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公開番号2024158070
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023072926
出願日2023-04-27
発明の名称空間能動騒音制御装置、空間能動騒音制御方法、制御フィルタ計算装置、制御フィルタ計算方法、及びプログラム
出願人日本電信電話株式会社,国立大学法人東京大学
代理人個人,個人,個人
主分類G10K 11/178 20060101AFI20241031BHJP(楽器;音響)
要約【課題】従来の誤差マイク信号を用いた空間ANC技術はシステム規模が大きくなる。また、ユーザの利便性向上のため誤差マイクの数を減らすと、制御対象領域内の騒音制御精度が低下する。
【解決手段】上記課題を解決する空間能動騒音制御装置は、参照信号取得部と、二次音信号生成部と、制御フィルタ計算部を有する。参照信号取得部は、騒音を制御対象領域外で測定する。二次音信号生成部は、参照信号取得部で取得した参照信号から、制御フィルタを用いて、二次音信号を生成する。制御フィルタ計算部は、参照信号に対応する騒音が制御対象領域に伝播した音を推定するための第1のフィルタと、二次音が制御対象領域に伝播した音を推定するための第2のフィルタを用いて制御フィルタを算出する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
制御対象領域内の騒音を、二次音により抑制する空間能動騒音制御装置であって、
騒音を制御対象領域外で測定する参照信号取得部と、
前記参照信号取得部で取得した参照信号から、制御フィルタを用いて、二次音信号を生成する二次音信号生成部と、
前記参照信号に対応する騒音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第１のフィルタと、前記二次音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第２のフィルタを用いて前記制御フィルタを算出する制御フィルタ計算部と、
を有する空間能動騒音制御装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
制御対象領域内の騒音を、二次音により抑制する空間能動騒音制御装置であって、
騒音を制御対象領域外で測定する参照信号取得部と、
前記参照信号取得部で取得した参照信号から、制御フィルタを用いて、二次音信号を生成する二次音信号生成部と、
制御対象領域内部の音圧を取得する誤差信号測定部と、
制御フィルタ更新部と、を有し、
前記制御フィルタ更新部は、前記参照信号と前記誤差信号の測定ごとに、前記参照信号と前記二次音信号と前記誤差信号とを用いて、前記制御フィルタを逐次更新する
ことを特徴とする空間能動騒音制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の空間能動騒音制御装置であって、
前記参照信号に対応する前記騒音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第１のフィルタと、前記二次音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第２のフィルタを用いて前記制御フィルタの初期値を算出する初期フィルタ計算部と、
を有する空間能動騒音制御装置。
【請求項４】
制御対象領域内の騒音を抑制する二次音を算出するための制御フィルタを計算する装置であって、
騒音を制御対象領域外で測定する参照信号取得部と、
前記参照信号に対応する前記騒音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第１のフィルタと、前記二次音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第２のフィルタから、前記制御フィルタを計算する制御フィルタ計算部
を有する制御フィルタ計算装置。
【請求項５】
制御対象領域内の騒音を、二次音により抑制する空間能動騒音制御方法であって、
参照信号取得部が、騒音を制御対象領域外で測定するステップと、
二次音信号生成部が、前記参照信号取得部で取得した参照信号から、制御フィルタを用いて、二次音信号を生成するステップと、
制御フィルタ計算部が、前記参照信号に対応する騒音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第１のフィルタと、前記二次音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第２のフィルタを用いて前記制御フィルタを算出するステップと、
を含む空間能動騒音制御方法。
【請求項６】
制御対象領域内の騒音を、二次音により抑制する空間能動騒音制御方法であって、
参照信号取得部が、騒音を制御対象領域外で測定するステップと、
二次音信号生成部が、前記参照信号取得部で取得した参照信号から、制御フィルタを用いて、二次音信号を生成するステップと、
誤差信号測定部が、制御対象領域内部の音圧を取得するステップと、
制御フィルタ更新部が、前記参照信号と前記誤差信号の測定ごとに、前記参照信号と前記二次音信号と前記誤差信号とを用いて、前記制御フィルタを逐次更新するステップと
を含む空間能動騒音制御方法。
【請求項７】
制御対象領域内の騒音を抑制する二次音を算出するための制御フィルタを計算する方法であって、
参照信号取得部が、騒音を制御対象領域外で測定するステップと、
制御フィルタ計算部が、前記参照信号に対応する前記騒音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第１のフィルタと、前記二次音が前記制御対象領域に伝播した音を推定するための第２のフィルタから、前記制御フィルタを計算するステップと
を含む制御フィルタ計算方法。
【請求項８】
請求項１から３のいずれかに記載の空間能動騒音制御装置、または請求項４に記載の制御フィルタ計算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】
開示技術は、外部から到来する騒音を３次元空間の領域内で二次音源（スピーカ）を用いて低減する技術（能動騒音制御技術）に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
騒音等の音波に、逆相で同振幅の音波（二次音）を生成して重ね合わせれば、騒音を消去ないし低減できる。このような技術を、能動騒音制御（ＡｃｔｉｖｅＮｏｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ。以下、能動騒音制御を「ＡＮＣ」と記す。また、オフィスや車内のような空間にＡＮＣを適用することを空間ＡＮＣと記す。
【０００３】
空間ＡＮＣの一つの方法は、騒音を測定し、測定騒音に基づいて生成した二次音を、騒音を低減したい領域（制御対象領域）に供給し、同時に制御対象領域内の音を測定して騒音低減効果を測定し、二次音生成部にフィードバックして騒音の変動に動的に追随する方法である。図１、図２を用いてこの従来技術について詳しく説明する。
なお、従来技術（非特許文献１）と開示技術で用いるカーネル補間法（後述）は周波数領域で定式化されている。このため、マイクで測定した時間領域の音信号は周波数領域の音信号に変換した後、周波数成分ごとに二次音信号に変換処理する。そして、変換後の二次音信号全体（全ての周波数成分）を用いて時間領域の音信号に逆変換してスピーカから出力する。煩雑さを避けるため、以降では、「マイクで測定した信号」は「マイクで測定した時間領域の音信号を周波数領域に変換した信号」を意味するものとし、周波数領域での信号処理は１つの周波数成分について説明する。また、「二次音をスピーカから出力する」は「周波数領域の二次音信号を時間領域に逆変換した音信号をスピーカから出力する」ことを意味するものとする。
【０００４】
１０１は外部から到来する騒音、１０２は騒音１０１を測定する参照マイク、１０３は制御対象領域、１０４は騒音を制御対象領域内で打ち消すための音を生成する二次音源（スピーカ）、１０５は制御対象領域内の音場を測定する誤差マイクである。参照マイク１０２の数はR、スピーカ１０４の数はL、誤差マイク１０５の数はMとする。
【０００５】
参照マイク１０２が時刻ｎに測定した信号をx
ｎ
（R次元ベクトル）、x
ｎ
を適応フィルタW（L×R行列）で変換した二次音（スピーカ駆動信号）をy
ｎ
（L次元ベクトル）とする。
TIFF
2024158070000002.tif
9
37
M個の誤差マイク１０５が時刻ｎに測定した信号e
ｎ
（M次元ベクトル）は、制御対象領域内の同時刻の騒音d
ｎ
と、二次音が伝播した音との重ね合わせとなる。
TIFF
2024158070000003.tif
9
46
ここで、GはM×Lの行列で、二次音が空間を伝播した影響を与える。
【０００６】
コスト関数Jを定め、時刻ｎの適応フィルタW
ｎ
を、正規化最小二乗平均（ＮＬＭＳ）により次のように更新して騒音の変動に追随する。
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2024158070000004.tif
14
59
ここで、μは更新のステップサイズであり、「*」は複素共役を表す。
【０００７】
コスト関数の第１の候補は、測定した誤差マイク信号の二乗和である（図２左）。
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2024158070000005.tif
9
37
ここで、「H」は共役転置を表す。このコスト関数を用いる手法は「多チャンネルＡＮＣ」とも呼ばれる。
しかし、式（４）のコスト関数では誤差マイクの位置における音圧しか考慮しておらず、誤差マイクと誤差マイクの間の領域で騒音が減殺されていることの保証はない。
【０００８】
そこで、非特許文献１は、制御対象領域内の音場を推定し、制御対象領域内の全音圧パワーをコスト関数とする方法を提案した（図２右）。
具体的には、離散配置された誤差マイクで測定した信号を用いて、カーネルリッジ回帰により、連続的な音場（制御対象領域内の任意の位置r、時刻ｎにおける音場）u^e(r,n)を補間／推定する。
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2024158070000006.tif
9
114
ここで、K（グラム行列）はM×M行列、κ(r)はM次元ベクトルであり、Kとκ(r)の成分は式（６）の通りである。
TIFF
2024158070000007.tif
18
52
ただし、κ(・,・)はカーネル関数、r
i
はi番目の誤差マイク位置である。
そして、式（７）の通り、制御対象領域内の全音圧パワーJ
２
をコスト関数とする。
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2024158070000008.tif
14
58
なお、積分領域Ωは、制御対象領域である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
S. Koyama et al., "Spatial Active Noise Control Based on Kernel Interpolation of Sound Field", IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, Vol. 29, pp. 3052-3063, 2021.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の空間ＡＮＣ技術では、誤差マイク信号を用いて制御対象領域全体の音圧パワーを推定している。良好な音圧パワー推定のためには、制御対象領域全体に誤差マイクを配置するのが望ましいが、その場合、システム規模が大きくなってしまう。また、制御対象領域は、例えばオフィスや自動車の車内など、ユーザが利用するための空間なので、誤差マイクがユーザの邪魔になる場合がある。
したがって、上記の利用例を考えると、誤差マイク数を可能な限り少なくしたいが、誤差マイク数を少なくすると推定精度が低下し、制御対象領域内の騒音制御精度も低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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