Design of crosstalk canceller for wearable speakers using robust control theory

２０２２年度の計画はロバスト制御理論を用いたフィルタ設計である。ウェアラブルスピーカから耳までの伝達関数をフラットにするためのフィルタ設計が目標である。本研究ではロバスト制御理論の中でもH∞制御理論を用いて特定の周波数帯域をフラットにすることを試みた。ここで特定の周波数帯域とは通常では人間の可聴域の20Hzから20kHzまでとするのが理想であるが、本研究で使用したウェアラブルスピーカが無理なく再生可能な周波数帯域である200Hzから16kHz程度とした。この周波数帯域をフラットにした上で将来的は別の音場情報や頭部伝達関数を演算することになるのだが、上下左右方向の方向知覚のための手がかりは概ね5kHzから10kHzの成分が重要であることが先行研究で述べられており、その条件を満足しているものと考える。H∞制御理論を用いて制御器を求めるのだが、本研究では目標関数との誤差が最小となるようなモデルマッチング問題に帰着させ制御器、つまり音場の逆フィルタを求めた。この際に重要なのは重点的に制御する帯域を定める重み関数の選定で、試行錯誤的に最適な重み関数を選定する必要があることが知られている。本研究でも上記の周波数帯域に重点的に制御するための重み関数を試行錯誤し選定した。重み関数によっては制御対象周波数帯域内では十分な制御効果が得られているが、対象外ではゲインが大きくなりすぎたりまたその逆の場合も発生しており、実用化するには後段にバンドパスフィルタ処理が必要となる可能性もある。さらに、制御対象である伝達関数のモデル化精度やモデル化次数に制御結果が大きく影響されており、モデル化次数によっては制御器が求まらない場合も発生している。しかしながら、ほぼ計画通りの遂行状況であると判断できる。

２０２２年度の計画はロバスト制御理論を用いたフィルタ設計である。ウェアラブルスピーカから耳までの伝達関数をフラットにするためのフィルタ設計が目標である。本研究ではロバスト制御理論の中でもH∞制御理論を用いて特定の周波数帯域をフラットにすることを試みた。ここで特定の周波数帯域とは通常では人間の可聴域の20Hzから20kHzまでとするのが理想であるが、本研究で使用したウェアラブルスピーカが無理なく再生可能な周波数帯域である200Hzから16kHz程度とした。この周波数帯域をフラットにした上で将来的は別の音場情報や頭部伝達関数を演算することになるのだが、上下左右方向の方向知覚のための手がかりは概ね5kHzから10kHzの成分が重要であることが先行研究で述べられており、その条件を満足しているものと考える。H∞制御理論を用いて制御器を求めるのだが、本研究では目標関数との誤差が最小となるようなモデルマッチング問題に帰着させ制御器、つまり音場の逆フィルタを求めた。この際に重要なのは重点的に制御する帯域を定める重み関数の選定で、試行錯誤的に最適な重み関数を選定する必要があることが知られている。本研究でも上記の周波数帯域に重点的に制御するための重み関数を試行錯誤し選定した。重み関数によっては制御対象周波数帯域内では十分な制御効果が得られているが、対象外ではゲインが大きくなりすぎたりまたその逆の場合も発生しており、実用化するには後段にバンドパスフィルタ処理が必要となる可能性もある。さらに、制御対象である伝達関数のモデル化精度やモデル化次数に制御結果が大きく影響されており、モデル化次数によっては制御器が求まらない場合も発生している。しかしながら、ほぼ計画通りの遂行状況であると判断できる。