有源消声装置以及有源消声装置的控制方法

专利名称：有源消声装置以及有源消声装置的控制方法
技术领域：
本发明涉及有源消声装置以及有源消声装置的控制方法。
背景技术：
作为消除噪声的技术之一，有有源消声(ANC)技术。ANC是使同幅反相的声波(控制声)干涉噪声从而进行消声的技术。近年来，使用有源消声装置来消除空调噪声、工厂内或者汽车内的噪声等。接着，对现有的有代表性的有源消声装置进行说明。在专利文献1中示出了运算量低而具有高的消声性能的有源消声装置。如图11所 示，该有源消声装置具有传感器麦克风101、能够可变地设置滤波器系数的FIR滤波器102、 滤波器系数固定的FIR滤波器103、设置在FIR滤波器103后侧的LMS运算器104、控制用 扬声器105、误差麦克风106。其中，由FIR滤波器102、FIR滤波器103、LMS (Least Mean Square)运算器104构成自适应滤波器1 07。传感器麦克风101检测对应于噪声的信号(参照信号)，并将其输出至能够可变地 设定滤波器系数的FIR滤波器102和滤波器系数固定的FIR滤波器103。系数固定的FIR滤波器(误差路径上的滤波器)103在当前时刻和过去的各个时 刻保存被输入的参照信号x(t)，其数量与自身抽头数相同。然后，将通过下述式(1)对传输 函数 [w"(l),w" (2),-,w"(Nw)]与将该参照信号 x(t)矢量化了的 f(t) = [x(t), x(t-l),…，x(t-Nw+l)]进行卷积而获得的信号(滤波参照信号)r(t)输出至LMS运算器 104，其中，上述传输函数是从控制用扬声器105到误差麦克风106为止的误差路径的传输 函数。r(t) = — ⑴…(1)(*表示卷积运算)LMS运算器104在当前时刻和过去的各个时刻保存从FIR滤波器103输入的滤波 参照信号r(t)，其数量与FIR滤波器102的抽头数(Nh)相同。然后，使用将该滤波参照信 号矢量化了的r 一(t) = [r(t), r(t-l),…，r (t_Nh+l)]和当前时刻的FIR滤波器102的 系数h—(t) = [h(l，t)，h(2，t)，…，h(Nh，t)]，通过下述式(2)求出下一时刻的FIR滤波 器 102 的系数 h—(t+1) = [h(l，t+1)，h(2，t+1)，...，h(Nh，t+1)]。<formula>formula see original document page 4</formula>其中，e(t)是在时刻t由误差麦克风106检测到的残留噪声信号，μ是步长参数。此外，如图11所示，相对于LMS算法，将在自适应滤波器107中在LMS运算器104 的前侧追加系数固定的FIR滤波器103的算法称为Filtered-XLMS算法。该算法的基本原 理是考虑从控制用扬声器105到误差麦克风106为止的传递函数，为了减小残留噪声而基 于最速下降法(Ste印est descentmethod)更新(决定)FIR滤波器102的滤波器系数。关于Filtered-X LMS算法，例如非专利文献1所述。一般情况下，在Filtered-X LMS算法那样的时域的自适应算法中，声压电平高的频带与声压电平低的频带相比消声量大。因此，存在如下问题，即，在声压电平低的频带存 在易于给人带来不快感的噪声的情况下，不能获得好的消声效果。为了解决这一问题，在专利文献2中，如图12所示，使来自传感器麦克风111的参 照信号X通过波段分割部112而分割为多个波段X1、X2、…、Xn，并且使来自误差麦克风116 的残留噪声信号e通过波段分割部114而分割为多个波段ei、e2、···、 。然后，在具有多 个自适应滤波器的自适应滤波器部113中，按照每个波段来更新(决定)滤波器系数，从而 生成输出至控制用扬声器115的控制信号。由此，能够在宽的频带获得好的消声效果。但是，在有源消声装置中，由于控制用扬声器和麦克风的经过长时间的变化、从控 制用扬声器到误差麦克风的误差路径的空间传递系统的变动、干扰噪声混入到有源消声装 置中等，有时在一部分频率不能获得 足够的消声量。在那种情况下，能够获得足够消声量的频带的声压电平与不能获得足够消声量的 频带的声压电平之间的差扩大。其结果，存在如下问题，即，如图13所示，在有源消声装置 进行工作起经过了足够的时间后，最初平稳的各频带的声压电平也变为一部分频率的声压 电平突出的状态，即，成为不能消声的波段突出的状态，从而导致该不能消声的波段听起来 非常刺耳。另外，在按照分割了的每个波段来独立地更新(决定)滤波器系数的情况(例如， 图12中的情况)下，不能消声的波段听起来刺耳的问题更明显。专利文献1 JP专利第2872545号公报“消声装置”；专利文献2 JP专利第2517150号公报“消声装置”；非专禾Ij文献 1 :B. Widrow and S. Stearns, "Adaptive Signal Processing，，Prentice-Hall, Englewood, Cliffs, MJ,1985。

发明内容
本发明的目的在于提供能够避免不能消声的波段听起来特别刺耳这一现象的有 源消声装置以及有源消声装置的控制方法。本发明的第一方式的有源消声装置的特征在于，具有扬声器，其用于产生与噪声 发生干涉的控制声；麦克风，其用于检测发生所述干涉后残留的噪声来作为残留噪声信号； 音质评价部，其用于对所述残留噪声的音质进行评价并输出音质评价结果；动作信号决定 部，其用于根据所述音质评价结果，对于与参照信号的多个波段对应的所述残留噪声的多 个波段，决定在生成所述控制声时使用在哪一时刻检测到的残留噪声信号的频率成分，所 述参照信号与所述噪声对应；控制信号生成部，其用于基于被决定的残留噪声信号的多个 波段和与所述噪声对应的参照信号的多个波段，生成控制信号并输出，所述控制信号用于 生成所述控制声。在这里，对残留噪声信号的每个波段，由动作信号决定部根据音质评价结果来决 定在生成扬声器的控制声时使用在哪一时刻检测到的频率成分。这样，例如，对于残留噪声信号的每个波段，在与相邻的频率低的一侧的频带相比 过剩地消除当前波段的频率成分的情况下，或者与相邻的频率高的一侧的频带相比过剩地 消除当前波段的频率成分的情况下，对于当前波段，在生成控制声时不使用当前时刻检测 到的频率成分，从而能够防止该当前波段的残留噪声的声压电平与相邻的任意一侧的波段或者相邻的两侧的波段的声压电平之间的差扩大。因而，例如能够避免不能消声的波段听 起来特别刺耳这一现象。本发明的第二方式的有源消声装置的特征在于，在所述第一方式中，所述动作信 号决定部具有第一波段分割部，其用于将所述残留噪声信号分割为多个频带；开关部，其 具有多个开关，这些多个开关基于所述音质评价结果，对于在当前时刻检测到的残留噪声 信号的各个波段，决定是否使其频率成分通过所述控制信号生成部；所述控制信号生成部 具有第二波段分割部，其用于将所述参照信号分割为与所述残留噪声的多个波段对应的 多个波段；自适应滤波器部，其按照所述残留噪声信号和所述参照信号的相对应的每个波 段，具有滤波器系数可变的多个自适应滤波器，该自适应滤波器为了降低通过所述开关的 频率成分，对在当前时刻检测到的参照信号的频率成分进行滤波处理，从而生成第二控制 信号；加法器，其用于求所述第二控制信号的总和，生成所述控制信号，并将该控制信号输 出至所述扬声器。本发明的第三方式的有源消声装置的特征在于，在所述第二方式中，所述音质评 价部计算所述残留噪声信号的相邻波段间的声压电平的差，在当前波段的声压电平小于相 邻的频率低的一侧的波段的声压电平且其差值为规定阈值以上的情况下，或者，在当前波 段的声压电平小于相邻的频率高的一侧的波段的声压电平且其差值为规定阈值以上的情 况下，所述动作信号决定部对所述开关进行控制，从而不使该当前波段的残留噪声信号的 频率成分通过。本发明的第4方式的有源消声装置的特征在于，在所述第三方式中，还具有阈值 变更部，该阈值变更部按照所述残留噪声信号的每个波段的声压电平，变更所述阈值。在这里，例如，若在残留噪声的声压电平突出的波段中该波段的声压电平为规定 值以上，则所述阈值变更部将用于对该波段进行判定的所述阈值变更为较小的值；若在残 留噪声的声压电平突出的波段中该波段的声压电平小于规定值，则所述阈值变更部将用于 对该波段进行判定的所述阈值变更为较大的值。若这样，则在残留噪声容易变得刺耳的情 况下，能够控制每个分割波段的滤波器系数更新以不引起频谱不连续，并且在残留噪声不 易变得刺耳的情况下，能够控制每个分割波段的滤波器系数更新以提高控制消声性能。另外，例如，在残留噪声的声压电平突出的波段为耳朵灵敏度高的波段的情况下， 所述阈值变更部将用于对该波段进行判定的阈值变更为稍小的值。这样，能够控制为一边 抑制产生刺耳声(怪声)，一边提高消声性能。根据本发明，能够避免不能消声的波段听起来非常刺耳这一现象。


图1是本发明的有源消声装置的原理结构图。图2是表示本发明的第一实施方式的有源消声装置的结构的图。图3是表示本发明的第一实施方式的有源消声装置的动作的流程图。图4是表示图2所示的各自适应滤波器的详细结构的图。图5是表示图2所示的各电平差计算部的详细结构的图。图6A是表示图2所示的开关16-2、…、16_7中的任意一个开关的详细结构的图。图6B是表示图2所示的开关16-1的详细结构的图。
图6C是表示图2所示的开关16-8的详细结构的图。图7是表示最初各波段的声压电平和本发明的有源消声装置工作后的各波段的声压电平的图。图8是表示本发明的第二实施方式的有源消声装置的结构的图。图9是表示本发明的第三实施方式的有源消声装置的结构的图。图10是表示图9中的阈值变更部的详细结构的图。图11是表示第一现有技术的有源消声装置的结构的图。图12是表示第二现有技术的有源消声装置的结构的图。图13是表示最初各波段的声压电平和现有的有源消声装置工作后的各波段的声压电平的图。
具体实施例方式下面基于附图详细说明本发明的实施方式。图1是本发明的有源消声装置的原理结构图。如图1所示，有源消声装置包括控制用扬声器2、误差麦克风3、音质评价部5、动作 信号决定部4、控制信号生成部1。控制用扬声器2和误差麦克风3设置在想要消声的区域附近。控制用扬声器2用 于产生与噪声发生干涉的控制声。误差麦克风3检测发生所述干涉后残留的噪声作为残留 噪声信号。音质评价部5对所述残留噪声的音质进行评价并输出音质评价结果。动作信号决 定部4按照所述音质评价结果，对于与参照信号的多个波段对应的所述残留噪声的多个波 段，决定在生成所述控制声时使用哪一时刻检测到的残留噪声信号的频率成分，所述参照 信号与所述噪声对应。控制信号生成部1基于被决定的残留噪声信号的多个波段和与所述噪声对应的 参照信号的多个波段，生成控制信号并输出，其中，控制信号用于生成所述控制声。图2是表示本发明的第一实施方式的有源消声装置的结构的图。如图2所示，第一实施方式的有源消声装置包括传感器麦克风11、控制信号生成 部15、控制用扬声器24、动作信号决定部18、误差麦克风25、音质评价部23。传感器麦克风11检测对应于噪声的参照信号。控制信号生成部15具有波段分割部、自适应滤波器部和加法器14，其中，所述波 段分割部由将与传感器麦克风11所检测的噪声对应的信号分割为预定的8个波段的8个 带通滤波器(下面称为BPF)构成，即由BPF12-l、BPF12-2、…、BPF12-8构成，所述自适应 滤波器部由按照分割的每个波段来进行滤波处理的8个自适应滤波器构成，即由自适应滤 波器13-1、自适应滤波器13-2、…、自适应滤波器13-8构成，所述加法器14将各个自适应 滤波器的输出相加。误差麦克风25对控制用扬声器24产生的控制声与噪声发生干涉后残留的残留噪 声进行检测。音质评价部23具有波段分割部和(残留噪声信号的)相邻波段间电平差计算部， 其中，所述波段分割部由将误差麦克风25检测到的残留噪声信号分割为预定的8个波段的8个带通滤波器构成，即由BPF22-l、BPF22-2、…、BPF22-8构成，所述相邻波段间电平差计算部由用于计算BPF22-1的输出与BPF22-2的输出的电平差的电平差计算部21_1、用于计 算BPF22-2的输出与BPF22-3的输出的电平差的电平差计算部21_2、…、用于计算BPF22-7 的输出与BPF22-8的输出的电平差的电平差计算部21-7构成。此外，当然通过BPF12-1、BPF12-2、…、BPF12-8的波段分别与通过BPF22-1、 BPF22-2、...、BPF22-8 的波段一致。动作信号决定部18包括由上述的BPF22-l、BPF22-2、…、BPF22-8构成的波段分 割部和具有多个开关16-1、16-2、…、16-8的开关部，该多个开关16-1、16-2、…、16_8通 过将计算出的波段间的声压电平差与存储于阈值存储部17中的多个阈值TH1 TH7中的对 应的阈值进行比较，决定在当前时刻是否将BPF22-l、BPF22-2、…、BPF22-8的输出输出至 自适应滤波器13-1、13-2、…、13-8。接着，参照图2的结构图以及图3的流程图说明第一实施方式的有源消声装置的 动作。图2中的有源消声装置并行执行控制信号生成部15的动作和音质评价部23以及 动作信号决定部18的动作，所述控制信号生成部15对与传感器麦克风11检测到的噪声对 应的参照信号进行处理，所述音质评价部23以及动作信号决定部18对误差麦克风25检测 到的残留噪声信号进行处理。其中，在自适应滤波器13-1、13-2、…、13-8中，在更新滤波 器系数h厂(t)、h厂(t)、-,hr(t)时，在同一时刻检测到的参照信号和残留噪声信号的 相对应的频率成分被使用于运算。然后，在图3的流程图中，通过使步骤Sl — S3 — S5 — S9的流程和步骤 S2 — S4 — S6 — S8 — S9的流程在步骤S9中汇合来表示上述情况。在图3的步骤Sl中，通过传感器麦克风11来检测参照信号x(t)。然后，在步骤 S3中，将检测到的参照信号x(t)输入至带通滤波器(BPF) 12-1、BPF12-2、...、BPF12_8，从 而将波段分割成8个部分。然后，在各BPF中通过下述式(3)来求出分割结果的更新用信 号 ⑴(i = 1、2、…、8)，并输出至后侧的自适应滤波器13-1、13-2、…、13-8。Xi(t) = bpfi*x(t) (i = 1、2、...、8)…(3)图4是表示图2所示的各自适应滤波器的详细结构的图。如图4所示，自适应滤波器29包括基于LMS算法进行运算的LMS运算器27，设置 在LMS运算器27的前侧的、滤波器系数固定的FIR滤波器26，能够可变地设定滤波器系数 的FIR滤波器28。FIR滤波器26的抽头数为Nw，由从控制用扬声器24到误差麦克风25为止的误差 路径的传递函数[w"(l), w"(2),…，(Nw)]给出该Nw。另外，FIR滤波器26保持 在当前时刻以及过去的各时刻对参照信号Xi (t)进行抽样而得的厂(t) = [Xi (t), Xi(t-1)，"^a-NJl)],并将通过下述式(4)进行卷积运算而得的信号(滤波参照信号) 输出至LMS运算器27。巧⑴=W" — *x厂⑴…(4)(*表示卷积运算)LMS运算器27的抽头数为Nh，保持在当前时刻以及过去的各时刻对滤波参照信号 rjt)进行抽样而得的Nh个r厂(t) = [ri(t), r.a-l),…，巧(t_Nh+l)]，通过下述式(5)从时刻t的滤波器系数h厂⑴=[比(1，0，比(2，0，…，hi(Nh，t)]求出下一时刻(t+1) 的滤波器系数比―(t+1) = [^(1， +1)，^(2， +1)，…，hi(Nh，t+l)]，并将其输出至FIR滤 波器28。<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，ei(t)是在时刻t对误差麦克风106所检测到的残留噪声信号进行波段分割 后的第i个频率成分，μ是步长参数。FIR滤波器28的抽头数为Nh，保持在当前时刻以及过去的各时刻对参照信号Xi (t) 进行抽样而得的Nh个χ厂(t) = [Xi(t)，Xi(t_l)，…，Xi(t_Nh+l)]，将该χ厂(t)与当前时 刻的滤波器系数比―(t)=叫(1，t)，hi(2，t)，…，h, (Nh, t)]相乘，并将该相乘结果输出 至图2的加法器14。加法器14通过下述式(6)对各自适应滤波器的输出求总和，并将其作为控制信号 输出至控制用扬声器24。<formula>formula see original document page 9</formula>
返回对图3的说明。在接着步骤S3的步骤S5中，如在图4中说明的那样，通过自 适应滤波器13-1、13-2、…、13-8以及加法器14来生成控制信号，并将其输出至控制用扬 声器24。控制用扬声器24基于该控制信号产生控制声。然后，转移至步骤S9进行控制。在图3中还有一个流程，在步骤S2中，通过误差麦克风25来检测残留噪声信号 e(t)。然后，在步骤S4中，将检测到的残留噪声信号e(t)输入至带通滤波器(BPF)22_1、 BPF22-2、…、BPF22-8，从而将波段分割为8个部分。然后，在各BPF中通过下述式(7) 求出分割结果的信号ei(t)(i = 1、2、…、8)，，并将其输出至后侧的电平差计算部21-1、 21-2、…、21-7 以及开关 16-1、16-2、...、16_8。ei(t) = bpfi*e(t) (i = 1、2、...、8)…(7)图5是表示图2所示的各电平差计算部的详细结构的图。在图5中，电平差计算部30求出从当前时刻起过去Te时间内的频率成分ei(t)和 ei+1(t) (i = l、…、7)的电平差的平均值，其中，上述频率成分ei(t)和ei+1(t) (i = l、…、 7)分别是对残留噪声信号e(t)进行波段分割而得的相邻的两个波段间的频率成分。乘法器31从力(0计算出ei(t)的平方({ei(t)}2)。延迟器33-1、延迟器
33-2、…、延迟器33-Te分别锁存当前时刻以及过去各时刻的值，S卩，分别所存{ei(t)}2、 IeiU-DI2,…、{ei(t-Te)}2。加法器 35-1 将 Iei (t)}2 与 Iei (t-1)}2 相加，…，加法器 35-(Te-I)将加法器35-(Te_2)的相加结果与Iei (t_Te+l)}2相加，加法器35_Te将加法器 35-(Te-I)的相加结果与IeiU-TeM2相加。乘法器32从ei+1(t)计算出ei+1(t)的平方({ei+1⑴}2)。延迟器34-1、延迟器
34-2、…、延迟器34-Te分别锁存当前时刻以及过去各时刻的值，即分别所存{ei+1(t)}2、 {ei+1(t-l)}2、…、{ei+1(t-Te)}2。加法器 36-1 将{ei+1 (t)}2 与{ei+1 (t_l)}2 相加，…，加法 器36-(Te_l)将加法器36-(Te_2)的相加结果与{ei+1 (t_Te+l)}2相力口，加法器36_Te将加 法器36-(Te-I)的相加结果与{ei+1(t-Te)}2相加。加法器37从加法器35-Te的输出减去加法器36_Te的输出。用下述式(8)来表示加法器37的输出。
<formula>formula see original document page 10</formula>返回对图3的说明。在接着步骤S4的步骤S6中，如在图5中说明的那样，计算残留噪声信号的相邻波段间的(声压)电平差。然后，在步骤S8中，根据是否导通开关16-1、开关16-2、…、开关16_8来决定是 否按照残留噪声信号的每个波段使频率成分通过。图6A是表示图2中的开关16-2、…、16_7中的任意一个开关的详细结构的图。在图6A中，开关41根据OR运算器44的输出来决定是否使残留噪声信号h (t) (i =2、-.7)通过。判定部42判定将声压电平差Cli (t)的正负符号倒置了的-ddt)是否大于阈值 THi,判定部43判定声压电平差dH (t)是否大于阈值ΤΗ"。在从判定部42输出用于表示-屯⑴大于阈值THi的信号，或者从判定部43输出 用于表示C^a)大于阈值THh的信号的情况下，OR运算器44输出不使开关41导通的信号。图6B是表示图2中的开关16-1的详细结构的图。在图6B中，开关46根据判定部47的输出来决定是否使残留噪声信号力(t)导通。判定部47判定将声压电平差Cl1 (t)的正负符号倒置了的-Cl1U)是否大于阈值 TH1，在判定为-(Mt)大于阈值TH1的情况下，输出不使开关46导通的信号。图6C是表示图2中的开关16-8的详细结构的图。在图6C中，开关48根据判定部49的输出来决定是否使残留噪声信号e8(t)导通。判定部49判定声压电平差d7(t)是否大于阈值TH8，在判定为d7(t)大于阈值TH7 的情况下，输出不使开关48导通的信号。这样，在图3的步骤S8中，通过下述式(9) (11)决定是否按照残留噪声信号的
每个波段使频率成分通过。
,<formula>formula see original document page 10</formula>然后，在图3的步骤S9中，基于参照信号χ (t)的各波段的频率成分Xi (t)、根据残 留噪声信号e(t)的各波段的频率成分ei(t)得到的e’i(t)、当前时刻t的各自适应滤波器 的滤波器系数h厂(t)，通过在图4中说明的式(5)得到下一时刻(t+Ι)的各自适应滤波器 的滤波器系数hi+厂(t)。图7是表示最初的各波段的声压电平和本发明的有源消声装置工作后的各波段 的声压电平的图。在图7中，例如，从右侧依次表示通过BPF22-1、BPF22-2、…、BPF22-8的波段的声压电平。在该例子中，通过BPF22-5的波段的声压电平突出，该波段相当于不能消声的波 段。在第一实施方式的有源消声装置工作起经过了足够的时间后，当初平稳的残留噪 声的各频带的声压电平在不同波段上发生消声性能的差异。但是，在第一实施方式中，按照残留噪声的每个频带，由动作信号决定部18决定 是否使在当前时刻t检测到的频率成分ei(t) (i = 1、···、8)通过第i个自适应滤波器13-i。如图6A 图6C所示，在进行上述决定时，在与相邻的频率低的一侧的频带相比过 剩地(超过阈值)消除当前波段的频率成分的情况下，或者在与相邻的频率高的一侧的频 带相比过剩地(超过阈值)消除当前波段的频率成分的情况下，对于当前波段，不将在当前 时刻检测到的频率成分输出至自适应滤波器。在这种情况下，从与该当前波段对应的自适应滤波器的滤波器系数超过了其阈值 的时刻起，不能更新该滤波器系数，从而不会在残留噪声信号中进一步消除该当前波段的 频率成分。这样，能够防止该当前波段的残留噪声的声压电平与相邻的任意一侧的波段或 者相邻的两侧的波段的声压电平之间的差扩大，并且能够对各波段进行消声，从而能够避 免不能消声的波段听起来非常刺耳这一现象。此外，在图7中，不能消声的波段包含在通过一个BPF的波段，但第一实施方式的 式(9) (11)的方法在不能消声的波段跨越通过多个BPF的多个波段的情况下也有效。接着，说明第二实施方式。在第一实施方式和第二实施方式中，残留噪声的频谱连续性评价部分的装置结构 不同。在第一实施方式中，使用多个带通滤波器，将残留噪声分割为多个波段，并计算相 邻波段间的声压电平差。对此，在第二实施方式中，使用高速傅里叶变换(FFT)对残留噪声 进行频率分析，并使用基于其频率分析的结果所计算的功率谱(power spectrum)来计算波 段间的声压电平差。图8是表示本发明的第二实施方式的有源消声装置的结构的图。在图8中，除了音质评价部54以外与图2相同，因此省略说明。音质评价部54具有高速傅里叶变换处理部(FFT处理部)51、功率谱计算部52、波 段间电平差计算部53。FFT处理部51对来自误差麦克风25的残留噪声信号e(t)进行频率分析。功率谱计算部52基于频率分析的结果来计算功率谱。波段间电平差计算部53基于计算出的功率谱，对通过设置在动作信号决定部18 内的多个BPF的多个波段中的相邻波段间的声压电平之差进行计算。这样计算出的相邻波段间电平差Cl1 (t) d7(t)被输出至动作信号决定部18。之 后的动作与第一实施方式相同。接着，说明第三实施方式。图9是表示本发明的第三实施方式的有源消声装置的结构的图。在图9中，相对于图2的结构，追加有阈值变更部57，该阈值变更部57动态地变更 用于判定残留噪声的频谱连续性的阈值。图10是表示图9的阈值变更部的详细结构的图。
在图10中，阈值变更部57包括BPF61-1、…、BPF61-8、电平计算部62-1、…、电 平计算部62-8、极大波段决定部64和阈值估计部63。BPF61-1、…、BPF61-8将来自误差麦克风25的残留噪声信号e(t)分别分割为与 动作信号决定部56所具有的8个BPF相同的8个波段。将残留噪声信号的波段成分ei(t)、…、e8(t)分别输入至电平计算部62-1、…、 电平计算部62-8，通过计算Te时间内的波段成分的平均值来求出各波段的声压电平的平 均值。用于对第i个(i = 1、…、8)波段成分力⑴进行处理的电平计算部62-i例如 进行如下的动作。根据被输入的ei(t)计算ei(t)的平方(Iei (t)}2)。另外，通过对锁存在多 个延迟器(未图示)中的、当前时刻以及过去各时刻的值进行求和，即，求{ei(t)}2、 IeiU-DI2,…、{ei(t-Te)}2的总和，由此利用下述式(12)求出电平计算部62_i的输出 叫。
<formula>formula see original document page 12</formula>将电平计算部62-1、…、电平计算部62-8的输出blp…、bl8输入至极大波段决 定部64来作为各波段的声压电平，极大波段决定部64对各波段的声压电平进行比较，从而 决定与周边的波段相比声压电平高的波段(极大波段)，并将表示被决定为极大波段的波 段两端的波段间序号bl、b2、…输出至阈值估计部63。阈值估计部63变更与来自极大波段决定部64的波段间序号bl、b2、…对应的阈 值THbl、THb2、…的值，并将其输出至图9的动作信号决定部18内的阈值存储部17。接着，说明两种通过阈值估计部63来指定的波段间序号的阈值的变更方法。在第一种方法中，如下那样变更阈值。1、与波段间的阈值独立地设置用于判定各波段的声压电平是否大的第二阈值。2、在残留噪声的极大波段的声压电平大于所述第二阈值的情况下，将波段间的阈 值设定得稍小(由此，在残留噪声易于变得刺耳的情况下，能够控制每个分割波段的滤波 器系数更新，以使不发生频谱不连续)。3、在残留噪声的极大波段的声压电平为所述第二阈值以下的情况下，将波段间的 阈值设定得稍大(由此，在残留噪声不易于变得刺耳的情况下，能够控制每个分割波段的 滤波器系数更新以提高消声性能)。通过进行上述的控制，在第一种方法中，即使在因周围噪声或者有源消声装置的 周围环境而难以消声的波段发生变化的情况下，也不会产生刺耳声(怪声)，而能够提高消 声性能。在第二种方法中，如下那样变更阈值。在残留噪声的极大波段为耳朵灵敏度高的波段的情况下，将该波段间的阈值设定 为稍小的值(由此，能够控制为一边抑制产生刺耳声(怪声)，一边提高消声性能)。
权利要求
一种有源消声装置，其特征在于，具有扬声器，其用于产生与噪声发生干涉的控制声，麦克风，其用于检测发生所述干涉后残留的噪声作为残留噪声信号，音质评价部，其用于对所述残留噪声的音质进行评价并输出音质评价结果，动作信号决定部，其根据所述音质评价结果，对于与参照信号的多个波段对应的所述残留噪声的多个波段，决定在生成所述控制声时使用在哪一时刻检测到的残留噪声信号的频率成分，所述参照信号与所述噪声对应，控制信号生成部，其基于被决定的残留噪声信号的多个波段和与所述噪声对应的参照信号的多个波段，生成控制信号并输出，所述控制信号用于生成所述控制声。
2.如权利要求1所述的有源消声装置，其特征在于， 所述动作信号决定部具有第一波段分割部，其用于将所述残留噪声信号分割为多个频带， 开关部，其具有多个开关，这些多个开关基于所述音质评价结果，对于在当前时刻检测 到的残留噪声信号的各个波段，决定是否使其频率成分通过所述控制信号生成部； 所述控制信号生成部具有第二波段分割部，其用于将所述参照信号分割为与所述残留噪声的多个波段对应的多 个波段，自适应滤波器部，其按照所述残留噪声信号和所述参照信号的相对应的每个波段，具 有滤波器系数可变的多个自适应滤波器，该自适应滤波器为了降低通过所述开关的频率成 分，对在当前时刻检测到的参照信号的频率成分进行滤波处理，从而生成第二控制信号，加法器，其用于求出所述第二控制信号的总和以生成所述控制信号，并将该控制信号 输出至所述扬声器。
3.如权利要求2所述的有源消声装置，其特征在于，所述音质评价部计算所述残留噪声信号的相邻波段间的声压电平之差， 在当前波段的声压电平小于相邻的频率低的一侧的波段的声压电平且其差值为规定 阈值以上的情况下，或者，在当前波段的声压电平小于相邻的频率高的一侧的波段的声压 电平且其差值为规定阈值以上的情况下，所述动作信号决定部对所述开关进行控制，不使 该当前波段的残留噪声信号的频率成分通过。
4.如权利要求3所述的有源消声装置，其特征在于，所述音质评价部对所述残留噪声信号进行频率分析，并计算通过所述第一波段分割部 分割的所述残留噪声信号的相邻波段间的声压电平之差。
5.如权利要求3或者4所述的有源消声装置，其特征在于，还具有阈值变更部，该阈值变更部根据所述残留噪声信号的每个波段的声压电平来变 更所述阈值。
6.如权利要求5所述的有源消声装置，其特征在于，若在残留噪声的声压电平突出的波段中，该波段的声压电平为规定值以上，则所述阈 值变更部将用于对该波段进行判定的所述阈值变更为小的值，若在残留噪声的声压电平突出的波段中，该波段的声压电平小于规定值，则所述阈值变更部将用于对该波段进行判定的所述阈值变更为大的值。
7.如权利要求5所述的有源消声装置，其特征在于，在残留噪声的声压电平突出的波段是耳朵灵敏度高的波段的情况下，所述阈值变更部 将用于对该波段进行判定的所述阈值变更为小的值。
8. 一种有源消声装置的控制方法，其特征在于，具有检测与控制声发生干涉后残留的噪声作为残留噪声信号的步骤，对所述残留噪声的音质进行评价并输出音质评价结果的步骤，动作信号决定步骤，根据所述音质评价结果，对于与参照信号的多个波段对应的所述 残留噪声的多个波段，决定在生成所述控制声时使用在哪一时刻检测到的残留噪声信号的 频率成分，所述参照信号与所述噪声对应，控制信号生成步骤，基于被决定的残留噪声信号的多个波段和与所述噪声对应的参照 信号的多个波段，生成控制信号并输出，所述控制信号用于生成所述控制声。
9.如权利要求8所述的有源消声装置的控制方法，其特征在于，在所述动作信号决定步骤中，基于所述音质评价结果对多个开关进行开闭，从而对于 在当前时刻检测到的残留噪声信号的各个波段，决定是否为了在生成所述控制声时使用该 波段的频率成分而使其通过。
全文摘要
本发明提供一种有源消声装置，其具有扬声器，其用于产生与噪声发生干涉的控制声；麦克风，其用于检测发生所述干涉后残留的噪声来作为残留噪声信号；音质评价部，其用于对所述残留噪声的音质进行评价并输出音质评价结果；动作信号决定部，其用于根据所述音质评价结果，对于与参照信号的多个波段对应的所述残留噪声的多个波段，决定在生成所述控制声时使用在哪一时刻检测到的残留噪声信号的频率成分，所述参照信号与所述噪声对应；控制信号生成部，其用于基于被决定的残留噪声信号的多个波段和与所述噪声对应的参照信号的多个波段，生成控制信号并输出，所述控制信号用于生成所述控制声。
文档编号G10K11/178GK101802905SQ20078010064
公开日2010年8月11日 申请日期2007年9月21日 优先权日2007年9月21日
发明者外川太郎, 大田恭士, 大谷猛, 远藤香绪里 申请人:富士通株式会社