Noise Source Acoustic Region Analog Region Digital Region 1 Primary Path P(z) Reference Mic. Pre- Anti-aliasing x(n) ADC Secondary Path Model Control

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まれあいくのや
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1 1,a) ANC: Acitive Noise Control ANC ANC ANC 1. PNC: Passive Noise Control PNC ANC: Active Noise Control [1 5] DSP ANC ANC PNC ANC ANC 1 Kansai University, Suita, Osaka , Japan a) [email protected] ANC ANC ANC 2. ANC ANC ANC c 2015 Information Processing Society of Japan 1

2 Noise Source Acoustic Region Analog Region Digital Region 1 Primary Path P(z) Reference Mic. Pre- Anti-aliasing x(n) ADC Secondary Path Model Control x (n) Power Reconstruction DAC y (n) Secondary Source (Loudspeaker) Secondary Path Error Mic. Pre- Anti-aliasing ADC ANC ANC 1 ANC W (z) ANC Ŝ(z) ed-x P (z) W (z) W (z) = P (z) (1) FIR ed-x ANC ANC ANC ANC IMC(Internal Model Control) ANC IMC ANC ed-x IMC 2 ANC c 2015 Information Processing Society of Japan 2

3 Noise Source Error Mic. Acoustic Region Secondary Source (Loudspeaker) d(n) y(n) Power Pre- 3 IMC Analog Region Digital Region x(n) Secondary Path Model 2 Control x (n) Reconstruction DAC d(n) y(n) Secondary Path Secondary Path Model Anti-aliasing ADC ANC W (z) ANC Ŝ(z) ˆd(n) d(n) 2 3 W (z) W (z) = 1 (2) FIR ed-x ANC ANC ANC 30 mph dba 120mph 116dBA 500Hz ANC [6] ANC 200Hz 40dB 15dB [7] [8] c 2015 Information Processing Society of Japan 3

4 4 Near-End Signal x(n) Noise Source x (n) P(z) y(n) d(n) Reference Mic. b(n) Near-End Noise Copy H(z) u(n) a(n) Recieved Signal (From Far-End) Ear-Cup d(n) Primary Noise e (n) ef(n) a (n) Transmit Unit (To Far End) Error Mic. ANC ANC ANC ANC ANC [9, 10] 4 ANC 500Hz 30 40dB 25dB ANC ANC ANC [11] 5 ANC ANC 2 2 IIR FIR ANC HATS (Head And Torso Simulator) 10 20dB HATS 5 10dB ANC [12 14] ANC ANC ANC ANC ANC MRI ANC MRI c 2015 Information Processing Society of Japan 4

情報処理学会研究報告図 5 図 6 ベッドに導入されたいびき用 ANC の外観図 Amplitude を撮像可能であるなどの利点があるしかし一方で非常に大きく且つ耳障りな騒音 (MRI 騒音) が発生するという短所があるよって患者や医療スタッフは長時間に渡っヘッドマウント型 ANC システムの概観 0.3 0 0.

のため長時間の利用は困難であるそして医療スタッフへの適用を考えた場合据え置き型の ANC では医療スタッ ANC off ANC on -40 Amplitude [db] 験による成果のみについて議論されているまたヘッド 120 ANC 稼動時の誤差信号波形 -30 果が実現されたという報告もあるしかしながらこれらず多くの試みがシミュレーションや実験室による模擬実

5 情報処理学会研究報告図 5 図 6 ベッドに導入されたいびき用 ANC の外観図 Amplitude を撮像可能であるなどの利点があるしかし一方で非常に大きく且つ耳障りな騒音 (MRI 騒音) が発生するという短所があるよって患者や医療スタッフは長時間に渡っヘッドマウント型 ANC システムの概観て MRI 騒音に曝されることになりさらには患者やスタッフ間での肉声による会話が困難になるという問題があ図 7 るそこで MRI 騒音の低減のために ANC を利用することが検討されてきている ANC による MRI 騒音の低減のホンに ANC を導入した事例が多いがヘッドホンの利用は肉声による対話を阻害するとともに耳への圧迫感などのため長時間の利用は困難であるそして医療スタッフへの適用を考えた場合据え置き型の ANC では医療スタッ ANC off ANC on -40 Amplitude [db] 験による成果のみについて議論されているまたヘッド 120 ANC 稼動時の誤差信号波形 -30 果が実現されたという報告もあるしかしながらこれらず多くの試みがシミュレーションや実験室による模擬実試みは多くなされており [15 18] 30 db 以上の騒音低減効の多くにおいては以下のような問題点が残されているま Time [s] Frequency[Hz] 図 8 ANC 稼働前後の誤差信号スペクトルの比較フの移動に追従ができないという問題がありヘッドホン型の ANC では先に述べたとおり肉声による対話を阻害するという問題点がある実際に MRI 室内において消音実験を行った結果として誤差マイクロホン地点における誤差信号波形を図 7 にシそこで上記のような問題点を考慮した上で医療スタッステム収束後の誤差信号スペクトルを図 8 に示すまず図フのための ANC システムが検討されている [17] 具体的 7 より本システムは磁界中においても安定に動作していには MRI 騒音環境下において医療スタッフ間の肉声にることがわかる次に Fig. 8 より本システムが誤差マイよる対話を実現するためヘッドマウント型の構成が提案クロホン地点において MRI 騒音の Hz の帯域にされているまた制御方式としては MRI 騒音が比較的おける周期的なピークを 30 db 以上大きく低減できている周期性の強い信号であるという性質に着目し IMC 構成ことが確認できるに基づくフィードバック型 ANC システムが採用されていしかしながら図 7 を見てもわかるようにインパルス状るさらに MRI 装置は撮像時に非常に強い磁場を発生すの騒音が残っていることがわかるこれはフィードバッるため一般的な音響機器が正常に動作せず ANC シスク ANC システムが周期騒音や狭帯域騒音などの低減に特テムを実現するためには光マイクロホンや圧電セラミック化しているためであるすなわちインパルス状の騒音をスピーカのような特殊な音響機器を用いる必要があるしフィードバック ANC は低減することができないからであかし圧電セラミックスピーカは低域の出力音圧が低いたるしたがってインパルス状の騒音を低減可能な新たなめ図 6 に示されるようなヘッドマウント型の ANC シス ANC システムの検討が重要であるそのような観点の下テムが開発されているこのシステムでは耳元に光マイクインパルス騒音を低減することを目的とした ANC システロホンと圧電セラミックスピーカを配置することでユーザムの検討が行われている [19 22] これらのシステムにおの耳元に消音エリアを生成し不快な MRI 騒音のみを低ける適応アルゴリズムの多くはインパルス音の統計的性質減しその他の必要な音情報スタッフの音声などは耳に着目して開発されておりシミュレーション上では有効をオープンにしているため聴取できるようになっている性が示されているしかしながら実際のインパルス音を c 2015 Information Processing Society of Japan 5

6 MRI MRI ANC ANC 4. PAL Parametric Array Loudspeaker [23] ANC [24 26] 5. Northern Illinois University S. M. Kuo Nanyang Technological University W. S. Gan [1] P. A. Nelson and S. J. Elliott, Active control of sound, Academic Press, [2] S. M. Kuo and D. R. Morgan, Active noise control systems, John Willy & Sons, [3] S. J. Elliott, Signal processing for active control, Academic Press, [4],,,,, [5] Y. Kajikawa, W.-S. Gan, S. M. Kuo, Rencent advances on active noise control: open issues and innovative applications, APSIPA Trans. on Signal and Information Processing, vol. 1, no. 1, [6] K. Raghunathan, S. M. Kuo, and W. S. Gan, Active noise control for motorcycle helmets, in Proc. of ICGCS 2010, pp , [7] T. W. Wang, W. S. Gan, and S. M. Kuo, Subbandbased active noise equalizer for motocycle helmets, in APSIPA ASC 2010, Singapore, pp , Dec [8] R. Castae-Selga and R. Pea, Active noise hybrid timevarying control for motorcycle helmets, IEEE Trans. on Control Systems Technology, vol. 18, no. 3, pp , May [9] W. S. Gan and S. M. Kuo, An integrated active noise control headsets, IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol 48, no. 2, pp , May [10] L. Wang, W. S. Gan, S. M. Kuo, Integration of bass enhancement and active noise control system in automobile cabin, EURASIP Journal on Advances in Acoustics and Vibration, vol. 2008, Article ID , 9 pages, [11] S. R. Chakravarthy and S. M. Kuo, Application of active noise control for reducing snore, in Proc. IEEE ICASSP, pp. V , May [12] G. Bonito, S. J. Elliott, and C. C. Boucher, Generation of zones of quiet using a virtual microphone arrangement, J. Acoust. Soc. Am., vol. 101, no. 6, pp , Jun [13] D. J. Moreau, J. Ghan, B. S. Cazzolato, and A. C. Zander, Active noise control in a pure tone diffuse sound field using virtual sensing, J. Acoust. Soc. Am., vol. 125, no. 6, pp , Jun [14] N. Miyazaki and Y. Kajikawa, Head-mounted Active Noise Control System with Virtual Sensing Technique, Journal of Sound and Vibration, vol. 339, pp , Mar [15] J. Chambers, D. Bullock, Y. Kahana, A. Kots, and A. Palmer, Developments in active noise control sound systems for magnetic resonance imaging, Applied Acoustics, vol. 68, no. 3, pp , Mar [16] R. Reddy, I. Panahi, and R. Briggs, Hybrid FxRLS- FxN adaptive algorithm for active noise control in fmri application, IEEE Trans. on Control Systems Technology, vol. 19, no. 2, pp , Mar [17] M. Kumamoto, M. Kida, R. Hirayama, Y. Kajikawa, T. Tani, and Y. Kurumi, Active noise control system for reducing MR noise, IEICE Trans. on Fundamentals, vol. E94-A, no. 7, pp , Jul [18] G. Kannan, A. A. Milani, I. Panahi, and R. W. Briggs, An efficient feedback active noise control algorithm based on reduced-order linear predictive modeling of fmri acoustic noise, IEEE Trans. on Biomedical Engineering, vol. 58, no. 12, pp , Dec [19] X. Sun, S. M. Kuo, and G. Meng, Adaptive algorithm for active control of impulsive noise, J. of Sound and Vibration, vol. 291, no. 1 2, pp , Mar [20] M. T. Akhtar and W. Mitsuhashi, Improving performance of Fx algorithm for active noise control of impulsive noise, J. of Sound and Vibration, vol. 327, no. 3 5, pp , Nov [21] L. Wu, H. He, and X. Qiu, An active impulsive noise control algorithm with logarithmic transformation, IEEE Trans. on Audio, Speech, and Language Processing, vol. 19, no. 4, pp , May [22] M. T. Akhtar and W. Mitsuhashi, Improving robustness of filtered-x least mean p-power algorithm for active attenuation of standard symmetric alpha stable impulsive noise, Applied Acoustics, vol. 72, no. 9, pp , Sep [23] W. S. Gan, E. L. Tan, and S. M. Kuo, Audio Projection: Directional sound and its application in immersive communication, IEEE Signal Processing Magazine, vol. 28, no. 1, pp , Jan [24] N. Tanaka and M. Tanaka, Active noise control using a steerable parametric array loudspeaker, J. Acoust. Soc. Am., vol. 127, no. 6, pp , Jun [25] K. Tanaka, C. Shi, Y. Kajikawa, Study on Active Noise Control System Using Paramet-ric Array Loudspeakers, Forum Acusticum 2014, Krakow, Poland, Sep [26] K. Tanaka, C. Shi, Y. Kajikawa, Multi-channel Active Noise Control Using Parametric Array Loudspeakers, Proc. of Asia-Pacific Signal and Information Processing Associa-tion 2014 Annual Summit and Conference (AP- SIPA ASC 2014), Siem Reap, Cambodia, Dec c 2015 Information Processing Society of Japan 6

H(ω) = ( G H (ω)g(ω) ) 1 G H (ω) (6) 2 H 11 (ω) H 1N (ω) H(ω)= (2) H M1 (ω) H MN (ω) [ X(ω)= X 1 (ω) X 2 (ω) X N (ω) ] T (3)

H(ω) = ( G H (ω)g(ω) ) 1 G H (ω) (6) 2 H 11 (ω) H 1N (ω) H(ω)= (2) H M1 (ω) H MN (ω) [ X(ω)= X 1 (ω) X 2 (ω) X N (ω) ] T (3) 72 12 2016 pp. 777 782 777 * 43.60.Pt; 43.38.Md; 43.60.Sx 1. 1 2 [1 8] Flexible acoustic interface based on 3D sound reproduction. Yosuke Tatekura (Shizuoka University, Hamamatsu, 432 8561) 2. 2.1 3 M