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JP2011221087A - Active noise controller - Google Patents

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JP2011221087A
JP2011221087A JP2010086993A JP2010086993A JP2011221087A JP 2011221087 A JP2011221087 A JP 2011221087A JP 2010086993 A JP2010086993 A JP 2010086993A JP 2010086993 A JP2010086993 A JP 2010086993A JP 2011221087 A JP2011221087 A JP 2011221087A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
noise
sources
residual
wave
sound source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010086993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yohei Ikeda
陽平 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2010086993A priority Critical patent/JP2011221087A/en
Publication of JP2011221087A publication Critical patent/JP2011221087A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active noise controller capable of reducing noise even if noise from multiple noise sources include noise in the same frequency band by applying active noise control to the noise from noise source(s) other than arbitrarily selected noise source(s).SOLUTION: The active noise controller Y1 includes a sound source separation part 141 that separates residual waves from each of noise sources A1-A3 based on residual waves detected by residual detection microphones 12a-12c. Based on noise waves detected by noise detection microphones 11a-11c and residual waves separated by the sound source separation part 141, interfering waves are emitted from noise control speakers 13a-13c to cancel the noise waves from noise sources other than one or plural noise source(s) selected by a sound source selection part 142 from among the noise sources A1-A3.

Description

本発明は,騒音波に同振幅・逆位相の消音波を干渉させて該騒音波を減衰させるフィードフォワード型の能動騒音制御装置に関し,特に,複数の騒音源からの騒音のうち任意の騒音だけを減衰させるための技術に関するものである。   The present invention relates to a feedforward type active noise control device that attenuates a noise wave by interfering with a noise wave having the same amplitude and opposite phase, and in particular, only arbitrary noise among noises from a plurality of noise sources. It is related with the technique for attenuating.

一般に,空調ファンやエンジン等が発する騒音を抑える手段としては,吸音材などを使用する受動騒音制御(Passive Noise Control:PNC)と,騒音波に同振幅・逆位相の消音波を干渉させて該騒音波を減衰させる能動騒音制御(Active Noise Control:ANC)とが知られている。なお,PNCは,高い周波数の騒音に対して有効であるが,低い周波数の騒音では波長が長いため,設備が大規模になりその分コストも必要となる。
一方,ANCは低い周波数の騒音に対しても有効である。ANCは,その構造からフィードフォワード型とフィードバック型の二通りに分類されるところ,本発明は,前者のフィードフォワード型のANCを実行する能動騒音制御装置に関するものである。
In general, there are two methods for suppressing noise generated by air conditioning fans and engines, such as passive noise control (PNC), which uses a sound absorbing material, and noise waves with the same amplitude and opposite phase. Active noise control (ANC) for attenuating noise waves is known. PNC is effective for high-frequency noise, but the low-frequency noise has a long wavelength. Therefore, the equipment becomes large and costs are required.
On the other hand, ANC is effective against low frequency noise. The ANC is classified into two types, feedforward type and feedback type, according to its structure, and the present invention relates to an active noise control apparatus for executing the former feedforward type ANC.

フィードフォワード型のANCの代表的なアルゴリズムの一つにFiltered-X LMS法がある。このFiltered-X LMS法では,消音波を出力する騒音制御スピーカから騒音制御対象地点に設けられた残差検出マイクロフォンに至る二次系と呼ばれる部分の伝達関数を,ANCの動作前に予め測定又は推定しておくことが必要である。そのため,ANC装置を設置したシステムに環境変化が起こると,その予め準備した二次系の伝達関数の値と変化後の値とに誤差が発生し,ANCの動作が不安定になることがある。
これに対し,予め二次系の伝達関数の測定又は推定を必要とせず,システムの環境が変化しても安定したANCの動作を行うことができる手法として連立方程式法が知られている(例えば,非特許文献1,2参照)。
この連立方程式法では,騒音検出マイクロフォンから残差検出マイクロフォンに至る一次系に,騒音制御スピーカから残差検出マイクロフォンに至る二次系を加えた総合系特性を同定する補助フィルタを導入し,未知系と同数の方程式で構成される連立方程式を解くことにより,二次系のフィルタ係数が随時算定される。これにより,二次系の事前準備を必要とせず,且つ温度や湿度の環境変化などに起因する伝達系の変化にも自動的に追従できる。なお,非特許文献2では,騒音源,騒音検出マイクロフォン,騒音制御スピーカ,騒音制御対象地点各々が複数である場合にも連立方程式法が採用可能であることが開示されている。
One of the typical feed-forward ANC algorithms is the Filtered-X LMS method. In this Filtered-X LMS method, a transfer function of a portion called a secondary system from a noise control speaker that outputs silenced sound to a residual detection microphone provided at a noise control target point is measured or measured in advance before the operation of the ANC. It is necessary to estimate. For this reason, when an environmental change occurs in a system in which an ANC device is installed, an error may occur between the value of the secondary transfer function prepared in advance and the value after the change, and the operation of the ANC may become unstable. .
On the other hand, the simultaneous equation method is known as a technique that does not require measurement or estimation of the transfer function of the second-order system in advance and can perform stable ANC operation even if the system environment changes (for example, Non-patent documents 1 and 2).
This simultaneous equation method introduces an auxiliary filter that identifies the overall system characteristics by adding the secondary system from the noise control speaker to the residual detection microphone to the primary system from the noise detection microphone to the residual detection microphone. By solving simultaneous equations composed of the same number of equations, the filter coefficients of the second-order system are calculated as needed. As a result, it is possible to automatically follow changes in the transmission system caused by changes in the environment such as temperature and humidity without requiring preparations for the secondary system. Non-Patent Document 2 discloses that the simultaneous equation method can be adopted even when there are a plurality of noise sources, noise detection microphones, noise control speakers, and noise control target points.

ところで,機械装置などの開発時に行う騒音測定実験(騒音寄与度分析実験など)では,装置が組み上がった状態で騒音を発生する部位ごとに,その騒音の個別に分析する必要があるため,他の部位の騒音がない状態を作り出すことが望ましい。
また,上述した連立方程式法を用いたフィードフォワード型のANCを実行する能動騒音制御装置を実際に使用する環境として,車内(CAB)での乗員の耳元騒音の低減などが考えられる。このとき,例えば車内の主な騒音としてはエンジン音などが考えられるが,スポーツカーのエンジン音は運転者にとって心地よい音のため,そのエンジン音についてはANCを実行しないことが望まれることもある。
ここで,例えば特許文献1には,特定の周波数帯域の騒音を低減しないようにANCを実行する技術が開示されている。これにより,例えばエンジン音の周波数帯域の騒音のみを低減させないことが可能となる。
一方,例えば特許文献2,3では,複数の音源から発生した音声信号が重畳された混合音声信号からその音源ごとの音声信号を分離することのできる音源分離処理が開示されている。
By the way, in noise measurement experiments (such as noise contribution analysis experiments) conducted during the development of machinery and equipment, it is necessary to analyze the noise individually for each part that generates noise when the equipment is assembled. It is desirable to create a state where there is no noise in the part.
In addition, as an environment in which an active noise control device that executes feed-forward ANC using the simultaneous equation method described above is actually used, reduction of occupant's ear noise in a vehicle (CAB) can be considered. At this time, for example, engine noise may be considered as the main noise in the vehicle. However, since the engine sound of a sports car is comfortable to the driver, it may be desired not to perform ANC for the engine sound.
Here, for example, Patent Document 1 discloses a technique for executing ANC so as not to reduce noise in a specific frequency band. Thereby, for example, it is possible not to reduce only noise in the frequency band of engine sound.
On the other hand, for example, Patent Documents 2 and 3 disclose sound source separation processing that can separate a sound signal for each sound source from a mixed sound signal on which sound signals generated from a plurality of sound sources are superimposed.

特開2006−213297号公報JP 2006-213297 A 特開2006−154314号公報JP 2006-154314 A 特開2008−295010号公報JP 2008-295010 A

Kensaku Fujii,Kotaro Yamaguchi,Shigeyuki Hashimoto,Yusuke Fujita,Mitsuji Muneyasu,“Verification of simultaneous equations method by an experimental active noise control system”,Acoustical science and technology 27(5) 社団法人日本音響学会,2006年9月,p.270-277Kensaku Fujii, Kotaro Yamaguchi, Shigeyuki Hashimoto, Yusuke Fujita, Mitsuji Muneyasu, “Verification of simultaneous equations method by an experimental active noise control system”, Acoustical science and technology 27 (5) The Acoustical Society of Japan, September 2006, p. .270-277 棟安 実治,浅井 隆,藤井 健作,雛元 孝夫,“マルチチャンネル能動騒音制御システムへの連立方程式法の拡張”,電子情報通信学会誌 A Vol.J83-A No.11,2000年11月,p.1235-1243Shinji Muneyasu, Takashi Asai, Kensaku Fujii, Takao Hinamoto, “Extension of simultaneous equation method to multichannel active noise control system”, IEICE Journal A Vol.J83-A No.11, November 2000, p.1235-1243

しかしながら,前記特許文献1のように特定の周波数帯域の騒音をANCの対象から除外する構成では,同じ周波数帯域を含む騒音が複数の騒音源から発生している場合に,その特定の騒音源からの騒音だけをANCの対象から除外することはできない。即ち,低減したくない特定の騒音源の騒音だけでなく,低減したい騒音源の騒音のうち前記特定の騒音源の騒音と同じ周波数帯域の騒音も残存することとなる。
従って,本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,複数の騒音源で発生する騒音が同じ周波数帯域の騒音を含む場合であっても,その複数の騒音源のうち任意に選択した騒音源からの騒音のみを除外してANCによる騒音低減効果を得ることのできる能動騒音制御装置を提供することにある。
However, in the configuration in which noise in a specific frequency band is excluded from the target of ANC as in Patent Document 1, when noise including the same frequency band is generated from a plurality of noise sources, the noise from the specific noise source Cannot be excluded from ANC. That is, not only the noise of a specific noise source that is not desired to be reduced, but also noise in the same frequency band as the noise of the specific noise source among the noise sources that are desired to be reduced.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a plurality of noise sources even when the noise generated by the plurality of noise sources includes noise in the same frequency band. It is an object of the present invention to provide an active noise control apparatus capable of obtaining a noise reduction effect by ANC by excluding only noises from arbitrarily selected noise sources.

前記目的を達成するために本発明は,複数の騒音源から発生する騒音波を個別に検出する複数の騒音検出手段と,前記騒音源各々に対応して個別に設けられ該騒音源の騒音波を低減するための消音波を出力する消音波出力手段と,前記騒音波を低減したい騒音制御対象地点で残差波を検出する前記騒音源と同数の残差検出手段と,前記残差検出手段各々により検出された残差波に基づいて前記騒音源各々に対応する残差波を分離する残差波分離手段と,前記複数の騒音源のうち前記消音波出力手段による騒音波の低減対象から除外する一又は複数の騒音源を選択する除外選択手段と,前記騒音検出手段各々により検出された騒音波及び前記残差波分離手段により分離された残差波に基づいて,前記複数の騒音源のうち前記除外選択手段により選択された一又は複数の騒音源を除く他の騒音源からの騒音波を打ち消すために前記消音波出力手段各々から出力させる消音波を生成する消音波生成手段とを備えてなることを特徴とする能動騒音制御装置として構成される。
本発明によれば,前記残差波分離手段が,前記残差検出手段各々で検出された残差波から,周波数帯域ごとではなく前記騒音源ごとの残差波を分離する。そして,前記残差波分離手段によって分離された後の前記騒音源各々に対応する残差波に基づいて前記消音波生成手段による消音波の生成が行われる。従って,前記騒音源各々からの騒音波に同じ周波数帯域が含まれている場合であっても,該騒音源各々で発生する騒音波のうち任意の騒音源からの騒音波のみを除外して他の騒音源からの騒音波についてANCによる騒音低減効果を得ることができる。
さらに,前記騒音検出手段各々は,対応する前記騒音源からの騒音波を検出する複数の分離騒音検出手段を含んでなり,該分離騒音検出部各々により検出された騒音波に基づいて該騒音源からの騒音波を分離して検出するものであることが考えられる。これにより,前記騒音検出手段各々の設置位置において該騒音検出手段に対応する前記騒音源とは別に発生している騒音波を除外して該騒音源からの騒音波のみを検出することができるため,前記消音波生成手段による消音波の生成の精度が高くなり,騒音低減効果を高めることができる。
ここで,前記除外選択手段は,一又は複数の騒音源の選択の有無を切り替える音源選択スイッチなどの所定の操作入力手段に対する操作入力に応じて,前記消音波出力手段による騒音波の低減対象から除外する一又は複数の騒音源を選択するものであることが考えられる。これにより,ユーザは前記所定の操作入力手段の操作によって所望の騒音源のみを残して他の騒音源からの騒音について騒音低減効果を得ることができる。
また,前記音源分離手段や前記騒音分離手段は,独立成分分析法に基づくブラインド音源分離方式による音源分離処理を実行するものであることが考えられる。これにより,前記騒音源各々からの騒音波に同じ周波数帯域が含まれている場合であっても,該騒音源各々に対応する残差波や騒音波を分離して検出することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of noise detection means for individually detecting noise waves generated from a plurality of noise sources, and a noise wave of the noise source provided individually for each of the noise sources. A silencer output means for outputting a silencer for reducing noise, a residual detection means having the same number as the noise sources for detecting residual waves at a noise control target point at which the noise wave is desired to be reduced, and the residual detection means From the residual wave separating means for separating the residual wave corresponding to each of the noise sources based on the residual wave detected by each, and from the noise wave reduction target by the silencer output means among the plurality of noise sources Exclusion selection means for selecting one or a plurality of noise sources to be excluded, and the plurality of noise sources based on the noise wave detected by each of the noise detection means and the residual wave separated by the residual wave separation means Of the exclusion selection means And a silencer generating means for generating a silencer output from each of the silencer output means in order to cancel noise waves from other noise sources other than the selected one or a plurality of noise sources. Configured as an active noise control device.
According to the present invention, the residual wave separation means separates the residual wave for each noise source, not for each frequency band, from the residual waves detected by each of the residual detection means. Then, based on the residual wave corresponding to each of the noise sources after being separated by the residual wave separating means, the silencer generating means generates the silenced sound. Therefore, even if the noise wave from each noise source includes the same frequency band, only the noise wave from any noise source is excluded from the noise waves generated from each noise source. The noise reduction effect by ANC can be obtained for the noise waves from the noise sources.
Further, each of the noise detection means includes a plurality of separated noise detection means for detecting a noise wave from the corresponding noise source, and the noise source is detected based on the noise wave detected by each of the separated noise detection units. It is conceivable that the noise wave from the sound is separated and detected. Thereby, only the noise wave from the noise source can be detected by excluding the noise wave generated separately from the noise source corresponding to the noise detection means at the installation position of each of the noise detection means. Therefore, the accuracy of the generation of the silencer by the silencer generation means is increased, and the noise reduction effect can be enhanced.
Here, the exclusion selection means is selected from noise wave reduction targets by the silencer output means in response to an operation input to a predetermined operation input means such as a sound source selection switch for switching whether or not to select one or a plurality of noise sources. It is conceivable that one or more noise sources to be excluded are selected. Thus, the user can obtain a noise reduction effect for noise from other noise sources by leaving only a desired noise source by operating the predetermined operation input means.
In addition, the sound source separation unit and the noise separation unit may be configured to execute sound source separation processing by a blind sound source separation method based on an independent component analysis method. Thereby, even if the noise wave from each noise source includes the same frequency band, the residual wave and noise wave corresponding to each noise source can be detected separately.

本発明によれば,前記残差波分離手段によって分離された後の前記騒音源各々に対応する残差波に基づいて前記消音波生成手段による消音波の生成が行われるため,前記騒音源各々からの騒音波に同じ周波数帯域が含まれている場合であっても,該騒音源各々で発生する騒音波のうち任意の騒音源からの騒音波のみを除外して他の騒音源からの騒音波についてANCによる騒音低減効果を得ることができる。   According to the present invention, since the silencer is generated by the silencer generator based on the residual wave corresponding to each of the noise sources after being separated by the residual wave separator, each noise source is Even if the noise wave from the same frequency band is included, only noise waves from any noise source out of the noise waves generated by each noise source are excluded and noise from other noise sources is excluded. Noise reduction effect by ANC can be obtained for waves.

本発明の実施の形態に係る能動騒音制御装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the active noise control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 能動騒音制御装置で実行される能動騒音低減処理の手順の一例を説明するフローチャート。The flowchart explaining an example of the procedure of the active noise reduction process performed with an active noise control apparatus. ANC処理部における音響特性を示すブロック図。The block diagram which shows the acoustic characteristic in an ANC process part. ANC処理部における総合系の構造を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the comprehensive system in an ANC process part. ANC処理部で実行される最適フィルタ係数の更新処理の手順の一例を説明するフローチャート。The flowchart explaining an example of the procedure of the update process of the optimal filter coefficient performed in an ANC process part. 本発明の実施例に係る能動騒音制御装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the active noise control apparatus which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る能動騒音制御装置で実行される能動騒音低減処理の手順の一例を説明するフローチャート。The flowchart explaining an example of the procedure of the active noise reduction process performed with the active noise control apparatus which concerns on the Example of this invention.

以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
まず,図1を用いて,本発明の実施の形態に係る能動騒音制御装置Y1の概略構成について説明する。
図1に示すように,本発明の実施の形態に係る能動騒音制御装置Y1は,騒音検出マイクロフォン11a〜11c(騒音検出手段の一例),残差検出マイクロフォン12a〜12c(残差検出手段の一例),騒音制御スピーカ13a〜13c(消音波出力手段の一例),DSP14,音源選択スイッチ15(音源選択手段の一例)などを備えて概略構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
First, a schematic configuration of the active noise control device Y1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the active noise control apparatus Y1 according to the embodiment of the present invention includes noise detection microphones 11a to 11c (an example of noise detection means) and residual detection microphones 12a to 12c (an example of residual detection means). ), Noise control speakers 13a to 13c (an example of a silencer output unit), a DSP 14, a sound source selection switch 15 (an example of a sound source selection unit), and the like.

当該能動騒音制御装置Y1は,図1に示すように,異なる方向に騒音源A1〜A3が存在する音響空間に,該騒音源A1〜A3に対応する騒音検出マイクロフォン11a〜11c,残差検出マイクロフォン12a〜12c,騒音制御スピーカ13a〜13c各々が設けられている状態で,前記騒音源A1〜A3各々から前記騒音検出マイクロフォン11a〜11c各々を通じて入力されるリファレンス信号X(z)各々を,DSP14内のANC処理部143に通過させることにより,そのリファレンス信号X(z)と同振幅・逆位相の消音波を生成し,その消音波を騒音制御スピーカ13a〜13c各々から出力する。
これにより,その消音波を前記騒音源A1〜A3各々からの騒音波に干渉させ,残差検出マイクロフォン12a〜12c各々が設置された騒音制御対象地点B1(以下,「制御地点B1」と略称する)における騒音を低減するフィードフォワード型のANCを実現することが可能である。
本願発明の実施の形態に係る前記能動騒音制御装置Y1は,以下に説明するように,前記騒音源A1〜A3のうちANCの対象となる騒音源を任意に選択することが可能な点に特徴を有している。なお,本実施の形態では,三つの前記騒音源A1〜A3が存在する場合を例に挙げて説明するが,少なくとも二つ以上の騒音源であればその数は限定されない。騒音源の数が異なる場合には,その数と同数の騒音検出マイクロフォン,残差検出マイクロフォン,騒音制御スピーカが設けられる。
As shown in FIG. 1, the active noise control device Y1 includes noise detection microphones 11a to 11c and residual detection microphones corresponding to the noise sources A1 to A3 in acoustic spaces where the noise sources A1 to A3 exist in different directions. Reference signals X (z) input from the noise sources A1 to A3 through the noise detection microphones 11a to 11c in the DSP 14 in a state where the noise control speakers 12a to 12c and the noise control speakers 13a to 13c are provided, respectively. Is passed through the ANC processing unit 143 to generate a silenced sound having the same amplitude and opposite phase as the reference signal X (z), and the silenced sound is output from each of the noise control speakers 13a to 13c.
As a result, the silenced sound is made to interfere with noise waves from the noise sources A1 to A3, and the noise control target point B1 (hereinafter referred to as “control point B1”) where the residual detection microphones 12a to 12c are installed. It is possible to realize a feed-forward type ANC that reduces noise in).
As described below, the active noise control device Y1 according to the embodiment of the present invention is characterized in that it can arbitrarily select a noise source to be subjected to ANC among the noise sources A1 to A3. have. In the present embodiment, the case where there are three noise sources A1 to A3 will be described as an example, but the number is not limited as long as there are at least two noise sources. When the number of noise sources is different, the same number of noise detection microphones, residual detection microphones, and noise control speakers are provided.

前記騒音検出マイクロフォン11a〜11cは,前記騒音源A1〜A3に対応して設けられており,その対応する前記騒音源A1〜A3からの騒音波を個別に検出し,リファレンス信号X(z)として前記DSP14に入力する。なお,前記騒音検出マイクロフォン11a〜11cに代えて振動センサ等(騒音検出手段の一例)を用いてもよい。
前記騒音制御スピーカ13a〜13cは,前記騒音源A1〜A3から前記能動騒音制御装置Y1による騒音低減の対象となる制御地点B1の間に,該騒音源A1〜A3に対応して個別に設けられている。そして,前記騒音制御スピーカ13a〜13cは,前記騒音源A1〜A3の騒音波を低減するために後述のANC処理部143で生成される消音波を出力して前記騒音源A1〜A3からの騒音波に干渉(合成)させるものである。従って,前記消音波が前記騒音源A1〜A3からの騒音波と同振幅・逆位相であれば,該騒音波を減衰させて前記制御地点B1における騒音をキャンセルすることができる。
一方,前記残差検出マイクロフォン12a〜12cは,前記制御地点B1に設けられており,前記騒音源A1〜A3から該制御地点B1に到達する残差波を検出し,残差信号E(z)として前記DSP14に入力する。ここに,前記残差波は,前記騒音源A1〜A3からの騒音波と前記騒音制御スピーカ13a〜13cからの消音波との干渉後に残存する騒音である。なお,前記残差検出マイクロフォン12a〜12cや前記騒音制御スピーカ13a〜13cは,前記騒音源A1〜A3に対応して同数設けられる。
The noise detection microphones 11a to 11c are provided corresponding to the noise sources A1 to A3, individually detect noise waves from the corresponding noise sources A1 to A3, and serve as reference signals X (z). Input to the DSP 14. Note that a vibration sensor or the like (an example of noise detection means) may be used instead of the noise detection microphones 11a to 11c.
The noise control speakers 13a to 13c are individually provided corresponding to the noise sources A1 to A3 between the noise sources A1 to A3 and the control point B1 that is the target of noise reduction by the active noise control device Y1. ing. Then, the noise control speakers 13a to 13c output silenced waves generated by an ANC processing unit 143, which will be described later, in order to reduce the noise waves of the noise sources A1 to A3, and the noise from the noise sources A1 to A3. It interferes with (combines) waves. Therefore, if the silencer has the same amplitude and opposite phase as the noise wave from the noise sources A1 to A3, the noise wave can be attenuated to cancel the noise at the control point B1.
On the other hand, the residual detection microphones 12a to 12c are provided at the control point B1, detect residual waves that reach the control point B1 from the noise sources A1 to A3, and perform a residual signal E (z). To the DSP 14. Here, the residual wave is noise remaining after interference between the noise wave from the noise sources A1 to A3 and the silenced sound from the noise control speakers 13a to 13c. The residual detection microphones 12a to 12c and the noise control speakers 13a to 13c are provided in the same number corresponding to the noise sources A1 to A3.

前記DSP14は,音源分離部141(残差波分離手段の一例),音源選択部142(除外選択手段の一例),ANC処理部143(消音波生成手段の一例)などを備えて概略構成されたデジタル信号処理に特化したデジタルシグナルプロセッサ(Digital Signal Processor)である。
前記音源分離部141は,前記残差検出マイクロフォン12a〜12cから入力される残差信号E(z)各々に基づいて,前記騒音源A1〜A3各々に対応する残差信号E(z)を分離して検出する音源分離処理を実行するものである。前記音源分離部141で分離された後の前記騒音源A1〜A3各々に対応する残差信号E(z)各々は個別に前記音源選択部142に入力される。
The DSP 14 is generally configured to include a sound source separation unit 141 (an example of a residual wave separation unit), a sound source selection unit 142 (an example of an exclusion selection unit), an ANC processing unit 143 (an example of a silencer generation unit), and the like. It is a digital signal processor specialized in digital signal processing.
The sound source separation unit 141 separates residual signals E (z) corresponding to the noise sources A1 to A3 based on the residual signals E (z) input from the residual detection microphones 12a to 12c. The sound source separation processing detected in this way is executed. Each residual signal E (z) corresponding to each of the noise sources A1 to A3 after being separated by the sound source separation unit 141 is individually input to the sound source selection unit 142.

具体的に,前記音源分離部141は,独立成分分析法(ICA法)に基づくブラインド音源分離方式(BSS方式)による音源分離処理を実行するものであることが考えられる。このICA法に基づくBSS方式の音源分離処理では,前記騒音源A1〜A3各々に対応する残差波に同じ周波数帯域が含まれている場合でもその騒音源A1〜A3各々に対応する残差波を分離することができる。もちろん,前記騒音源A1〜A3各々に対応する残差波に同じ周波数帯域が含まれている場合でもその騒音源A1〜A3各々に対応する残差波を分離することができれば,音源分離処理の手法はこれに限らない。なお,ICA法に基づくBSS方式の音源分離処理については前記特許文献2,3などに開示されているため,ここでは簡単に説明し,詳細な説明を省略する。
ICA法に基づくBSS方式の音源分離処理は,複数のマイクロフォンを通じて入力される音響信号において,複数の騒音源からの騒音同士が統計的に独立であることを利用して所定の分離行列(逆混合行列)を最適化し,入力された音響信号それぞれに対してその分離行列によるフィルタ処理を施すことによって音源ごとの音響信号を分離(同定)する処理方式である。
ここで,前記音源分離処理では,時間領域で計算する時間領域独立成分分析法(TDICA)や,周波数領域で計算する周波数領域独立成分分析法(FDICA)が採用されるが,前記能動騒音制御装置Y1においては,後述のANC処理部143におけるANC処理と同様に周波数領域で計算するFDICAを採用する。
Specifically, the sound source separation unit 141 is considered to execute a sound source separation process by a blind sound source separation method (BSS method) based on an independent component analysis method (ICA method). In the BSS method sound source separation processing based on the ICA method, even if the residual wave corresponding to each of the noise sources A1 to A3 includes the same frequency band, the residual wave corresponding to each of the noise sources A1 to A3. Can be separated. Of course, even if the residual wave corresponding to each of the noise sources A1 to A3 includes the same frequency band, if the residual wave corresponding to each of the noise sources A1 to A3 can be separated, the sound source separation process is performed. The method is not limited to this. Note that the BSS sound source separation processing based on the ICA method is disclosed in the above-mentioned Patent Documents 2 and 3 and the like, and therefore will be briefly described here and detailed description thereof will be omitted.
The BSS sound source separation processing based on the ICA method uses a predetermined separation matrix (inverse mixing) by utilizing the fact that noises from a plurality of noise sources are statistically independent in an acoustic signal input through a plurality of microphones. This is a processing method for separating (identifying) the sound signal for each sound source by optimizing the matrix) and applying the filter processing with the separation matrix to each of the input sound signals.
Here, in the sound source separation processing, a time domain independent component analysis method (TDICA) calculated in the time domain and a frequency domain independent component analysis method (FDICA) calculated in the frequency domain are employed. In Y1, FDICA calculated in the frequency domain is employed in the same manner as the ANC processing in the ANC processing unit 143 described later.

また,前記音源選択部142は,ユーザによる前記音源選択スイッチ15の操作入力の内容に応じて,前記騒音源A1〜A3のうち前記ANC処理部143による騒音波の低減対象から除外する一又は複数の騒音源を選択するものである。例えば,前記音源選択スイッチ15は,前記騒音源A1〜A3各々の選択の有無を切り替えるための複数のハードスイッチである。また,前記音源選択スイッチ15に代えて,コンピュータに対する操作入力に応じて前記騒音源A1〜A3のいずれが選択されているかについての操作信号が前記音源選択部142に入力される構成であってもよい。さらに,前記騒音源A1〜A3のうち騒音波の強度が最も高い騒音源や最も低い騒音源を除く他の騒音源が自動的に選択されるなど,該騒音源A1〜A3のうちいずれか一つ又は複数の騒音源が自動的に選択される構成であってもよい。
具体的に,前記音源選択部142は,前記音源分離部141によって分離された前記騒音源A1〜A3各々からの残差信号E(z)のうち前記音源選択スイッチ15により選択された一又は複数の騒音源を除く他の騒音源に対応する残差信号E(z)のみを前記ANC処理部143に個別に入力する。
In addition, the sound source selection unit 142 excludes one or more of the noise sources A1 to A3 from the noise wave reduction target by the ANC processing unit 143 according to the contents of the operation input of the sound source selection switch 15 by the user. The noise source is selected. For example, the sound source selection switch 15 is a plurality of hard switches for switching whether or not each of the noise sources A1 to A3 is selected. Further, instead of the sound source selection switch 15, an operation signal indicating which of the noise sources A1 to A3 is selected according to an operation input to the computer may be input to the sound source selection unit 142. Good. Further, any one of the noise sources A1 to A3 is automatically selected from among the noise sources A1 to A3, such as a noise source having the highest noise wave intensity and other noise sources excluding the lowest noise source. One or a plurality of noise sources may be automatically selected.
Specifically, the sound source selection unit 142 may select one or more of the residual signals E (z) from the noise sources A1 to A3 separated by the sound source separation unit 141 by the sound source selection switch 15. Only the residual signal E (z) corresponding to noise sources other than the noise source is individually input to the ANC processing unit 143.

前記ANC処理部143は,前記騒音源A1〜A3のうち前記音源選択スイッチ15により選択された一又は複数の騒音源を除く他の騒音源からの騒音のみを対象にANCを実行し,該騒音のみを低減するための消音波を生成して前記騒音制御スピーカ13a〜13cから出力させる。具体的に,前記ANC処理部143は,前記騒音検出マイクロフォン11a〜11cにより検出された騒音波及び前記音源分離部141により分離された残差波に基づいて,前記騒音源A1〜A3のうち前記音源選択部142により選択された一又は複数の騒音源を除く他の騒音源からの騒音波を打ち消すために前記騒音制御スピーカ13a〜13cから出力させる消音波を生成する。例えば,前記騒音源A1からの騒音に対してANCを実行する場合には,前記騒音検出マイクロフォン11aにより検出されたリファレンス信号X(z)と前記音源分離部141により分離された前記騒音源A1に対応する残差信号E(z)とに基づいて前記騒音制御スピーカ13aから出力すべき消音波が生成される。
これにより,前記能動騒音制御装置Y1では,前記音源選択スイッチ15で選択されていない騒音源からの騒音のみについて騒音低減効果が得られる。
The ANC processing unit 143 performs ANC only on noise from other noise sources except for one or a plurality of noise sources selected by the sound source selection switch 15 among the noise sources A1 to A3, The sound deadening for reducing only the noise is generated and output from the noise control speakers 13a to 13c. Specifically, the ANC processing unit 143 includes the noise sources A1 to A3 based on the noise wave detected by the noise detection microphones 11a to 11c and the residual wave separated by the sound source separation unit 141. In order to cancel noise waves from other noise sources excluding one or a plurality of noise sources selected by the sound source selection unit 142, a sound wave to be output from the noise control speakers 13a to 13c is generated. For example, when ANC is performed on noise from the noise source A1, the reference signal X (z) detected by the noise detection microphone 11a and the noise source A1 separated by the sound source separation unit 141 are used. Based on the corresponding residual signal E (z), a silencer to be output from the noise control speaker 13a is generated.
Thereby, in the active noise control device Y1, a noise reduction effect can be obtained only for noise from a noise source not selected by the sound source selection switch 15.

このように構成された前記能動騒音制御装置Y1では,例えば図2に示すフローチャートに従ってANC処理が実行される。
まず,ステップT11において,前記DSP14の音源分離部141は,前記残差検出マイクロフォン12a〜12cで検出された残差信号E(z)各々に基づいて,前記騒音源A1〜A3各々に対応する残差信号E(z)を分離抽出し,前記音源選択部142に入力する。
次に,ステップT12において,前記DSP14の音源選択部142は,前記音源選択スイッチ15でANCの対象から除外する騒音源が選択されているか否かを判断する。ここで,ANCの対象から除外する騒音源が選択されていると判断されると(T12のYes側),処理はステップT13に移行するが,ANC対象から除外する騒音源が選択されていないと判断されると(T12のNo側),処理はステップT14に移行する。
ステップT13では,前記DSP14の音源選択部142が,前記音源分離部141から入力された前記騒音源A1〜A3各々に対応する残差信号のうち前記音源選択スイッチ15で選択された騒音源に対応する前記残差信号を除く他の騒音源の残差信号のみを前記ANC処理部143に出力する。
In the active noise control device Y1 configured as described above, an ANC process is executed in accordance with, for example, the flowchart shown in FIG.
First, in step T11, the sound source separation unit 141 of the DSP 14 is based on the residual signals E (z) detected by the residual detection microphones 12a to 12c, and the residuals corresponding to the noise sources A1 to A3. The difference signal E (z) is separated and extracted and input to the sound source selection unit 142.
Next, in step T12, the sound source selection unit 142 of the DSP 14 determines whether or not a noise source to be excluded from ANC targets is selected by the sound source selection switch 15. Here, if it is determined that the noise source to be excluded from the ANC target is selected (Yes side of T12), the process proceeds to step T13, but the noise source to be excluded from the ANC target is not selected. If judged (No side of T12), the process proceeds to step T14.
In step T13, the sound source selection unit 142 of the DSP 14 corresponds to the noise source selected by the sound source selection switch 15 among the residual signals corresponding to the noise sources A1 to A3 input from the sound source separation unit 141. Only the residual signals of other noise sources excluding the residual signal are output to the ANC processing unit 143.

その後,ステップT14において,前記ANC処理部143は,前記騒音源A1〜A3からの騒音についてANCを実行する。
このとき,前記音源選択部142によって一つ又は複数の騒音源が選択されている場合には,前記ANC処理部143において,その選択されている騒音源を除く他の騒音源からの騒音についてのみANC処理が実行される。
一方,前記音源選択部142によって騒音源が選択されていない場合には,前記ANC処理部143において,前記騒音源A1〜A3各々からの騒音全てについてANC処理が実行される。
このように,前記能動騒音制御装置Y1では,前記騒音検出マイクロフォン11a〜11cで検出されたリファレンス信号X(z)各々と,前記音源分離部141によって分離された後の前記騒音源A1〜A3各々に対応する残差波E(z)各々とに基づいて前記ANC処理部143によるANC処理が行われるため,従来のように特定の周波数帯域の騒音を低減する構成とは異なり,前記騒音源A1〜A3各々からの騒音波に同じ周波数帯域が含まれている場合であっても,該騒音源A1〜A3各々で発生する騒音波のうち,予め選択された任意の騒音源からの騒音波のみを除外して他の騒音源からの騒音波についてANCによる騒音低減効果を得ることができる。
Thereafter, in step T14, the ANC processing unit 143 performs ANC on the noise from the noise sources A1 to A3.
At this time, when one or a plurality of noise sources are selected by the sound source selection unit 142, the ANC processing unit 143 only detects noise from other noise sources other than the selected noise source. ANC processing is executed.
On the other hand, when the noise source is not selected by the sound source selection unit 142, the ANC processing unit 143 executes ANC processing for all the noises from the noise sources A1 to A3.
Thus, in the active noise control device Y1, each of the reference signals X (z) detected by the noise detection microphones 11a to 11c and each of the noise sources A1 to A3 after being separated by the sound source separation unit 141 are obtained. Since the ANC processing by the ANC processing unit 143 is performed based on each of the residual waves E (z) corresponding to the noise source A1, the noise source A1 is different from the conventional configuration for reducing noise in a specific frequency band. Even if the noise wave from each of A3 to A3 includes the same frequency band, only the noise wave from any preselected noise source among the noise waves generated from each of the noise sources A1 to A3 The noise reduction effect by ANC can be obtained for noise waves from other noise sources.

以下,図3〜図5を参照しつつ,前記ANC処理部143で実行される連立方程式法のANC処理の一例について説明する。
ここでは,説明の便宜上,前記音源選択スイッチ15により前記騒音源A2,A3が選択されてANC処理の対象から除外されており,前記騒音源1のみがANC処理の対象となっている場合を例に挙げて説明する。即ち,前記ANC処理部143において,前記騒音源A1からの騒音のみを減衰させるためのANCが実行される。なお,複数の騒音源が選択されていない場合には,その騒音源各々について同様のANCが実行される。
また,前記ANC処理部143におけるANC処理は,前記音源分離部141と同様に時間領域,周波数領域のいずれで計算することによっても実現可能である。しかし,前記能動騒音制御装置Y1では,前述したように前記音源分離部141がFDICA方式により周波数領域で音源分離処理を実行するため,前記ANC処理部143でも,後述するように周波数領域でANC処理を実行することが望ましい。これにより,前記ANC処理部143では,前記音源分離部141から出力された音響信号を周波数領域のまま扱うことが可能となる。
Hereinafter, an example of the ANC process of the simultaneous equation method executed by the ANC processing unit 143 will be described with reference to FIGS.
Here, for convenience of explanation, an example in which the noise sources A2 and A3 are selected by the sound source selection switch 15 and excluded from the target of the ANC process, and only the noise source 1 is the target of the ANC process. Will be described. That is, the ANC processing unit 143 executes ANC for attenuating only noise from the noise source A1. If a plurality of noise sources are not selected, the same ANC is executed for each noise source.
In addition, the ANC processing in the ANC processing unit 143 can be realized by calculating in either the time domain or the frequency domain as in the sound source separation unit 141. However, in the active noise control device Y1, since the sound source separation unit 141 performs sound source separation processing in the frequency domain by the FDICA method as described above, the ANC processing unit 143 also performs ANC processing in the frequency domain as described later. It is desirable to perform. Accordingly, the ANC processing unit 143 can handle the acoustic signal output from the sound source separation unit 141 in the frequency domain.

図3に示すように,前記ANC処理部143には,前記騒音源A1に対応する騒音制御フィルタ104,補助フィルタ105,帰還制御フィルタ106が設けられている。ここに,図3に示すP(z),C(z),H(z),S(z),B(z),B’(z)それぞれは,一次系,二次系,騒音制御フィルタ104,補助フィルタ105,帰還系,帰還制御フィルタ106の伝達関数を示している。また,図3に示すN(z),X(z),E(z),D(z)それぞれは,騒音源A1で発生する一次騒音,騒音制御フィルタ104の入力信号,前記騒音源A1に対応する残差信号,残差信号E(z)と補助フィルタ105の出力信号との誤差信号を示している。
そして,前記ANC処理部143は,連立方程式法によるANCにおいて,補助フィルタ105の伝達特性S(z)を誤差信号D(z)が最小(0)となるようにフィルタ係数を更新することにより,騒音制御フィルタ104の入力から残差検出マイクロフォン12a〜12cに至る総合系特性の同定を行う。
As shown in FIG. 3, the ANC processing unit 143 is provided with a noise control filter 104, an auxiliary filter 105, and a feedback control filter 106 corresponding to the noise source A1. Here, P (z), C (z), H (z), S (z), B (z), and B ′ (z) shown in FIG. 3 are respectively a primary system, a secondary system, and a noise control filter. 104, transfer functions of the auxiliary filter 105, the feedback system, and the feedback control filter 106 are shown. Further, N (z), X (z), E (z), and D (z) shown in FIG. 3 are respectively the primary noise generated in the noise source A1, the input signal of the noise control filter 104, and the noise source A1. A corresponding residual signal, an error signal between the residual signal E (z) and the output signal of the auxiliary filter 105 is shown.
The ANC processing unit 143 updates the filter coefficient of the transfer characteristic S (z) of the auxiliary filter 105 so that the error signal D (z) is minimized (0) in the ANC based on the simultaneous equation method. The overall system characteristics from the input of the noise control filter 104 to the residual detection microphones 12a to 12c are identified.

ここに,図4は前記補助フィルタ105によって同定される総合系の構造である。この構造に対して,前記補助フィルタ105の伝達関数S(z)は同定後の誤差を無視すれば,下記の式(1)で表される。

Figure 2011221087
ここで,C'(z)は,下記の式(2)で表される。
Figure 2011221087
従って,二次系の伝達関数C'(z)はΔB(z)によって変化する。ここに,B(z)は帰還系であって,騒音制御スピーカ13aからの制御音が騒音検出マイクロフォン11aに入る系である。そして,その帰還系B(z)の相殺誤差ΔB(z)は,下記の式(3)で表される。
Figure 2011221087
なお,帰還制御フィルタ106のB'(z)は,ハウリングが発生することを防止するものである。ここでは,前記帰還制御フィルタ106のB'(z)が適切に設定されており,ハウリングは発生していないことを前提とする。
前記式(1)から一次系P(z)を相殺し,残差検出マイクロフォン12aからの残差信号E(z)をゼロ,即ち補助フィルタ105の伝達関数S(z)=0となるときの騒音制御フィルタ104の伝達関数Hopt(z)は,下記の式(4)で表される。
Figure 2011221087
但し,このとき一次系の伝達特性P(z)及び二次系の伝達特性C'(z)は未知であるため,これでは騒音制御フィルタ104の伝達関数Hopt(z)を求めることはできない。 Here, FIG. 4 shows the structure of the total system identified by the auxiliary filter 105. In contrast to this structure, the transfer function S (z) of the auxiliary filter 105 is expressed by the following equation (1) if the error after identification is ignored.
Figure 2011221087
Here, C ′ (z) is represented by the following formula (2).
Figure 2011221087
Accordingly, the transfer function C ′ (z) of the secondary system varies with ΔB (z). Here, B (z) is a feedback system in which the control sound from the noise control speaker 13a enters the noise detection microphone 11a. The cancellation error ΔB (z) of the feedback system B (z) is expressed by the following equation (3).
Figure 2011221087
Note that B ′ (z) of the feedback control filter 106 prevents howling from occurring. Here, it is assumed that B ′ (z) of the feedback control filter 106 is appropriately set and no howling has occurred.
When the primary system P (z) is canceled from the above equation (1), the residual signal E (z) from the residual detection microphone 12a is zero, that is, the transfer function S (z) = 0 of the auxiliary filter 105 The transfer function Hopt (z) of the noise control filter 104 is expressed by the following equation (4).
Figure 2011221087
However, since the transfer characteristic P (z) of the primary system and the transfer characteristic C ′ (z) of the secondary system are unknown at this time, the transfer function Hopt (z) of the noise control filter 104 cannot be obtained.

そこで,連立方程式法では,騒音制御フィルタ104に異なる二つのフィルタ係数を設定することで一次系の伝達特性P(z),二次系の伝達特性C'(z)を算出する。例えば,騒音制御フィルタ104の伝達関数H1(z),H2(z)とするフィルタ係数H1,H2(ただしH1≠H2)を順次与えて,補助フィルタ105によって総合系の伝達関数S1(z),S2(z)を同定すれば,以下の2つの関係式(5),(6)が得られる。

Figure 2011221087
Figure 2011221087
この連立方程式はH1(z)≠H2(z)であるため解くことが可能であり,その解は下記の式(7),(8)で表される。
Figure 2011221087
Figure 2011221087
そして,前記式(7),(8)を前記式(4)へ代入すると,騒音制御フィルタ104の最適フィルタ係数の伝達特性Hopt(z)は,下記の式(9)で与えられる。
Figure 2011221087
これにより,入力された騒音波を伝達特性Hopt(z)の騒音制御フィルタ104に通すことで同振幅・逆位相の消音波を生成し,該消音波を騒音制御スピーカ13aから出力すれば,残差検出マイクロフォン12a〜12cが設けられた騒音制御対象地点B1ではその騒音がキャンセルされる。 Therefore, in the simultaneous equation method, the transfer characteristic P (z) of the primary system and the transfer characteristic C ′ (z) of the secondary system are calculated by setting two different filter coefficients for the noise control filter 104. For example, filter coefficients H 1 and H 2 (where H 1 ≠ H 2) are sequentially given as transfer functions H 1 (z) and H 2 (z) of the noise control filter 104, and the overall system transfer function S 1 (z), If S2 (z) is identified, the following two relational expressions (5) and (6) are obtained.
Figure 2011221087
Figure 2011221087
This simultaneous equation can be solved because H1 (z) ≠ H2 (z), and the solution is expressed by the following equations (7) and (8).
Figure 2011221087
Figure 2011221087
Then, when the expressions (7) and (8) are substituted into the expression (4), the transfer characteristic Hopt (z) of the optimum filter coefficient of the noise control filter 104 is given by the following expression (9).
Figure 2011221087
As a result, when the input noise wave is passed through the noise control filter 104 having the transfer characteristic Hopt (z), the sound wave having the same amplitude and the opposite phase is generated and output from the noise control speaker 13a. The noise is canceled at the noise control target point B1 where the difference detection microphones 12a to 12c are provided.

このとき,騒音制御フィルタ104の伝達関数Hopt(z)から最適フィルタ係数Hoptへの変換は,逆フーリエ変換を利用すればよい。具体的に,騒音制御フィルタ104の伝達関数Hopt(z)を与える前記式(9)を周波数領域に置き換え,角周波数をωとすると,騒音制御フィルタ104の周波数特性Hopt(ω)は下記の式(10)で表される。

Figure 2011221087
ここで,騒音制御フィルタ104の最適フィルタ係数の伝達特性Hopt(ω)の係数は,先に設定した2通りの騒音制御フィルタ104のフィルタ係数H1,H2とそれに伴う2通りの補助フィルタ105のフィルタ係数S1,S2との離散フーリエ変換を前記式(10)に代入した後に,それを逆フーリエ変換することで得ることができる。
実際にフーリエ変換は離散的にまた高速演算可能な高速フーリエ変換(FFT)で実行するため,角周波数ωから周波数ビン番号を示す要素番号kに置き換えると,騒音制御フィルタ104の周波数特性Hopt(k)は,下記式(11)で表される。なお,周波数ビン各々は所定幅ごとの周波数帯域に対応する。
Figure 2011221087
そして,全ての周波数ビン番号kについて周波数特性を求めた後,逆フーリエ変換で騒音制御フィルタ104の最適フィルタ係数Hoptを算出する。 At this time, the conversion from the transfer function Hopt (z) of the noise control filter 104 to the optimum filter coefficient Hopt may be performed using an inverse Fourier transform. Specifically, when the above equation (9) that gives the transfer function Hopt (z) of the noise control filter 104 is replaced with the frequency domain and the angular frequency is ω, the frequency characteristic Hopt (ω) of the noise control filter 104 is expressed by the following equation: It is represented by (10).
Figure 2011221087
Here, the coefficient of the transfer characteristic Hopt (ω) of the optimum filter coefficient of the noise control filter 104 is the filter coefficients H1 and H2 of the two noise control filters 104 set in advance and the filters of the two auxiliary filters 105 associated therewith. After substituting the discrete Fourier transform with the coefficients S1 and S2 into the equation (10), it can be obtained by inverse Fourier transform.
Actually, the Fourier transform is executed by a fast Fourier transform (FFT) that can be performed discretely and at high speed. Therefore, when the angular frequency ω is replaced with the element number k indicating the frequency bin number, the frequency characteristic Hopt (k ) Is represented by the following formula (11). Each frequency bin corresponds to a frequency band for each predetermined width.
Figure 2011221087
Then, after obtaining the frequency characteristics for all the frequency bin numbers k, the optimum filter coefficient Hopt of the noise control filter 104 is calculated by inverse Fourier transform.

ところで,前記騒音制御フィルタ104の伝達特性H(z)を設定したときの補助フィルタ105の周波数特性S(k)は,クロススペクトル法を用いる方法,ブロック実行型の周波数領域適応アルゴリズムで推定する方法などで求めることができる。
例えば,クロススペクトル法を用いる場合には,残差検出マイクロフォン12aの出カスペクトルE(k)と騒音検出マイクロフォン11aの出カスペクトルX(k)とにより,下記の式(12)に従って求めることができる(なお,*は複素共役をあらわす)。

Figure 2011221087
他方,ブロック実行型の周波数領域適応アルゴリズムで総合系を推定する場合には,各周波数ビンにおいて下記の式(13)の更新式(周波数領域LMS:Least Mean Square)で求めることができる。
Figure 2011221087

ここに,jは更新回数を示す整数,μはステップサイズ,iはFFTの区間数をカウントする値,Iは1ブロックに含まれるFFT区間数である。Iを1とすると1回のFFT区間ごとに総合系の周波数特性S(k)を更新することとなるが,通常Iは2以上とする。その理由は,分母がゼロもしくはゼロに近い値となることを避けることにより,分数部分が発散する確率を下げるためである。 By the way, when the transfer characteristic H (z) of the noise control filter 104 is set, the frequency characteristic S (k) of the auxiliary filter 105 is estimated by a method using a cross spectrum method or a block execution type frequency domain adaptive algorithm. Etc.
For example, when the cross spectrum method is used, the output spectrum E (k) of the residual detection microphone 12a and the output spectrum X (k) of the noise detection microphone 11a can be obtained according to the following equation (12). Yes ( * represents a complex conjugate).
Figure 2011221087
On the other hand, when the total system is estimated by the block execution type frequency domain adaptive algorithm, it can be obtained by the update formula (frequency domain LMS: Least Mean Square) of the following formula (13) in each frequency bin.
Figure 2011221087

Here, j is an integer indicating the number of updates, μ is the step size, i is a value for counting the number of FFT sections, and I is the number of FFT sections included in one block. If I is 1, the frequency characteristic S (k) of the total system is updated every FFT interval, but I is usually 2 or more. The reason is to reduce the probability that the fractional part diverges by avoiding the denominator to be zero or close to zero.

ここに,図5は,連立方程式法による最適フィルタ係数の更新処理の手順の一例を示すフローチャートである。図5に示す手順に従って,騒音制御フィルタ104の最適フィルタ係数Hoptをシステムの電源ON時から順次更新することにより,伝達系の変動にも対応することが可能となる。なお,以下のフィルタ係数H1,H2,総合系特性S1(z),S2(z),最適フィルタ係数Hoptの各周波数特性であるH1(k),H2(k),S1(k),S2(k),Hopt(k)各々は前記DSP14内の所定のメモリに記憶される。
まず,騒音制御フィルタ104にフィルタ係数H1を設定する(ステップT101)。また,このときの騒音制御フィルタ104のフィルタ係数H1を離散フーリエ変換して騒音制御フィルタ104の周波数特性H1(k)を算出する(ステップT102)。そして,前記式(13)に従って総合系特性の周波数特性S1(k)を同定する(ステップT103)。
次に,騒音制御フィルタ104にフィルタ係数H1とは異なるH2を設定する(ステップT104)。また,このときの騒音制御フィルタ104のフィルタ係数H2を離散フーリエ変換して騒音制御フィルタ104の周波数特性H2(k)を算出する(ステップT105)。そして,前記式(13)に従って総合系の周波数特性S2(k)を同定する(ステップT106)。
その後,前記式(11)に従って最適フィルタ係数Hoptの周波数特性Hopt(k)を算出する(ステップT107)。続いて,その周波数特性Hopt(k)を逆離散フーリエ変換して最適フィルタ係数Hoptを算出する(ステップT108)。そして,その最適フィルタ係数Hoptを騒音制御フィルタ104に設定する(ステップT109)。
このとき,メモリに記憶されている周波数特性S1(k),H1(k)は,周波数特性S2(k),H2(k)に上書き保存される(ステップT110)。その後,メモリに記憶されている周波数特性H2(k)は,周波数特性Hopt(k)に上書き保存される(ステップT111)。
以後,前記ステップT106〜T111の処理が繰り返し実行されることにより,周波数特性H2(k)で総合系の周波数特性S2(k)が同定され,常に最新の周波数特性S1(k),H1(k),S2(k),H2(k)に基づいて最適フィルタ係数Hoptが更新される。これにより,発生している騒音が周波数帯域全体にわたって均一な白色雑音や周波数変化の少ない定常的な音である場合には,その騒音の伝達系の変動に対応して騒音を低減することが可能となる。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the procedure for updating the optimum filter coefficient by the simultaneous equation method. According to the procedure shown in FIG. 5, the optimum filter coefficient Hopt of the noise control filter 104 is sequentially updated from the time when the system power is turned on, so that it is possible to cope with fluctuations in the transmission system. Note that the frequency characteristics H1 (k), H2 (k), S1 (k), S2 () are the frequency characteristics of the following filter coefficients H1, H2, total system characteristics S1 (z), S2 (z), and optimum filter coefficient Hopt. k) and Hopt (k) are each stored in a predetermined memory in the DSP 14.
First, the filter coefficient H1 is set in the noise control filter 104 (step T101). Further, the frequency coefficient H1 (k) of the noise control filter 104 is calculated by performing discrete Fourier transform on the filter coefficient H1 of the noise control filter 104 at this time (step T102). Then, the frequency characteristic S1 (k) of the overall system characteristic is identified according to the equation (13) (step T103).
Next, H2 different from the filter coefficient H1 is set in the noise control filter 104 (step T104). Further, the frequency coefficient H2 (k) of the noise control filter 104 is calculated by performing discrete Fourier transform on the filter coefficient H2 of the noise control filter 104 at this time (step T105). Then, the frequency characteristic S2 (k) of the total system is identified according to the equation (13) (step T106).
Thereafter, the frequency characteristic Hopt (k) of the optimum filter coefficient Hopt is calculated according to the equation (11) (step T107). Subsequently, the frequency characteristic Hopt (k) is subjected to inverse discrete Fourier transform to calculate the optimum filter coefficient Hopt (step T108). Then, the optimum filter coefficient Hopt is set in the noise control filter 104 (step T109).
At this time, the frequency characteristics S1 (k) and H1 (k) stored in the memory are overwritten and saved on the frequency characteristics S2 (k) and H2 (k) (step T110). Thereafter, the frequency characteristic H2 (k) stored in the memory is overwritten and saved on the frequency characteristic Hopt (k) (step T111).
Thereafter, the processes of steps T106 to T111 are repeatedly executed, whereby the frequency characteristic S2 (k) of the total system is identified by the frequency characteristic H2 (k), and the latest frequency characteristics S1 (k), H1 (k ), S2 (k), H2 (k), the optimum filter coefficient Hopt is updated. As a result, when the generated noise is uniform white noise over the entire frequency band or stationary sound with little frequency change, it is possible to reduce the noise in response to fluctuations in the noise transmission system. It becomes.

次に,図6,7を参照しつつ,本発明の実施例に係る能動騒音制御装置Y2の概略構成について説明する。なお,ここでは前記実施の形態で説明した能動騒音制御装置Y1と異なる点についてのみ説明する。
前記実施の形態に係る前記能動騒音制御装置Y1では,一つの前記騒音検出マイクロフォン11a(11b,11c)により前記騒音源A1(A2,A3)からの騒音波を示すリファレンス信号X(z)を検出していたが,このとき,前記リファレンス信号X(z)各々に前記騒音源A1〜A3からの騒音ではない他の騒音が混入しているおそれがある。この場合,前記騒音源A1〜A3からの騒音波について正常なANCを実行することができず,該ANCにより得られる騒音低減効果が低くなる。
Next, a schematic configuration of the active noise control device Y2 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, only differences from the active noise control device Y1 described in the above embodiment will be described.
In the active noise control device Y1 according to the embodiment, the reference signal X (z) indicating the noise wave from the noise source A1 (A2, A3) is detected by the one noise detection microphone 11a (11b, 11c). However, at this time, there is a possibility that other noises than the noise sources A1 to A3 are mixed in each of the reference signals X (z). In this case, normal ANC cannot be performed on the noise waves from the noise sources A1 to A3, and the noise reduction effect obtained by the ANC becomes low.

そこで,図6に示すように,本実施例に係る能動騒音制御装置Y2は,前記騒音検出マイクロフォン11a〜11cに代えて,前記騒音源A1〜A3各々からの騒音を検出する3つのマイクロフォン(分離騒音検出手段の一例)を備える分離騒音マイクロフォン21a〜21cを備えている。
さらに,前記能動騒音制御装置Y2では,前記DSP14が,前記分離騒音マイクロフォン21a〜21cごとに,前記三つのマイクロフォンで検出された騒音から前記騒音源A1〜A3からの騒音のみを分離して検出する騒音分離部144a〜144cを備えている。前記騒音分離部144a〜144c各々は,検出した前記騒音源A1〜A3各々に対応する騒音信号を前記ANC処理部143に個別に入力する。ここに,前記分離騒音マイクロフォン21a〜21c各々と前記騒音分離部144a〜144c各々との各組み合わせによる構成が騒音検出手段の一例である。
ここで,前記騒音分離部144a〜144cは,前記音源分離部141と同様に,独立成分分析法に基づくブラインド音源分離方式による音源分離処理を実行するものであることが考えられる。前述したように,ICA法に基づくBSS方式の音源分離処理では,複数の騒音波に同じ周波数帯域が含まれている場合でもその騒音波を分離することができる。なお,前記DSP14と別に前記騒音分離部144a〜144cと同様の機能を有する電気回路(ASIC)やDSP等を別途設ける構成であってもよい。
Therefore, as shown in FIG. 6, the active noise control device Y2 according to the present embodiment replaces the noise detection microphones 11a to 11c with three microphones (separation) for detecting noise from the noise sources A1 to A3. Separation noise microphones 21a to 21c having an example of noise detection means are provided.
Further, in the active noise control device Y2, the DSP 14 separates and detects only the noise from the noise sources A1 to A3 from the noise detected by the three microphones for each of the separation noise microphones 21a to 21c. Noise separation units 144a to 144c are provided. Each of the noise separation units 144a to 144c individually inputs noise signals corresponding to the detected noise sources A1 to A3 to the ANC processing unit 143. Here, the configuration of each combination of the separation noise microphones 21a to 21c and the noise separation units 144a to 144c is an example of the noise detection means.
Here, it is conceivable that the noise separation units 144a to 144c execute sound source separation processing by the blind sound source separation method based on the independent component analysis method, similarly to the sound source separation unit 141. As described above, in the BSS method sound source separation processing based on the ICA method, even when a plurality of noise waves contain the same frequency band, the noise waves can be separated. In addition, the structure which provides separately the electric circuit (ASIC), DSP, etc. which have the function similar to the said noise separation part 144a-144c separately from the said DSP14 may be sufficient.

そして,前記能動騒音制御装置Y2では,図7に示すように,前記DSP14の騒音分離部144a〜144cが,前記騒音源A1〜A3からの騒音を分離抽出し,該分離抽出されたリファレンス信号X(z)を前記ANC処理部143に入力する騒音分離処理(ステップT131)が実行される。このとき,前記音源選択部142で選択された騒音源についてはANC処理の対象から除外されるため,前記騒音分離部144a〜144cにおける騒音分離処理を実行する必要はない。そのため,前記ステップT131において,前記騒音分離部144a〜144cは,前記音源選択部142からの制御指令に応じて,対応する騒音源が選択されていない場合にのみ前記騒音分離処理を実行することが考えられる。
このように構成された前記能動騒音制御装置Y2によれば,前記騒音分離部144a〜144cから前記ANC処理部143に入力される前記騒音源A1〜A3のリファレンス信号X(z)が,該騒音源A1〜A3の騒音に混合された他の騒音が除外された精度の高いものとなるため,前記ANC処理部143において前記リファレンス信号X(z)各々に基づくANC処理を精度良く行うことができる。
In the active noise control apparatus Y2, as shown in FIG. 7, the noise separation units 144a to 144c of the DSP 14 separate and extract noise from the noise sources A1 to A3, and the separated and extracted reference signal X Noise separation processing (step T131) for inputting (z) to the ANC processing unit 143 is executed. At this time, since the noise source selected by the sound source selection unit 142 is excluded from the target of the ANC processing, it is not necessary to execute the noise separation processing in the noise separation units 144a to 144c. Therefore, in the step T131, the noise separation units 144a to 144c execute the noise separation process only when the corresponding noise source is not selected in accordance with the control command from the sound source selection unit 142. Conceivable.
According to the active noise control device Y2 configured as described above, the reference signal X (z) of the noise sources A1 to A3 input from the noise separation units 144a to 144c to the ANC processing unit 143 is converted into the noise. Since other noise mixed with the noises of the sources A1 to A3 is highly accurate, the ANC processing unit 143 can perform ANC processing based on each of the reference signals X (z) with high accuracy. .

11a〜11c:騒音検出マイクロフォン
21a〜21c:分離騒音検出マイクロフォン
12a〜12c:残差検出マイクロフォン
13a〜12c:騒音制御スピーカ
14:DSP
141:音源分離部
142:音源選択部
143:ANC処理部
144a〜144c:騒音分離部
15:音源選択スイッチ
A1〜A3:騒音源
B1:騒音制御対象地点
Y1,Y2:能動騒音制御装置
11a-11c: Noise detection microphones 21a-21c: Separation noise detection microphones 12a-12c: Residual detection microphones 13a-12c: Noise control speaker 14: DSP
141: Sound source separation unit 142: Sound source selection unit 143: ANC processing units 144a to 144c: Noise separation unit 15: Sound source selection switches A1 to A3: Noise source B1: Noise control target points Y1, Y2: Active noise control device

Claims (4)

複数の騒音源から発生する騒音波を個別に検出する複数の騒音検出手段と,
前記騒音源各々に対応して個別に設けられ該騒音源の騒音波を低減するための消音波を出力する消音波出力手段と,
前記騒音波を低減したい騒音制御対象地点で残差波を検出する前記騒音源と同数の残差検出手段と,
前記残差検出手段各々により検出された残差波に基づいて前記騒音源各々に対応する残差波を分離する残差波分離手段と,
前記複数の騒音源のうち前記消音波出力手段による騒音波の低減対象から除外する一又は複数の騒音源を選択する除外選択手段と,
前記騒音検出手段各々により検出された騒音波及び前記残差波分離手段により分離された残差波に基づいて,前記複数の騒音源のうち前記除外選択手段により選択された一又は複数の騒音源を除く他の騒音源からの騒音波を打ち消すために前記消音波出力手段各々から出力させる消音波を生成する消音波生成手段と,
を備えてなることを特徴とする能動騒音制御装置。
A plurality of noise detection means for individually detecting noise waves generated from a plurality of noise sources;
A silencer output means provided individually for each of the noise sources and outputting a silencer for reducing noise waves of the noise sources;
The same number of residual detection means as the noise sources for detecting residual waves at a noise control target point where the noise waves are to be reduced;
Residual wave separation means for separating the residual wave corresponding to each of the noise sources based on the residual wave detected by each of the residual detection means;
An exclusion selection means for selecting one or a plurality of noise sources to be excluded from noise wave reduction targets by the silencer output means among the plurality of noise sources;
One or a plurality of noise sources selected by the exclusion selection unit among the plurality of noise sources based on the noise wave detected by each of the noise detection units and the residual wave separated by the residual wave separation unit A silencer generating means for generating a silencer to be output from each of the silencer output means in order to cancel noise waves from other noise sources other than
An active noise control device comprising:
前記騒音検出手段各々が,対応する前記騒音源からの騒音波を検出する複数の分離騒音検出手段を含んでなり,該分離騒音検出部各々により検出された騒音波に基づいて該騒音源からの騒音波を分離して検出するものである請求項1に記載の能動騒音制御装置。   Each of the noise detection means includes a plurality of separated noise detection means for detecting a noise wave from the corresponding noise source, and based on the noise wave detected by each of the separated noise detection units, The active noise control device according to claim 1, wherein the noise wave is separated and detected. 前記除外選択手段が,所定の操作入力手段に対する操作入力に応じて,前記消音波出力手段による騒音波の低減対象から除外する一又は複数の騒音源を選択するものである請求項1又は2のいずれかに記載の能動騒音制御装置。   The said exclusion selection means selects the 1 or several noise source excluded from the reduction target of the noise wave by the said muffling output means according to the operation input with respect to a predetermined operation input means. The active noise control device according to any one of the above. 前記音源分離手段及び/又は前記騒音分離手段が,独立成分分析法に基づくブラインド音源分離方式による音源分離処理を実行するものである請求項1〜3のいずれかに記載の能動騒音制御装置。   The active noise control device according to claim 1, wherein the sound source separation unit and / or the noise separation unit performs sound source separation processing by a blind sound source separation method based on an independent component analysis method.
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