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WO2010131405A1 - 能動騒音制御装置 - Google Patents

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WO2010131405A1
WO2010131405A1 PCT/JP2010/001905 JP2010001905W WO2010131405A1 WO 2010131405 A1 WO2010131405 A1 WO 2010131405A1 JP 2010001905 W JP2010001905 W JP 2010001905W WO 2010131405 A1 WO2010131405 A1 WO 2010131405A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sound
signal
unit
active noise
region
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2010/001905
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
水野耕
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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 Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to CN201080001268.7A priority Critical patent/CN101981945B/zh
Priority to US12/922,568 priority patent/US8705760B2/en
Priority to JP2010531367A priority patent/JP5562860B2/ja
Publication of WO2010131405A1 publication Critical patent/WO2010131405A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17857—Geometric disposition, e.g. placement of microphones
    • G—PHYSICS
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    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G10K11/17854—Methods, e.g. algorithms; Devices of the filter the filter being an adaptive filter
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    • G10K11/17881—General system configurations using both a reference signal and an error signal the reference signal being an acoustic signal, e.g. recorded with a microphone
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    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/12—Rooms, e.g. ANC inside a room, office, concert hall or automobile cabin
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    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/129—Vibration, e.g. instead of, or in addition to, acoustic noise

Definitions

  • the present invention relates to an active noise control apparatus that controls acoustic characteristics of a predetermined space to desired characteristics.
  • a television is generally installed on a television stand or stand.
  • the television can be installed on a wall by thinning the television.
  • the TV is installed on the wall, there is an advantage that the indoor space can be used effectively.
  • the TV built-in speaker that is the sound source is closer to the wall surface than in the conventional installation method. For this reason, the sound leaked from the built-in speaker to the adjacent room becomes larger.
  • FIG. 28 shows the sound transmission loss characteristic of a double structure of a gypsum board (12 cm thick) widely adopted as the inner wall structure of an apartment house as an example of the sound transmission loss characteristic of a general residential wall.
  • the built-in speaker needs to be small and thin, but the small and thin speaker cannot output low-frequency sound at a sufficient level. For this reason, it has been difficult for recent wall-mounted televisions to provide powerful sounds compared to large-screen, high-definition images, which has made viewers feel uncomfortable. Therefore, in a space where viewers are present, conversely, raising the sound pressure level at a low frequency becomes a problem.
  • Patent Document 1 discloses a configuration as a technique for realizing a desired sound output characteristic in a predetermined region and eliminating sound in a different predetermined region.
  • FIG. 29 is a block diagram showing a configuration of a loudspeaker disclosed in Patent Document 1.
  • the conventional loudspeaker includes a first signal processing unit 1a, a second signal processing unit 1b, a delay unit 2, a first sound source 3a, a second sound source 3b, and a first detector 4a. , A second detector 4b and an adder 5.
  • the first signal processing means 1a inputs an acoustic signal.
  • the second signal processing means 1b receives the signal processed by the first signal processing means 1a.
  • the delay unit 2 inputs an acoustic signal, performs arbitrary delay control on the acoustic signal, and outputs the result.
  • the first sound source 3a acoustically outputs the signal processed by the first signal processing means 1a.
  • the second sound source 3b acoustically outputs the signal processed by the second signal processing means 1b.
  • the first sound source 3a and the second sound source 3b are ideal for outputting only the sound converted based on the signals processed by the first signal processing means 1a and the second signal processing means 1b, respectively.
  • a speaker is assumed.
  • the first detector 4a is installed in the vicinity of the first sound source 3a and detects the radiated sound of the first sound source 3a.
  • the second detector 4b is installed in the vicinity of the second sound source 3b and detects the radiated sound of the second sound source 3b.
  • the adder 5 adds the output of the delay device 2 and the output of the first detector 4a and inputs the result to the first signal processing means 1a. The operation of the loudspeaker in FIG. 29 will be described below.
  • the delay unit 2 is set with a delay amount that is substantially the same as the time required for the first detector 4a to detect sound after the acoustic signal is input to the first signal processing means 1a.
  • the first signal processing means 1a controls the acoustic signal so that the output of the adder 5 becomes small, and outputs it to the first sound source 3a and the second signal processing means 1b.
  • the second signal processing means 1b controls the output of the first signal processing means 1a so that the output of the second detector 4b becomes small, and outputs it to the second sound source 3b.
  • the sum of the output of the first detector 4a and the output of the delay device 2 approaches zero. That is, at the position of the first detector 4a, a sound pressure obtained by inverting the phase of the acoustic signal and delaying it by a predetermined time is obtained. Therefore, if a signal having a phase opposite to that of a desired acoustic signal is given, the first sound source 3a can emit a sound having a desired acoustic characteristic at the position of the first detector 4a.
  • the output of the second detector 4b approaches zero. That is, at the position of the second detector 4b, the sound radiated from the first sound source 3a is canceled by the radiated sound of the second sound source 3b.
  • the loudspeaker having the configuration shown in FIG. 29 can make the radiated sound detected by the first detector 4a have a desired acoustic characteristic, and at the same time, the radiation detected by the second detector 4b. Sound can be reduced.
  • FIG. 30 is a drawing for explaining the reason in detail.
  • both the first sound source 3a and the second sound source 3b radiate low-frequency sounds and the respective sounds spread in all directions
  • both the first detector 4a and the second detector 4b Shows an example of propagation.
  • the meanings of the symbols in FIG. 30 are as follows.
  • S 1 Sound wave propagated from the first sound source 3 a to the first detector 4 a
  • S 2 Sound wave propagated from the second sound source 3 b to the second detector 4 b
  • DS 1 Second sound wave from the first sound source 3 a Sound wave DS 2 propagated to detector 4b: Sound wave D propagated from second sound source 3b to second detector 4b
  • D Distance d 1 between first sound source 3a and second sound source 3b: first instrument 3a and the distance between the first detector 4a (propagation path length waves S 1)
  • d 2 (propagation path length sound wave S 2) the distance between the second sound source 3b and the second detector 4b
  • the first detector 4a is disposed in the vicinity of the first sound source 3a, since the second detector 4b are provided near the second sound source 3b, d 1 and d 2 are the same distance d
  • d 1 and d 2 are the same distance d
  • the intensity of the sound wave S 1 detected by the first detector 4a is detected by I 1
  • the intensity of the sound wave S 2 detected by the second detector 4b is detected by I 2
  • the second detector 4b detects the intensity of the sound wave S 2 detected by the second detector 4b.
  • DI 1 the intensity of the sound waves DS 1 is
  • DI 2 the intensity of the sound waves DS 2 which is detected by the first detector 4a
  • the propagation path length of the sound wave DS 1 is L 1
  • the propagation path length of the sound wave DS 2 is L 2 .
  • the second sound source 3b it is assumed that the acoustic wave S 2 to cancel sound waves DS 1 at the location of the second detector 4b.
  • the path length difference of the sound wave DS 2 and sound waves S 1 since the difference in path length of the sound wave DS 2 and sound waves S 1 is equal, even in the location of the first detector 4a, the sound wave S 2 phases the reverse of the sound wave DS 1 phase.
  • the intensity I r of the sound waves first detector 4a detects utilizes Equation 2 and Equation 3 is expressed by the following (Expression 4).
  • the first sound source 3a needs to emit a very loud sound.
  • the intensity of sound that can be emitted by the first sound source 3a, it is necessary to secure a distance D that does not exceed the limit. Therefore, if the distance D is short, the sound pressure level cannot be increased at a different position and at the same time the sound pressure level cannot be increased at a different position.
  • the present invention aims to reduce the sound pressure level at a low frequency at a predetermined position and at the same time increase it at a different position.
  • the active noise control device of the present invention is an active noise control device that attenuates the first sound radiated by the speaker in the first region on the back surface of the speaker, and vibrates in response to the control signal.
  • the vibration unit that radiates the second sound to the first region and radiates the third sound having the opposite phase to the second sound to the second region in front of the speaker is input to the speaker.
  • a signal acquisition unit that acquires an electrical signal related to the first sound from the speaker; and the first sound is attenuated by the second sound in the first region, and the first sound and the third sound in the second region
  • the amplitude and phase of the electrical signal acquired by the signal acquisition unit are adjusted based on previously stored control parameters so that the synthesized sound has a desired frequency characteristic, and the adjusted electrical signal is used as a control signal to generate a vibration unit.
  • a control unit that outputs to
  • the active noise control device of the present invention may further include a signal detection microphone that detects a synthesized sound of the first sound and the third sound and outputs the synthesized sound.
  • the signal acquisition part mentioned above is good to replace with the electrical signal regarding a 1st sound, and to acquire the electrical signal which a signal detection microphone outputs.
  • the active noise control apparatus of the present invention is an echo that generates from the control signal a pseudo echo signal that is predicted to be output later by the signal detection microphone when the signal detection microphone picks up the sound generated by the vibration unit by the control signal. It is preferable to further include a canceller unit and a subtractor that subtracts the pseudo echo signal from the electrical signal acquired by the signal acquisition unit. And the control part mentioned above is good to produce
  • the active noise control device of the present invention detects a sound in the first region and detects a synthesized sound of the first sound and the third sound, which is output as an electric signal
  • a second detection microphone that outputs as a signal may be further provided.
  • the control part mentioned above contains the control parameter setting part which sets a control parameter based on the electric signal about the 1st sound, the electric signal which the 1st detection microphone outputs, and the electric signal which the 2nd detection microphone outputs. Good.
  • the active noise control apparatus of the present invention detects a vibration excited by the sound pressure in the first region and outputs a vibration detection unit that outputs the vibration as an electric signal, and a synthesized sound of the first sound and the third sound. And a second detection microphone that outputs an electric signal.
  • the control unit described above may include a control parameter setting unit that sets a control parameter based on the electrical signal related to the first sound, the electrical signal output by the vibration detection unit, and the electrical signal output by the second detection microphone. .
  • the signal acquisition unit described above may acquire a characteristic setting signal for setting the sound output characteristic of the speaker.
  • the control part mentioned above is good to include the process characteristic update part which detects a sound output characteristic from a characteristic setting signal, and updates a control parameter according to the detected sound output characteristic.
  • the active noise control device of the present invention may further include a first detection microphone that detects the sound in the first region and outputs it as an electrical signal.
  • the control part mentioned above is good to include the process characteristic update part which updates a control parameter so that the sound which a 1st detection microphone detects may be attenuated.
  • the active noise control device of the present invention may further include a vibration detection unit that detects vibration excited by the sound pressure in the first region and outputs it as an electrical signal.
  • the control part mentioned above is good to include the process characteristic update part which updates a control parameter so that the vibration which a vibration detection part detects may be attenuated.
  • the active noise control device of the present invention may further include a second detection microphone that detects a synthesized sound of the first sound and the third sound and outputs the detected sound as an electric signal.
  • the control part mentioned above is good to include the process characteristic update part which updates a control parameter so that a 2nd detection microphone may become a desired frequency characteristic.
  • control unit described above calculates the phase difference between the first sound in the first region and the first sound in the second region and the phase difference between the second sound and the third sound.
  • the amplitude and phase of the electrical signal acquired by the signal acquisition unit may be adjusted so that the amplitude and phase of the first sound do not change at a frequency where the difference is approximately N ⁇ 360 degrees (N is an integer).
  • the active noise control device of the present invention further includes a baffle unit that prevents the second sound from propagating to the second region and prevents the third sound from propagating to the first region. Good.
  • the active noise control device of the present invention is located between the first region and the second region, and the closed space in which the second sound propagates from the vibration unit is at least the vibration unit and the first region. It is good to comprise by the boundary wall surface between 2 area
  • the active noise control device installation method also provides an active noise that attenuates sound radiated by a speaker disposed in a first room in a second room adjacent to the first room via a boundary wall surface. It is a method for installing the control device, and it is preferable that the active noise control device of the present invention is installed between the second room and the speaker by providing at least a closed space formed by the boundary wall surface and the vibration part.
  • the acoustic system of the present invention is the active noise of the present invention installed between the speaker installed in the first room and the second room adjacent to the first room via the boundary wall and the speaker.
  • a control device, a boundary wall surface of the first room, and a closed space formed by the active control device of the present invention are provided.
  • the active noise control device of the present invention attenuates a predetermined sound in the first region by vibrating the vibration unit in accordance with the sound from the speaker by a control signal from the control unit, and is different from the first region.
  • the predetermined sound can be set to a desired sound quality in the second region.
  • the vibration unit can radiate sound waves having opposite phases in the first region and the second region, the speaker and the vibration unit can be installed close to each other.
  • FIG. 1 shows an example of the arrangement of the active noise control device 200 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows an example of the internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200 in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows the internal configuration of the control unit 220 in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows the directivity characteristic and phase state of the radiated sound of the speaker 150 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows the directivity characteristic and phase state of the radiated sound of the vibration unit 270 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows an example of the internal configuration of the active noise control device 200a including the television 100 and the control parameter setting unit 230 in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows an internal configuration of the control unit 220a including the control parameter setting unit 230 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows an example in which the speaker 150 and the diaphragm 271 emit low-frequency sounds and propagate to both the first detection microphone 231 and the second detection microphone 232.
  • FIG. 9 shows changes in the characteristics of the sound detected by the first detection microphone 231 by the operation of the active noise control device 200a according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows changes in the characteristics of the sound detected by the second detection microphone 232 by the operation of the active noise control device 200a according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows an example of the arrangement of devices in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows an example of the internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200 in a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 shows an example of the internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200 in the modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 shows an example of the internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200 in a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows an example of the internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200 according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 shows an example of the internal configuration of the television 100b and the active noise control device 200b according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows an example of the arrangement of devices in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 shows an internal configuration of the television 100c and the active noise control device 200c in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 shows the internal configuration of the controller 220c in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 shows an internal configuration of the television 100c and the active noise control device 200d in a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 shows an internal configuration of the control unit 220d in a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 shows an internal configuration of the television 100c and the active noise control device 200d in a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 shows an internal configuration of the control unit 220d in a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 shows an internal configuration of the television 100c and the active noise control device 200d according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 shows an internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200e in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 shows the internal configuration of the control unit 220e in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 shows the relationship between the frequency of sound generated in the third embodiment of the present invention and the phase difference of sound detected by each detection microphone.
  • FIG. 28 shows an example of the sound transmission loss characteristic of the house inner wall.
  • FIG. 29 shows a configuration of a prior example of the present invention.
  • FIG. 30 shows an example in which the first sound source 3a and the second sound source 3b each radiate a sound having a low frequency and propagate to both the first detector 4a and the second detector 4b.
  • FIG. 1 shows an arrangement of an active noise control apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the left figure of FIG. 1 is a side view seen from the side of the television, and the right figure is a front view seen from the front of the television.
  • the active noise control device 200 is installed close to the boundary wall surface 300, and the television 100 is fixed to the active noise control device 200.
  • the active noise control device 200 has a function of improving television sound to a desired characteristic in which a sound pressure level at a low frequency is increased in the viewing room 301.
  • the active noise control device 200 has a function of reducing the sound pressure level of television sound, particularly the sound pressure level of low-frequency television sound, in the adjacent room 302.
  • FIG. 2 shows the internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200.
  • the active noise control device 200 is installed with a gap 303 between it and the boundary wall surface 300.
  • the television 100 includes an external output unit 110 and a speaker 150.
  • the active noise control device 200 includes a signal acquisition unit 210, a control unit 220, and a vibration unit 270.
  • the vibration unit 270 includes a vibration plate 271 and a vibration exciter 272.
  • the speaker 150 outputs the sound of the television 100.
  • the speaker 150 is described as being incorporated in the television 100, but may be externally attached to the television 100 or separated from the television 100.
  • the external output unit 110 corresponds to a sound output terminal normally provided in an existing television, and outputs an acoustic signal related to the sound of the television 100 as an electrical signal.
  • the signal acquisition unit 210 acquires the output of the external output unit 110 of the television 100.
  • the control unit 220 performs a process of correcting the signal acquired by the signal acquisition unit 210 to a predetermined amplitude phase characteristic.
  • FIG. 3 shows an internal configuration of the control unit 220.
  • the control unit 220 includes an FIR filter 221 and an inverter 222.
  • the FIR filter 221 corrects the input signal to a predetermined amplitude phase characteristic and outputs the corrected signal.
  • the inverter 222 inverts the phase of the input signal.
  • the vibrator 272 is affixed to the surface of the diaphragm 271 and applies vibration in the out-of-plane direction of the diaphragm 271 in response to a control signal from the control unit 220.
  • the diaphragm 271 emits sound in both directions.
  • the active noise control device 200 improves the sound output of the television 100 to a desired characteristic in the region of the viewing room 301 and erases the sound output of the television 100 in the region of the gap 303.
  • the gap 303 is a closed space sealed by the diaphragm 271, the boundary wall surface 300, the ceiling 310, the floor surface 311, and the side wall 312. Since the air gap 303 is sealed and becomes uniform as a sound field, the active noise control device 200 can control the sound field of the region 303 by controlling only one point of the diaphragm 271. Therefore, it becomes easy for the active noise control device 200 to turn off the sound output of the television 100 over the entire area of the gap 303.
  • the speaker 150 is usually attached in the same direction (front direction) as the screen of the television 100, and radiates sound in the front direction. However, the lower the frequency, the more the sound propagates in the back direction due to the sound diffraction phenomenon. As a result, the low frequency radiated sound from the speaker 150 propagates uniformly in the same phase around the speaker 150 as shown in FIG.
  • the active noise control device 200 also emits sound in both directions of the region 301 and the region 303 by the vibration of the diaphragm 271.
  • the radiated sound has an opposite phase relationship.
  • the low-frequency radiated sound from the active noise control device 200 propagates in opposite phases in both directions of the region 301 and the region 303 around the diaphragm 271 as shown in FIG.
  • the signal acquisition unit 210 acquires an acoustic signal output to the speaker 150 from the external output unit 110 of the television 100.
  • the acoustic signal acquired by the signal acquisition unit 210 is based on an output setting of the television 100 by a viewer (not shown).
  • This acoustic signal is not limited to the acoustic signal separated from the broadcast wave, but also includes an acoustic signal input to the television 100 from an external device such as a Blu-ray recorder / player.
  • the acoustic signal may be an analog signal or a digital signal.
  • the signal acquisition unit 210 outputs the acquired acoustic signal to the control unit 220.
  • the control unit 220 has the above-described desired characteristic of the synthesized sound of the radiated sound of the speaker 150 and the radiated sound of the active noise control device 200.
  • the radiated sound of the speaker 150 and the active noise control device 200 A control signal in which the input signal is corrected to a predetermined amplitude phase characteristic is generated so that the radiated sounds cancel each other, and the generated control signal is output.
  • the control signal output from the control unit 220 is amplified to a predetermined level by an amplifier (not shown) as necessary, and is input to the vibrator 272.
  • FIG. 6 shows an example of the internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200a including the configuration necessary for the control unit 220a to set control parameters.
  • the active noise control device 200 a includes a signal acquisition unit 210, a control unit 220 a, a vibration unit 270, a first detection microphone 231, and a second detection microphone 232.
  • the control unit 220a includes a control parameter setting unit 230.
  • the first detection microphone 231 is installed in the region 301, detects the synthesized sound of the radiated sound of the speaker 150 and the radiated sound of the active noise control device 200, and outputs it as an electrical signal.
  • the second detection microphone 232 is installed in the region 303, detects the synthesized sound of the radiated sound of the speaker 150 and the radiated sound of the active noise control device 200, and outputs it as an electrical signal.
  • the speaker 150 receives not a sound signal such as a broadcast wave but a broadband reference signal such as white noise.
  • the external output unit 110 and the signal acquisition unit 210 operate in the same manner as the configuration shown in FIG.
  • the control parameter setting unit 230 includes a first transfer function simulation filter 234, a second transfer function simulation filter 235, a desired characteristic simulation filter 236, a subtractor 237, and an adaptive update unit 238. Since the FIR filter 221 and the inverter 222 operate in the same manner as the configuration shown in FIG.
  • the first transfer function simulation filter 234 is a filtered reference signal x 1 (n) obtained by convolving an error path characteristic from the input of the vibrator 272 to the output of the first detection microphone 231 into the signal output from the signal acquisition unit 210. (N is a sampling time).
  • the first transfer function simulation filter 234 is an FIR filter, and a value obtained by discretizing the transfer function impulse response from the input of the vibrator 272 to the output of the first detection microphone 231 is given as a coefficient.
  • the second transfer function simulation filter 235 is a filtered reference signal x 2 (n) obtained by convolving an error path characteristic from the input of the vibrator 272 to the output of the second detection microphone 232 into the signal output from the signal acquisition unit 210. (N is a sampling time).
  • the desired characteristic simulation filter 236 generates a reference signal obtained by convolving the signal output from the signal acquisition unit 210 with the acoustic characteristic desired to be realized in the region 301.
  • the desired characteristic simulation filter 236 is also an FIR filter, and a value obtained by discretizing the impulse response of the acoustic characteristic desired to be realized in the region 301 is given as a coefficient.
  • the difference between the output of the desired characteristic simulation filter 236 and the output of the first detection microphone 231 output from the subtractor 237 corresponds to an error in the sound pressure characteristic of the region 301 with respect to the desired characteristic described above.
  • the adaptive update unit 238 calculates the filter coefficient of the FIR filter based on the Filtered-X LMS algorithm expressed by the following formula, and sequentially sets the filter coefficient in the FIR filter 221.
  • each variable of (Expression 7) represents the following contents.
  • n Sampling time G (k): Filter coefficients ⁇ 1 and ⁇ 2 set in the FIR filter 221 at the sampling time k: Predetermined values x 1 (n) for controlling the degree of update size: Same as the number of taps of G
  • each variable of (Equation 8) and (Equation 9) represents the following contents.
  • G Filter coefficient C 1 of the FIR filter 221 when (Equation 7) converges: Transfer function C 2 from the input of the vibrator 272 to the output of the first detection microphone 231: Second from the input of the vibrator 272 Transfer function H 1 to output of detection microphone 232: Transfer function H 2 from input of speaker 150 to output of first detection microphone 231: Transfer function T from input of speaker 150 to output of second detection microphone 232: Desired Characteristic transfer function
  • the synthesized sound substantially matches the above-described desired characteristic in the region 301 of FIG. It is erased by sound.
  • the radiated sound of the active noise control device 200 has a relationship in which the radiated sound to the region 301 and the phase of the radiated sound to the region 303 are opposite in phase. Therefore, it is sufficiently possible to adjust the control parameter so that the sound pressure level is lowered at a predetermined position and at the same time the sound pressure level is raised at different positions even though the two sound sources are close to each other.
  • FIG. 8 is a drawing for explaining the reason in detail.
  • the speaker 150 radiates a low frequency sound, so that the sound spreads in all directions and propagates to both the first detection microphone 231 and the second detection microphone 232.
  • the diaphragm 271 emits low-frequency sounds having opposite phases in the direction of the first detection microphone 231 and the direction of the second detection microphone 232, and each sound is generated by the first detection microphone 231 and the second detection microphone 232. Propagating to both.
  • the meanings of the symbols in FIG. 8 are as follows.
  • S 1 Sound wave propagated from speaker 150 to first detection microphone 231
  • S 2 Sound wave propagated from diaphragm 271 to second detection microphone 232 1 : Sound wave RDS 2 propagated from speaker 150 to second detection microphone 232: Sound wave D propagated from diaphragm 271 to first detection microphone 231: Distance d 1 between speaker 150 and diaphragm 271: Distance between speaker 150 and first detection microphone 231 (propagation path length of sound wave S 1 ) )
  • d 2 Distance between diaphragm 271 and second detection microphone 232 (propagation path length of sound wave S 2 )
  • d 1 and d 2 are the same distance d as in the explanation of FIG.
  • the intensity of the sound wave S 1 detected by the first detection microphone 231 is I 1
  • the intensity of the sound wave S 2 detected by the second detection microphone 232 is I 2
  • the sound wave detected by the second detection microphone 232 It is assumed that the intensity of DS 1 is DI 1
  • the intensity of the sound wave RDS 2 detected by the first detection microphone 231 is DI 2
  • the desired sound wave intensity at the position of the first detection microphone 231 is I.
  • the propagation path length of the sound wave DS 1 is L 1
  • the propagation path length of the sound wave RDS 2 is L 2 . In the space shown in FIG. 8, when the sound wave propagation characteristics are uniform, the path lengths of the sound wave DS 1 and the sound wave RDS 2 are substantially the same. Let L 1 and L 2 at this time be L.
  • Equation 1 the relational expressions (Equation 1) to (Equation 3) described above hold.
  • the diaphragm 271 emits a sound wave S 2 that cancels the sound wave DS 1 at the location of the second detection microphone 232.
  • the path length difference of the sound wave RDS 2 and sound waves S 1 is the path length difference of the sound wave RDS 2 and sound waves S 1 is equal.
  • the phases of the sound wave RDS 2 and the sound wave S 2 are opposite, the phase of the sound wave S 2 is the same as the phase of the sound wave DS 1 at the location of the first detection microphone 231. Therefore, the intensity I r of the acoustic wave first detecting microphone 231 detects utilizes Equation 2 and Equation 3 is expressed by the following (Expression 10).
  • I 1 can be obtained as a value equal to or less than I.
  • G can be easily converged, and the converged coefficient has high accuracy.
  • FIG. 9 and 10 show the measurement of the sound pressure level detected by the first detection microphone 231 and the second detection microphone 232 when the active noise control device 200a of FIG. 6 executes the control and when it does not execute the control.
  • An example of the result is shown.
  • a target characteristic that increases the level of the low-frequency component (100 to 200 Hz) by 6 dB is given to the desired characteristic simulation filter 236 in advance.
  • FIG. 9 shows that in the region 301, the sound pressure level of the low frequency component (100 to 200 Hz) is increased.
  • FIG. 10 shows that in the region 303, the sound pressure level of the low frequency component (100 to 600 Hz) is lowered.
  • the active noise control device 200 can improve the radiated sound of the speaker 150 in a specific region to a desired characteristic in which the sound pressure level of the low frequency component is increased, and at the same time, the radiated sound of the speaker 150 in another region. It can be said that it can be erased.
  • the first detection microphone 231 and the second detection microphone 232 shown in FIG. 6 may be attached to the control unit 220a and then removed. .
  • the first detection microphone 231 and the second detection microphone 232 may remain attached to the control unit 220a, and the control parameter setting unit 230 may be continuously operated to update the control parameters.
  • the active noise control device 200a of the present invention may include a vibration detection unit that detects the vibration of the boundary wall surface 300 and outputs it as an electric signal instead of the second detection microphone 232.
  • the control parameter setting unit 230 inputs the output of the vibration detection unit instead of the output of the second detection microphone 232, and sets the control parameter. This is because the vibration of the boundary wall surface 300 is excited by the sound wave from the region 303, and the vibration of the boundary wall surface 300 and the sound pressure of the region 303 show a high correlation.
  • the configuration of the active noise control device 200 of the present invention is not limited to the structure in which the diaphragm 271 seals the region 303 with the ceiling 310, the floor surface 311 and the side walls 312 as shown in FIGS.
  • the device 200 can reduce the sound pressure level of the low frequency component in the air gap 303.
  • the active noise control device 200 needs to control a plurality of points on the diaphragm 271 in order to control the entire sound field in the region 303. Therefore, the active noise control device 200 must include a plurality of vibration units 270. Therefore, it is desirable that the gap 303 formed by the diaphragm 271, the boundary wall surface 300, the ceiling 310, the floor surface 311, and the side wall 312 be a space close to a closed space because the structure of the active noise control device 200 can be simplified. .
  • the active noise control device 200 includes a baffle plate 280 in which the vibration plate 271 is reduced and the vibration plate 271 is attached to a portion opened in accordance with the shape of the vibration plate 271. It is good. In this configuration, since the area of the diaphragm 271 that the vibrator 272 vibrates becomes small, a small piezoelectric element or the like may be used as the vibrator 272, and the amplification level of the control signal can be suppressed.
  • the baffle plate 280 prevents the low-frequency radiated sound from being diffracted, so that the radiated sound to the region 301 and the radiated sound to the region 303 of the active noise control device 200 are diffracted and cancel each other. There is nothing.
  • the vibration unit 270 may include a speaker unit 275 instead of the diaphragm 271 and the vibrator 272 of FIG. 12.
  • the speaker unit does not have a speaker box that prevents leakage of sound in the opposite phase, and therefore the same effect as that of the present invention can be realized by the speaker unit.
  • the rectangular baffle plate 281 may be configured so as to cover the space in which the sound radiated from the diaphragm 271 to the region 301 propagates.
  • the sound radiated from the diaphragm 271 to the region 301 is slightly diffracted into the region 303 (the chain line in FIG. 14), and the effect of preventing sound leakage is reduced.
  • the apparatus cost can be suppressed.
  • a plurality of vibrating portions may be arranged along the boundary wall surface 300.
  • control units 220x to 220z are provided in accordance with the vibration units 270x to 270z.
  • the active noise control apparatus 200 of the present invention acquires the sound signal of the television from the external output unit 110, and controls the sound radiated to the areas 301 to 303.
  • the active noise control device can include a microphone in front of the speaker 150, and the microphone can perform similar control by detecting the audio output of the television. .
  • FIG. 16 is an internal configuration diagram of the television 100b that does not include the external output unit 110 and the active noise control device 200b.
  • the active noise control device 200b includes a signal acquisition unit 210b, a control unit 220, a vibration unit 270, an echo canceller unit 250, a subtractor 251, and a signal detection microphone 252.
  • the signal detection microphone 252 is installed in the vicinity of the speaker 150, detects a sound emitted from the speaker 150, and outputs it as an electrical signal.
  • the signal acquisition unit 210b acquires the electrical signal output from the signal detection microphone 252.
  • the echo canceller unit 250 predicts an electrical signal that the signal detection microphone 252 outputs later when the signal detection microphone 252 picks up the sound generated by the vibration unit 270 by the control signal.
  • the echo canceller unit 250 generates the predicted electric signal as a pseudo echo signal.
  • the echo canceller unit 250 is designed in advance so as to process with the same characteristics as the transfer function from the input of the vibrator 272 to the output of the signal detection microphone 252.
  • the echo canceller unit 250 generates a pseudo echo signal by processing the control signal from the control unit 220 with the above-described characteristics.
  • the generated pseudo echo signal is output to the subtractor 251.
  • the subtractor 251 subtracts the pseudo echo signal from the output signal of the signal acquisition unit 210b and outputs the result to the control unit 220.
  • the active noise control device 200b having the above configuration can realize the same operation as the active noise control device 200 even if the television does not include the external output unit 110. Therefore, the active noise control device 200b can be sufficiently applied to an existing television. Furthermore, the active noise control device 200b can realize the same operation as the active noise control device 200 regardless of the characteristics of the internal circuit of the television 100b. Note that the echo generated by the signal detection microphone 252 picking up the sound generated by the vibration unit 270 by the control signal is removed by the operations of the echo canceller unit 250 and the subtractor 251. Therefore, there is no danger that the output of the control unit 220 diverges due to echo.
  • the first detection microphone 231 in FIG. 6 and the signal detection microphone 252 in FIG. 16 may be disposed on the back surface or the side surface of the speaker 150 and may be incorporated in the television 100b.
  • the signal detection microphone 252 detects a synthesized sound of the diffracted sound of the sound emitted from the speaker 150 and the sound emitted from the vibration unit 270 toward the region 301.
  • the active noise control device 200 is applied to a television.
  • the application range is not applicable to a television.
  • the present invention can be applied to a use in which sound leakage is prevented in an adjacent room and sound or the like is improved to a desired characteristic in a viewing room.
  • FIG. 17 shows application examples for these uses.
  • a speaker system 151 is installed in front of the active noise control device 200 instead of the television 100.
  • the speaker system 151 receives an acoustic signal from a content reproduction device, a microphone, or the like (not shown) and outputs the sound or the like to the area 301.
  • the active noise control apparatus 200 receives an acoustic signal from a content reproduction device, a microphone, or the like, and improves the radiated sound of the speaker system 151 to a desired characteristic in the region 301, and simultaneously erases the radiated sound of the speaker system 151 in the region 302. .
  • the television 100c includes an external output unit 110c, an output characteristic setting receiving unit 120, an output characteristic setting transmitting unit 121, an output characteristic control unit 130, and a speaker 150.
  • the active noise control device 200c includes a signal acquisition unit 210c, a control unit 220c, and a vibration unit 270.
  • the output characteristic setting transmission unit 121 transmits a signal related to the acoustic output characteristic set by the user to the television 100c by wireless communication or infrared communication.
  • the output characteristic setting receiving unit 120 receives a signal from the output characteristic setting transmitting unit 121.
  • the output characteristic control unit 130 processes the acoustic signal in accordance with the output characteristic setting included in the signal received by the output characteristic setting receiving unit 120.
  • the external output unit 110c outputs not only the acoustic signal but also the signal received by the output characteristic setting receiving unit 120 as an electrical signal.
  • the signal acquisition unit 210c acquires the output of the external output unit 110c of the television 100c.
  • the control unit 220c refers to the signal received by the output characteristic setting reception unit 120, generates a control signal corrected to an appropriate amplitude phase characteristic in accordance with the acoustic output characteristic output from the speaker 150, and controls the vibration unit 270. To do. Details of the control unit 220c will be described later.
  • FIG. 19 shows the internal configuration of the controller 220c.
  • the control unit 220 c includes an FIR filter 221, an inverter 222, and a processing characteristic update unit 240.
  • the processing characteristic update unit 240 includes a coefficient database 241, an output characteristic setting detection unit 242, and an FIR filter 243.
  • the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 perform the same operations as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the coefficient database 241 stores combinations of output characteristic settings and corresponding filter coefficients of the output characteristic control unit 130.
  • the output characteristic setting detection unit 242 detects the signal received by the output characteristic setting reception unit 120 and acquires a filter coefficient corresponding to the output characteristic setting from the coefficient database 241. Then, the output characteristic setting detection unit 242 sets the filter coefficient in the FIR filter 243.
  • the FIR filter 243 processes a signal input to the FIR filter 221 in advance.
  • the output characteristic setting transmission unit 121 transmits the output characteristic setting desired by the user to the television 100c.
  • the output characteristic setting reception unit 120 receives a signal from the output characteristic setting transmission unit 121 and sets a filter coefficient stored in advance in the output characteristic control unit 130 in accordance with the output characteristic setting included in the signal.
  • the output characteristic control unit 130 processes the acoustic signal based on the set filter coefficient. Through the above processing, the speaker 150 outputs sound having characteristics desired by the user.
  • the output characteristic setting detecting unit 242 detects the signal received by the output characteristic setting receiving unit 120, and acquires the filter coefficient corresponding to the output characteristic setting included in the signal from the coefficient database 241. Then, the output characteristic setting detection unit 242 sets the filter coefficient in the FIR filter 243. Accordingly, since the signal having the same output characteristics as the speaker 150 is input to the FIR filter 221, the correction effect in the region 301 and the region 303 does not change.
  • the active noise control device 200d includes a signal acquisition unit 210, a control unit 220d, a third detection microphone 233, and a vibration unit 270. Components denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 6 and 18 perform the same operations as those in FIGS.
  • the third detection microphone 233 is installed at the same position as the position where the second detection microphone 232 is installed in FIG. 6, detects the synthesized sound of the radiated sound of the speaker 150 and the radiated sound of the active noise control device 200 d, and the electric signal Output as.
  • the control unit 220d refers to the synthesized sound detected by the third detection microphone 233, generates a control signal so that the sound output from the speaker 150 is extinguished by the radiated sound radiated from the vibration unit 270, and controls the vibration unit 270. Control. Details of the controller 220d will be described later.
  • FIG. 21 shows the internal configuration of the controller 220d.
  • the control unit 220d includes an FIR filter 221, an inverter 222, and a processing characteristic update unit 240d.
  • the processing characteristic update unit 240d includes an FIR filter 243, a third transfer function simulation filter 244, and an adaptive update unit 245.
  • those denoted by the same reference numerals as those in FIG. 19 perform the same operations as those in FIG.
  • the third transfer function simulation filter 244 is an FIR filter and processes the signal acquired by the signal acquisition unit 210.
  • the adaptive updating unit 245 calculates the FIR filter coefficient using the output of the third transfer function simulation filter 244 and the output of the third detection microphone 233.
  • the third transfer function simulation filter 244 includes the filter coefficient G obtained by the configuration of FIGS. 6 and 7 and the transfer function impulse response C 2 from the input of the vibrator 272 to the output of the third detection microphone 233.
  • the convolution coefficient that is, Fx calculated in advance by the following (Equation 12) is given as a filter coefficient.
  • the speaker 150 outputs a sound having a characteristic desired by the user by the processing of the output characteristic control unit 130.
  • the vibrator 272 receives a signal processed by the FIR filter 221 to which the filter coefficient designed based on (Equation 7) is given. Is done. Therefore, the sound radiated to the area 303 by the active noise control device 200d does not erase the sound radiated by the speaker 150.
  • the adaptive update unit 245 uses the FIR filter so that the synthesized sound detected by the third detection microphone 233, that is, the synthesized sound of the sound output from the speaker 150 and the sound emitted by the active noise control device 200d approaches zero.
  • the filter coefficient of 243 is updated.
  • each variable of (Equation 13) represents the following contents.
  • ⁇ G Transfer function of the FIR filter 243
  • ⁇ H Transfer function of the output characteristic control unit 130 corresponding to the output characteristic set by the user
  • the transfer function (H 1 ⁇ H ⁇ GC 1 ⁇ G) of the synthesized sound at the position of the first detection microphone 231 has a desired characteristic T in which the sound pressure level of the low frequency component is increased as shown in the following equation by the user. Multiply by the set characteristic ⁇ H.
  • the active noise control apparatus 200d of the present invention replaces the third detection microphone 233 with the fourth position at the same position as the position where the first detection microphone 231 is installed or the peripheral position of the speaker 150, as shown in FIG. A detection microphone 233a may be installed.
  • the control unit 220d refers to the synthesized sound detected by the fourth detection microphone 233a, generates a control signal so that the sound output from the speaker 150 has a desired frequency characteristic, and controls the vibration unit 270.
  • FIG. 23 shows the internal configuration of the controller 220d.
  • the processing characteristic update unit 240d includes an FIR filter 243, a fourth transfer function simulation filter 246, a desired characteristic simulation filter 236, a subtractor 237, and an adaptive update unit 247.
  • components denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 7 and 19 perform the same operations as those in FIGS.
  • the fourth transfer function simulation filter 246 is an FIR filter, and processes the signal acquired by the signal acquisition unit 210.
  • the fourth transfer function simulation filter 246 includes the filter coefficient G obtained by the configuration of FIGS. 6 and 7 and the transfer function impulse response C 1 from the input of the vibrator 272 to the output of the fourth detection microphone 233a.
  • the convolution coefficient that is, Fx calculated in advance by the following (Equation 16) is given as a filter coefficient.
  • the adaptive update unit 247 uses the FIR filter so that the synthesized sound detected by the fourth detection microphone 233a, that is, the synthesized sound of the sound output from the speaker 150 and the sound emitted from the active noise control device 200d approaches a desired characteristic.
  • the filter coefficient of 243 is updated.
  • the active noise control device 200d of the present invention may include a vibration detection unit that detects the vibration of the boundary wall surface 300 and outputs it as an electric signal instead of the third detection microphone 233.
  • the processing characteristic update unit 240d receives the output of the vibration detection unit instead of the output of the third detection microphone 233, and sets the filter coefficient of the FIR filter 243.
  • the third transfer function simulation filter 244 convolves the filter coefficient obtained by the configuration of FIGS. 6 and 7 and the transfer function impulse response from the input of the vibrator 272 to the output of the vibration detection unit. A value calculated in advance by the coefficient is given as a filter coefficient.
  • the active noise control device 200d has the vibration parts 270x to 270z in the region 303 as shown in FIG. Corresponding to the third detection microphones 233x to 233z.
  • the filter coefficients of the FIR filters 243 of the control units 220x to 220z are obtained by updating the sounds detected by the third detection microphones 233x to 233z so that they approach zero.
  • the active noise control device may be provided with a baffle plate or a speaker unit as shown in FIGS. Further, as shown in FIG. 16, the active noise control device may include a signal detection microphone 252.
  • the active noise control apparatus according to the second embodiment of the present invention can also be applied to applications such as an audio system as shown in FIG.
  • the sound radiated from the diaphragm 271 to the region 301 and the sound radiated from the diaphragm 271 to the region 303 are in an opposite phase relationship. It was explained on the assumption. However, depending on the structure of the active noise control device and the wall structure of the viewing room 301 and the adjacent room 302, when the diaphragm 271 emits sound of a specific frequency, the sound radiated from the diaphragm 271 to the region 301 and the diaphragm 271 The sound radiated to the region 303 may have the same phase relationship.
  • the active noise control device performs control so that the diaphragm 271 does not radiate sound having such a frequency.
  • FIG. 25 shows an internal configuration of the television 100 and the active noise control device 200e according to the third embodiment of the present invention. Since the active noise control device 200e is the same except that the control unit 220a in FIG. 6 becomes the control unit 220e, the description other than the control unit 220e is omitted.
  • the control unit 220e includes a control parameter setting unit 230e.
  • FIG. 26 shows the internal configuration of the control parameter setting unit 230e.
  • the control parameter setting unit 230e includes a first blocking processing unit 261, a second blocking processing unit 262, a third blocking processing unit 263, and a fourth blocking processing unit 264.
  • the first cutoff processing unit 261 removes a first predetermined frequency signal component from the output of the first transfer function simulation filter 234.
  • the second cutoff processing unit 262 removes the signal component having the second predetermined frequency from the output of the second transfer function simulation filter 235.
  • the third cutoff processing unit 263 removes the first predetermined frequency signal component from the value obtained by subtracting the output of the desired characteristic simulation filter 236 from the output of the first detection microphone 231.
  • the fourth cutoff processing unit 264 removes the signal component having the second predetermined frequency from the output of the second detection microphone 232.
  • the adaptive update unit 238 does not update the coefficient for the first or second predetermined frequency component. Even if the FIR filter 221 is operated based on the filter coefficient of the converged FIR filter 221, the radiated sound of the speaker 150 in the region 301 at the first predetermined frequency is a desired value in which the sound pressure level of the low frequency component is increased. The property is not improved. Similarly, the radiated sound of the speaker 150 in the region 303 is not canceled at the second predetermined frequency.
  • the first and second predetermined frequencies are set so that the control unit 220e does not control the frequency components when the control accuracy of the convergence coefficient according to (Equation 7) is poor and the control error becomes large. .
  • the second detection microphone 232 detects the same sound as the detection wave phase detected by the first detection microphone 231 for the output sound of the speaker 150.
  • the phase difference between the detected wave and the phase of the detected wave is ⁇ H, and the phase of the detected wave detected by the second detection microphone 232 is the same as the phase of the detected wave detected by the first detection microphone 231.
  • Equation 7 a coefficient with high accuracy can be obtained by (Equation 7) at a frequency where the difference between ⁇ H and ⁇ C is close to 180 degrees.
  • the frequency is increased, the wavelength of the sound is shortened and ⁇ H and ⁇ C are both increased.
  • ⁇ H and ⁇ C change in different ways depending on the acoustic propagation path from the speaker 150 to each detection microphone 231, 232 and the acoustic propagation path from the active noise control device 200 e to each detection microphone 231, 232.
  • the phase difference shown in FIG. 27 is an example of ⁇ H and ⁇ C at each frequency. According to this, there exists a frequency fn at which ⁇ H matches ⁇ C. At the frequency fn, the phase difference between the radiated sound of the speaker 150 and the active noise control device 200e in the first detection microphone 231 and the radiated sound of the speaker 150 in the second detection microphone 232 and the radiated sound of the active noise control device 200e. And the phase difference with each other match. Therefore, at the frequency fn, the active noise control device 200e cannot improve the sound output to a desired characteristic in the region 301 and cannot cancel the sound in the region 303.
  • the active noise control device 200e sets the processing coefficient of the FIR filter 221 so as not to output the radiated sound having the frequency fn.
  • a characteristic having only a function of canceling sound at the frequency fn may be set in advance.
  • the characteristics for blocking the signal of the frequency fn are set in the first blocking processing unit 261 and the third blocking processing unit 263, and the signal of the entire band passes through the second blocking processing unit 262 and the fourth blocking processing unit 264. It is sufficient that the characteristics are set.
  • the processing coefficient of the FIR filter 221 is set so that the active noise control apparatus 200e improves the sound output to a desired characteristic in the region 301 and at the same time does not emit sound having a frequency that is difficult to cancel in the region 303. Is set. Therefore, the active noise control device 200e does not generate abnormal noise due to a control error.
  • the active noise control device may include a baffle plate or a speaker unit as shown in FIGS. Further, as shown in FIG. 16, the active noise control device may include a signal detection microphone 252.
  • the active noise control apparatus according to the second embodiment of the present invention can also be applied to applications such as an audio system as shown in FIG.
  • the predetermined sound can be attenuated in the first region and desired sound quality can be obtained in the second region different from the first region. It can also be applied to speaker systems in stores, conference halls, wedding halls, schools and prep schools.
  • Output characteristic setting transmission unit 130 Output characteristic control unit 150 Speaker 151 Speaker system 200, 200a, 200b, 200c, 200d, 200e Active noise control device 210 210b, 210c Signal acquisition unit 220, 220a, 220b, 220c, 220d, 220e Control unit 220x, 220y, 220z Control unit 221, 243 FIR filter 222 Inverter 230, 230e Control parameter setting unit 231 First detection microphone 232 Second Detection microphone 233, 233x, 33y, 233z Third detection microphone 233a Fourth detection microphone 234 First transfer function simulation filter 235 Second transfer function simulation filter 236 Desired characteristic simulation filters 237, 251 Subtractors 238, 245, 247 Adaptive update unit 240, 240d Processing characteristic update Unit 241 coefficient database 242 output characteristic setting detection unit 244 third transfer function simulation filter 246 fourth transfer function simulation filter 250 echo canceller unit 252 signal detection microphone 261 first

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Abstract

　本発明の能動騒音制御装置（２１０）は、より小規模の制御手段によって所定音を第１の領域では減衰させ、第１の領域とは異なる第２の領域では所望の音質にする。能動騒音制御装置（２００）は、所定音に関する電気信号を取得する信号取得部（２１０）と、信号取得部（２１０）が取得した電気信号の振幅と位相を調整する制御部（２２０）と、制御部（２２０）の出力に対応して振動する加振器（２７２）と振動板（２７１）から構成される振動部（２７０）とを備える。振動板（２７１）から第１の領域（３０２）への放射音の位相と振動板（２７１）から第２の領域（３０１）への放射音の位相が略逆位相となるので、制御部（２２０）は、所定音が第１の領域（３０２）で減衰し、第２の領域（３０１）で所望の周波数特性とする音を振動板（２７１）に発生させるように、加振器（２７２）を制御する。

Description

能動騒音制御装置
　本発明は、所定空間の音響特性を所望特性に制御する能動騒音制御装置に関するものである。
　近年、テレビ画面の大型化、高精細化とともに、テレビの薄型化が急速に進んでいる。従来、テレビはテレビ台あるいはスタンドへ設置することが一般的であったが、テレビの薄型化によりテレビを壁に掛けて設置できるようになった。今後、テレビが更なる薄型化すると共に、テレビを壁に掛けて設置するユーザが増えることが予想される。
　テレビを壁に掛けて設置すると、室内空間を有効に活用できる利点がある。その一方、テレビが設置された壁面を介して接する隣室では、従来の設置方法に比べ、音源であるテレビ内蔵スピーカが壁面に近くなる。このため、この内蔵スピーカから隣室に漏れてくる音がより大きくなる。
　図２８は、一般的な住宅の壁の音響透過損失特性の例として、集合住宅の内壁構造として広く採用される石膏ボード（１２ｃｍ厚）２重構造の音響透過損失特性を示したものである。これによると、高い周波数の音は、音響透過損失が大きいため、音漏れが小さいのに対し、低い周波数の音は、音響透過損失が小さいため、音漏れが大きくなる。したがって、隣室においては、特に、低い周波数の音の漏れを低減することが課題となる。
　また、テレビを薄型にすると、内蔵スピーカを小型薄型にする必要があるが、小型薄型のスピーカは低い周波数の音を十分なレベルで出力できない。このため、近年の壁掛けテレビは、大画面、高精細の映像に比べ、迫力ある音が提供することが難しく、視聴者に違和感を生じさせていた。したがって、視聴者が存在する空間では、逆に、低い周波数の音圧レベルを上げることが課題となる。
　このように、テレビの進化、特に薄型化によって、視聴者が存在する空間では低い周波数の音圧レベルを上げ、その隣室の空間では低い周波数の音圧レベルを低減する、という相反するニーズが生じている。従来、所定領域で所望の音響出力特性を実現し、異なる所定領域で音を消す技術として、例えば特許文献１にその構成が公開されている。
　図２９は、特許文献１に示される拡声装置の構成を示すブロック図である。従来の拡声装置は、第１の信号処理手段１ａと、第２の信号処理手段１ｂと、遅延器２と、第１の音源３ａと、第２の音源３ｂと、第１の検出器４ａと、第２の検出器４ｂと、加算器５とを備える。第１の信号処理手段１ａは、音響信号を入力する。第２の信号処理手段１ｂは、第１の信号処理手段１ａで処理された信号を入力する。遅延器２は、音響信号を入力し、音響信号に任意の遅延制御を施し出力する。第１の音源３ａは、第１の信号処理手段１ａで処理された信号を音響出力する。第２の音源３ｂは、第２の信号処理手段１ｂで処理された信号を音響出力する。なお、第１の音源３ａと第２の音源３ｂは、それぞれ第１の信号処理手段１ａ、第２の信号処理手段１ｂで処理された信号に基づいて変換された音のみを出力する理想的なスピーカを想定している。第１の検出器４ａは、第１の音源３ａの近傍に設置して第１の音源３ａの放射音を検出する。第２の検出器４ｂは、第２の音源３ｂの近傍に設置して第２の音源３ｂの放射音を検出する。加算器５は、遅延器２の出力と第１の検出器４ａの出力とを加算処理し、第１の信号処理手段１ａに入力する。以下、図２９の拡声装置の動作について説明する。
　遅延器２には、音響信号が第１の信号処理手段１ａに入力されてから第１の検出器４ａが音響を検出するまでに要する時間とほぼ同じ時間の遅延量が設定されている。第１の信号処理手段１ａは加算器５の出力が小さくなるように音響信号を制御し、第１の音源３ａと第２の信号処理手段１ｂとに出力する。第２の信号処理手段１ｂは第２の検出器４ｂの出力が小さくなるように第１の信号処理手段１ａの出力を制御し、第２の音源３ｂに出力する。
　以上の動作によって、第１の検出器４ａの出力と遅延器２の出力の和が零に近づく。すなわち、第１の検出器４ａの位置では、音響信号を位相反転し所定時間だけ遅らせた音圧が得られる。したがって、所望の音響信号の逆位相の信号を与えておけば、第１の音源３ａは、第１の検出器４ａの位置で所望の音響特性を有する音を放射することが出来る。
　一方、第２の検出器４ｂの出力は零に近づく。すなわち、第２の検出器４ｂの位置では、第１の音源３ａから放射された音が第２の音源３ｂの放射音によって打ち消される。
　よって、図２９に示される構成から成る拡声装置は、第１の検出器４ａで検出される放射音を所望の音響特性にすることができると同時に、第２の検出器４ｂで検出される放射音を低減することができる。
特開２０００－３２４５８９号公報
　しかしながら、従来の発明を、先に示したニーズ、すなわち視聴者が存在する空間では低い周波数の音圧レベルを上げ、隣室の空間では低い周波数の音圧レベルを低減するというニーズに適用することは難しい。一般に、周波数の低い音は、指向性が弱く、全方位に広がる性質がある。したがって、周波数の低い音を放射する２つの音源が互いに近い位置にあると、各放射音が形成する音圧分布の一致度合いが高まるため、所定の位置で音圧レベルを下げると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げることは困難となる。
　図３０は、この理由を詳細に説明するための図面である。図３０は、第１の音源３ａと第２の音源３ｂがそれぞれ周波数の低い音を放射し、それぞれの音が全方位に広がったため、第１の検出器４ａと第２の検出器４ｂの両方に伝播した例を示している。図３０中の符号の意味は以下の通りである。
Ｓ１：第１の音源３ａから第１の検出器４ａに伝播した音波
Ｓ２：第２の音源３ｂから第２の検出器４ｂに伝播した音波
ＤＳ１：第１の音源３ａから第２の検出器４ｂに伝播した音波
ＤＳ２：第２の音源３ｂから第２の検出器４ｂに伝播した音波
Ｄ：第１の音源３ａと第２の音源３ｂとの間の距離
ｄ１：第１の音源３ａと第１の検出器４ａとの間の距離（音波Ｓ１の伝播経路長）
ｄ２：第２の音源３ｂと第２の検出器４ｂとの間の距離（音波Ｓ２の伝播経路長）
　なお、第１の検出器４ａは第１の音源３ａの近傍に設置され、第２の検出器４ｂは第２の音源３ｂの近傍に設置されているので、ｄ１及びｄ２は同じ距離ｄであるとする。
　また、第１の検出器４ａによって検出される音波Ｓ１の強さをＩ１、第２の検出器４ｂによって検出される音波Ｓ２の強さをＩ２、第２の検出器４ｂによって検出される音波ＤＳ１の強さをＤＩ１、第１の検出器４ａによって検出される音波ＤＳ２の強さをＤＩ２、第１の検出器４ａの位置での所望の音波の強さをＩとする。そして、音波ＤＳ１の伝播経路長をＬ１、音波ＤＳ２の伝播経路長をＬ２とする。なお、図３０に示した空間において、音波伝播特性が均一である場合、音波ＤＳ１と音波ＤＳ２の経路長は同じとなる。このときのＬ１及びＬ２をＬとする。
　ここで、音波は、距離の２乗に反比例して減衰するので、（数１）および（数２）が成り立つ。ただし、（数１）および（数２）におけるδはｄ／Ｌの２乗であり、δを減衰率と呼ぶ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　このとき、第２の検出器４ｂの場所において、音波Ｓ２が音波ＤＳ１を打ち消すためには、第２の検出器４ｂの場所において、音波Ｓ２の位相は音波ＤＳ１の位相の逆となり、ＤＩ１とＩ２が等しくなければならない。したがって、以下の（式３）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　このように、第２の音源３ｂが、第２の検出器４ｂの場所において音波ＤＳ１を打ち消すような音波Ｓ２を放射したとする。このとき、音波ＤＳ２と音波Ｓ１の経路長の差は、音波ＤＳ２と音波Ｓ１の経路長の差が等しいことから、第１の検出器４ａの場所においても、音波Ｓ２の位相は音波ＤＳ１の位相の逆となる。したがって、第１の検出器４ａが検出する音波の強さＩｒは、（数２）及び（数３）を利用して、以下の（数４）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　このＩｒが所望の強さＩとなるためには、Ｉ１が以下の（数５）で表される値とならなければならない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、第１の音源３ａと第２の音源３ｂとの間の距離Ｄが短い場合、δが１に近づくので、第１の音源３ａは非常に大きい音を放射する必要が生じる。ところが、第１の音源３ａが放射できる音の強さには限界があるので、その限界を超えない程度の距離Ｄを確保しなければならない。したがって、距離Ｄが短いと、所定の位置で音圧レベルを下げると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げることはできない。
　以上の理由により、テレビ内蔵スピーカとして、第１の音源３ａと第２の音源３ｂに相当する２つのスピーカを離して設置する構成としなければならない。これは、テレビの厚みを増加してしまうため、テレビの壁掛けによって室内空間を有効に活用できるという壁掛けテレビの利点に相反する。
　それ故に、本発明は、音を制御する２つの音源を近づけて設置でき、かつ、所定の位置で音圧レベルを低減すると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げることを目的とする。特に、本発明は、低い周波数の音圧レベルを、所定の位置で低減させると同時に、異なる位置で上げることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。本発明の能動騒音制御装置は、スピーカの背面にある第１の領域において、スピーカが放射する第１の音を、減衰させる能動騒音制御装置であって、制御信号に対応して振動することによって、第２の音を第１の領域へ放射し、第２の音と逆位相となる第３の音を、スピーカの前面にある第２の領域へ放射する振動部と、スピーカへ入力される第１の音に関する電気信号をスピーカから取得する信号取得部と、第１の領域において第１の音が第２の音により減衰され、第２の領域において第１の音と第３の音との合成音が所望の周波数特性となるよう、信号取得部が取得した電気信号の振幅と位相を、予め格納された制御パラメータに基づいて調整し、当該調整した電気信号を制御信号として、振動部に出力する制御部とを具備する。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の音と第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する信号検出マイクをさらに備えるとよい。そして、前述した信号取得部は、第１の音に関する電気信号に代え、信号検出マイクが出力する電気信号を取得するとよい。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、制御信号により振動部が発生した音を信号検出マイクが拾うことによって、信号検出マイクが後に出力すると予測される擬似エコー信号を、制御信号から生成するエコーキャンセラー部と、信号取得部が取得した電気信号から擬似エコー信号を減算する減算器とをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、信号取得部が取得した信号に代え、減算器が出力する電気信号の振幅と位相を調整した制御信号を生成するとよい。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域の音を検出し、電気信号として出力する第１検出マイクと、第１の音と第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイクとをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、第１の音に関する電気信号と第１検出マイクが出力する電気信号と第２検出マイクが出力する電気信号に基づき、制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部を含むとよい。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域の音圧により励起される振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部と、第１の音と第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイクとをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、第１の音に関する電気信号と振動検出部が出力する電気信号と第２検出マイクが出力する電気信号に基づき、制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部を含むとよい。
　さらに、前述した信号取得部は、スピーカの音響出力特性を設定する特性設定信号を取得するとよい。そして、前述した制御部は、特性設定信号から音響出力特性を検出し、検出した音響出力特性に合わせて制御パラメータを更新する処理特性更新部を含むとよい。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域の音を検出し、電気信号として出力する第１検出マイクをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、第１検出マイクが検出する音を減衰させるよう、制御パラメータを更新する処理特性更新部を含むとよい。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域の音圧により励起される振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部をさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、振動検出部が検出する振動を減衰させるよう、制御パラメータを更新する処理特性更新部を含むとよい。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の音と第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイクをさらに備えるとよい。そして、前述した制御部は、第２検出マイクが所望の周波数特性となるよう、制御パラメータを更新する処理特性更新部を含むとよい。
　さらに、前述した制御部は、第１の領域での第１の音と第２の領域での第１の音との位相差と、第２の音と第３の音との位相差との差が略Ｎ×３６０度（Ｎは整数）となる周波数においては第１の音の振幅と位相が変化しないように、信号取得部が取得した電気信号の振幅と位相を調整するとよい。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第２の音が第２の領域へ伝播するのを防止し、かつ第３の音が第１の領域へ伝搬するのを防止するバッフル部をさらに具備するとよい。
　さらに、本発明の能動騒音制御装置は、第１の領域と第２の領域との間にあり、第２の音が振動部から伝播する閉空間を、少なくとも振動部および第１の領域と第２の領域との間の境界壁面により構成するとよい。
　また、本発明の能動騒音制御装置の設置方法は、第１の部屋に配置されたスピーカが放射する音を、境界壁面を介して第１の部屋に隣接する第２の部屋において減衰させる能動騒音制御装置を設置する方法であって、少なくとも境界壁面および振動部により形成される閉空間を設けて、第２の部屋とスピーカとの間に本発明の能動騒音制御装置を設置するとよい。
　また、本発明の音響システムは、第１の部屋に設置されるスピーカと、境界壁面を介して第１の部屋に隣接する第２の部屋とスピーカとの間に設置される本発明の能動騒音制御装置と、少なくとも第１の部屋の境界壁面、及び本発明の能動制御装置で形成される閉空間とを具備する。
　本発明の能動騒音制御装置は、制御部からの制御信号により、スピーカからの音に合わせて振動部を振動させることによって、第１の領域において所定音を減衰させ、第１の領域とは異なる第２の領域において所定音を所望の音質にすることが出来る。しかも、振動部が第１の領域と第２の領域において逆相の音波を放射することができるので、スピーカと振動部を近接して設置することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態における能動騒音制御装置２００の配置の一例を示す。 図２は、本発明の第１の実施形態におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す。 図３は、本発明の第１の実施形態における制御部２２０の内部構成を示す。 図４は、本発明の第１の実施形態におけるスピーカ１５０の放射音の指向特性と位相状態を示す。 図５は、本発明の第１の実施形態における振動部２７０の放射音の指向特性と位相状態を示す。 図６は、本発明の第１の実施形態におけるテレビ１００及び制御パラメータ設定部２３０を備えた能動騒音制御装置２００ａの内部構成の一例を示す。 図７は、本発明の第１の実施形態における制御パラメータ設定部２３０を備えた制御部２２０ａの内部構成を示す。 図８は、スピーカ１５０と振動板２７１がそれぞれ周波数の低い音を放射し、第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２の両方に伝播した例を示す。 図９は、本発明の第１の実施形態の能動騒音制御装置２００ａの動作により、第１検出マイク２３１が検出した音の特性の変化を示す。 図１０は、本発明の第１の実施形態の能動騒音制御装置２００ａの動作により、第２検出マイク２３２が検出した音の特性の変化を示す。 図１１は、本発明の第１の実施形態における装置の配置の一例を示す。 図１２は、本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す。 図１３は、本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す。 図１４は、本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す。 図１５は、本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成の一例を示す。 図１６は、本発明の第１の実施形態の変形例におけるテレビ１００ｂ及び能動騒音制御装置２００ｂの内部構成の一例を示す。 図１７は、本発明の第１の実施形態における装置の配置の一例を示す。 図１８は、本発明の第２の実施形態におけるテレビ１００ｃ及び能動騒音制御装置２００ｃの内部構成を示す。 図１９は、本発明の第２の実施形態における制御部２２０ｃの内部構成を示す。 図２０は、本発明の第２の実施形態の変形例におけるテレビ１００ｃ及び能動騒音制御装置２００ｄの内部構成を示す。 図２１は、本発明の第２の実施形態の変形例における制御部２２０ｄの内部構成を示す。 図２２は、本発明の第２の実施形態の変形例におけるテレビ１００ｃ及び能動騒音制御装置２００ｄの内部構成を示す。 図２３は、本発明の第２の実施形態の変形例における制御部２２０ｄの内部構成を示す。 図２４は、本発明の第２の実施形態の変形例におけるテレビ１００ｃ及び能動騒音制御装置２００ｄの内部構成を示す。 図２５は、本発明の第３の実施形態におけるテレビ１００及び能動騒音制御装置２００ｅの内部構成を示す。 図２６は、本発明の第３の実施形態における制御部２２０ｅの内部構成を示す。 図２７は、本発明の第３の実施形態における発生する音の周波数と各検出マイクが検出する音の位相差との関係を示す。 図２８は、住宅内壁の音響透過損失特性の例を示す。 図２９は、本発明の先行例の構成を示す。 図３０は、第１の音源３ａと第２の音源３ｂがそれぞれ周波数の低い音を放射し、第１の検出器４ａと第２の検出器４ｂの両方に伝播した例を示す。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態における能動騒音制御装置の配置を示す。図１の左図は、テレビの横から見た側面図であり、右図は、テレビの正面から見た正面図である。
　図１において、能動騒音制御装置２００は、境界壁面３００に近接して設置され、テレビ１００は能動騒音制御装置２００に固定される。能動騒音制御装置２００は、視聴室３０１において、低い周波数の音圧レベルを上げた所望の特性にテレビ音声を改善する機能を有する。さらに、能動騒音制御装置２００は、隣室３０２において、テレビ音声の音圧レベル、特に低い周波数のテレビ音声の音圧レベルを低減する機能を有する。
　図２に、テレビ１００及び能動騒音制御装置２００の内部構成を示す。図２において、能動騒音制御装置２００は、境界壁面３００との間に空隙３０３を空けて設置される。テレビ１００は、外部出力部１１０とスピーカ１５０とを備える。能動騒音制御装置２００は、信号取得部２１０と制御部２２０と振動部２７０とを備える。振動部２７０は、振動板２７１と加振器２７２とを備える。
　スピーカ１５０は、テレビ１００の音声を出力する。図２において、スピーカ１５０はテレビ１００に内蔵される形で記載されているが、テレビ１００に外付けされていてもテレビ１００と分離していてもよい。外部出力部１１０は、既存のテレビが通常備えている音響出力端子に該当し、テレビ１００の音声に関する音響信号を電気信号として出力する。
　信号取得部２１０は、テレビ１００の外部出力部１１０の出力を取得する。制御部２２０は、信号取得部２１０が取得した信号を所定の振幅位相特性に補正する処理を行う。図３は、制御部２２０の内部構成を示す。図３において、制御部２２０は、ＦＩＲフィルタ２２１と反転器２２２とを備える。ＦＩＲフィルタ２２１は、入力信号を所定の振幅位相特性に補正して出力する。反転器２２２は、入力信号の位相を反転する。
　図２において、加振器２７２は、振動板２７１の表面に貼付されており、制御部２２０からの制御信号に対応して振動板２７１の面外方向に振動を加える。これにより、振動板２７１は表裏双方向に音を放射する。能動騒音制御装置２００は、視聴室３０１の領域内において、テレビ１００の音声出力を所望特性に改善し、空隙３０３の領域内において、テレビ１００の音声出力を消去する。
　空隙３０３は、図１の正面図および図２に示されるように、振動板２７１、境界壁面３００、天井３１０、床面３１１、側壁３１２によって密閉された閉空間である。空隙３０３は密閉されることにより音場として均一となるため、能動騒音制御装置２００は、振動板２７１の一点のみを制御すれば、領域３０３の音場を制御できる。したがって、能動騒音制御装置２００が空隙３０３の領域全体でテレビ１００の音声出力を消すことは容易となる。
　次に、図４、図５を用いて、スピーカ１５０から放射される音と、能動騒音制御装置２００から放射される音との位相状態について説明する。スピーカ１５０は通常、テレビ１００の画面と同じ向き（正面方向）に取り付けられており、正面方向へ音を放射する。しかし、周波数が低いほど音の回折現象によって背面方向へも音が伝搬する。その結果、スピーカ１５０からの低周波数の放射音は、図４に示されるように、スピーカ１５０を中心として同位相で一様に伝搬する。また、能動騒音制御装置２００も、振動板２７１の振動によって領域３０１、領域３０３の双方向に音を放射する。しかし、各々の領域から見た振動板２７１の振動が互いに逆位相であるため、放射音も逆位相の関係となる。その結果、能動騒音制御装置２００からの低周波数の放射音は、図５に示すように振動板２７１を中心として領域３０１と領域３０３の双方向に互いに逆位相の音が伝搬する。
　次に、能動騒音制御装置２００の動作について説明する。信号取得部２１０は、スピーカ１５０に出力される音響信号を、テレビ１００の外部出力部１１０から取得する。信号取得部２１０が取得する音響信号は、図示されていない視聴者によるテレビ１００の出力設定に基づくものである。この音響信号は、放送波から分離された音響信号に限らず、例えばブルーレイ録画再生機のような外部機器からテレビ１００に入力される音響信号も含まれる。また、この音響信号は、アナログ信号であっても、デジタル信号であってもよい。
　信号取得部２１０は、取得した音響信号を制御部２２０に出力する。制御部２２０は、領域３０１においてスピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００の放射音との合成音が上述した所望の特性になり、領域３０２においてスピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００の放射音が互いに打ち消しあうように、入力信号を所定の振幅位相特性に補正した制御信号を生成し、生成した制御信号を出力する。制御部２２０が出力する制御信号は、必要に応じて図示しない増幅器で所定レベルに増幅され、加振器２７２に入力される。
　ここで、制御部２２０の制御パラメータの設定方法について説明する。図６は、制御部２２０ａが制御パラメータを設定するために必要な構成を含むテレビ１００及び能動騒音制御装置２００ａの内部構成の一例を示す。能動騒音制御装置２００ａは、信号取得部２１０と制御部２２０ａと振動部２７０と第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２とを備える。制御部２２０ａは、制御パラメータ設定部２３０を備える。
　第１検出マイク２３１は、領域３０１に設置され、スピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００の放射音の合成音を検出し、電気信号として出力する。第２検出マイク２３２は、領域３０３に設置され、スピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００の放射音の合成音を検出し、電気信号として出力する。スピーカ１５０には、放送波等の音響信号では無く、ホワイトノイズ等の広帯域の参照信号が入力される。外部出力部１１０と信号取得部２１０は、図２に示された構成と同じ動作をするため、説明を省略する。
　制御パラメータ設定部２３０には、信号取得部２１０からの出力に加えて、第１検出マイク２３１の出力と第２検出マイク２３２の出力が入力される。そして、それらの入力に基づいて制御部２２０ａの制御パラメータ、具体的にはＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数を更新するよう動作する。図７は、制御部２２０ａの内部構成を示す。図７において、制御パラメータ設定部２３０は、第１伝達関数模擬フィルタ２３４と第２伝達関数模擬フィルタ２３５と所望特性模擬フィルタ２３６と減算器２３７と適応更新部２３８とを備える。ＦＩＲフィルタ２２１と反転器２２２は、図３に示された構成と同じ動作をするため、説明を省略する。
　第１伝達関数模擬フィルタ２３４は、信号取得部２１０が出力した信号に、加振器２７２の入力から第１検出マイク２３１の出力までの誤差経路特性を畳み込んだ濾波参照信号ｘ１（ｎ）（ｎはサンプリング時刻）を生成する。第１伝達関数模擬フィルタ２３４は、ＦＩＲフィルタであり、加振器２７２の入力から第１検出マイク２３１の出力までの伝達関数インパルス応答を離散化した値が係数として与えられる。第２伝達関数模擬フィルタ２３５は、信号取得部２１０が出力した信号に、加振器２７２の入力から第２検出マイク２３２の出力までの誤差経路特性を畳み込んだ濾波参照信号ｘ２（ｎ）（ｎはサンプリング時刻）を生成する。第２伝達関数模擬フィルタ２３５も同様で、加振器２７２の入力から第２検出マイク２３２の出力までの伝達関数インパルス応答を離散化した値が係数として与えられる。所望特性模擬フィルタ２３６は、信号取得部２１０が出力した信号に、領域３０１で実現したい音響特性を畳み込んだ参照信号を生成する。所望特性模擬フィルタ２３６もＦＩＲフィルタであり、領域３０１で実現したい音響特性のインパルス応答を離散化した値が係数として与えられる。減算器２３７が出力する、所望特性模擬フィルタ２３６の出力と第１検出マイク２３１の出力の差分は、上述する所望特性に対する領域３０１の音圧特性の誤差に相当する。
　適応更新部２３８は、サンプリング時刻ｎにおける減算器２３７の出力ｅ1(n)と第２検出マイク２３２の出力ｅ2(n)がともに小さくなるように、下記の（数６）のＥ(n)を最小とするＦＩＲフィルタのフィルタ係数を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　適応更新部２３８は、次式で表されるＦｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘ　ＬＭＳアルゴリズムに基づき、ＦＩＲフィルタのフィルタ係数を計算し、ＦＩＲフィルタ２２１に逐次設定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ただし、（数７）の各変数は以下の内容を表す。
ｎ：サンプリング時刻
Ｇ（ｋ）：サンプリング時刻ｋにおいてＦＩＲフィルタ２２１に設定するフィルタ係数
μ１、μ２：更新の大きさの程度を制御する所定値
ｘ１（ｎ）：Ｇのタップ数と同じ大きさで、サンプリング時刻ｎにおける第１伝達関数模擬フィルタ２３４の出力ベクトル
ｘ２（ｎ）：Ｇのタップ数と同じ大きさで、サンプリング時刻ｎにおける第２伝達関数模擬フィルタ２３５の出力ベクトル
　よって、第２検出マイク２３２の出力と減算器２３７の出力が十分小さくなり、ＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数が収束したときには、（数８）で示すように、領域３０１では、参照信号により発生するスピーカ１５０の放射音と参照信号により発生する能動騒音制御装置２００の放射音の合成音が、所望特性模擬フィルタ２３６に与えられた特性にほぼ一致する。そして、（数９）で示すように、領域３０３では、参照信号により発生するスピーカ１５０の放射音が、参照信号により発生する能動騒音制御装置２００の放射音により消される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ただし、（数８）、（数９）の各変数は以下の内容を表す。
Ｇ：（数７）が収束したときのＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数
Ｃ１：加振器２７２の入力から第１検出マイク２３１の出力までの伝達関数
Ｃ２：加振器２７２の入力から第２検出マイク２３２の出力までの伝達関数
Ｈ１：スピーカ１５０の入力から第１検出マイク２３１の出力までの伝達関数
Ｈ２：スピーカ１５０の入力から第２検出マイク２３２の出力までの伝達関数
Ｔ：所望特性の伝達関数
　図３のＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数には、図７のＦＩＲフィルタ２２１の収束したフィルタ係数が設定される。このように、制御部２２０ａの制御パラメータを設定すれば、図２の領域３０１において合成音が上述した所望の特性にほぼ一致し、領域３０３においてスピーカ１５０の放射音が能動騒音制御装置２００の放射音により消される。
　ここで、スピーカ１５０の放射音の位相と能動騒音制御装置２００の放射音の位相との関係が、（数７）におけるＧの収束性に与える影響について説明する。上述したように、周波数の低い音を放射する２つの音源が互いに近い位置にあると、所定の位置で音圧レベルを下げると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げることは極めて困難となる。すなわち、（数７）で示されるＦｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘ　ＬＭＳアルゴリズムにおいて、Ｇを収束させることが困難であり、収束したとしても係数の制御精度が低いものとなる。
　しかし、図２の構成では、図５に示したように、能動騒音制御装置２００の放射音は領域３０１への放射音と、領域３０３への放射音の位相が逆位相の関係である。よって、２つの音源が近接しているにも関わらず、所定の位置で音圧レベルを下げると同時に、異なる位置で音圧レベルを上げるよう、制御パラメータを調整することは十分可能である。
　図８は、この理由を詳細に説明するための図面である。図８では、スピーカ１５０が周波数の低い音を放射したことにより、その音が全方位に広がっており、第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２の両方に伝播している。そして、振動板２７１が第１検出マイク２３１の方向と第２検出マイク２３２の方向では逆位相となる周波数の低い音を放射し、それぞれの音が第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２の両方に伝播している。図８中の符号の意味は以下の通りである。
Ｓ１：スピーカ１５０から第１検出マイク２３１に伝播した音波
Ｓ２：振動板２７１からから第２検出マイク２３２に伝播した音波
ＤＳ１：スピーカ１５０から第２検出マイク２３２に伝播した音波
ＲＤＳ２：振動板２７１から第１検出マイク２３１に伝播した音波
Ｄ：スピーカ１５０と振動板２７１との間の距離
ｄ１：スピーカ１５０と第１検出マイク２３１との間の距離（音波Ｓ１の伝播経路長）
ｄ２：振動板２７１と第２検出マイク２３２との間の距離（音波Ｓ２の伝播経路長）
　なお、説明の便宜上、図３０の説明と同様、ｄ１及びｄ２は同じ距離ｄであるとする。
　また、第１検出マイク２３１によって検出される音波Ｓ１の強さをＩ１、第２検出マイク２３２によって検出される音波Ｓ２の強さをＩ２、第２検出マイク２３２によって検出される音波ＤＳ１の強さをＤＩ１、第１検出マイク２３１によって検出される音波ＲＤＳ２の強さをＤＩ２、第１検出マイク２３１の位置での所望の音波の強さをＩとする。そして、音波ＤＳ１の伝播経路長をＬ１、音波ＲＤＳ２の伝播経路長をＬ２とする。なお、図８に示した空間において、音波伝播特性が均一である場合、音波ＤＳ１と音波ＲＤＳ２の経路長はほぼ同じとなる。このときのＬ１及びＬ２をＬとする。
　このとき、上述した（数１）～（数３）の関係式は成り立つ。ここで、振動板２７１が、第２検出マイク２３２の場所において音波ＤＳ１を打ち消すような音波Ｓ２を放射したとする。この場合も、音波ＲＤＳ２と音波Ｓ１の経路長の差は、音波ＲＤＳ２と音波Ｓ１の経路長の差が等しい。しかし、音波ＲＤＳ２と音波Ｓ２の位相が反対であることから、第１検出マイク２３１の場所において、音波Ｓ２の位相は音波ＤＳ１の位相と同じとなる。このため、第１検出マイク２３１が検出する音波の強さＩｒは、（数２）及び（数３）を利用して、以下の（数１０）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　したがって、このＩｒが所望の強さＩとなるためには、Ｉ１が以下の（数１１）で表される値であればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　したがって、スピーカ１５０と振動板２７１との間の距離Ｄによってδが変化しても、Ｉ１はＩ以下の値として求めることができる。言い換えれば、（数７）で示されるＬＭＳアルゴリズムにおいて、Ｇを容易に収束させることができ、収束した係数は精度が高いものとなる。
　つぎに、本発明の効果について説明する。図９、図１０は、図６の能動騒音制御装置２００ａが制御を実行した場合と実行しなかった場合のそれぞれについて、第１検出マイク２３１と第２検出マイク２３２が検出する音圧レベルの測定結果の一例を示す。この例では、領域３０１において、低域成分（１００～２００Ｈｚ）のレベルを６ｄＢ上昇させるような目標特性があらかじめ所望特性模擬フィルタ２３６に与えられている。図９は、領域３０１において、低域成分（１００～２００Ｈｚ）の音圧レベルが上昇していることを示している。一方、図１０は、領域３０３において、低域成分（１００～６００Ｈｚ）の音圧レベルが低下していることを示している。したがって、能動騒音制御装置２００は、特定の領域において、スピーカ１５０の放射音を、低域成分の音圧レベルを上げた所望の特性に改善できると同時に、別の領域においてスピーカ１５０の放射音を消すことができるといえる。
　なお、制御パラメータ設定部２３０の動作によって制御パラメータが設定される時のみ、図６に示される第１検出マイク２３１、第２検出マイク２３２は、制御部２２０ａに取り付けられ、その後取り外されてもよい。また、第１検出マイク２３１、第２検出マイク２３２は、制御部２２０ａに取り付けられたままにしておき、継続的に制御パラメータ設定部２３０を動作させ、制御パラメータを更新してもよい。
　また、本発明の能動騒音制御装置２００ａは、第２検出マイク２３２に代えて、境界壁面３００の振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部を備えてもよい。この場合、制御パラメータ設定部２３０は、第２検出マイク２３２の出力に代えて、振動検出部の出力を入力し、制御パラメータを設定する。境界壁面３００は、領域３０３からの音波によって振動が励起されるため、境界壁面３００の振動と領域３０３の音圧とは高い相関を示すからである。
　なお、本発明の能動騒音制御装置２００の構成は、図１及び図２に示されるように、振動板２７１が天井３１０、床面３１１、側壁３１２により、領域３０３を密閉する構造に限らない。例えば、図１１に示されるように、振動板２７１と、天井３１０、床面３１１、側壁３１２との間に隙間を設けることによって、空隙３０３が完全な密閉空間とならなくなっても、能動騒音制御装置２００は空隙３０３において低域成分の音圧レベルを下げることは可能である。ただし、空隙３０３が音場として均一でなくなるので、能動騒音制御装置２００は、領域３０３の音場全体を制御するには、振動板２７１の複数点を制御することが必要となる。ゆえに、能動騒音制御装置２００は、複数の振動部２７０を備えなければならない。したがって、振動板２７１、境界壁面３００、天井３１０、床面３１１、側壁３１２から形成される空隙３０３は閉空間に近い空間であることが、能動騒音制御装置２００の構造を単純化できるため、望ましい。
　さらに、能動騒音制御装置２００は、図１２に示されるように、振動板２７１を小さくし、振動板２７１の形にあわせて開けられた部分に振動板２７１が取り付けてあるバッフル板２８０を含む構成としてもよい。この構成では、加振器２７２が振動させる振動板２７１の面積が小さくなるので、加振器２７２として小型の圧電素子などが使用されても良くなり、制御信号の増幅レベルも抑えることができる。なお、このバッフル板２８０により、低周波数の放射音の回折が防止されるので、能動騒音制御装置２００の領域３０１への放射音と領域３０３への放射音とが、それぞれ回折し、互いに打ち消しあうことはない。
　また、振動部２７０は、図１３に示されるように、図１２の振動板２７１、加振器２７２に代えて、スピーカユニット２７５を備えてもよい。スピーカユニットは、通常のスピーカと異なり、逆位相の音の漏れを防止するスピーカボックスを有しないので、スピーカユニットによっても本発明と同様の効果を実現することができる。
　上記の構成によって、スピーカユニットや圧電素子のように広く利用されるデバイスを用いれば、本発明の効果を損なうこと無く、装置コストを抑えることが出来る。
　また、図１４に示されるように、バッフル板２８０の代わりに、振動板２７１から領域３０１へ放射される音が伝播する空間を覆う形で矩形バッフル板２８１を構成しても良い。この構成では、振動板２７１から領域３０１へ放射される音が若干領域３０３へ回折することにより（図１４中の一点鎖線）、音漏れを防ぐ効果は小さくなる。しかし、バッフル構造の面積が小さくなるので、装置コストを抑えることが出来る。
　さらに、図１５に示されるように、境界壁面３００に沿って振動部を複数個配置する構成にしても良い。この場合、各振動部２７０ｘ～２７０ｚに合わせて制御部２２０ｘ～２２０ｚが設けられる。このような構成にすれば、領域３０３が閉空間でなかったとしても、領域３０３のより広い範囲でスピーカ１５０からの放射音を消すことが出来るので、隣室３０２へ漏れる音をより少なくすることが出来る。
　また、本発明の能動騒音制御装置２００は、テレビの音響信号を外部出力部１１０から取得して、領域３０１～３０３に放射される音の制御を行っている。しかし、テレビが外部出力部１１０を備えなくても、能動騒音制御装置がスピーカ１５０の前にマイクを備え、そのマイクがテレビの音声出力を検出することによって同様の制御を行うことが可能である。図１６を用いて、このような本発明の第１の実施形態の変形例について説明する。図１６は、外部出力部１１０を備えないテレビ１００ｂと能動騒音制御装置２００ｂとの内部構成図である。
　能動騒音制御装置２００ｂは、信号取得部２１０ｂと制御部２２０と振動部２７０とエコーキャンセラー部２５０と減算器２５１と信号検出マイク２５２とを備える。ここで、図２と同じ符号を付しているものは、図２における動作と同じ動作をするため、説明を省略する。信号検出マイク２５２は、スピーカ１５０の近傍に設置され、スピーカ１５０からの放射音等を検出し、電気信号として出力する。信号取得部２１０ｂは、信号検出マイク２５２が出力した電気信号を取得する。エコーキャンセラー部２５０は、制御信号により振動部２７０が発生した音を信号検出マイク２５２が拾うことによって、信号検出マイク２５２が後に出力する電気信号を予測する。そして、エコーキャンセラー部２５０は、その予測される電気信号を擬似エコー信号として生成する。このために、エコーキャンセラー部２５０は、加振器２７２の入力から信号検出マイク２５２の出力までの伝達関数と同じ特性で処理するようにあらかじめ設計されている。そして、エコーキャンセラー部２５０は、制御部２２０からの制御信号を上述した特性で処理することによって、擬似エコー信号を生成する。そして、生成した擬似エコー信号を減算器２５１に出力する。減算器２５１は、信号取得部２１０ｂの出力信号から擬似エコー信号を減算して、制御部２２０に出力する。
　能動騒音制御装置２００ｂは、以上の構成を備えることにより、テレビが外部出力部１１０を備えなくても、能動騒音制御装置２００と同じ動作を実現することができる。したがって、能動騒音制御装置２００ｂは既存のテレビにも十分適用可能である。さらに、能動騒音制御装置２００ｂは、テレビ１００ｂの内部回路の特性と無関係に、能動騒音制御装置２００と同じ動作を実現することができる。なお、エコーキャンセラー部２５０と減算器２５１の動作により、制御信号により振動部２７０が発生した音を信号検出マイク２５２が拾うことによって発生するエコーが除去される。したがって、エコーにより制御部２２０の出力が発散する危険はない。
　なお、図６の第１検出マイク２３１と図１６の信号検出マイク２５２は、スピーカ１５０の背面もしくは側面に配置され、テレビ１００ｂに内蔵されていてもよい。この場合、信号検出マイク２５２は、スピーカ１５０が放射する音の回折音と、振動部２７０が領域３０１に向けて放射する音との合成音を検出する。さらに、スピーカ１５０が放射する音に比べて振動部２７０が放射する音が十分小さいなど、エコーキャンセラーが必要のない場合、図１６において、能動騒音制御装置２００ｂは、エコーキャンセラー部２５０及び減算器２５１を構えなくてもよい。
　また、本発明の第１の実施形態では、能動騒音制御装置２００をテレビに適用した例について説明したが、適用範囲はテレビに適用されない。たとえば、オーディオシステム、カラオケ店舗、会議場、結婚式場、学校、予備校などにおいて、隣室では音漏れを防止し、視聴室では音響等を所望の特性に改善する用途にも本発明は適用可能である。図１７は、これらの用途への適用例を示す。図１７に示す配置では、能動騒音制御装置２００の前に、テレビ１００の代わりにスピーカシステム１５１が設置されている。スピーカシステム１５１は、図示しないコンテンツ再生機器、マイク等から音響信号を受けて領域３０１に対して音響等を出力する。同時に、能動騒音制御装置２００は、コンテンツ再生機器、マイク等から音響信号を受け、領域３０１でスピーカシステム１５１の放射音を所望の特性に改善すると同時に、領域３０２ではスピーカシステム１５１の放射音を消す。
　（第２の実施形態）
　第１の実施形態では、スピーカ１５０等に出力する音響信号と同じ信号が、能動騒音制御装置２００の信号取得部２１０により取得されることが前提となっていた。しかし、テレビは通常、ユーザの音量やイコライザ等の設定に合わせて、放送波等から得られる音響信号の音響出力特性を調整し、調整された信号をスピーカ１５０等に出力する。そこで、図１８に示される構成により、当該音響出力特性の調整に対応出来るようにしても良い。図１８において、テレビ１００ｃは、外部出力部１１０ｃと、出力特性設定受信部１２０と、出力特性設定送信部１２１と、出力特性制御部１３０と、スピーカ１５０とを備える。能動騒音制御装置２００ｃは、信号取得部２１０ｃと、制御部２２０ｃと、振動部２７０とを備える。ここで、図２と同じ符号を付しているものは、第１の実施形態と同じ動作をするため、説明を省略する。
　出力特性設定送信部１２１は、ユーザが設定した音響出力特性に関する信号を、無線通信もしくは赤外線通信によりテレビ１００ｃに送信する。出力特性設定受信部１２０は、出力特性設定送信部１２１からの信号を受信する。出力特性制御部１３０は、出力特性設定受信部１２０が受信した信号に含まれる出力特性設定に対応して、音響信号を処理する。外部出力部１１０ｃは、音響信号ばかりでなく、出力特性設定受信部１２０が受信した信号も電気信号として出力する。信号取得部２１０ｃは、テレビ１００ｃの外部出力部１１０ｃの出力を取得する。制御部２２０ｃは、出力特性設定受信部１２０が受信した信号を参照し、スピーカ１５０が出力する音響の出力特性に合わせて適切な振幅位相特性に補正した制御信号を生成し、振動部２７０を制御する。制御部２２０ｃの詳細は後述する。
　図１９は、制御部２２０ｃの内部構成を示す。制御部２２０ｃは、ＦＩＲフィルタ２２１と反転器２２２と処理特性更新部２４０とを備える。処理特性更新部２４０は、係数データベース２４１と出力特性設定検出部２４２とＦＩＲフィルタ２４３とを備える。ここで、図３と同じ符号を付しているものは、第１の実施形態と同じ動作をするため、説明を省略する。
　係数データベース２４１は出力特性設定と、それに対応する出力特性制御部１３０のフィルタ係数の組み合わせを記憶している。出力特性設定検出部２４２は、出力特性設定受信部１２０が受信した信号を検出し、その出力特性設定に対応するフィルタ係数を係数データベース２４１から取得する。そして、出力特性設定検出部２４２は、そのフィルタ係数をＦＩＲフィルタ２４３に設定する。ＦＩＲフィルタ２４３は、ＦＩＲフィルタ２２１に入力される信号をあらかじめ処理する。
　つぎに、図１８及び図１９を用いて、本発明の第２の実施形態の動作について説明する。出力特性設定送信部１２１は、ユーザが所望する出力特性設定を、テレビ１００ｃに送信する。出力特性設定受信部１２０は、出力特性設定送信部１２１からの信号を受信し、その信号に含まれる出力特性設定に対応して、あらかじめ記憶されたフィルタ係数を出力特性制御部１３０に設定する。出力特性制御部１３０は、設定されたフィルタ係数に基づいて、音響信号を処理する。以上の処理によって、スピーカ１５０は、ユーザが所望する特性を持つ音を出力する。
　一方、出力特性設定検出部２４２は、出力特性設定受信部１２０が受信した信号を検出し、その信号に含まれる出力特性設定に対応するフィルタ係数を、係数データベース２４１から取得する。そして、出力特性設定検出部２４２は、そのフィルタ係数をＦＩＲフィルタ２４３に設定する。したがって、ＦＩＲフィルタ２２１にもスピーカ１５０と同じ出力特性を持つ信号が入力されるので、領域３０１及び領域３０３における補正効果が変化することは無い。
　図１８及び図１９の構成においては、出力特性設定と出力特性設定に対応する出力特性制御部１３０のフィルタ係数の組み合わせが係数データベース２４１にあらかじめ記憶されていなければならない。しかし、能動騒音制御装置は、このような係数データベース２４１を備えなくても、出力特性の変化にリアルタイムに適応することによって、領域３０１及び領域３０３における補正効果を実現しても良い。図２０及び図２１を用いて、このような本発明の第２の実施形態の変形例について説明する。図２０において、能動騒音制御装置２００ｄは、信号取得部２１０と、制御部２２０ｄと、第３検出マイク２３３と、振動部２７０とを備える。図６、図１８と同じ符号を付しているものは、それぞれ図６、図１８における動作と同じ動作をするため、説明を省略する。
　第３検出マイク２３３は、図６において第２検出マイク２３２が設置された位置と同じ位置に設置され、スピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００ｄの放射音の合成音を検出し、電気信号として出力する。制御部２２０ｄは、第３検出マイク２３３が検出した合成音を参照し、スピーカ１５０が出力する音が振動部２７０から放射される放射音により消されるように制御信号を生成し、振動部２７０を制御する。制御部２２０ｄの詳細は後述する。
　図２１は、制御部２２０ｄの内部構成を示す。制御部２２０ｄは、ＦＩＲフィルタ２２１と反転器２２２と処理特性更新部２４０ｄとを備える。処理特性更新部２４０ｄは、ＦＩＲフィルタ２４３と第３伝達関数模擬フィルタ２４４と適応更新部２４５とを備える。ここで、図１９と同じ符号を付しているものは、図１９における動作と同じ動作をするため、説明を省略する。
　第３伝達関数模擬フィルタ２４４は、ＦＩＲフィルタであり、信号取得部２１０が取得した信号を処理する。適応更新部２４５は、第３伝達関数模擬フィルタ２４４の出力と第３検出マイク２３３の出力を用いてＦＩＲフィルタ係数を計算する。第３伝達関数模擬フィルタ２４４には、図６及び図７の構成により求められたフィルタ係数Ｇと、加振器２７２の入力から第３検出マイク２３３の出力までの伝達関数インパルス応答Ｃ２とを畳み込んだ係数、すなわち、以下の（数１２）によりあらかじめ算出されたＦｘがフィルタ係数として与えられている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　つぎに、図２０及び図２１を用いて、本発明の第２の実施形態の変形例の動作について説明する。スピーカ１５０は、図１８の構成と同様に、出力特性制御部１３０の処理により、ユーザが所望する特性を持つ音を出力する。一方、加振器２７２には、所定の初期係数を有するＦＩＲフィルタ２４３で処理された後、（数７）に基づいて設計されたフィルタ係数が与えられたＦＩＲフィルタ２２１で処理された信号が入力される。よって、能動騒音制御装置２００ｄが領域３０３に対して放射する音は、スピーカ１５０が放射する音を消していない。そこで、適応更新部２４５は、第３検出マイク２３３が検出する合成音、すなわち、スピーカ１５０が出力する音と能動騒音制御装置２００ｄが放射する音との合成音がゼロに近づくように、ＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数を更新する。ＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数が収束したときには、次式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ただし、（数１３）の各変数は以下の内容を表す。
ΔＧ：ＦＩＲフィルタ２４３の伝達関数
ΔＨ：ユーザが設定した出力特性に対応する出力特性制御部１３０の伝達関数
　ここで、（数９）及び（数１３）より次式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　よって、第１検出マイク２３１の位置での合成音の伝達関数（Ｈ１ΔＨ－ＧＣ１ΔＧ）は、次式のように、低域成分の音圧レベルを上げた所望特性Ｔに、ユーザが設定した特性ΔＨを掛けたものとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　なお、本発明の能動騒音制御装置２００ｄは、第３検出マイク２３３に代えて、図２２に示すように、第１検出マイク２３１が設置された位置と同じ位置またはスピーカ１５０の周辺位置に第４検出マイク２３３ａを設置してもよい。この場合、制御部２２０ｄは、第４検出マイク２３３ａが検出した合成音を参照し、スピーカ１５０が出力する音が所望の周波数特性になるように制御信号を生成し、振動部２７０を制御する。図２３は、制御部２２０ｄの内部構成を示す。処理特性更新部２４０ｄは、ＦＩＲフィルタ２４３と第４伝達関数模擬フィルタ２４６と所望特性模擬フィルタ２３６と減算器２３７と適応更新部２４７とを備える。ここで、図７及び図１９と同じ符号を付しているものは、図７及び図２１における動作と同じ動作をするため、説明を省略する。
　第４伝達関数模擬フィルタ２４６は、ＦＩＲフィルタであり、信号取得部２１０が取得した信号を処理する。第４伝達関数模擬フィルタ２４６には、図６及び図７の構成により求められたフィルタ係数Ｇと、加振器２７２の入力から第４検出マイク２３３ａの出力までの伝達関数インパルス応答Ｃ１とを畳み込んだ係数、すなわち、以下の（数１６）によりあらかじめ算出されたＦｘがフィルタ係数として与えられている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　適応更新部２４７は、第４検出マイク２３３ａが検出する合成音、すなわち、スピーカ１５０が出力する音と能動騒音制御装置２００ｄが放射する音との合成音が所望の特性に近づくように、ＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数を更新する。
　また、第１の実施形態と同様、本発明の能動騒音制御装置２００ｄは、第３検出マイク２３３に代えて、境界壁面３００の振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部を備えてもよい。この場合、処理特性更新部２４０ｄは、第３検出マイク２３３の出力に代えて、振動検出部の出力を入力し、ＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数を設定する。また、第３伝達関数模擬フィルタ２４４には、図６及び図７の構成により求められたフィルタ係数と、加振器２７２の入力から振動検出部の出力までの伝達関数インパルス応答とを畳み込んだ係数によりあらかじめ算出された値がフィルタ係数として与えられている。
　さらに、図１５のように境界壁面３００に沿って振動部を複数個配置する構成にする場合、図２４に示されるように、能動騒音制御装置２００ｄは、領域３０３に、各振動部２７０ｘ～２７０ｚに対応して第３検出マイク２３３ｘ～２３３ｚを備える。各制御部２２０ｘ～２２０ｚのＦＩＲフィルタ２４３のフィルタ係数は、それぞれ第３検出マイク２３３ｘ～２３３ｚが検出する音がゼロに近づくように更新することによって、求められる。
　なお、本発明の第２の実施形態においても、図１２～図１４に示されるように、能動騒音制御装置がバッフル板やスピーカユニットを備えたものであってもよい。また、図１６に示されるように、能動騒音制御装置が信号検出マイク２５２を備えたものであってもよい。また、本発明の第２の実施形態に係る能動騒音制御装置は、図１７に示されるようにオーディオシステム等の応用にも適用されうる。
　（第３の実施形態）
　第１、第２の実施形態では、図５に示されるように、振動板２７１から領域３０１に放射される音と振動板２７１から領域３０３に放射される音とがそれぞれ逆位相の関係にあることを前提に説明した。しかし、能動騒音制御装置の構造および視聴室３０１、隣室３０２の壁面構造によっては、特定の周波数の音を振動板２７１が放射すると、振動板２７１から領域３０１に放射される音と振動板２７１から領域３０３に放射される音とが同位相の関係になることがある。このような場合、振動板２７１によって音を放射しても、視聴者が存在する空間では低い周波数の音圧レベルを上げると同時に、隣室の空間では低い周波数の音圧レベルを低減することができない。そこで、第３の実施形態において、能動騒音制御装置は、このような周波数の音を振動板２７１が放射しないように制御する。
　図２５は、本発明の第３の実施の形態に係るテレビ１００及び能動騒音制御装置２００ｅの内部構成を示す。能動騒音制御装置２００ｅは、図６の制御部２２０ａが制御部２２０ｅとなる以外は全て同じであるので、制御部２２０ｅ以外の説明を省略する。制御部２２０ｅは、制御パラメータ設定部２３０ｅを備える。
　図２６は、制御パラメータ設定部２３０ｅの内部構成を示す。制御パラメータ設定部２３０ｅは、図７の制御パラメータ設定部２３０の構成に加えて、第１遮断処理部２６１と第２遮断処理部２６２と第３遮断処理部２６３と第４遮断処理部２６４とを備える。第１遮断処理部２６１は、第１伝達関数模擬フィルタ２３４の出力から第１の所定周波数の信号成分を除去する。第２遮断処理部２６２は、第２伝達関数模擬フィルタ２３５の出力から第２の所定周波数の信号成分を除去する。第３遮断処理部２６３は、第１検出マイク２３１の出力に所望特性模擬フィルタ２３６の出力を減算した値から第１の所定周波数の信号成分を除去する。第４遮断処理部２６４は、第２検出マイク２３２の出力から第２の所定周波数の信号成分を除去する。
　この構成によって、適応更新部２３８は第１もしくは第２の所定周波数成分について係数更新を行わない。収束したＦＩＲフィルタ２２１のフィルタ係数に基づいてＦＩＲフィルタ２２１が動作しても、第１の所定周波数において、領域３０１でのスピーカ１５０の放射音は、低域成分の音圧レベルを上げた所望の特性に改善されない。同様に、第２の所定周波数において、領域３０３でのスピーカ１５０の放射音は、打ち消されない。
　第１、第２の所定周波数は、（数７）による収束係数の制御精度が悪く、制御誤差が大きくなる場合に、制御部２２０ｅがその周波数成分を敢えて制御しないようにするために設定される。
　先に説明した通り、図５に示されるように、振動板２７１から領域３０１に放射される音と振動板２７１から領域３０３に放射される音とがそれぞれ逆位相の関係にあると、（数７）が収束し精度の良い係数が得られる。言い換えれば、スピーカ１５０と振動部２７０が同じ周波数の音を発生する場合に、スピーカ１５０の出力音を第１検出マイク２３１が検出する検出波の位相と、同じ音を第２検出マイク２３２が検出する検出波の位相との位相差をΔΦＨとし、振動部２７０の出力音を第１検出マイク２３１が検出する検出波の位相と、同じ音を第２検出マイク２３２が検出する検出波の位相との位相差をΔΦＣとすると、ΔΦＨとΔΦＣとの差が１８０度に近い周波数においては、（数７）により精度が良い係数が得られる。一方、周波数が高くなると、音の波長が短くなりΔΦＨとΔΦＣはともに大きくなる。さらに、スピーカ１５０から各検出マイク２３１、２３２への音響伝搬経路と、能動騒音制御装置２００ｅから各検出マイク２３１、２３２への音響伝搬経路の違いによってΔΦＨ及びΔΦＣの変化の仕方が異なる。
　図２７に示された位相差は、各周波数におけるΔΦＨ及びΔΦＣの一例である。これによると、ΔΦＨがΔΦＣと一致する周波数ｆｎが存在する。周波数ｆｎでは、第１検出マイク２３１におけるスピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００ｅの放射音との位相差と、第２検出マイク２３２におけるスピーカ１５０の放射音と能動騒音制御装置２００ｅの放射音との位相差とが一致する。そのため、周波数ｆｎでは、能動騒音制御装置２００ｅは、領域３０１で音響出力を所望の特性に改善すると同時に、領域３０３で音を打ち消すことはできない。そこで、能動騒音制御装置２００ｅは、敢えて周波数ｆｎの放射音を出力しないよう、ＦＩＲフィルタ２２１の処理係数を設定する。これを実現するには、周波数ｆｎの信号を遮断するような特性が第１～第４遮断処理部２６１～２６４にあらかじめ設定されていれば良い。また、例えば、周波数ｆｎにおいて音を打ち消す機能だけを有するような特性があらかじめ設定されていても良い。その場合、第１遮断処理部２６１と第３遮断処理部２６３に周波数ｆｎの信号を遮断する特性が設定され、第２遮断処理部２６２と第４遮断処理部２６４に全帯域の信号が通過する特性が設定されていれば良い。
　このように、能動騒音制御装置２００ｅが領域３０１において音響出力を所望の特性に改善すると同時に、領域３０３において音を打ち消すことが困難な周波数の音を放射しないように、ＦＩＲフィルタ２２１の処理係数が設定される。したがって、能動騒音制御装置２００ｅは、制御誤差により、異音を発する恐れはない。
　なお、本発明の第３の実施形態においても、図１２～図１４に示されるように、能動騒音制御装置がバッフル板やスピーカユニットを備えたものであってもよい。また、図１６に示されるように、能動騒音制御装置が信号検出マイク２５２を備えたものであってもよい。また、本発明の第２の実施形態に係る能動騒音制御装置は、図１７に示されるようにオーディオシステム等の応用にも適用されうる。
　本発明の能動騒音制御装置によれば、所定音を第１領域では減衰させ、第１領域とは異なる第２領域では所望の音質にすることが出来るので、テレビ、オーディオシステム以外にも、カラオケ店舗、会議場、結婚式場、学校、予備校などのスピーカシステムにも適用可能である。
１００、１００ｂ、１００ｃ  テレビ
１１０、１１０ｃ            外部出力部
１２０                      出力特性設定受信部
１２１                      出力特性設定送信部
１３０                      出力特性制御部
１５０                      スピーカ
１５１                      スピーカシステム
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ　能動騒音制御装置
２１０、２１０ｂ、２１０ｃ  信号取得部
２２０、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、２２０ｅ　制御部
２２０ｘ、２２０ｙ、２２０ｚ                            　制御部
２２１、２４３              ＦＩＲフィルタ
２２２                      反転器
２３０、２３０ｅ            制御パラメータ設定部
２３１                      第１検出マイク
２３２                      第２検出マイク
２３３、２３３ｘ、２３３ｙ、２３３ｚ　第３検出マイク
２３３ａ                    第４検出マイク
２３４                      第１伝達関数模擬フィルタ
２３５                      第２伝達関数模擬フィルタ
２３６                      所望特性模擬フィルタ
２３７、２５１              減算器
２３８、２４５、２４７      適応更新部
２４０、２４０ｄ            処理特性更新部
２４１                      係数データベース
２４２                      出力特性設定検出部
２４４                      第３伝達関数模擬フィルタ
２４６                      第４伝達関数模擬フィルタ
２５０                      エコーキャンセラー部
２５２                      信号検出マイク
２６１                      第１遮断処理部
２６２                      第２遮断処理部
２６３                      第３遮断処理部
２６４                      第４遮断処理部
２７０、２７０ｘ、２７０ｙ、２７０ｚ　振動部
２７１、２７１ｘ、２７１ｙ、２７１ｚ　振動板
２７２、２７２ｘ、２７２ｙ、２７２ｚ　加振器
２７５                      スピーカユニット
２８０、２８１              バッフル板
３００                      境界壁面
３０１                      視聴室
３０２                      隣室
３０３                      空隙
３１０                      天井
３１１                      床面
３１２                      側壁

Claims (14)

  1. 　スピーカ（１５０、１５１）の背面にある第１の領域（３０２）において、前記スピーカ（１５０、１５１）が放射する第１の音を、減衰させる能動騒音制御装置（２００、２００ａ～ｅ）であって、
    　制御信号に対応して振動することによって、第２の音を前記第１の領域（３０２）へ放射し、前記第２の音と逆位相となる第３の音を、前記スピーカ（１５０、１５１）の前面にある第２の領域（３０１）へ放射する振動部（２７０、２７０ｘ～ｚ、２７５）と、
    　前記スピーカ（１５０、１５１）へ入力される前記第１の音に関する電気信号を、前記スピーカ（１５０、１５１）から取得する信号取得部（２１０、２１０ｂ、２１０ｃ）と、
    　前記第１の領域（３０２）において前記第１の音が前記第２の音により減衰され、前記第２の領域（３０１）において前記第１の音と前記第３の音との合成音が所望の周波数特性となるよう、前記信号取得部（２１０、２１０ｂ、２１０ｃ）が取得した電気信号の振幅と位相を、予め格納された制御パラメータに基づいて調整し、当該調整した電気信号を前記制御信号として、前記振動部（２７０、２７０ｘ～ｚ、２７５）に出力する制御部（２２０、２２０ａ～ｅ、２２０ｘ～ｚ）とを備える、能動騒音制御装置。
  2. 　前記第１の音と前記第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する信号検出マイク（２５２）をさらに備え、
    　前記信号取得部（２１０ｂ）は、前記第１の音に関する電気信号に代え、前記信号検出マイク（２５２）が出力する電気信号を取得する、請求項１に記載の能動騒音制御装置。
  3. 　前記制御信号により前記振動部（２７０）が発生した音を前記信号検出マイク（２５２）が拾うことによって、前記信号検出マイク（２５２）が後に出力すると予測される擬似エコー信号を、前記制御信号から生成するエコーキャンセラー部（２５０）と、
    　前記信号取得部（２１０ｂ）が取得した電気信号から前記擬似エコー信号を減算する減算器（２５１）とをさらに備え、
    　前記制御部（２２０）は、前記信号取得部（２１０、２１０ｂ、２１０ｃ）が取得した信号に代え、前記減算器（２５１）が出力する電気信号の振幅と位相を調整した前記制御信号を生成する、請求項２に記載の能動騒音制御装置。
  4. 　前記第１の領域（３０２）の音を検出し、電気信号として出力する第１検出マイク（２３２）と、
    　前記第１の音と前記第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイク（２３１）とをさらに備え、
    　前記制御部（２２０ａ、２２０ｅ）は、前記第１の音に関する電気信号と前記第１検出マイク（２３２）が出力する電気信号と前記第２検出マイク（２３１）が出力する電気信号に基づき、前記制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部（２３０、２３０ｅ）を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  5. 　前記第１の領域（３０２）の音圧により励起される振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部と、
    　前記第１の音と前記第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイク（２３１）とをさらに備え、
    　前記制御部（２２０ａ、２２０ｅ）は、前記第１の音に関する電気信号と前記振動検出部が出力する電気信号と前記第２検出マイク（２３１）が出力する電気信号に基づき、前記制御パラメータを設定する制御パラメータ設定部（２３０、２３０ｅ）を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  6. 　前記信号取得部（２１０ｃ）は、前記スピーカ（１５０）の音響出力特性を設定する特性設定信号をさらに取得し、
    　前記制御部（２２０ｃ、２２０ｄ）は、前記特性設定信号から前記音響出力特性を検出し、検出した前記音響出力特性に合わせて前記制御パラメータを更新する処理特性更新部（２４０、２４０ｄ）を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  7. 　前記第１の領域（３０２）の音を検出し、電気信号として出力する第１検出マイク（２３３）をさらに備え、
    　前記制御部（２２０ｄ）は、前記第１検出マイク（２３３）が検出する音を減衰させるよう、前記制御パラメータを更新する処理特性更新部（２４０ｄ）を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  8. 　前記第１の領域（３０２）の音圧により励起される振動を検出し、電気信号として出力する振動検出部をさらに備え、
    　前記制御部（２２０ｄ）は、前記振動検出部が検出する振動を減衰させるよう、前記制御パラメータを更新する処理特性更新部（２４０ｄ）を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  9. 　前記第１の音と前記第３の音との合成音を検出し、電気信号として出力する第２検出マイク（２３３ａ）をさらに備え、
    　前記制御部（２２０ｄ）は、前記第２検出マイク（２３３ａ）が所望の周波数特性となるよう、前記制御パラメータを更新する処理特性更新部（２４０ｄ）を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  10. 　前記制御部（２２０ｅ）は、前記第１の領域（３０２）での前記第１の音と前記第２の領域（３０１）での前記第１の音との位相差と、前記第２の音と前記第３の音との位相差との差がＮ×３６０度（Ｎは整数）となる周波数においては前記第１の音の振幅と位相が変化しないように、前記信号取得部（２１０、２１０ｂ、２１０ｃ）が取得した電気信号の振幅と位相を調整する、請求項１乃至９のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  11. 　前記第２の音が前記第２の領域（３０１）へ伝播するのを防止し、かつ前記第３の音が前記第１の領域（３０２）へ伝搬するのを防止するバッフル部（２８０、２８１）をさらに備える請求項１乃至１０のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  12. 　前記第１の領域（３０２）と前記第２の領域（３０１）との間にあり、前記第２の音が前記振動部（２７０、２７０ｘ～ｚ）から伝播する閉空間を、少なくとも前記振動部（２７０、２７０ｘ～ｚ）および前記第１の領域（３０２）と前記第２の領域（３０１）との間の境界壁面（３００）により構成することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の能動騒音制御装置。
  13. 　第１の部屋（３０２）に配置されたスピーカ（１５０、１５１）が放射する音を、境界壁面（３００）を介して前記第１の部屋（３０２）に隣接する第２の部屋（３０１）において減衰させる能動騒音制御装置（２００、２００ａ～ｅ）を設置する方法であって、
    　少なくとも前記境界壁面（３００）および振動部（２７０、２７０ｘ～ｚ）により形成される閉空間を設けて、前記第２の部屋（３０１）と前記スピーカ（１５０、１５１）との間に請求項１乃至１１のいずれかに記載の能動騒音制御装置を設置する、設置方法。
  14. 　第１の部屋に設置されるスピーカ（１５０、１５１）と、
    　境界壁面（３００）を介して前記第１の部屋（３０２）に隣接する第２の部屋（３０１）と前記スピーカ（１５０、１５１）との間に設置される請求項１乃至１１のいずれかに記載の能動騒音制御装置（２００、２００ａ～ｅ）と、
    　少なくとも前記第１の部屋の前記境界壁面（３００）、及び前記能動制御装置により形成される閉空間とで構成される、音響システム。
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