CN106258000A - 加速度检测器和有源噪声控制装置 - Google Patents

Abstract

加速度检测器(10)具有：方向向量设定部(11)，其根据在相互垂直的xyz的3个轴的直角坐标系下定义了目标检测方向的检测偏角(a、b)来设定方向向量(u)；以及内积计算部(12)，其计算在该直角坐标系下观测到的各轴的加速度信号x(n)、y(n)、z(n)与方向向量(u)的内积，求出检测加速度信号v(n)。

Description

加速度检测器和有源噪声控制装置

技术领域

本发明涉及检测振动噪声源的加速度的加速度检测器、以及参照检测出的加速度通过有源噪声控制将振动噪声消除的有源噪声控制装置。

背景技术

已公开有如下的技术：在通过有源噪声控制将由于机械、车辆等振动噪声源的振动而产生的振动噪声消除时，在该振动噪声源设置加速度传感器，并参照检测出的加速度(例如，参照专利文献1)。

但是，物体的振动不一定仅具有单一的运动方向的振动要素，有时具有例如纵、横等不同的多个运动方向的振动要素。此时，根据设计上的情况，要考虑想要检测的振动的运动方向与加速度传感器的轴线(即加速度的检测方向)不一定一致的情况。已公开有如下的技术：在这样的情况下，事前计测加速度传感器的轴线相对于想要检测的振动的运动方向的偏移，按照偏移校正加速度传感器的输出值(例如，参照专利文献2)。

上述专利文献2的技术不能应对以下的情况：有助于噪声的振动的运动方向与加速度传感器的轴线之间的偏移不固定而根据条件变化。关于这种问题，例如在专利文献3中公开有如下的技术：使用检测垂直的2个轴的加速度的加速度传感器，利用反正切函数(arc tangential)根据各轴的加速度的比率计测运动方向。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-110474号公报

专利文献2：日本特开2010-112793号公报

专利文献3：日本特开2009-128164号公报

发明内容

发明要解决的问题

在机械或者车辆那样复杂的构造物中存在无数个振动模式，各振动模式的运动方向及频率各式各样，因而存在主要有助于噪声的振动要素以外的各种振动成分作为干扰混入各轴的加速度信号中的问题。

在这种情况下，需要抑制干扰的振动成分的影响，高精度地仅检测主要有助于噪声的振动要素，但是，在上述专利文献1～3中都没有公开这样的技术。例如，专利文献3的技术仅是根据作为目标的振动与干扰的合成结果时时刻刻地计测运动方向和加速度，因而在将该技术用于有源噪声控制的情况下，产生消声效果由于干扰的影响而减弱的问题。

本发明正是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，第一，检测有助于噪声的振动的方向或者其加速度，第二，有效地将振动噪声消除。

用于解决问题的手段

本发明的加速度检测器被输入在相互垂直的3个轴或者2个轴的直角坐标系下观测到的各轴的加速度信号，输出被变换成目标检测方向的检测加速度信号，该加速度检测器具有：方向向量设定部，其根据在直角坐标系下定义了目标检测方向的检测偏角来设定方向向量；以及内积计算部，其计算各轴的加速度信号与方向向量的内积，求出检测加速度信号。

本发明的有源噪声控制装置使扬声器输出将来自振动噪声源的振动噪声消除的控制信号，被输入传声器检测到的振动噪声与控制信号之间的误差信号、以及加速度传感器检测出的振动噪声源的加速度信号，该有源噪声控制装置具有：方向向量设定部，其根据在相互垂直的3个轴或者2个轴的直角坐标系下定义了目标检测方向的检测偏角来设定方向向量；以及内积计算部，其计算从加速度传感器输入的直角坐标系的各轴的加速度信号与方向向量的内积，求出将各轴的加速度信号变换成目标检测方向的检测加速度信号，所述有源噪声控制装置根据误差信号和检测加速度信号对控制信号进行控制。

发明效果

根据本发明，由于按照检测偏角设定方向向量，计算该方向向量与垂直的3个轴或者2个轴的加速度信号的内积来求出检测加速度信号，因而能够减小针对作为检测目标的振动的运动方向以外的加速度的灵敏度，高精度地检测作为目标的振动的加速度。并且，由于按照检测偏角设定方向向量，因而即使在作为目标的振动的运动方向变化的情况下，也能够根据新的检测偏角迅速地检测目标的振动的加速度。

根据本发明，通过求出振动噪声源的振动要素中对噪声的贡献度较大的振动要素的加速度作为检测加速度信号，并根据该检测加速度信号进行有源噪声控制，能够抑制无助于噪声的振动要素的影响，提高消声效果。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的加速度检测器的结构的框图。

图2是用于说明实施方式1的加速度检测器的动作的曲线图。

图3是示出设定了检测偏角时的加速度检测器对0≤a’<2π、0≤b’<π的各方向的加速度的检测灵敏度的示例的三维曲线图。

图4是示出本发明的实施方式2的加速度检测器的结构的框图。

图5是示出本发明的实施方式3的有源噪声控制装置的结构的框图。

图6是示出本发明的实施方式4的有源噪声控制装置的结构的框图。

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

在实施方式1中说明如下的加速度检测器：在预先已明确想要检测的振动的运动方向的情况下，高精度地检测该运动方向的加速度。

图1是示出本发明的实施方式1的加速度检测器10的结构的框图。在实施方式1中，作为示例说明根据相互垂直的3个轴的加速度检测目标方向的加速度的加速度检测器，本领域技术人员通过采用与本实施方式1相同的方法，能够构成根据垂直的2个轴的加速度检测目标方向的加速度的加速度检测器，当然这样的结构也包含在本发明的范围内。

在图1中，加速度检测器10由以下部分构成：方向向量设定部11，其按照预先提供的检测偏角a、b设定方向向量u；内积计算部12，其计算方向向量u与3个轴的加速度信号x(n)、y(n)、z(n)的内积，求出作为检测目标的振动的运动方向的加速度(以下称作检测加速度信号)v(n)。

该加速度检测器10例如由未图示的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)构成，该CPU执行存储在内部存储器中的程序，由此实现作为方向向量设定部11和内积计算部12的功能。

并且，被输入到加速度检测器10的加速度信号x(n)、y(n)、z(n)例如能够从加速度传感器的输出等得到。

图2是用于说明加速度检测器10的动作的曲线图，例示在由相互垂直的x、y、z这3个轴构成的三维坐标系中示出的检测偏角a、b、方向向量u、各轴的加速度的观测值x(n)、y(n)、z(n)及其观测值向量p以及检测加速度v(n)。

被输入到方向向量设定部11的检测偏角a、b是在三维坐标系下设定作为检测目标的振动的方向的角度。即，检测偏角a是方向向量u在x y平面上的垂直投影向量与x轴之间形成的角度，检测偏角b是方向向量u与z轴之间形成的角度。假设这些检测偏角a、b被输入按照作为检测目标的振动的运动方向而设定的值。其中，在此处的说明中，为了简便起见，设0≤a<2π、0≤b<π。

例如，在有源噪声控制中，按照对噪声的贡献度最大的振动要素的运动方向设定检测偏角a、b。

方向向量设定部11使用被输入的检测偏角a、b如式(1)所示设定方向向量u，并将其输出到内积计算部12。

$u=\left(\begin{array}{c}\cos a\sin b\\ \sin a\sin b\\ \cos b\end{array}\right)---\left(1\right)$

内积计算部12按照式(3)计算式(2)所示的观测值向量p与从方向向量设定部11输出的方向向量u的内积，计算方向向量u所示的运动方向的加速度即检测加速度信号v(n)，观测值向量p以与垂直的xyz这3个轴分别对应的加速度信号x(n)、y(n)、z(n)为要素。

$p=\left(\begin{array}{c}x\left(n\right)\\ y\left(n\right)\\ z\left(n\right)\end{array}\right)---\left(2\right)$

$\begin{array}{c}v\left(n\right)=u^{T}p\\ =x\left(n\right)\cos a\sin b+y\left(n\right)\sin a\sin b+z\left(n\right)\cos b\end{array}---\left(3\right)$

其中，加速度信号x(n)、y(n)、z(n)例如从加速度传感器的输出等得到。另外，在能够得到的加速度信号仅是垂直的xy这2个轴的情况下，检测偏角b被限定为π/2，因而内积计算部12按照式(4)计算检测加速度信号v(n)。

v(n)＝x(n)cos a+y(n)sin a (4)

根据以上的式(3)或者式(4)计算出的检测加速度信号v(n)的符号，在是与方向向量u相同方向的位移时为正，在是相反方向的位移时为负。

如果使用将方向向量u反向旋转得到的式(5)的方向向量u’以取代方向向量u，则能够得到单纯地符号反转的检测加速度信号v(n)。

在检测加速度信号v(n)的符号不重要的情况下，使用方向向量u还是使用方向向量u’均可。

$\begin{array}{c}{u}^{\&prime;}=\left(\begin{array}{c}cos(a-\mathrm{\&pi;})sin(-b+\mathrm{\&pi;})\\ sin(a-\mathrm{\&pi;})sin(-b+\mathrm{\&pi;})\\ \cos (-b+\mathrm{\&pi;})\end{array}\right)\\ =-u\end{array}---\left(5\right)$

图3是示出设定了检测偏角(a、b)＝(1.4π、0.2π)[rad]时的加速度检测器10对0≤a’<2π、0≤b’<π的各方向的加速度的检测灵敏度的示例的三维曲线图。

其中，检测灵敏度根据式(6)计算。

(检测灵敏度)＝(检测加速度)÷(偏角a’、b’方向的加速度)(6)

如图3所示，检测灵敏度在(a’、b’)＝(1.4π、0.2π)[rad]时为极大值为1，在(a’、b’)＝(0.4π、0.8π)[rad]时为极小值-1t，在除此以外的方向时检测灵敏度的绝对值较低。

由此可知，方向向量u及其相反的-u方向的加速度的检测灵敏度提高，除此以外的方向的检测灵敏度降低。

如以上说明的那样，根据实施方式1的加速度检测器10，方向向量设定部11按照被输入的检测偏角设定方向向量，内积计算部12计算相互垂直的3个轴或者2个轴的加速度信号与方向向量的内积而求出检测加速度信号，由此，能够减小针对作为检测目标的振动的运动方向以外的加速度的灵敏度，高精度地检测作为目标的振动的加速度。

并且，根据实施方式1的加速度检测器10，方向向量设定部11按照被输入的检测偏角设定方向向量，由此，即使在作为检测目标的振动的运动方向变化的情况下，也能够通过输入新的检测偏角迅速地检测目标的振动的加速度。

实施方式2

在上述实施方式1中是按照被输入的检测偏角设定方向向量，在实施方式2中说明根据相互垂直的3个轴或者2个轴的加速度信号决定方向向量的结构。

图4是示出实施方式2的加速度检测器20的结构的框图。在图4中，加速度检测器20由方向向量设定部11、内积计算部12和检测偏角设定部21构成，检测偏角设定部21根据相互垂直的3个轴的加速度信号x(n)、y(n)、z(n)设定检测偏角a、b。

其中，标注有与图1相同符号的方向向量设定部11和内积计算部12是与上述实施方式1的加速度检测器10的方向向量设定部11和内积计算部12相同的构成要素，因而省略说明。

下面，说明加速度检测器20的动作。

检测偏角设定部21接收相互垂直的3个轴或者2个轴的加速度信号，设定检测偏角a、b以使检测加速度信号v(n)的平均功率达到最大。例如，在有源噪声控制中，振动噪声的声压与进行振动的物体的加速度的大小成正比，因而认为具有最大功率的振动要素对噪声的贡献度最大。因此，如果按照以上所述设定检测偏角a、b，则能够检测该振动要素的加速度。并且，在其它用途中，在具有最大功率的振动要素的检测比较重要的情况下，可以使用该加速度检测器20。

在此，说明对相互垂直的3个轴的加速度信号x(n)、y(n)、z(n)求出使得检测加速度信号v(n)的平均功率达到最大的检测偏角a、b的方法。

为了使检测加速度信号v(n)的平均功率E[v²(n)]相对于检测偏角a、b为最大，只要求出E[v²(n)]相对于a、b的梯度，将对该梯度乘以规定的常数得到的值作为更新量，根据式(7)和式(8)逐次更新检测偏角a、b即可。

$\begin{array}{c}a(n+1)=a\left(n\right)+\mathrm{\&mu;}\frac{\&part;}{\&part;a}E\&lsqb;v^2\left(n\right)\&rsqb;\\ =a\left(n\right)+\mathrm{\&mu;}\{-({\mathrm{\&sigma;}}_x^2-{\mathrm{\&sigma;}}_y^2)\sin 2a\left(n\right){\sin }^{2}b\left(n\right)+2{\mathrm{\&sigma;}}_{xy}\cos 2a\left(n\right){\sin }^{2}b\left(n\right)\\ -\left({\mathrm{\&sigma;}}_{xz}\sin a\right(n)-{\mathrm{\&sigma;}}_{yz}\cos a(n\left)\right)\sin 2b\left(n\right)\}\end{array}---\left(7\right)$

$\begin{array}{c}b(n+1)=b\left(n\right)+\mathrm{\&mu;}\frac{\&part;}{\&part;b}E\&lsqb;v^2\left(n\right)\&rsqb;\\ =b\left(n\right)+\mathrm{\&mu;}\{\left({\mathrm{\&sigma;}}_x^2{\cos }^{2}a\right(n)+{\mathrm{\&sigma;}}_y^2{\sin }^{2}a(n)-{\mathrm{\&sigma;}}_z^2+{\mathrm{\&sigma;}}_{xy}\sin 2a(n\left)\right)\sin 2b\left(n\right)\\ +2\left({\mathrm{\&sigma;}}_{xz}\cos a\right(n)+{\mathrm{\&sigma;}}_{yz}\sin a(n\left)\right)\cos 2b\left(n\right)\}\end{array}---\left(8\right)$

其中，μ是满足μ>0的规定的常数，σ² _x、σ² _y、σ² _z分别是x(n)、y(n)、z(n)的平均功率，σ_xy是x(n)与y(n)的相关系数，σ_xz是x(n)与z(n)的相关系数，σ_yz是y(n)与z(n)的相关系数，用下面的式(9)、(10)表示。

${\mathrm{\&sigma;}}_x^2=E\&lsqb;x^2\left(n\right)\&rsqb;,{\mathrm{\&sigma;}}_y^2=E\&lsqb;y^2\left(n\right)\&rsqb;,{\mathrm{\&sigma;}}_z^2=E\&lsqb;z^2\left(n\right)\&rsqb;---\left(9\right)$

σ_xy＝E[x(n)y(n)]，σ_xz＝E[x(n)z(n)]，σ_yz＝E[y(n)z(n)] (10)

在上式中，E[·]表示平均操作。关于这些平均值，已知有在实际的装置中使用例如式(11)那样的移动平均进行计算的方法。

P_x(n+1)＝λP_x(n)+(1-λ)x²(n) (11)

其中，P_x(n)是σ² _x的计算值，λ是满足0<λ<1的平滑系数。

上式(7)和上式(8)是求出检测偏角a(n)、b(n)相对于E[v²(n)]的梯度，将对该梯度乘以任意的常数μ得到的值作为更新量而与原来的值分别相加来更新数值的式子。其结果是，以使E[v²(n)]更大的方式循环地更新a(n)、b(n)，最终收敛于使得E[v²(n)]达到最大的a(n)、b(n)。

另外，在从加速度传感器等得到的加速度信号仅是垂直的xy这2个轴的情况下，检测偏角b被限定为π/2，因而检测偏角设定部21根据式(12)更新检测偏角a(n)即可。

$a(n+1)=a\left(n\right)+\mathrm{\&mu;}\{-({\mathrm{\&sigma;}}_x^2-{\mathrm{\&sigma;}}_y^2)sin2a\left(n\right)+2{\mathrm{\&sigma;}}_{xy}cos2a\left(n\right)\}---\left(12\right)$

并且，在能够得到的加速度信号仅是垂直的xy这2个轴的情况下，也可以不进行逐次更新，而是使用使E[v²(n)]为最大的检测偏角a的解析解即式(13)设定检测偏角a。

$a=\frac{1}{2}\{\mathrm{\&pi;}-\arctan \frac{-({\mathrm{\&sigma;}}_x^2-{\mathrm{\&sigma;}}_y^2)}{2{\mathrm{\&sigma;}}_{xy}}\}---\left(13\right)$

通过由方向向量设定部11按照利用上述任意一种方法设定的检测偏角a(n)、b(n)设定方向向量u，从内积计算部12输出的检测加速度信号v(n)成为具有最大功率的振动要素的加速度。

如以上说明的那样，根据实施方式2的加速度检测器20，检测偏角设定部21按照相互垂直的3个轴或者2个轴的加速度信号设定检测偏角，由此，即使作为检测目标的振动的运动方向不明，也能够检测其加速度。

并且，根据实施方式2的加速度检测器20，检测偏角设定部21根据加速度信号的平均功率和相关系数设定检测偏角，由此，能够抑制因对加速度信号的瞬间干扰而引起的检测偏角的摆动，稳定地检测作为目标的振动的运动方向和加速度。

并且，根据实施方式2的加速度检测器20，检测偏角设定部21设定使得检测加速度信号的平均振幅的大小达到最大的检测偏角，由此，能够得到具有最大功率的振动要素的方向和加速度。

并且，根据实施方式2的加速度检测器20，对于根据加速度信号的平均功率和相关系数计算出的检测偏角，根据检测加速度信号的大小相对于该检测偏角的梯度设定更新量，按照该更新量逐次更新检测偏角，由此，即使在加速度信号中混入恒定的干扰，也能够高精度地检测作为目标的振动的运动方向和加速度。

实施方式3

在实施方式3中说明使用本发明的加速度检测器的有源噪声控制装置的结构例。

图5是示出实施方式3的有源噪声控制装置30的结构的框图。在图5中，有源噪声控制装置30由加速度检测器20、FIR(Finite Impulse Response：有限脉冲响应)滤波器31、二次路径滤波器32、LMS(Least Mean Square：最小均方)处理部33构成。并且，有源噪声控制装置30与设置在产生振动噪声的振动噪声源100的加速度传感器101、误差检测传声器102以及扬声器103连接。

其中，加速度检测器20是在上述实施方式2中说明的加速度检测器，标注有与图4相同的标号。如果能够从外部输入合适的检测偏角a、b，则也可以将加速度检测器20置换成在上述实施方式1中说明的加速度检测器10。

下面，说明有源噪声控制装置30的外部动作。

有源噪声控制装置30接收从设置在产生振动噪声的振动噪声源100的加速度传感器101输出的相互垂直的xyz这3个轴的加速度信号x(n)y(n)、z(n)，输出用于抵消从振动噪声源100发出的噪声(图5中用虚线箭头示出)的控制信号d(n)。控制信号d(n)是从扬声器103输出的，在空间中干扰噪声。如果扬声器103的输出声音在空间中正确地成为反相声音，则噪声被抵消，能够得到消声效果。误差检测传声器102检测其抵消误差并输出误差信号e(n)。误差信号e(n)被输入到有源噪声控制装置30，有源噪声控制装置30对控制信号d(n)进行控制使得抵消误差减小。

下面，说明有源噪声控制装置30的内部动作。

加速度传感器101输出的加速度信号x(n)y(n)、z(n)被输入到有源噪声控制装置30的加速度检测器20。加速度检测器20如在上述实施方式2中说明的那样，在振动噪声源100的振动过程中检测具有最大功率的振动要素的加速度，作为检测加速度信号v(n)进行输出。

检测加速度信号v(n)被输入到FIR滤波器31，FIR滤波器31利用保存的滤波器系数对检测加速度信号v(n)进行滤波，输出控制信号d(n)。并且，二次路径滤波器32利用模拟从扬声器103到误差检测传声器102的声音传递特性的滤波器系数对检测加速度信号v(n)进行滤波，将v’(n)输出到LMS处理部33。

LMS处理部33根据从误差检测传声器102输入的误差信号e(n)和由二次路径滤波器32进行滤波后的检测加速度信号v’(n)，更新FIR滤波器31的滤波器系数使得抵消误差减小。

由这些FIR滤波器31、二次路径滤波器32、LMS处理部33构成的一系列的信号处理，作为Filtered X-LMS系统是已知的，例如已公开在西村正治等著“アクティブノイズコントロール(有源噪声控制)(コロナ社、2006年7月7日発行、p.74～76)”。

但是，本发明不一定限于使用Filtered X-LMS系统的有源噪声控制装置，也可以是使用其它的自适应算法的有源噪声控制装置或者预先将FIR滤波器31的滤波器系数优化而不进行更新的有源噪声控制装置等。可认为这样的有源噪声控制装置有时是与上述的有源噪声控制装置30不同的结构，但是，只要具有本发明的加速度检测器10、20的结构，则这些装置也包含在本发明的范围内。

如以上说明的那样，根据实施方式3的有源噪声控制装置30，检测振动噪声源100的振动要素中对噪声的贡献度大的振动要素的加速度，并据此进行有源噪声控制，由此，能够抑制无助于噪声的振动要素的影响，提高消声效果。

实施方式4

在上述实施方式3中是设定使得检测加速度信号的功率达到最大的检测偏角，在实施方式4中说明设定使得由传声器检测到的误差信号的功率达到最小的检测偏角的结构。

图6是示出实施方式4的有源噪声控制装置40的结构的框图。在图6中，有源噪声控制装置40由加速度检测器41、FIR滤波器31、二次路径滤波器32以及LMS处理部33构成。并且，有源噪声控制装置40与设置在振动噪声源100的加速度传感器101、误差检测传声器102以及扬声器103连接。并且，加速度检测器41由检测偏角设定部42、方向向量设定部11以及内积计算部12构成。在图6中，对与上述实施方式1～3的图1～图5相同的构成要素，标注相同的标号并省略详细的说明。

下面，说明有源噪声控制装置40的动作。

将加速度传感器101输出的加速度信号x(n)、y(n)、z(n)、误差检测传声器102输出的误差信号e(n)、FIR滤波器31保持的滤波器系数h_N，输入到作为加速度检测器41的一部分的检测偏角设定部42。

检测偏角设定部42求出误差信号e(n)的功率e²(n)相对于检测偏角a、b的梯度，根据该梯度设定检测偏角a、b的更新量以使功率e²(n)减小，将两者更新并输出到方向向量设定部11。

误差信号功率e²(n)相对于检测偏角a、b的梯度利用式(14)和式(15)表示。

$\frac{\&part;e^2\left(n\right)}{\&part;a}=2e\left(n\right)\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{h}_k{c}_M^T\{x_M(n-k)\sin a\sin b+y_M(n-k)\cos a\sin b\}---\left(14\right)$

$\frac{\&part;e^2\left(n\right)}{\&part;b}=-2e\left(n\right)\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{h}_k{c}_M^T\{x_M(n-k)\cos a\cos b+y_M(n-k)\sin a\cos b-z_M(n-k)\sin b\}---\left(15\right)$

其中，h_k(k＝0、1、…、N-1)是FIR滤波器31的滤波器系数，c_M是表示与二次路径滤波器32的系数列相当的二次路径的传递特性的脉冲响应列，x_M(n)是以加速度信号x(n)为要素的向量，y_M(n)是以加速度信号y(n)为要素的向量，z_M(n)是以加速度信号z(n)为要素的向量，用下面的式(16)、(17)、(18)、(19)表示。

c_M＝[c₀，c₁，…，c_M-1]T (16)

x_M(n)＝[x(n)，x(n-1)，…，(n-M+1)]^T (17)

y_M(n)＝[y(n)，y(n-1)，…，y(n-M+1)]^T (18)

z_M(n)＝[z(n)，z(n-1)，…z(-M+1)]^T (19)

另外，T表示转置符号。

在检测偏角设定部42中，对利用式(20)和式(21)表示的购买乘以规定的常数μ(0<μ)作为检测偏角a、b的更新量，并循环地更新检测偏角a、b，由此，收敛于使误差信号e(n)的功率e²(n)为最小的检测偏角a、b。

$a(n+1)=a\left(n\right)-2\mathrm{\&mu;}e\left(n\right)\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{h}_k{c}_M^T\{x_M(n-k)\sin a\left(n\right)\sin b\left(n\right)-y_M(n-k)\cos a\left(n\right)\sin b\left(n\right)\}---\left(20\right)$

$\begin{array}{c}b(n+1)=b\left(n\right)+2\mathrm{\&mu;}e\left(n\right)\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{h}_k{c}_M^T\{x_M(n-k)\cos a\left(n\right)\cos b\left(n\right)\\ +y_M(n-k)\sin a\left(n\right)\cos b\left(n\right)-z_M(n-k)\sin b\left(n\right)\}\end{array}---\left(21\right)$

并且，在从加速度传感器101得到的加速度信号仅是垂直的xy这2个轴的情况下，检测偏角b被限定为π/2，因而式(20)用下面的式(22)代替。

$a(n+1)=a\left(n\right)-2\mathrm{\&mu;}e\left(n\right)\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{h}_k{c}_M^T\{x_M(n-k)\sin a\left(n\right)+y_M(n-k)\cos a\left(n\right)\}---\left(22\right)$

并且，在能够通过单纯的延迟对二次路径进行近似的情况下，能够将上式(20)和上式(22)简化成下面的式(23)和式(24)，在这种情况下，二次路径的传递特性不能在计算式中明确地表现出来。

$a(n+1)=a\left(n\right)-2\mathrm{\&mu;}e\left(n\right)\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{h}_k\{x(n-k-\mathrm{\&tau;})\sin a\left(n\right)\sin b\left(n\right)-y(n-k-\mathrm{\&tau;})\cos a\left(n\right)\sin b\left(n\right)\}---\left(23\right)$

$\begin{array}{c}b(n+1)=b\left(n\right)+2\mathrm{\&mu;}e\left(n\right)\underset{k=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{h}_k\{x(n-k-\mathrm{\&tau;})\cos a\left(n\right)\cos b\left(n\right)\\ +y(n-k-\mathrm{\&tau;})\sin a\left(n\right)\cos b\left(n\right)-z(n-k-\mathrm{\&tau;})\sin b\left(n\right)\}\end{array}---\left(24\right)$

另外，τ是延迟时间且满足τ≥0。

如以上说明的那样，根据实施方式4的有源噪声控制装置40，检测偏角设定部42根据误差信号的功率相对于检测偏角的梯度设定检测偏角的更新量使得误差信号的功率减小，按照该更新量逐次地更新检测偏角，由此能够自动选择使得误差信号的功率达到最小的检测偏角，提高消声效果，所述梯度是根据从加速度传感器101输入的各轴的加速度信号、从误差检测传声器102输入的误差信号以及FIR滤波器31的滤波器系数计算出的。

并且，根据实施方式4的有源噪声控制装置40，检测偏角设定部42至少根据从扬声器103到误差检测传声器102的二次路径的传递特性设定检测偏角的更新量，由此，即使二次路径具有不能通过单纯的延迟进行近似那样的复杂传递特性，也能够自动选择使得误差信号的功率达到最小的检测偏角，提高消声效果。

实施方式5

在上述实施方式4中是以使误差信号的功率达到最小的方式更新检测偏角，在实施方式5中说明以使检测偏角的更新和FIR滤波器的系数更新互不干扰的方式调整两者的更新处理的结构。

实施方式5的有源噪声控制装置在附图上是与图6的有源噪声控制装置40相同的结构，因而引用图6来说明实施方式5。

如图6所示，LMS处理部33和检测偏角设定部42都是以使误差信号e(n)的功率e²(n)减小的方式进行FIR滤波器31的滤波器系数或者检测偏角a、b，但使，在同时更新它们时，有时相互产生干扰，误差信号的功率e²(n)不能顺利减小而有损消声效果。

针对这样的问题，通过交替地进行各自的更新处理或者将与一个更新量相乘的常数值设定得小于另一个更新量，使一个更新缓慢进行，由此，能够使消声效果稳定。

如以上说明的那样，根据实施方式4的有源噪声控制装置40，通过交替地进行检测偏角的更新和FIR滤波器的系数更新或者将与一个更新量相乘的常数设定得小于与另一个更新量相乘的常数，使一个更新缓慢进行，由此，能够防止各自的更新处理相互干扰而破坏消声效果。

另外，本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，本发明的加速度检测器能够高精度地检测作为目标的振动的加速度，因而适合用于将如机械和车辆那样存在无数个振动模式的振动噪声源的振动噪声消除的有源噪声控制装置。

标号说明

10、20、41加速度检测器；11方向向量设定部；12内积计算部；21、42检测偏角设定部；30、40有源噪声控制装置；31FIR滤波器；32二次路径滤波器；33LMS处理部；100振动噪声源；101加速度传感器；102误差检测传声器；103扬声器。

Claims (10)

1.一种加速度检测器，其被输入在相互垂直的3个轴或者2个轴的直角坐标系下观测到的各轴的加速度信号，输出被变换成目标检测方向的检测加速度信号，其特征在于，该加速度检测器具有：

方向向量设定部，其根据在所述直角坐标系下定义了所述目标检测方向的检测偏角来设定方向向量；以及

内积计算部，其计算所述各轴的加速度信号与所述方向向量的内积，求出所述检测加速度信号。

2.根据权利要求1所述的加速度检测器，其特征在于，

所述加速度检测器具有检测偏角设定部，该检测偏角设定部根据所述各轴的加速度信号设定所述检测偏角并通知给所述方向向量设定部。

3.根据权利要求2所述的加速度检测器，其特征在于，

所述检测偏角设定部至少根据所述各轴的加速度信号的平均功率和轴间的加速度信号的相关系数设定所述检测偏角。

4.根据权利要求3所述的加速度检测器，其特征在于，

所述检测偏角设定部设定所述检测偏角，使得所述检测加速度信号的平均功率达到最大。

5.根据权利要求4所述的加速度检测器，其特征在于，

所述检测偏角设定部根据所述检测加速度信号的平均功率相对于所述检测偏角的梯度设定所述检测偏角的更新量，以使所述检测加速度信号的平均功率增大，按照该更新量逐次更新所述检测偏角，求出所述检测加速度信号的平均功率达到最大时的所述检测偏角，其中，所述梯度是至少根据所述各轴的加速度信号的平均功率和轴间的加速度信号的相关系数计算出的。

6.一种有源噪声控制装置，其使扬声器输出将来自振动噪声源的振动噪声消除的控制信号，被输入传声器检测到的所述振动噪声与所述控制信号之间的误差信号、以及加速度传感器检测出的所述振动噪声源的加速度信号，其特征在于，该有源噪声控制装置具有：

方向向量设定部，其根据在相互垂直的3个轴或者2个轴的直角坐标系下定义了目标检测方向的检测偏角来设定方向向量；以及

内积计算部，其计算从所述加速度传感器输入的所述直角坐标系的各轴的加速度信号与所述方向向量的内积，求出将所述各轴的加速度信号变换成所述目标检测方向的检测加速度信号，

所述有源噪声控制装置根据所述误差信号和所述检测加速度信号对所述控制信号进行控制。

7.根据权利要求6所述的有源噪声控制装置，其特征在于，

所述有源噪声控制装置具有：

滤波器，其对所述检测加速度信号进行滤波来对所述控制信号进行控制；以及

检测偏角设定部，其根据所述误差信号的功率相对于所述检测偏角的梯度设定所述检测偏角的更新量，以使所述误差信号的功率减小，按照该更新量逐次更新所述检测偏角，求出所述误差信号的功率达到最小时的所述检测偏角并通知给所述方向向量设定部，其中，所述梯度是至少根据所述各轴的加速度信号、所述误差信号以及所述滤波器的滤波器系数计算出的。

8.根据权利要求7所述的有源噪声控制装置，其特征在于，

所述检测偏角设定部除了根据所述各轴的加速度信号、所述误差信号以及所述滤波器的滤波器系数以外，还根据从所述扬声器到所述传声器的传递特性，设定所述检测偏角的更新量。

9.根据权利要求7所述的有源噪声控制装置，其特征在于，

所述有源噪声控制装置具有LMS处理部，该LMS处理部根据所述误差信号和所述检测加速度信号更新所述滤波器的滤波器系数，

所述检测偏角设定部和所述LMS处理部交替地进行所述检测偏角的更新处理和所述滤波器系数的更新处理。

10.根据权利要求7所述的有源噪声控制装置，其特征在于，

所述有源噪声控制装置具有LMS处理部，该LMS处理部根据所述误差信号和所述检测加速度信号更新所述滤波器的滤波器系数，

所述检测偏角设定部和所述LMS处理部中的任意一方将与所述检测偏角的更新量和所述滤波器系数的更新量中的任意一方相乘的常数设为比与另一方相乘的常数小的值，从而缓慢地进行更新处理。