザの耳元でも高い抑圧性能を実現する生成装置、生成方法、そのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、生成装置は、アクティブノイズコントロールに用いるキャンセル信号を生成する。生成装置は、ユーザの頭部近傍に非等間隔に配置した複数個のエラーマイクの収音信号から、最小二乗法で推定された球面調和関数展開係数を利用して、複数個のエラーマイクよりも観測点に近い位置に仮想マイクを設置した場合に収音される収音信号を推定し、推定収音信号を得る音圧推定部と、抑圧対象の騒音を収音した収音信号と推定収音信号とを用いて、仮想マイクの設置位置における騒音を抑圧するためのキャンセル信号を生成する抑圧信号生成部とを含み、仮想マイクは、実際には設置されずに仮想的に設置されるマイクであり、複数個のエラーマイクは以下の条件(i)～(iv)を満たすように球面上に設置される、(i)複数個のエラーマイクが水平角方向に配置され、かつ、複数個のエラーマイクが仰俯角方向に配置される、(ii)水平角方向に少なくとも４個のエラーマイクが配置された第１層と第２層を備え、水平角方向に少なくとも２個のエラーマイクが配置された第３層と第４層を備える、(iii)仰俯角方向において異なる角度に、第１層、第２層、第３層および第４層が配置される、(iv)第１層と第２層は頭部上部位置に配置され、第３層と第４層は頭部側方位置に配置される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ユーザの耳元にエラーマイクを配置できない場合に従来よりも高い抑圧性能を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
従来のアクティブノイズコントロールを説明するための図。
従来技術の抑圧可能領域を説明するための図。
第一実施形態に係る騒音抑圧システムの機能ブロック図。
第一実施形態に係る騒音抑圧システムの処理フローの例を示す図。
推定方法１を説明するための図。
推定方法２を説明するための図。
推定方法３を説明するための図。
第一実施形態のシミュレーション結果を示す図。
第一実施形態の推定方法２と推定方法３を用いて、騒音源の到来方向を変更した場合の予測誤差をシミュレーションした状況を示す図。
第一実施形態の推定方法２と推定方法３を用いて、騒音源の到来方向を変更した場合の予測誤差をシミュレーションしたときのシミュレーション結果を示す図である。
ユーザの頭部に対するエラーマイクの位置関係を説明するための図。
エラーマイクの位置関係を示す平面図と背面図。
仰俯角方向に配置される４つのエラーマイクの水平角を変更した場合の平面図。
第１層、第２層、第３層および第４層の仰俯角を変更した場合の平面図。
第一実施形態の推定方法２と第二実施形態を用いて、騒音源の到来方向を変更した場合の予測誤差をシミュレーションしたときのシミュレーション結果を示す図である。
本手法を適用するコンピュータの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。以下の説明において、テキスト中で使用する記号「^」「
-
」等は、本来直後の文字の真上に記載されるべきものであるが、テキスト記法の制限により、当該文字の直前に記載する。式中においてはこれらの記号は本来の位置に記述している。また、ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。
【００１０】
＜第一実施形態のポイント＞
本実施形態では、耳元から離れた位置に設置されたエラーマイクの収音信号から耳元での観測音圧を推定する。例えば、実際のエラーマイクの収音信号から、耳元に配置された仮想的なエラーマイクの収音信号を推定し、ANCにおいて、仮想的なエラーマイクの収音信号を従来のエラーマイクの収音信号として用いる。このような構成とすることで、スイートスポットの位置をエラーマイクの設置位置から仮想的なエラーマイクの位置に変更し、耳元での消し残りをキャンセルする音を出すことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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