CN101040320A - 有源降噪装置 - Google Patents

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Abstract

从作为2次噪声产生部的第一扬声器(30)以及第二扬声器(31)到作为残留信号检测部的话筒(32)之间的传输增益特性，将受水平低下和谷点的影响更少的扬声器和其频带存储到切换频率存储部(11)，对应于基于发动机(1)由频率计算部(33)算出的目前的噪声的频率，由输出切换部(9)选择第一扬声器(30)以及第二扬声器(31)中适当的一个进行切换。由这样的结构，即使从扬声器到话筒之间发生传输增益特性水平低下和谷点时，也可以进行稳定地动作的同时，得到抑制由于发散而产生的异常音和由于过大输入而产生的扭曲音的理想的噪声减低效果。

Description

有源降噪装置
技术领域
本发明涉及一种有源降噪装置，用于，对随着发动机转动而在车内产生的不愉快的发动机的沉闷的声音，利用反相等幅的信号进行干扰，从而减低这种发动机的沉闷的声音。
背景技术
作为现有现有的有源降噪装置，公知的是，为了减低随着面向特别是车载用途发动机的转动在车内产生的不愉快的发动机的沉闷的声音，实行利用自适应陷波滤波器的自适应前馈抑制方法。在这个现有现有的有源降噪装置中，使用下述部件：包含在车内固定设置的话筒的残留信号检测部，和包含同样在车内固定设置的扬声器的2次噪声产生部，为了减低在残留信号检测部的位置中成为课题的噪声，与通常在设置在相同地方的2次噪声产生部相组合，进行减低噪声的控制。
另外，作为与此次申请的发明相关的现有技术文献信息，已知的有，例如，特开2000-99037号公报。
然而，在狭窄的车内环境下，存在这样的情况：从包含扬声器的2次噪声产生部到包含话筒的残留信号检测部之间的传输增益特性中产生深的谷点和尖的峰点。这些是由于在车内空间里的音波干扰和反射而引起的，不受在车内设置的残留信号检测部和2次噪声产生部的位置的限制而产生。涉及上述现有技术的有源降噪装置，为了减低在残留信号检测部的位置上成为课题的噪声，利用通常设置在相同位置的2次噪声产生部，进行减低噪声的控制。因此，在要进行噪声减低控制的频带内，由于从2次噪声产生部到残留信号检测部之间的传输增益特性中产生谷点和峰点的可能性非常大。在由于传输增益特性而产生谷点和峰点的频带中，传输相位特性急剧变化的同时，其发生频率本身的偏差也很大。因此，在这样的频率下进行噪声减低控制时，自适应滤波器的动作容易变得不稳定而得不到理想的噪声减低效果。另外，最坏的情形是，自适应滤波器陷入发散状态，而产生异常声音。更进一步的，由于在这样的频率下由2次噪声产生部产生的2次噪声很难到达残留信号检测部，有源降噪装置的输出增大了，则从2次噪声产生部产生扭曲音。
发明内容
本发明，为了解决上述现有的课题，提供一种有源降噪装置，在进行噪声减低控制的频率下，即使在由于在包含扬声器的2次噪声产生部到包含话筒的残留信号检测部之间的传输增益特性而产生谷点和峰点时，也可以进行稳定动作的同时，得到抑制由于发散而产生的异常音和由于输出过大而产生的扭曲音的理想的噪声减低效果。
用于解决上述课题的本发明，包括：余弦波发生器，生成与噪声的频率同步的余弦波信号；正弦波发生器，生成与噪声的频率同步的正弦波信号；第一1抽头自适应滤波器，接收作为从余弦波发生器产生的输出信号的参考余弦波信号；第二1抽头阶自适应滤波器，接收作为从正弦波发生器产生的输出信号的参考正弦波信号；加法器，将从第一1抽头阶自适应滤波器产生的输出信号与从第二1抽头阶自适应滤波器产生的输出信号相加；多个的2次噪声产生部，利用从加法器产生的输出信号生成2次噪声；切换部，设置在加法器与多个的2次噪声产生部之间，在多个的2次噪声产生部中选择一个并进行切换；残留信号检测部，检测由从经过切换部选择的2次噪声产生部产生的2次噪声与噪声的干扰而产生的残留信号；模拟信号产生部，具有模拟从多个的2次噪声产生部到残留信号检测部之间的传输特性的复数的修正值，接收参照余弦波信号以及参照正弦波信号，输出由从根据切换部所选择的2次噪声产生部到残留信号检测部之间的修正值而修正的模拟余弦波信号以及模拟正弦波信号，系数更新部，根据从残留信号检测部的输出信号和从模拟信号产生部的输出信号更新使残留信号检测部的位置的噪声为最小的第一1抽头自适应滤波器以及第二1抽头自适应滤波器的滤波器系数。
根据这样的结构，在进行噪声减低控制的频率内，即使从包含扬声器的2次噪声产生部到包含话筒的残留信号检测部之间的传输增益特性产生谷点和峰点，在可以进行稳定的动作的同时，提供可以得到抑制由于发散而产生的异常音和由于过大输入而产生的扭曲音的理想的噪声减低效果的有源降噪装置。
附图说明
图1为本发明的第一实施方式中表示有源降噪装置的结构的框图。
图2为本发明的第一实施方式中表示有源降噪装置的从第一扬声器到话筒的传输增益特性的图。
图3为本发明的第一实施方式中表示有源降噪装置的从第一扬声器到话筒的传输相位特性的图。
图4为本发明的第一实施方式中表示有源降噪装置的从第二扬声器到话筒的传输增益特性的图。
图5为本发明的第二实施方式和第三实施方式中表示有源降噪装置的结构的框图。
图6为同时表示，图2所示的表示从第一扬声器到话筒的传输增益特性的图和图4所示的表示从第二扬声器到话筒的传输增益特性的图的图。
图7为同时表示图5所示的本发明的第二实施方式中表示有源降噪装置的从第一扬声器到话筒的传输增益特性与从第二扬声器到话筒的传输增益特性的图。
图8为同时表示图5所示的本发明的第三实施方式中从有源降噪装置的第一扬声器到话筒之间的传输增益特性与从第二扬声器到话筒之间的传输增益特性的图。
附图标记说明
1   发动机
3   余弦波发生器
4   正弦波发生器
5   自适应陷波滤波器
6   第一1抽头自适应滤波器
7   第二1抽头自适应滤波器
8，16，17，22，23  加法器
9   输出切换部(切换部)
10  乘法器
12，13，14，15  第一修正值的传输因子(模拟信号产生部)
18，19，20，21  第二修正值的传输因子(模拟信号产生部)
24  模拟信号选择器
25，26  自适应控制算法运算器(系数更新部)
27  离散信号处理装置
28  第一功率放大器(2次噪声产生部)
29  第二功率放大器(2次噪声产生部)
30  第一扬声器(2次噪声产生部)
31  第二扬声器(2次噪声产生部)
32  话筒(残留信号检测部)
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式，提供本发明的理解。说明本发明安装在例如汽车等车辆上时，减低由于发动机的振动而在车内产生的不愉快的噪声的情况。
(第一实施方式)
图1是，本发明的第一实施方式中表示有源降噪装置的结构的框图。在图1中，发动机1是产生噪声的噪声源。然后，通过数字信号处理装置和微型计算机等的离散信号处理装置27处理软件，生成消除此噪声的信号而进行噪声减低控制。
此有源降噪装置，动作为减低与发动机1的转动数同步的具有明显周期性的噪声。被减低的噪声，与发动机1的转动产生的激振力在车体内传播而产生的噪声为同一类的(是否可以译为：被减低的噪声是…噪声)。例如，如对于4冲程式4缸发动机，控制的对象为，具有发动机转动数2倍的频率而被称为转动2次成分的噪声。此作为控制对象的噪声，是由发动机曲柄每1/2转动而产生的汽油燃烧，从而使转矩发生变化而生成的。也就是，以发动机作为发生源的激振振动向车内发出噪声。此噪声的感觉很沉闷，乘客会感到非常不愉快。
作为与发动机1的转动同步的电力信号的发动机脉冲，被输入到波形整形器2，在消除重叠的噪声等的同时进行波形整形。作为此发动机脉冲，考虑利用上死点传感器的输出信号和转速脉冲(tacho-pulse)。利用转速脉冲时，多数情况下将转速脉冲，作为转速计的输入信号等，已经装备在汽车的两侧，由于没有必要另外设置特别的装置，就可以控制成本的上升。
波形整形器2的输出信号，被提供给频率计算部33，以及余弦波发生器3和正弦波发生器4。在频率计算部33中，由发动机1的转动数信息计算出应该消音的陷滤波率(以下，称为“陷滤波率”)。然后，余弦波发生器3以及正弦波发生器4，生成作为与由此得到的陷滤波率同步的参考信号的余弦波和正弦波。
作为余弦波发生器3的输出信号的参考余弦波信号，在自适应陷波滤波器5中，与第一1抽头自适应滤波器6的滤波器系数W0相乘。同样，作为正弦波发生器4的输出信号的参考正弦波信号，在自适应陷波滤波器5中，与第二1抽头自适应滤波器7的滤波器系数W1相乘。接下来，第一1抽头自适应滤波器6的输出信号与第二1抽头自适应滤波器7的输出信号，在加法器8中相加。
第一功率放大器28和第一扬声器30，以及第二功率放大器29和第二扬声器31，作为2次噪声产生部，用于向车内发出加法器8的输出信号，即，自适应陷波滤波器5的输出信号，作为用于消除噪声的2次噪声。这里，第一扬声器30以及第二扬声器31设置在车内固定的位置。这里，使用预先在车辆内装备的前门扬声器作为第一扬声器30用于音频信号的再现，使用预先在车辆内装备的后台(rear-tray)扬声器作为第二扬声器31同样用于音频信号的再现。
现有的一般有源降噪装置，如背景技术所述，使用通常在相同的位置设置用于产生2次噪声的扬声器。因此，通常使用第一扬声器30以及第二扬声器31中的任意一个而进行噪声减低控制。以下，说明对于作为生成2次噪声的扬声器通常使用第一扬声器30的情况。
第一扬声器30发出的2次噪声与成为问题的噪声(subject noise)的干扰但未彻底消声的噪声控制部的残留信号，被作为残留信号检测部的话筒32检测出，作为误差信号e(n)，使用于为了更新自适应陷波滤波器5的滤波器系数W0以及W1的自适应控制算法。这里，n为自然数，表示算法的反复次数。
在陷波频率模拟从第一功率放大器28到话筒32的传输特性的模拟信号产生部，由作为第一修正值的传递因子12、13、14、15以及加法器16、17组成。首先，向传递因子12输入参考余弦波信号，同样，向传递因子13输入参考正弦波信号。然后，将传递因子12和传递因子13的输出信号在加法器16中相加而生成第一模拟余弦波信号r0(n)。此第一模拟余弦波信号r0(n)，被输入到自适应控制算法运算器25，使用于为了更新第一1-抽头自适应滤波器6的滤波器系数W0的自适应控制算法。
同样地，向传递因子14输入参考正弦波信号，同样，向传递因子15输入参考余弦波信号。然后，传递因子14和传递因子15的输出信号在加法器17中相加而生成第一模拟正弦波信号r1(n)。此第一模拟正弦波信号r1(n)，被输入到自适应控制算法运算器26，使用于为了更新第二1-抽头自适应滤波器7的滤波器系数W1的自适应控制算法。
一般地，作为自适应控制算法，基于作为最快收敛法的一种的最小均方(LMS(Least Mean Square))算法而更新自适应陷波滤波器5的滤波器系数W0以及W1。此时，自适应陷波滤波器5的滤波器系数W0(n+1)以及W1(n+1)可由下式求出：
W0(n+1)＝W0(n)-μ·e(n)·r0(n)……(1)
W1(n+1)＝W1(n)-μ·e(n)·r1(n)……(2)
其中，μ为步长参数。
这样，自适应陷波滤波器5的滤波器系数W0(n+1)以及W1(n+1)递归收敛为最佳值，以使误差信号e(n)变小，换言之，使在作为噪声控制部的话筒32的噪声减少。
如上所述，使用通常设置在相同位置的扬声器进行噪声减低控制，当在想要进行控制的频带内从扬声器(2次噪声产生部)到话筒(残留信号检测部)之间的传输增益特性中没有发生电平降低，较深的谷点谷点或者是较尖的峰点的时候，是有效的。但是，实际上在车内使用有源降噪装置的环境下，在传输增益特性中存在狭窄的车内特有的多个谷点和峰点谷点。这些是因为在车内产生的声波的反射和干扰。
图2为本发明的第一实施方式中表示有源降噪装置从第一扬声器到话筒的传输增益特性的图。这是在车内的传输增益特性的一示例。作为从在前门配置的2次噪声产生部的第一扬声器30，到在前排阅读灯上配置的作为残留信号检测部的话筒32的传输增益特性。在图2中可知，虽然35Hz以下时，传输增益特性伴随第一扬声器30自身输出的下降而下降，但是在之上的频带特别是43Hz到47Hz之间的频带中，发生较大的谷点。
图3为本发明的第一实施方式中表示有源降噪装置的从第一扬声器到话筒的传输相位特性的图。从图3中可知，特别是43Hz到47Hz之间的频带中，传输相位特性发生非常急剧的变化。发生此带域内的谷点是因为在车内产生声波的反射和干扰。因此，由于第一扬声器30和话筒32的特性随时间的变化、乘车人员的增减、窗户的开闭等的使用有源降噪装置的环境的微小变化，该发生频率变大。伴随之，传输相位特性也发生较大变化。因此，模拟信号产生部的修正值的偏差也变大，自适应陷波滤波器5动作变得不稳定。另外，最差的情况是，乘车人员会听见由于发散而此起的异常声音。更进一步，在这样的频带中由于从第一扬声器30发出的2次噪声很难到达话筒32，有源降噪装置的输出必然会变大，从第一扬声器30发出扭曲声。
因此，即使从作为2次噪声产生部的扬声器到作为残留信号检测部的话筒的传输增益特性中存在电平降低、谷点或者峰点时，有必要保持自适应陷波滤波器的动作稳定以及控制发散等异常动作。
本第一实施方式的有源降噪装置，为了将自适应陷波滤波器5的输出信号作为2次噪声进行放射而设置多个2次噪声产生部的同时，还设有在这些2次噪声产生部中选择其一地切换的切换部。然后，通过适当切换2次噪声产生部而抑制自适应陷波滤波器5的发散从而得到稳定的噪声减低效果。
为了实现上述效果，设置加法器8，以及位于作为2次噪声产生部的第一功率放大器28与第二功率放大器29之间的作为切换部的输出切换器9。此输出切换器9，是将自适应陷波滤波器5的输出信号通过第一扬声器30以及第二扬声器31中选择的一个发出的切换开关。输出切换器9的内部，设置有与作为输入信号的加法器8的输出信号相乘的乘法器10的系数K，和切换频率存储部11，该切换频率存储部11存储第一扬声器30以及第二扬声器31进行切换的频率(以下，称为“切换频率”)。此乘法器10的系数K的值，在输出切换器9未执行后述的切换动作的状态下，变为“1”。输出切换器9，经常比较在频率计算部33计算出的当前陷波频率与存储在切换频率存储部11中的切换频率，适当地选择第一扬声器30以及第二扬声器31中的一个。
图4为本发明的第一实施方式中表示有源降噪装置的从第二扬声器到话筒的传输增益特性的图。是车内的传输增益特性的另外一个例子。是从在后台(rear-tray)设置的作为2次噪声产生部的第二扬声器31，到如前述在前排座位的阅读灯上设置的作为误差信号检测部的话筒32的传输增益特性。比较图2和图4，在图2中发生谷点的43Hz到47Hz的频带中，在图4中没有图2那样的谷点。另外在到65Hz为止的频带中，从在后台(rear-tray)上设置的第二扬声器31向话筒32传输比从在前门上设置的第一扬声器30传输的更大的声音，因此可以理解噪声减低控制的使用是有利的。
因此，此有源降噪装置，在例如从40Hz到80Hz之间动作时，在大于40Hz且不到43Hz的频带间使用第一扬声器30，在大于43Hz且不到60Hz的频带间使用第二扬声器31，在大于60Hz且小于80Hz的频带间再次使用第一扬声器30，这样可以在希望进行噪声减低控制的频带的整个范围内排除传输增益特性的电平下降和谷点的影响。从而，向设置在输出切换器9内的切换频率存储部11中，存储43Hz和60Hz的切换频率，同时也存储如上述使用的扬声器。
例如，说明频率计算部33的当前噪声计算结果为41Hz的常态情况。基于来自切换频率存储部11的信息，输出切换器9选择第一扬声器30。此时，乘法器10的系数K的值被设置为“1”。自适应控制算法运算器25和26的前段，设置模拟信号选择器24，选择当前选中的从第一扬声器30到话筒32的第一模拟余弦波信号r0(n)以及第一模拟正弦波信号r1(n)。此模拟信号选择器24是开关，其根据来自输出切换器9的切换信号，而选择模拟余弦波信号以及模拟正弦波信号，该模拟余弦波信号以及模拟正弦波信号模拟由输出切换器9所切换的从作为2次噪声产生部的扬声器到话筒32之间的传输特性。
然后，发动机1的转速上升，频率变为50Hz。此时，切换频率存储部11，将存储的切换频率与当前的频率50H相比较，判断要切换为第二扬声器31，然后开始切换动作。但是，通过输出切换器9突然进行切换动作时，由到现在为止作为2次噪声的输出而使用的第一扬声器30产生被称为“卜通(bottu)”的异常声音，或者是因为控制声场的突然的变化而使自适应陷波滤波器5无法跟上而陷入不稳定控制。
因此，如果切换频率存储部11判断扬声器的切换，首先向自适应算法运算器25、26发出信号并暂时停止自适应运算。然后，乘法器10的系数由当前值“1”阶梯地向“0”靠近，使得从第一扬声器30发出的2次噪声阶段性减少，减弱。乘法器10的系数值变为“0”之后，输出切换器9进行向第二扬声器31的切换的同时，模拟信号选择器24的开关也输出切换信号以切换到第二扬声器31。另外乘法器10的值再次重置为“1”的同时，重新开始自适应算法运算器25、26的动作。
在此，说明模拟从第二扬声器31到话筒32之间的传输特性的信号，该第二扬声器31由模拟信号选择器24选择、并且被自适应算法运算器25、26所使用。
与使用第一扬声器30时同样，在陷波频率模拟从第二功率放大器29到话筒32之间的传输特性的模拟信号产生部，由作为第二修正值的传输因子18，19，20，21和加法器22，23构成。首先，向传输因子18输入参照余弦波信号，同样地向传输因子19输入参照正弦波信号。然后，在加法器22中使传输因子18和传输因子19的输出信号相加而生成第二模拟余弦波信号r2(n)。此第二模拟余弦波信号r2(n)，输入到自适应控制算法运算器25，使用于为了更新第一1抽头自适应滤波器6的滤波器系数W0的自适应控制算法。
同样地，向传输因子20输入参照正弦波信号，同样，向传输因子21输入参照余弦波信号。然后，在加法器23中使传输因子20和传输因子21的输出信号相加而生成第二模拟正弦波信号r3(n)。此第二模拟正弦波信号r3(n)向自适应控制算法运算器26中输入，使用于为了更新第二1抽头自适应滤波器7的滤波器系数W1的自适应控制算法。自适应陷波滤波器5的滤波器系数W0(n+1)以及W1(n+1)与(1)式、(2)式同样地可以由下式求出：
W0(n+1)＝W0(n)-μ·e(n)·r2(n)……(3)
W1(n+1)＝W1(n)-μ·e(n)·r3(n)……(4)
其中，μ是步长参数。
更进一步，发动机1的转速上升，频率变为70Hz。此时，切换频率存储部11开始再次从现在的第二扬声器31到第一扬声器30的切换动作。此时，切换的过程与上述相同。
(第二实施方式)
图5为，本发明的第二实施方式中表示有源降噪装置的结构的框图。另外，与第一实施方式同样的结构，附加相同的附图标记而省略说明。
第一实施方式中，说明了下述方法：使用测量器等预先测定从第一扬声器30到话筒32之间的传输增益特性以及从第二扬声器31到话筒32的传输增益特性，基于此结果预先在设置于输出切换器9内的切换频率存储部11中存储切换频率和所要使用的扬声器。第二实施方式中，说明有源降噪装置自身对这些切换进行判断的方法。
在图5中，与图1的不同只在于，切换频率存储部11变为模拟传输特性比较部34。这是，对应于预先在切换频率存储部11中存储切换频率和所应使用的扬声器而做出的变化，是为了使有源降噪装置在该时刻自身能逐步判断所应使用的扬声器。下面说明此模拟传输特性比较部34的具体的动作。
模拟传输特性比较部34，根据每次频率计算部33计算的成为问题的噪声的频率的变化，使用在当前的频率模拟从第一扬声器30到话筒32之间的传输特性的作为第一修正值的传输因子12，13的值C0，C1，以及同样在当前的频率模拟从第二扬声器31到话筒32之间的传输特性的作为第二修正值的传输因子18，19的值的C2，C3，计算出各传输特性的增益特性。从第一扬声器30到话筒32之间的传输增益特性G1以及从第二扬声器31到话筒32之间的传输增益特性G2，可由下式求出：
G1＝20×log10((C02+C12))[dB]……(5)
G2＝20×log10((C22+C32))[dB]……(6)
基于此G1和G2的值，模拟传输特性比较部34选择目前所应使用的扬声器。具体而言，在当前的频率，选择G1或者G2的值最大的一方。这样，在能动噪声减低控制中，能够利用从扬声器到话筒之间的传输特性中的增益特性较大的扬声器而得到更大的噪声减低效果。
图5所示的框图中，因为扬声器只有第一扬声器30和第二扬声器31两个，所以所谓最大的一方也就是单纯的增益特性较大的一方，当存在3个以上的多个扬声器时(n个)时，选择与式(5)、(6)同样地求出的从各扬声器到话筒的n个增益特性G1，G2，G3，…，Gn中为最大值的扬声器。
图6同时表示：图2所示的表示从第一扬声器到话筒的传输增益特性的图和图4所示的表示从第二扬声器到话筒的传输增益特性的图。在图6中，如图2所示用长短交替的虚线表示从第一扬声器30到话筒32之间的传输增益特性，如图4所示用实线表示从第二扬声器31到话筒32之间的传输增益特性。
与第一实施方式相同，如图5所示有源降噪装置在40Hz到80Hz之间进行动作。
例如，说明频率计算部33的当前噪声计算结果为41Hz的常态情况。模拟传输特性比较部34接受此频率计算部33的计算结果，然后使用在应控制的频率45Hz下的作为第一修正值的传输因子12，13的值C0，C1，以及同样地在45Hz作为第二修正值的传输因子18，19的值C2，C3而计算G1，G2。这种情况下，G1为-15[dB]，G2为-2[dB]，其值分别与图6中的在45Hz的值相一致。原因是，C0、C1以及C2、C3基于预先用测量器测定所得的从扬声器到话筒之间的传输增益特性和传输相位特性，可由下式的运算而求出。
也就是，用测量器测定的从第一扬声器30到话筒32之间的传输增益值作为Gain1，传输相位值作为Phase1，同样地用测量器测定的从第二扬声器31到话筒32之间的传输增益值作为Gain2，传输相位值作为Phase2，由下式可求得：
C0＝Gain1×cos(Phase1)……(7)
C1＝-Gain1×sin(Phase1)……(8)
C2＝Gain2×cos(Phase2)……(9)
C3＝-Gain2×sin(Phase2)……(10)
在作为当前的控制频率45Hz，模拟传输特性比较部34比较G1和G2，结果最大值为G2，则判断为选择第二扬声器31。然后，作为现阶段的最适当的扬声器，使用第二扬声器31，进行能动噪声减低动作。
之后，每次频率计算部33计算出的成为问题的噪声频率发生变化时，模拟传输特性比较部34进行相同的运算，逐步选择当时得到最大的传输增益特性的扬声器。模拟传输特性比较部34选择现阶段的扬声器，然后进行扬声器切换的过程，与所述的第一实施方式相同。
首先向自适应算法运算器25，26发出信号，并暂时停止自适应运算。然后，乘法器10的系数由目前的值“1”阶梯地向“0”靠近，从目前所选择的扬声器发出的2次噪声逐步地减少，减弱。乘法器10的值变为“0”之后，输出切换器9将开关切换至第二扬声器31的同时，模拟信号选择器24也输出切换信号，以将开关切换至新选择的扬声器。另外乘法器10的值再次重置为“1”的同时，重新开始自适应算法运算器25，26的动作，从而防止在扬声器突然切换时所发生的“卜通”音。
图7为同时表示图5所示的本发明的第二实施方式中表示有源降噪装置的从第一扬声器到话筒的传输增益特性与从第二扬声器到话筒的传输增益特性的图。如图6所示，有源降噪装置的动作频率范围中，从可选择的扬声器到话筒各自的传输增益特性的电平明显不同的情况下，即使噪声的频率发生变化，也不用频繁的改变所选择的扬声器。
然而，如图7所示，在频带内存在相互间传输增益特性的值非常相似的情况下，如上述所述只选择传输增益特性最大的扬声器，那么使用的扬声器过于频繁地变化，而不能得到充分的噪声减低效果。因此，这样的情况下，有必要防止频繁地改变扬声器。
因此，模拟传输特性比较部34根据每次频率计算部33计算出的成为问题的噪声频率发生变化，将当前频率中从现在选择的扬声器到话筒的传输增益特性(Gnow)，和当前频率中从可选择的所有扬声器到话筒之间的传输增益特性中的最大值(Gmax)进行比较，只有当Gmax超过Gnow达到所定阈值以上的情况下，开始所使用的扬声器的切换动作。
以图7的传输增益特性为例，具体地进行说明。此例也是，图5所示的有源降噪装置，在40Hz到80Hz之间的动作。这里，用于上述扬声器切换的传输增益特性之差的阈值(规定值)为6[dB]。在图7中，用长短交替虚线表示从第一扬声器30到话筒32的传输增益特性，用实线表示从第二扬声器31到话筒32之间的传输增益特性。
当前的成为问题的噪声的频率为41Hz的常态的情况，模拟传输特性比较部34接受此频率计算部33的计算结果，使用在应控制的频率41Hz的作为第一修正值的传输因子12，13的值C1，C2，和同样在41Hz作为第二修正值的传输因子18，19的值C3，C4，计算从第一扬声器30到话筒32的增益特性(G5)以及从第二扬声器31到话筒32的增益特性(G6)。此时，G5为-29[dB]，G6为-18[dB]，从图7读取的值与所述的值一致。此时，G6与G5的差为11[dB]，由于其大于用于扬声器切换的传输增益特性之差的阈值(规定值为6[dB])，所以有源降噪装置选择第二扬声器31进行能动音减低动作。
然后，噪声的频率上升变为53Hz，同样地比较G5和G6，G5为-15[dB]，G6为-16[dB]。因为G5比G6更大，从噪声减低效果的观点来看，较好的是原本从目前选择的第二扬声器31向第一扬声器30切换，但是由于G5和G6的差只是1[dB]，效果的差别非常微小。另外，重新看图7，从45Hz到71Hz的频带中，G5和G6的差很小，与其考虑得到只是很微小的噪声减低效果，倒不如应该优先考虑消除在此频带内由于频繁地改变扬声器而产生的控制的不稳定。此例中将用于扬声器切换的传输增益特性之差的阈值设定为6[dB]的原因就在于此。在当前的噪声的频率53Hz，由于G5与G6的差(1[dB])未达到阈值(规定值为6[dB])，所以有源降噪装置所使用的扬声器不做切换。
更进一步，噪声的频率上升，变为60Hz，由于同样的原因所使用的扬声器仍为开始的第二扬声器31。图7的情况下，噪声的频率变为76Hz时，G5为2[dB]，G6为-4[dB]，由于G5和G6的差(6[dB])在阈值(6[dB])以上，有源降噪装置所使用的扬声器切换为第一扬声器30。
(第三实施方式)
第三实施方式中的有源降噪装置的框图与第二实施方式同样地使用图5。
所述的第二实施方式中，说明了关于有源降噪装置选择自身应使用的扬声器而进行能动噪声减低动作的方法。在第三实施方式中，说明了作为其中特殊的例子，有源降噪装置从全部可选择的扬声器到话筒的传输增益特性，在同样的频带中产生谷点和峰点的情况。
图8为同时表示图5所示的本发明的第三实施方式中从有源降噪装置的第一扬声器到话筒之间的传输增益特性与从第二扬声器到话筒之间的传输增益特性的图。在图8中，与图6、图7同样的用长短交替虚线表示前者，用实线表示后者。特别是注意到在接近100Hz附近的位置，两者都在此频带产生较深的谷点。这样的谷点的频带中，相位转动也更快，控制也存在不稳定，这些与第一实施方式中所述的相同。有源降噪装置自身选择所使用的扬声器时，采用如前所述的第二实施方式的方法，这样在相同频带中存在的对谷点和峰点的问题没有完全被解决。在第三实施方式中，说明回避此问题的方法。
此例中，图5所示的有源降噪装置，在70Hz到120Hz之间进行动作。现在，频率计算部33计算出的成为问题的噪声的频率为90Hz。有源降噪装置比较在90Hz从第一扬声器30到话筒32之间的传输增益特性(-17dB)与从第二扬声器31到话筒32之间的传输增益特性(-12dB)，选择其得到最大值的第二扬声器31并进行能动噪声减低动作。这里，为了简化说明的单，将用于扬声器切换的传输增益特性之差的阈值设为0dB，因此不需要考虑阈值。
然后，说明成为问题的噪声的频率变化，而变为95Hz的情况。同样的，比较从第一扬声器30到话筒32的传输增益特性(-18dB)与从第二扬声器31到话筒32的传输增益特性(-15dB)，模拟传输特性比较部34选择第二扬声器31作为这次所使用的扬声器的第一候补。但是，不是立即实际使用这个所选择的扬声器，而是用后述的方法搜索从刚才所选择的扬声器到话筒的传输增益特性在此频带中是否发生谷点或者峰点。模拟传输特性比较部34判断没有谷点或者峰点时，实际上采用刚才选择的扬声器而进行能动噪声减低动作。判断为存在谷点或峰点时，除去刚才选择的扬声器而在余下的所有的扬声器中再次重复同样的为了选择扬声器的动作。因此，不使用在当前要进行控制的频率中传输增益特性产生了谷点或者峰点的扬声器，提高了能动噪声减低动作的稳定度。
以下，说明模拟传输特性34判断谷点或者峰点的方法。此例中，有源降噪装置内的噪声算出部33计算出可能的噪声的频率的分辨率为1Hz，作为第一修正值的传输因子12，13，14，15和作为第二修正值的传输因子18，19，20，21每1Hz都存在值。这样，模拟传输特性比较部34，首先求出在低于当前成为问题的噪声频率1Hz的频率(94Hz)的第二扬声器31的传输增益特性。根据图8，读入此值为-14[dB]。更进一步，同样地求出在高于当前成为问题的噪声频率1Hz的频率(96Hz)的第二扬声器31的传输增益特性。此值，根据图8为-19[dB]。
然后，分别求出现在所求出的两个频率的传输增益特性的值与当前频率的传输增益特性的值之差的绝对值。这两个值之中如果至少有一个，在由模拟传输特性比较部34判断有谷点或峰点的阈值以上时，判断所选择的扬声器有在此频带产生谷点或峰点的特性，停止使用此扬声器。此例中，由模拟传输特性比较部34判断有谷点或峰点的阈值为5[dB]。根据所述的方法，首先求出在95Hz和94Hz的传输增益特性的差的绝对值，其值为1[dB]而未达到阈值。
同样地，求出在95Hz和在96Hz的传输增益特性之差的绝对值，其值为5[dB]在阈值以上。因而，可以判断从刚才所选择的第二扬声器31到话筒32的传输增益特性在此频带中变为谷点或峰点。
基于上述的结果，模拟传输特性比较部34除去第二扬声器31在余下的扬声器中再次重复同样的动作。此例中，虽然由于余下的扬声器只有第一扬声器30，没有必要在余下的扬声器中重新寻找在当前的频率中传输增益特性最大的扬声器，但在余下的扬声器在两个以上时有必要进行此动作。
然后，利用从第一扬声器30到话筒32的传输增益特性再次进行同样的动作，从图8读出在95Hz为-18.2[dB]，在94Hz为-18.0[dB]，在96Hz为-18.5[dB]。因此，在95Hz和94Hz的传输增益特性之差的绝对值为0.2[dB]而不足阈值，同样地，在95Hz和96Hz的传输增益特性之差的绝对值为0.3[dB]也不足阈值。因此，模拟传输特性比较部34，判断从第一扬声器30到话筒32的传输增益特性在此频带中不产生谷点或峰点，从而实际进行扬声器的切换动作，以使用此扬声器进行能动消音动作。此扬声器切换的过程，由于与所述第一实施方式和第二实施方式相同，这里省略说明。
然后，说明噪声的频率上升变为100Hz的情况。在100Hz，第一扬声器30得到从扬声器到话筒的最大的传输增益特性，其值为-30[dB]。该从第一扬声器到话筒32的传输增益特性，在99Hz为-25[dB]，在101Hz为-35[dB]。因此，100Hz和99Hz的传输增益特性的差的绝对值为5[dB]，在阈值以上，同样的，由于在100Hz和101Hz的传输增益特性的差的绝对值为5[dB]，也在阈值以上，从而判断从所选择的第一扬声器30到话筒32的传输增益特性在此频带中变为谷点或峰点。
基于此结果，模拟传输特性比较部34除去第一扬声器30，利用从余下的扬声器第二扬声器31到话筒32的传输增益特性再次进行同样的动作。从图8中读取在100Hz为-33[dB]，在99Hz为-28[dB]，在101Hz为-28[dB]。因此，100Hz和99Hz的传输增益特性的差的绝对值为5[dB]，在阈值以上，同样地，由于100Hz和101Hz的传输增益特性的差的绝对值为5[dB]，也在阈值以上，模拟传输特性比较部34，从而判断从第二扬声器31到话筒32的传输增益特性也在此频带中产生谷点或峰点。此结果说明有源降噪装置的全部可选择的扬声器在此频带中产生谷点或峰点，为了确保控制的稳定性，在此频带中不进行能动消音动作。
此外，本发明的第一实施方式到第三实施方式中，虽然说明了输出切换器9为利用软件进行处理的开关的情况，但机械地动作的开关和由晶体管等的半导体构成的开关也是可以的。此时，与利用软件进行处理的开关相同，基于从切换频率存储部11或者从模拟传输特性比较部34的信息，可得到切换适当扬声器的结构这样的效果。
另外，本发明的第一实施方式到第三实施方式中，虽然表示了基于频率计算部33的计算结果对应于噪声的频率进行扬声器的切换判断的方法，也可以基于从发动机1的引擎脉冲进行直接切换判断。这是因为，成为问题的噪声的频率成分是与发动机转动同步的谐波频率。
另外，本发明的第一实施方式到第三实施方式中，虽然表示了作为2次噪声产生部的扬声器为两个的情况，但也可以是3个以上的多个。此时，准备分别对应于多个的扬声器的功率放大器和模拟信号产生部，从多个的扬声器中选择一个要使用的扬声器，可得到适当切换结构的同样的效果。
产业上的可利用性
本发明所涉及的有源降噪装置，通过适当切换作为2次噪声产生部的扬声器，该扬声器发送自适应陷波滤波器的输出作为2次噪声，实现这样的理想的噪声减低效果：即使从扬声器到话筒之间由传输增益特性产生谷点和峰点时，也可以进行稳定地动作，同时，抑制由于发散而产生的异常音和由于过大输入而产生的扭曲音，从而适用于汽车等。

Claims (7)

1、一种有源降噪装置，包括：
余弦波发生器，生成与噪声的频率同步的余弦波信号；
正弦波发生器，生成与所述噪声的频率同步的正弦波信号；
第一1抽头自适应滤波器，被输入作为从所述余弦波发生器产生的输出信号的参照余弦波信号；
第二1抽头自适应滤波器，被输入作为从所述正弦波发生器产生的输出信号的参照正弦波信号；
加法器，将从所述第一1抽头自适应滤波器产生的输出信号与从所述第二1抽头自适应滤波器产生的输出信号相加；
多个2次噪声产生部，将从所述加法器产生的输出信号作为2次噪声产生；
切换部，设置在所述加法器与所述多个2次噪声产生部之间，在所述多个2次噪声产生部之间进行择一地切换；
残留信号检测部，对由所述切换部选择的2次噪声产生部产生的2次噪声与所述噪声经干扰而产生的残留信号进行检测；
模拟信号产生部，具有模拟从所述多个2次噪声产生部到所述残留信号检测部之间的传输特性的多个修正值，被输入所述参照余弦波信号以及所述参照正弦波信号，输出根据由所述切换部选择的所述2次噪声产生部到所述残留信号检测部之间的修正值进行修正的模拟余弦波信号以及模拟正弦波信号；以及
系数更新部，根据来自所述残留信号检测部的输出信号和来自所述模拟信号产生部的输出信号，按照使在所述残留信号检测部的位置的所述噪声成为最小的方式，更新所述第一1抽头自适应滤波器以及所述第二1抽头自适应滤波器的滤波器系数。
2、如权利要求1所述的有源降噪装置，其特征在于：
所述切换部根据所述噪声的频率，发出切换信号。
3、如权利要求1或者2所述的有源降噪装置，其特征在于：
所述切换部，在进行所述2次噪声产生部的切换时，停止由所述系数更新部进行的所述第一1抽头自适应滤波器以及所述第二1抽头自适应滤波器的滤波器系数的更新，
在来自所述加法器的输出信号上乘以值为从1到0阶段性减少的系数，当所述系数达到0之后，开始由所述系数更新部进行的自适应滤波器的滤波器系数更新并发出切换信号。
4、如权利要求1或者2所述的有源降噪装置，其特征在于：
所述切换部，在每当所述噪声的频率发生变化时，对从所述多个2次噪声产生部到所述残留信号检测部的传输特性进行模拟的多个修正值中的、在当前频率下的增益特性的值进行比较，选择所述值成为最大的2次噪声产生部。
5、如权利要求4所述的有源降噪装置，其特征在于：
所述切换部仅在以下的绝对值在规定值以上时发出切换信号，所述绝对值是对从所述值成为最大的2次噪声产生部到所述残留信号检测部之间的传输特性进行模拟的修正值中的在当前频率下的增益特性的值，和对当前的之前选择的已经在动作中的2次噪声产生部到所述残留信号检测部之间的传输特性进行模拟的修正值中的在当前频率下的增益特性的值的差分的绝对值。
6、如权利要求4所述的有源降噪装置，其特征在于：
所述切换部仅在以下两个绝对值中的至少一个在规定值以上时再次选择除所述被选择的2次噪声产生部之外的2次噪声产生部，所述两个绝对值分别是：对从所述值成为最大的2次噪声产生部到所述残留信号检测部之间的传输特性进行模拟的修正值中的在当前的频率下的增益特性的值，和比具有所述修正值的当前的频率更低并且最接近于当前频率的频率的增益特性的值的差分的绝对值；以及比具有所述修正值的当前的频率更高并且最接近于当前的频率的频率的增益特性的值的差分的绝对值。
7、如权利要求6所述的有源降噪装置，其特征在于：所述切换部，当无法择一地选择2次噪声产生部时，不选择任何一个2次噪声产生部，不进行为了有源降噪的动作。
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