CN105009201A - 有源振动噪声控制装置 - Google Patents

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Abstract

控制信号滤波器(2)被输入根据控制频率而设定的声源信号，并输出控制信号，该控制频率是按照产生振动噪声的振动噪声源而确定的。滤波系数更新部(4)根据声源信号和误差信号对控制信号滤波器(2)的系数进行更新。信干比计测部(5)根据控制频率和误差信号输出根据误差信号中包含的振动噪声和干扰而决定的信干比。更新控制部(6)根据信干比调节滤波系数更新部(4)的更新步幅。

Description

有源振动噪声控制装置
技术领域
本发明涉及使产生与例如机械类部件产生的振动或者噪声抵消的振动或者噪声以降低振动或者噪声的有源振动噪声控制装置。
背景技术
作为降低机械类部件产生的振动和噪声的手段之一，公知有有源振动控制装置(Active Vibration Control Apparatus)和有源噪声控制装置(Active Noise ControlApparatus)。本发明对哪种装置都能够应用，因而在本说明书中将它们合并为“控制振动或者噪声的装置”，而称为有源振动噪声控制装置(Active Vibration/Noise ControlApparatus)。并且，同样对于机械类的“振动或者噪声”也同样一并称为振动噪声。
在以往的有源振动噪声控制装置中，使用振动传感器和/或传声器等检测单元检测作为控制对象的振动或者噪声，并输出相抵消的相同振幅/相反相位的控制信号，由此抑制振动和噪声。关于这样的有源振动噪声控制装置，例如在专利文献1中公开了采用自适应陷波滤波器的有源噪声振动控制装置。其中，在与控制对象无关的干扰影响到检测单元时，装置对此作出反应，控制信号的振幅/相位偏移，而产生抑制效果降低、装置自身产生异常振动和/或异常声音的问题。作为这种干扰的具体例子，例如可以举出由于人/物体等接触振动传感器和/或传声器或者装置主体而产生的冲击或者冲击声音、输入传声器的人的声音等与振动噪声无关的外部声音等。
针对这种问题，例如在专利文献2中公开了如下的方法：在检测单元检测出的噪声信号的振幅及振幅变化率超过规定的阈值时，将其判定为异常输入并抑制控制信号的变化。另外，在专利文献3中公开了如下的方法：设置多个检测单元，在只有其中一个噪声信号被判定为阈值以上的情况下，使控制信号停止。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8－339192号公报
专利文献2：日本特开2009－241672号公报
专利文献3：日本特开2009－90756号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述专利文献2的方法中，在振幅及振幅变化率由于控制对象的振动或者噪声自身的变动而超过规定的阈值的情况下，将其误认为异常输入而抑制控制信号的变化，由此产生噪声降低效果暂时受损的问题。例如公知有引擎的噪声因负载而变动的情况，在专利文献2的方法中，即使是负载急剧增大而使得噪声增大的情况下，也有可能判定为异常输入。本来正是在这种时候需要降低噪声，但此时如果得不到足够的效果，将达不到作为噪声对策的用途。而在通过提高阈值来避免这种情况时，将产生容易错过本来应该防止的异常输入的问题。
另外，在专利文献3的方法中，存在无法检测出诸如同时输入所设置的多个检测单元的干扰的问题。专利文献3记载的噪声控制装置以汽车为对象，例如车门的开门关门声音那样的干扰被同时输入所有的检测单元(传声器)中，因而这样的干扰无法作为干扰被检测出来，不能避免噪声控制的误动作。
本发明正是为了解决这种问题而提出的，其目的在于，提供一种即使振动和噪声变动时也不会将其错误判定为异常输入，能够可靠地检测异常输入，具有稳定的振动噪声抑制效果的有源振动噪声控制装置。
用于解决问题的手段
本发明的有源振动噪声控制装置具有：控制信号滤波器，其被输入根据控制频率决定的声源信号，并输出控制信号，其中，该控制频率是按照发出振动噪声的振动噪声源而确定的；滤波系数更新部，其根据误差信号和声源信号更新所述控制信号滤波器的系数，其中，该误差信号是根据振动噪声和以控制信号为基础生成的二次振动噪声之间的干涉的结果而得到的；信干比计测部，其根据控制频率和误差信号，输出由误差信号中包含的振动噪声和干扰决定的信干比；以及更新控制部，其根据信干比调节滤波系数更新部的更新步幅。
发明效果
本发明的有源振动噪声控制装置根据基于误差信号中的控制频率成分相当的残留振动噪声信号的信号功率、和与不同于控制信号的频率成分相当的干扰信号的信号功率计算出来的信干比来调节滤波系数更新部的更新步幅，因而即使振动和噪声变动时也不会将其错误判定为异常输入，能够可靠地检测异常输入，进行稳定的振动噪声抑制。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的有源振动噪声控制装置的结构图。
图2是示出本发明的实施方式1的有源振动噪声控制装置的误差信号的功率谱的示例的说明图。
图3是示出本发明的实施方式1的有源振动噪声控制装置的信干比计测部的一例的结构图。
图4是本发明的实施方式1的有源振动噪声控制装置的残留振动噪声提取滤波器的频率对增益特性的一例的说明图。
图5是本发明的实施方式1的有源振动噪声控制装置的干扰提取滤波器的频率对增益特性的一例的说明图。
图6是本发明的实施方式1的有源振动噪声控制装置的频率权重滤波器的频率对增益特性的一例的说明图。
图7是本发明的实施方式2的有源振动噪声控制装置的信干比计测部的一例的结构图。
图8是本发明的实施方式2的有源振动噪声控制装置的自适应陷波滤波器的一例的结构图。
具体实施方式
下面，为了更详细地说明本发明，参照附图来说明用于实施本发明的方式。
实施方式1
图1是本实施方式的有源振动噪声控制装置的结构图。
如图所示，本发明的实施方式1的有源振动噪声控制装置100与设于外部的输出器200及检测器300连接。
有源振动噪声控制装置100被输入基于作为控制对象的振动噪声源400的振动噪声的频率的控制频率，并输出根据所输入的控制频率而生成的控制信号。其中，控制频率能够利用下述的方法等得到，例如如果振动噪声源是汽车的引擎，则根据点火脉冲周期计测引擎的旋转频率，按照作为对象的振动噪声的引擎旋转次数(rotationalorder)将控制频率设为该引擎的旋转频率的常数倍。另外，如果振动噪声源是由电机驱动的风扇，则能够根据电机的极数和/或电源频率、风扇的扇叶片数等求出作为对象的NZ声(NZ noise)的频率。这样的控制频率的取得也可以适当采用分别适合作为对象的振动噪声源的手段。
输出器200将从有源振动噪声控制装置100输入的控制信号转换为用于抵消从振动噪声源400产生的振动噪声的二次振动噪声并输出，例如能够利用扬声器或者致动器等实现。从输出器200输出的二次振动噪声在二次路径500中传播，并与从振动噪声源400产生的振动噪声发生干涉，从而降低该振动噪声。在此，将二次路径500定义为从输出器200输出的二次振动噪声在传播到检测器300为止的期间中所通过的路径。干扰源600是对与振动噪声源400无关的、降低了非特定的干扰的振动噪声进一步附加的。
检测器300对通过二次振动噪声和振动噪声之间的干涉而产生的残留振动噪声即误差进行检测，将检测出的误差作为误差信号e(n)输出给有源振动噪声控制装置100，例如能够利用传声器、振动传感器、或者加速度传感器等实现。
下面，说明有源振动噪声控制装置100的具体结构。有源振动噪声控制装置100具有声源信号生成部1、控制信号滤波器2、参照信号滤波器3、滤波系数更新部4、信干比计测部5和更新控制部6。
声源信号生成部1是信号生成部，根据被输入有源振动噪声控制装置100的控制频率生成声源信号。声源信号生成部1将所生成的声源信号输出给控制信号滤波器2。
控制信号滤波器2是对来自声源信号生成部1的声源信号进行滤波处理而输出控制信号的滤波器。详情将在后文叙述，控制信号是被转换为用于降低振动噪声的二次振动噪声的信号。
参照信号滤波器3是使用根据二次路径500的传递特性而设定的传递特性参数，对来自声源信号生成部1的声源信号进行滤波处理而输出参照信号的滤波器。参照信号滤波器3将参照信号输出给滤波系数更新部4。
滤波系数更新部4根据来自参照信号滤波器3的参照信号、来自检测器300的误差信号、以及从后述的更新控制部6提供的更新步幅，使用例如LMS(Least MeanSquare，最小均方)算法等自适应算法更新控制信号滤波器2的滤波系数。
信干比计测部5根据被输入有源振动噪声控制装置100的控制频率和来自检测器300的误差信号，计算误差信号中包含的对象振动噪声的信干比，并输出给更新控制部6。
更新控制部6根据来自信干比计测部5的信干比，确定用于更新滤波系数的更新步幅，并输出给滤波系数更新部4。
下面，说明实施方式1的有源振动噪声控制装置的动作。
首先，有源振动噪声控制装置100中的声源信号生成部1被输入表示振动噪声的频率的控制频率f(n)。其中，n是正整数，表示数字信号处理中的采样时刻。声源信号生成部1将与控制频率f(n)对应的声源信号x(n)输出给控制信号滤波器2和参照信号滤波器3。其中，有源振动噪声控制装置100如果是使用例如自适应陷波滤波器的装置，则声源信号x(n)中包含与控制频率f(n)对应的正弦波信号和余弦波信号这两个系统的信号。
控制信号滤波器2使用控制滤波系数序列W(n)对声源信号x(n)进行滤波处理，并向输出器200输出控制信号d(n)。其中，控制滤波系数序列W(n)是一次或者一次以上的次数的滤波系数序列。并且，如果声源信号x(n)包含正弦波信号和余弦波信号这两个系统的信号，则相对于各种信号独立地保存控制滤波系数序列W(n)，控制信号d(n)成为将各个滤波器处理结果相加得到的信号。
输出器200将从控制信号滤波器2输出的控制信号d(n)转换为二次振动噪声并进行输出。从输出器200输出的二次振动噪声在二次路径500中传播，当在该过程中受到二次路径500的传递特性的影响后，与从振动噪声源400产生的振动噪声发生干涉，而降低该振动噪声。
被降低后的振动噪声又被施加了来自干扰源600的干扰。
检测器300检测被降低后又被施加了干扰的振动噪声、即振动噪声和二次振动噪声以及干扰的相加结果，亦即对残留振动噪声施加了干扰的带干扰误差，生成误差信号e(n)。由检测器300生成的误差信号e(n)被输入有源振动噪声控制装置100中的滤波系数更新部4。
另外，参照信号滤波器3利用具有二次路径500的传递特性的参照滤波系数序列C，对从声源信号生成部1输出的声源信号x(n)进行滤波处理，输出参照信号r(n)。其中，参照滤波系数序列C是一次或者一次以上的次数的滤波系数序列。另外，如果声源信号x(n)包含正弦波信号和余弦波信号这两个系统的信号，则相对于各信号独立地保存参照滤波系数序列C，参照信号r(n)包含针对各个信号的滤波处理结果即两个系列的信号。
滤波系数更新部4根据从参照信号滤波器3输出的参照信号r(n)、从检测器300输出的误差信号e(n)以及来自更新控制部6的更新步幅μ(n)，逐次更新控制信号滤波器2的控制滤波系数序列W(n)的值，以便减小误差信号e(n)中包含的残留振动噪声。
信干比计测部5根据控制频率f(n)和误差信号e(n)，计算误差信号e(n)中包含的振动噪声和干扰的信干比SIR(n)。SIR(n)是根据误差信号e(n)中的、控制频率f(n)的信号功率与控制频率f(n)以外的频率成分的信号功率之比求出的。
图2是误差信号e(n)的功率谱的一例，图中(A)示出的实线的曲线表示在误差信号e(n)几乎不含干扰时的功率谱的一例，图中(B)示出的虚线的曲线表示包含干扰时的功率谱的一例。如图2的例子所示，几乎不含干扰时的信干比(图中(1))增大，而包含干扰时的信干比(图中(2))减小，因而能够根据信干比的大小判定有无干扰。
在计算信干比SIR(n)时，适当使用带通滤波器和/或带阻滤波器等从误差信号e(n)中提取该频率成分的信号，求出所得到的信号功率，由此能够计测控制频率f(n)的残留振动噪声的信号功率和除此以外的频率成分即干扰的信号功率。或者，也能够从使用FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)得到的功率谱求出。
另外，滤波系数更新部4中能够使用的自适应算法大多具有如下的性质：即，频率越接近控制频率f(n)的干扰明显越容易受到影响，而频率越远离控制频率f(n)的干扰越不容易受到影响。例如，作为一例可以举出LMS算法。
在这种情况下，在信干比计测部5中，对从误差信号e(n)提取出的干扰赋予诸如按照与控制频率f(n)的距离的增大而减小权重的频率权重，计算信干比SIR(n)，能够防止对诸如几乎不对自适应算法带来影响的较远频率的干扰过剩地抑制系数更新。
图3示出使用这样的信干比的计算方法的信干比计测部5的结构例。图3的信干比计测部5具有残留振动噪声提取滤波器51、干扰提取滤波器52、频率权重滤波器53和SIR计算部54。
残留振动噪声提取滤波器51是被输入控制频率f(n)和误差信号e(n)，从误差信号e(n)中提取振动噪声的抵消后的残余即控制频率f(n)的残留振动噪声，并输出残留振动噪声信号es(n)的滤波器。这样的滤波器能够利用例如以控制频率f(n)为中心频率的带通滤波器实现。图4是示出作为这种残留振动噪声提取滤波器51的一例，利用通过带宽为10Hz的4阶巴特沃兹滤波器实现时的频率对增益特性的曲线图。
干扰提取滤波器52被输入控制频率f(n)和误差信号e(n)，从误差信号e(n)中提取控制频率f(n)的残留振动噪声以外的信号成分即干扰，并输出干扰信号ei(n)的滤波器。这样的滤波器能够利用例如以控制频率f(n)为阻止频带的带阻滤波器实现。图5是示出作为这种干扰提取滤波器52的一例，利用阻止带宽为10Hz的4阶巴特沃兹滤波器实现时的频率对增益特性的曲线图。
频率权重滤波器53被输入控制频率f(n)和来自干扰提取滤波器52的干扰信号ei(n)，对干扰信号ei(n)赋予规定的频率权重并输出权重干扰信号wei(n)的滤波器。频率权重滤波器53的频率特性是按照规定的频率权重决定的。优选以加重容易对自适应算法带来影响的干扰、减轻不易带来影响的干扰地进行评价的方式，来决定此时的频率权重。通常的自适应算法越是频率与控制频率f(n)接近的干扰越容易受到影响，因而可以考虑赋予例如在控制频率f(n)时的权重最大、在频率越远离f(n)时增益越单调衰减的权重。图6是示出作为这种频率权重滤波器53的一例，利用通过带宽为20Hz的2阶巴特沃兹滤波器进行设计时的频率对增益特性的曲线图。
SIR计算部54接收来自残留振动噪声提取滤波器51的残留振动噪声信号es(n)和来自频率权重滤波器53的权重干扰信号wei(n)，根据这些信号计算信干比SIR(n)，将其输出到信干比计测部5的外部。信干比SIR(n)能够根据残留振动噪声信号es(n)的残留振动噪声信号功率Pes(n)和权重干扰信号wei(n)的权重干扰信号功率Pwei(n)，按照例如下面的式子求出。
SIR(n)＝Pes(n)/(Pwei(n)+Pes(n))  (1)
此时，Pes(n)和Pwei(n)能够按照例如下面的式子求出。
Pes(n)＝(1-α)Pes(n-1)+α·es2(n)  (2)
Pwei(n)＝(1-α)Pwei(n-1)+α·wei2(n)  (3)
其中，α是满足0<α≤1的规定的平均化参数。
更新控制部6根据来自信干比计测部5的信干比SIR(n)确定更新步幅μ(n)，并输出给滤波系数更新部4。例如，在按照上式(1)求出SIR(n)的情况下，SIR(n)按照残留振动噪声与干扰的信号功率比的大小，取从0到1的值，因而可以考虑设定更新步幅μ(n)并作为控制信息输出给滤波系数更新部4的方法。
μ(n)＝η·SIR(n)  (4)
其中，η是规定的常数值。优选设定在没有干扰的条件下即诸如SIR(n)＝1的条件下定为最佳的更新步幅。
另外，也可以是，以尤其在受到强烈干扰时装置不受影响的方式设定规定的阈值，在SIR(n)低于该阈值的情况下，设为μ(n)＝0，使系数的更新停止。
如上所述，根据本发明的实施方式1的有源振动噪声控制装置具有：控制信号滤波器，其被输入根据控制频率决定的声源信号，并输出控制信号，其中，该控制频率是按照发出振动噪声的振动噪声源而确定的；滤波系数更新部，其根据误差信号和声源信号更新控制信号滤波器的系数，其中，该误差信号是根据振动噪声和以控制信号为基础生成的二次振动噪声之间的干涉的结果而得到的；信干比计测部，其根据控制频率和误差信号，输出由误差信号中包含的振动噪声和干扰决定的信干比；以及更新控制部，其根据信干比调节滤波系数更新部的更新步幅，因而具有如下的效果：即使振动噪声自身的功率大幅增减时也不会将其误认为干扰，能够维持稳定的振动噪声抑制效果。
另外，根据实施方式1的有源振动噪声控制装置，信干比计测部根据误差信号中的控制频率的残留振动噪声信号功率、和不同于控制频率的至少一个以上的频率或者频带的干扰信号功率计算信干比，因而具有如下的效果：即使振动噪声自身的功率大幅增减时也不会将其误认为干扰，能够维持稳定的振动噪声抑制效果。
另外，根据实施方式1的有源振动噪声控制装置，信干比计测部对误差信号中的除控制频率以外的频带的信号或者干扰信号功率按成分赋予规定的频率权重，因而具有如下的效果：即使振动噪声自身的功率大幅增减时也不会将其误认为干扰，能够维持稳定的振动噪声抑制效果。
另外，根据实施方式1的有源振动噪声控制装置，信干比计测部具有：残留振动噪声提取滤波器，其从误差信号中提取控制频率的残留振动噪声信号；以及干扰提取滤波器，其提取除控制频率以外的频带的干扰信号，因而具有如下的效果：即使振动噪声自身的功率大幅增减时也不会将其误认为干扰，能够维持稳定的振动噪声抑制效果。
另外，根据实施方式1的有源振动噪声控制装置，信干比计测部具有对干扰信号施加规定的频率权重的频率权重滤波器，因而具有如下的效果：即使振动噪声自身的功率大幅增减时也不会将其误认为干扰，能够维持稳定的振动噪声抑制效果。
另外，根据实施方式1的有源振动噪声控制装置，频率权重具有按照与控制频率的距离而衰减的特性，因而具有如下的效果：即对具有远离振动噪声的频率成分而不易对有源振动噪声控制装置带来影响的干扰过剩地抑制滤波系数的更新，能够维持稳定的振动噪声抑制效果。
另外，根据实施方式1的有源振动噪声控制装置，更新控制部在信干比越大时越增大更新步幅，在信干比越小时越减小更新步幅，因而具有如下的效果：即在干扰较小时振动噪声的抑制效果提高，在干扰较大时动作的稳定性提高。
另外，根据实施方式1的有源振动噪声控制装置，更新控制部在由误差信号中包含的振动噪声和干扰决定的信干比低于规定的阈值的情况下，将更新步幅设定为零，因而具有如下的效果：即使是输入了极端大的干扰时，也能够防止装置错误动作，维持稳定的振动噪声抑制效果。
实施方式2
在本发明的实施方式1中，作为信干比SIR(n)的计算方法的示例说明了如下的方法，使用带通滤波器和/或带阻滤波器或者基于FFT的功率谱分析等，计测误差信号e(n)中的残留振动噪声信号es(n)和干扰信号ei(n)的信号功率，计算信干比SIR(n)。
但是，根据振动噪声源，也存在例如汽车的引擎那样振动噪声的频率根据转速等的变化而频繁变化的情况。在这种情况下，在使用带通滤波器和/或带阻滤波器的方法中，必须按照振动噪声的频率变更滤波器的频率特性，频繁地进行滤波器的重新设计，导致处理器的运算负荷增大。另外，在这些滤波器是由IIR(Infinite ImpulseResponse，无限冲击响应)滤波器构成的情况下，在动态地变更滤波系数时，有可能导致输出信号发散等不稳定的特性。
在采用基于FFT的功率谱分析的情况下，虽然不会产生如上所述的滤波器的重新设计导致的运算负荷增加和不稳定性那样的问题，但是会产生信干比的计测精度下降的问题。即，当振动噪声在FFT的时间窗内变化时，振动噪声的频率成分分散到在功率谱上振动噪声通过的所有频带中，因而难以将振动噪声和干扰分离地计测信号功率。虽然缩短FFT的时间窗能够提高时间分辨率，但是相应地频率分辨率下降，因而整体上的计测精度下降。
在这种情况下，如果使用自适应陷波滤波器，将不会产生如上所述的问题，对于频率变化的振动噪声，能够分别计测该振动噪声及其附近频率的干扰的信号功率，并求出信干比。作为这种情况的结构例，说明本发明的实施方式2的有源振动噪声控制装置。
下面，使用附图说明本发明的实施方式2。图7示出本发明的实施方式2的有源振动噪声控制装置的信干比计测部5a的结构例。另外，除此以外的构成要素与图1相同，因而省略其说明。
图7的信干比计测部5a由自适应陷波滤波器组55、频率权重部56和SIR计算部57构成。
自适应陷波滤波器组55由至少两个以上的多个自适应陷波滤波器构成。图7示出自适应陷波滤波器组55由第1自适应陷波滤波器551、第2自适应陷波滤波器552、第3自适应陷波滤波器553合计3个自适应陷波滤波器构成的示例，但构成本发明的自适应陷波滤波器组55的自适应陷波滤波器的数量不限于此。
自适应陷波滤波器组55在接收到被输入信干比计测部5a的控制频率f(n)和误差信号e(n)时，计测控制频率f(n)的残留振动噪声信号功率Pes(n)、控制频率f(n)附近频率的第1干扰信号功率Pei1(n)和第2干扰信号功率Pei2(n)并进行输出。即，构成自适应陷波滤波器组55的自适应陷波滤波器中的一个自适应陷波滤波器被用于残留振动噪声的信号功率的计测，除此以外的自适应陷波滤波器被用于干扰的信号功率的计测。
频率权重部56按照距控制频率f(n)的频率距离，对自适应陷波滤波器组55计测出的第1干扰信号功率Pei1(n)和第2干扰信号功率Pei2(n)赋予权重，输出第1权重干扰信号功率Pwei1(n)和第2权重干扰信号功率Pwei2(n)。
SIR计算部57根据残留振动噪声信号功率Pes(n)、第1权重干扰信号功率Pwei1(n)和第2权重干扰信号功率Pwei2(n)，计算信干比SIR(n)并输出。
下面，使用图7说明本发明的实施方式2的动作。
在向自适应陷波滤波器组55输入误差信号e(n)和控制频率f(n)时，首先向第1自适应陷波滤波器551输入误差信号e(n)和控制频率f(n)。第1自适应陷波滤波器551对于误差信号e(n)中包含的控制频率f(n)的信号成分计测残留振动噪声信号功率Pes(n)并输出。
第2自适应陷波滤波器552被输入误差信号e(n)以及控制频率f(n)与规定的频率偏置a1相加得到的频率f(n)+a1，计测第1干扰功率Pei1(n)并输出。其中，a1是为了计测控制频率f(n)附近的干扰的信号功率而预先设定的偏置值，取0以外的正数或者负数中的任意数值。
同样，第3自适应陷波滤波器553被输入误差信号e(n)以及控制频率f(n)与规定的频率偏置a2相加得到的频率f(n)+a2，计测第2干扰功率Pei2(n)并输出。其中，a2是为了计测控制频率f(n)附近的干扰的信号功率而预先设定的偏置值，取0及a1以外的正数或者负数中的任意数值。
频率权重部56接收来自自适应陷波滤波器组55的第1干扰信号功率Pei1(n)和第2干扰信号功率Pei2(n)，将这些信号功率与按照频率偏置a1、a2而设定的权重系数w(a1)、w(a2)相乘，并输出第1权重干扰信号功率Pwei1(n)和第2权重干扰信号功率Pwei2(n)。即，
Pwei1(n)＝Pei1(n)×w(a1)
Pwei2(n)＝Pei1(n)×w(a2)  (5)
其中，优选以加重容易对自适应算法带来影响的干扰、减轻不易带来影响的干扰地进行评价的方式，设定权重系数w(a1)、w(a2)。通常频率越接近控制频率f(n)的干扰越容易受到影响，因而可以考虑例如在频率偏置a1、a2的绝对值越大时权重越小的特性。
SIR计算部57接收来自自适应陷波滤波器组55的残留振动噪声信号功率Pes(n)和来自频率权重部56的第1权重干扰信号功率Pwei1(n)、第2权重干扰信号功率Pwei2(n)，根据这些信号功率计算信干比SIR(n)并输出。信干比SIR(n)例如能够按照下面的式子进行计算。
SIR(n)＝Pes(n)/(Pwei1(n)+Pwei2(n)+Pes(n))  (6)
在此，前述的自适应陷波滤波器组55中包含的自适应陷波滤波器仅是输入输出不同，结构和动作都是相同的。图8是这些自适应陷波滤波器的结构图，根据该图说明本发明的自适应陷波滤波器的结构和动作。
在图8中，自适应陷波滤波器55x由正弦波/余弦波生成部55a、单抽头滤波器部55b、减法部55c、单抽头滤波系数更新部55d和平均信号功率计算部55e构成。
正弦波/余弦波生成部55a在接收到被输入自适应陷波滤波器55x的频率F(n)时，输出频率F(n)的正弦波s(n)和余弦波c(n)。其中，正弦波/余弦波生成部55a在所输入的频率F(n)变化时，变更按照该变化要输出的正弦波s(n)和余弦波c(n)的频率。
单抽头滤波器部55b接收来自正弦波/余弦波生成部55a的正弦波s(n)和余弦波c(n)，将正弦波s(n)与系数Ds(n)相乘、将余弦波c(n)与系数Dc(n)相乘后再相加，输出合成信号sc(n)。即，
sc(n)＝Ds(n)s(n)+Dc(n)c(n)  (7)
减法部55c接收被输入自适应陷波滤波器55x的误差信号e(n)和来自单抽头滤波器部55b的合成信号sc(n)，从误差信号e(n)减去合成信号sc(n)，输出残差信号b(n)。即，
b(n)＝e(n)-sc(n)  (8)
单抽头滤波系数更新部55d接收来自正弦波/余弦波生成部55a的正弦波s(n)和余弦波c(n)、以及来自减法部55c的残差信号b(n)，以使残差信号b(n)中的频率F(n)成分减小的方式更新单抽头滤波系数更新部55d的系数Ds(n)、Dc(n)。该系数更新能够使用LMS算法等自适应算法。使用LMS算法时的系数更新用下式表示。
Ds(n+1)＝Ds(n)+γ·s(n)b(n)
Dc(n+1)＝Dc(n)+γ·c(n)b(n)  (9)
其中，γ表示规定的常数，用于规定系数Ds(n)、Dc(n)的更新步幅。
平均信号功率计算部55e读出单抽头滤波器部55b的系数Ds(n)、Dc(n)，根据这些系数计算误差信号e(n)中包含的频率F(n)成分的平均信号功率P(n)，并输出到自适应陷波滤波器55x的外部。根据单抽头滤波系数更新部55d的动作，如果频率F(n)成分从残差信号b(n)中几乎消失，则合成信号sc(n)成为与误差信号e(n)的频率F(n)成分大致相同的信号，因而能够根据合成信号sc(n)的平均信号功率P(n)求出误差信号e(n)的频率F(n)成分的信号功率。根据系数Ds(n)、Dc(n)用下式求出合成信号sc(n)的平均信号功率P(n)。
P(n)＝(1/√2)(Ds2(n)+Dc2(n))  (10)
式(10)的平均信号功率P(n)是按照对每个采样输入的误差信号e(n)和频率F(n)逐次计算出来的，因而即使是振动噪声的频率变化时，也能够快速根据新的频率计算残留振动噪声信号功率和干扰信号功率，并求出信干比。
如上所述，根据本发明的实施方式2的有源振动噪声控制装置，通过根据使适应误差信号的自适应陷波滤波器的系数计算残留振动噪声信号功率和干扰信号功率，即使是振动噪声的频率变化时，也能够快速根据新的频率求出信干比，具有能够高精度地检测干扰的效果。
另外，本申请发明能够在本发明的范围内进行各实施方式的自由组合、或者各实施方式的任意的构成要素的变形、或者在各实施方式中省略任意的构成要素。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的有源振动噪声控制装置使产生与例如机械类部件产生的振动或者噪声抵消的振动或者噪声，以降低振动或者噪声，适合于降低例如汽车的引擎的振动和噪声。
标号说明
1声源信号生成部；2控制信号滤波器；3参照信号滤波器；4滤波系数更新部；5信干比计测部；6更新控制部；51残留振动噪声提取滤波器；52干扰提取滤波器；53频率权重滤波器；54SIR计算部；55自适应陷波滤波器组；55a正弦波/余弦波生成部；55b单抽头滤波器部；55c减法部；55d单抽头滤波系数更新部；55e平均信号功率计算部；55x自适应陷波滤波器；56频率权重部；57SIR计算部；100有源振动噪声控制装置；200输出器；300检测器；400振动噪声源；500二次路径；551第1自适应陷波滤波器；552第2自适应陷波滤波器；553第3自适应陷波滤波器；600干扰源。

Claims (10)

1.一种有源振动噪声控制装置，其中，该有源振动噪声控制装置具有：
控制信号滤波器，其被输入根据控制频率决定的声源信号，并输出控制信号，其中，该控制频率是按照发出振动噪声的振动噪声源而确定的；
滤波系数更新部，其根据误差信号和所述声源信号更新所述控制信号滤波器的系数，其中，该误差信号是根据所述振动噪声和以所述控制信号为基础生成的二次振动噪声之间的干涉的结果而得到的；
信干比计测部，其根据所述控制频率和所述误差信号，输出由所述误差信号中包含的所述振动噪声和干扰决定的信干比；以及
更新控制部，其根据所述信干比调节所述滤波系数更新部的更新步幅。
2.根据权利要求1所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述信干比计测部根据所述误差信号中的所述控制频率的残留振动噪声信号功率、和不同于所述控制频率的至少一个以上的频率或者频带的干扰信号功率来计算所述信干比。
3.根据权利要求1所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述信干比计测部根据适应于所述误差信号的自适应陷波滤波器的系数，计算残留振动噪声信号功率。
4.根据权利要求1所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述信干比计测部根据适应于所述误差信号的自适应陷波滤波器的系数，计算所述干扰信号功率。
5.根据权利要求1所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述信干比计测部对所述误差信号中的除所述控制频率以外的频带的信号或者干扰信号功率按成分施加规定的频率权重。
6.根据权利要求1所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述信干比计测部具有：
残留振动噪声提取滤波器，其从所述误差信号中提取所述控制频率的残留振动噪声信号；以及
干扰提取滤波器，其提取除所述控制频率以外的频带的干扰信号。
7.根据权利要求6所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述信干比计测部具有对所述干扰信号施加规定的频率权重的频率权重滤波器。
8.根据权利要求5所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述频率权重随着与所述控制频率的距离增大而衰减。
9.根据权利要求1所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述更新控制部在所述信干比越大时越增大更新步幅，在所述信干比越小时越减小更新步幅。
10.根据权利要求1所述的有源振动噪声控制装置，其中，
所述更新控制部在由所述误差信号中包含的所述振动噪声和干扰决定的所述信干比低于规定的阈值的情况下将更新步幅设定为零。
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