CN113470608A - 主动式噪音控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主动式噪音控制装置。主动式噪音控制装置(10)具有：控制对象信号提取部(26)，其从误差信号中提取控制对象频率的信号成分，作为具有实部和虚部的复数的控制对象信号；控制信号生成部(28)，其通过控制滤波器对控制对象信号进行信号处理，生成用于对控制执行器进行控制的控制信号；和控制滤波器系数更新部(42)，其逐次自适应更新控制滤波器的系数。据此，即使在传递特性发生变化的情况下也能够确保良好的消音性能。

Description

主动式噪音控制装置
技术领域
本发明涉及一种进行主动式噪音控制(Active Noise Control)的主动式噪音控制装置，该主动式噪音控制根据从检测出控制点处的声压或振动的误差检测器输出的误差信号，对控制执行器进行控制。
背景技术
在日本发明专利公开公报特开2007-025527号中公开了一种进行反馈控制的技术，在该反馈控制中，根据误差麦克风检测出的控制点的噪音信号来调整噪音信号的振幅和相位，据此生成从扬声器输出的控制音。
发明内容
在日本发明专利公开公报特开2007-025527号的技术中，使用预先测量出的固定值作为从扬声器至误差麦克风的声音的传递特性，因此，若传递特性发生变化，有可能导致噪音放大或产生异常音。
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种即使在传递特性发生变化的情况下也能够确保良好的消音性能的主动式噪音控制装置。
本发明的技术方案提供一种主动式噪音控制装置，其进行仅根据误差信号来对控制执行器进行控制的主动式噪音控制，其中，所述误差信号是从检测出控制点处的声压或振动的误差检测器输出的信号，所述主动式噪音控制装置具有控制对象信号提取部、控制信号生成部、推定噪音信号生成部、第1推定抵消信号生成部、参照信号生成部、第2推定抵消信号生成部、第1虚拟误差信号生成部、第2虚拟误差信号生成部、调整滤波器系数更新部、次级路径传递滤波器系数更新部和控制滤波器系数更新部，其中，所述控制对象信号提取部从所述误差信号中提取控制对象频率的信号成分，作为具有实部和虚部的复数的控制对象信号；所述控制信号生成部通过控制滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成用于控制所述控制执行器的控制信号，所述控制滤波器为自适应陷波滤波器；所述推定噪音信号生成部通过调整滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成推定噪音信号，所述调整滤波器为自适应陷波滤波器；所述第1推定抵消信号生成部通过次级路径传递滤波器对所述控制信号进行信号处理，生成第1推定抵消信号，所述次级路径传递滤波器为自适应陷波滤波器；所述参照信号生成部通过所述次级路径传递滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成参照信号；所述第2推定抵消信号生成部通过所述控制滤波器对所述参照信号进行信号处理，生成第2推定抵消信号；所述第1虚拟误差信号生成部根据所述误差信号、所述第1推定抵消信号和所述推定噪音信号生成第1虚拟误差信号；所述第2虚拟误差信号生成部根据所述第2推定抵消信号和所述推定噪音信号生成第2虚拟误差信号；所述调整滤波器系数更新部根据所述控制对象信号和所述第1虚拟误差信号，逐次自适应更新所述调整滤波器的系数，以使所述第1虚拟误差信号的大小达到最小；所述次级路径传递滤波器系数更新部根据所述控制信号和所述第1虚拟误差信号，逐次自适应更新所述次级路径传递滤波器的系数，以使所述第1虚拟误差信号的大小达到最小；所述控制滤波器系数更新部根据所述参照信号和所述第2虚拟误差信号，逐次自适应更新所述控制滤波器的系数，以使所述第2虚拟误差信号的大小达到最小。
根据本发明，即使在传递特性发生变化的情况下也能够确保良好的消音性能。
通过参照附图对以下实施方式所做的说明，上述的目的、特征及优点应易于被理解。
附图说明
图1是说明主动式噪音控制的概要的图。
图2是主动式噪音控制装置的框图。
图3是控制对象信号提取部的框图。
图4A是表示增益特性的曲线图。图4B是表示相位特性的曲线图。
图5是表示车厢内的振动噪音(drumming noise)的声压级的曲线图。
图6是表示车厢内的振动噪音的声压级的曲线图。
图7是主动式噪音控制装置的框图。
图8是说明主动式噪音控制的概要的图。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
图1是说明在主动式噪音控制装置10中执行的主动式噪音控制的概要的图。
车轮由于受到来自路面的力而振动，该振动经由悬架传递到车身，而在车厢14内产生路面噪音(road noise)。路面噪音尤其是通过车厢14这样的封闭空间的声共振特性激发的、在40～50Hz左右的频率具有峰值并且具有一定带宽的窄频带成分会引起也被称为振动噪音的“硿硿”的轰鸣声，容易给乘员带来不适感。
本实施方式的主动式噪音控制装置10从设置在车辆12的车厢14内的扬声器16输出抵消音，抵消车厢14内的振动噪音。主动式噪音控制装置10根据从麦克风22输出的误差信号e生成用于使扬声器16输出抵消音的控制信号u0，其中，麦克风22被设置在车厢14内的座椅20的头枕20a上。误差信号e是从检测到抵消误差噪音的麦克风22输出的对应于抵消误差噪音的信号，该抵消误差噪音是合成抵消音和振动噪音得到的噪音。扬声器16相当于本发明的控制执行器，麦克风22相当于本发明的误差检测器。
图2是主动式噪音控制装置10的框图。以下，有时将振动噪音记载为噪音。另外，以下有时将从扬声器16到麦克风22的传递路径称为次级路径。
主动式噪音控制装置10具有控制对象信号提取部26、控制信号生成部28、第1推定抵消信号生成部30、推定噪音信号生成部32、参照信号生成部34、第2推定抵消信号生成部36、调整滤波器系数更新部38、次级路径传递滤波器系数更新部40和控制滤波器系数更新部42。
主动式噪音控制装置10具有未图示的运算处理装置和存储装置。运算处理装置例如具有中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)等处理器、以及由ROM、RAM等非暂时性或暂时性的有形的计算机可读记录介质构成的存储器。存储装置例如是硬盘、闪存等非暂时性的有形计算机可读记录介质。
控制对象信号提取部26、控制信号生成部28、第1推定抵消信号生成部30、推定噪音信号生成部32、参照信号生成部34、第2推定抵消信号生成部36、调整滤波器系数更新部38、次级路径传递滤波器系数更新部40和控制滤波器系数更新部42通过由运算处理装置按照存储在存储装置中的程序进行运算处理来实现。
控制对象信号提取部件26根据控制对象频率f0和误差信号e生成控制对象信号xr、xi。控制对象信号提取部件26从误差信号e中提取控制对象频率f0的信号成分，作为具有实部和虚部的复数的控制对象信号xr、xi。
图3是控制对象信号提取部26的框图。控制对象信号提取部26具有余弦信号发生器26a、正弦信号发生器26b、提取信号生成部26c、加法器26d和提取滤波器系数更新部26e。
余弦信号发生器26a生成控制对象频率f0的余弦信号即基准信号bc(＝coS(2πf0t))。正弦信号发生器26b生成控制对象频率f0的正弦信号即基准信号bs(＝sin(2πf0t))。在此，t表示时刻。
在提取信号生成部26c中，使用SAN(Single-frequency Adaptive Notch)滤波器作为提取滤波器A。通过在后述的提取滤波器系数更新部26e中更新系数(A0+iA1)来优化提取滤波器A。
提取信号生成部26c根据基准信号bc、bs生成控制对象信号xr、xi。提取信号生成部26c具有第1提取滤波器26c1、第2提取滤波器26c2、第3提取滤波器26c3、第4提取滤波器26c4、加法器26c5和加法器26c6。
第1提取滤波器26c1具有提取滤波器A的系数的实部即滤波器系数A0。第2提取滤波器26c2具有提取滤波器A的系数的虚部即滤波器系数A1。第3提取滤波器26c3具有提取滤波器A的系数的实部即滤波器系数A0。第4提取滤波器26c4具有使提取滤波器A的系数的虚部的极性反转得到的滤波器系数-A1。
将在第1提取滤波器26c1中滤波处理后的基准信号bc和在第2提取滤波器26c2中滤波处理后的基准信号bs在加法器26c5中相加而生成控制对象信号xr。将在第3提取滤波器26c3中进行滤波处理后的基准信号bs和在第4提取滤波器26c4中进行滤波处理后的基准信号bc在加法器26c6中相加而生成控制对象信号xi。
误差信号e被输入到加法器26d。在提取信号生成部26c中生成的控制对象信号xr被输入到加法器26d。误差信号e和控制对象信号xr在加法器26d中相加而生成虚拟误差信号e0。
提取滤波器系数更新部26e根据基准信号bc、bs和虚拟误差信号e0，更新滤波器系数A0、A1。提取滤波器系数更新部26e根据自适应算法(例如，Filtered-X LMS算法(LeastMean Square))，进行滤波器系数A0、A1的系数的更新，以使虚拟误差信号e0达到最小。提取滤波器系数更新部26e具有第1提取滤波器系数更新部26e1和第2提取滤波器系数更新部26e2。
第1提取滤波器系数更新部26e1和第2提取滤波器系数更新部26e2根据下式更新滤波器系数A0、A1。式中的n表示时间步(n＝0、1、2、…)，μ0和μ1表示步长参数。
A0n+1＝A0n-μ0×e0n×bcn
A1n+1＝A1n-μ1×e0n×bsn
在提取滤波器系数更新部26e中，通过反复更新滤波器系数A0、A1，来优化提取滤波器A。提取滤波器A的系数的更新式由四则运算构成，不包含卷积运算，因此能够抑制由于滤波器系数A0、A1的更新处理所导致的运算负荷。
回到图2，控制信号生成部28根据控制对象信号xr、xi生成控制信号u0、u1。控制信号生成部28具有第1控制滤波器28a、第2控制滤波器28b、第3控制滤波器28c、第4控制滤波器28d、加法器28e和加法器28f。
在控制信号生成部28中，使用SAN滤波器作为控制滤波器W。控制滤波器W具有针对控制对象信号xr的滤波器W0、针对控制对象信号xi的滤波器W1。在后述的控制滤波器系数更新部42中，通过更新滤波器W0的系数W0和滤波器W1的系数W1，来优化控制滤波器W。
第1控制滤波器28a具有滤波器系数W0。第2控制滤波器28b具有滤波器系数W1。第3控制滤波器28c具有滤波器系数-W0。第4控制滤波器28d具有滤波器系数W1。
将在第1控制滤波器28a中修正后的控制对象信号xr与在第2控制滤波器28b中修正后的控制对象信号xi在加法器28e中相加而生成控制信号u0。将在第3控制滤波器28c中修正后的控制对象信号xi与在第4控制滤波器28d中修正后的控制对象信号xr在加法器28f中相加而生成控制信号u1。
控制信号u0由数字模拟转换器17转换成模拟信号，并输出给扬声器16。根据控制信号u0控制扬声器16，而从扬声器16输出抵消音。
第1推定抵消信号生成部30根据控制信号u0、u1生成推定抵消信号y1^。推定抵消信号y1^相当于本发明的第1推定抵消信号。第1推定抵消信号生成部30具有第1次级路径传递滤波器30a、第2次级路径传递滤波器30b和加法器30c。
在第1推定抵消信号生成部30中，使用SAN滤波器作为次级路径传递滤波器C^。在后述的次级路径传递滤波器系数更新部40中，通过更新次级路径传递滤波器C^的系数(C0^+iC1^)，确定次级路径的声音的传递特性C(以下称为次级路径传递特性C)作为次级路径传递滤波器C^。
第1次级路径传递滤波器30a具有次级路径传递滤波器C^的系数的实部即滤波器系数C0^。第2次级路径传递滤波器30b具有次级路径传递滤波器C^的系数的虚部即滤波器系数C1^。将在第1次级路径传递滤波器30a中修正后的控制信号u0和在第2次级路径传递滤波器30b中修正后的控制信号u1在加法器30c中相加而生成推定抵消信号y1^。推定抵消信号y1^是相当于被输入到麦克风22中的抵消音y的信号的推定信号。
推定噪音信号生成部32根据控制对象信号xr、xi生成推定噪音信号d^。推定噪音信号生成部32具有第1调整滤波器32a、第2调整滤波器32b和加法器32c。
在推定噪音信号生成部32中，使用SAN滤波器作为调整滤波器P。在后述的调整滤波器系数更新部38中，通过更新调整滤波器P的系数(P0+iP1)，来优化调整滤波器P。
第1调整滤波器32a具有调整滤波器P的系数的实部即滤波器系数P0。第2调整滤波器32b具有使调整滤波器P的系数的虚部的极性反转得到的滤波器系数-P1。将在第1调整滤波器32a中修正后的控制对象信号xr和在第2调整滤波器32b中修正后的控制对象信号xi在加法器32c中相加而生成推定噪音信号d^。推定噪音信号d^是相当于输入到麦克风22的噪音d的信号的推定信号。
参照信号生成部34根据控制对象信号xr、xi生成参照信号r0、r1。参照信号生成部34具有第3次级路径传递滤波器34a、第4次级路径传递滤波器34b、第5次级路径传递滤波器34c、第6次级路径传递滤波器34d、加法器34e和加法器34f。
在参照信号生成部34中，使用SAN滤波器作为次级路径传递滤波器C^。第3次级路径传递滤波器34a具有次级路径传递滤波器C^的系数的实部即滤波器系数C0^。第4次级路径传递滤波器34b具有使次级路径传递滤波器C^的系数的虚部反转而得到的滤波器系数-C1^。第5次级路径传递滤波器34c具有次级路径传递滤波器C^的系数的实部即滤波器系数C0^。第6次级路径传递滤波器34d具有次级路径传递滤波器C^的系数的虚部即滤波器系数C1^。
将在第3次级路径传递滤波器34a中修正后的控制对象信号xr和在第4次级路径传递滤波器34b中修正后的控制对象信号xi在加法器34e中相加而生成参照信号r0。将在第5次级路径传递滤波器34c中修正后的控制对象信号xi和在第6次级路径传递滤波器34d中修正后的控制对象信号xr在加法器34f中相加而生成参照信号r1。
第2推定抵消信号生成部36根据参照信号r0、r1生成推定抵消信号y2^。推定抵消信号y2^相当于本发明的推定抵消信号。第2推定抵消信号生成部36具有第5控制滤波器36a、第6控制滤波器36b和加法器36c。
在第2推定抵消信号生成部36中，使用SAN滤波器作为控制滤波器W。在后述的控制滤波器系数更新部42中，通过更新控制滤波器W的系数W0、W1，来优化控制滤波器W。
第5控制滤波器36a具有滤波器系数W0。第6控制滤波器36b具有滤波器系数W1。
在第5控制滤波器36a中修正后的参照信号r0与在第6控制滤波器36b中修正后的参照信号r1在加法器36c中相加而生成推定抵消信号y2^。推定抵消信号y2^是相当于被输入到麦克风22中的抵消音y的信号的推定信号。
模拟数字转换器44将从麦克风22输出的误差信号e从模拟信号转换为数字信号。
误差信号e被输入到加法器46。通过推定噪音信号生成部32生成的推定噪音信号d^在通过反转器48而极性反转后，被输入到加法器46。通过第1推定抵消信号生成部30生成的推定抵消信号y1^在通过反转器50而极性反转后，被输入到加法器46中。在加法器46中生成虚拟误差信号e1。加法器46相当于本发明的第1虚拟误差信号生成部，虚拟误差信号e1相当于本发明的第1虚拟误差信号。
通过推定噪音信号生成部32生成的推定噪音信号d^被输入到加法器52。通过第2推定抵消信号生成部36生成的第2推定抵消信号y2^被输入到加法器52。在加法器52中，生成虚拟误差信号e2。加法器52相当于本发明的第2虚拟误差信号生成部，虚拟误差信号e2相当于本发明的第2虚拟误差信号。
调整滤波器系数更新部38根据控制对象信号xr、xi和虚拟误差信号e1，更新滤波器系数P0、P1。调整滤波器系数更新部38根据自适应算法(例如，Filtered-X LMS算法)，进行滤波器系数P0、P1的系数的更新，以使虚拟误差信号e1达到最小。调整滤波器系数更新部38具有第1调整滤波器系数更新部38a和第2调整滤波器系数更新部38b。
第1调整滤波器系数更新部38a和第2调整滤波器系数更新部38b基于下式更新滤波器系数P0、P1。式中的μ2和μ3表示步长参数。
P0n+1＝P0n-μ2×e1n×xrn
p1n+1＝P1n-μ3×e1n×xin
在调整滤波器系数更新部38中，通过反复更新滤波器系数P0、P1，来优化调整滤波器P。在调整滤波器系数更新部38中，调整滤波器P的系数的更新式由四则运算构成，不包含卷积运算，因此能够抑制由滤波器系数P0、P1的更新处理所导致的运算负荷。
次级路径传递滤波器系数更新部40根据控制信号u0、u1和虚拟误差信号e1来更新滤波器系数C0^、C1^。次级路径传递滤波器系数更新部40根据自适应算法(例如，Filtered-X LMS算法)，进行滤波器系数C0^、C1^的更新，以使虚拟误差信号e1达到最小。次级路径传递滤波器系数更新部40具有第1次级路径传递滤波器系数更新部40a和第2次级路径传递滤波器系数更新部40b。
第1次级路径传递滤波器系数更新部40a和第2次级路径传递滤波器系数更新部40b基于下面的更新式更新滤波器系数C0^、C1^。式中的μ4和μ5表示步长参数。
C0^n+1＝C0^n-μ4×e1n×u0n
C1^n+1＝C1^n-μ5×e1n×u1n
第1次级路径传递滤波器系数更新部40a和第2次级路径传递滤波器系数更新部40b进一步通过下面的修正式对通过上述更新式(3)求出的滤波器系数CO^、C1^进行归一化处理。
Figure BDA0003002248910000101
Figure BDA0003002248910000102
在此，|C^|是次级路径传递滤波器C^的大小，使用通过上述更新式(3)更新后的滤波器系数C0^、C1^，通过下式求出。
Figure BDA0003002248910000103
另外，作为|C^|，也可以使用通过上述的更新式(3)更新后的滤波器系数C0^、C1^的绝对值中较大的一方。
|C^n+1|≈max(|C0^n+1|，|C1^n+1|)
在次级路径传递滤波器系数更新部40中，通过反复更新滤波器系数C0^、C1^，确定次级路径传递特性C作为次级路径传递滤波器C^。在次级路径传递滤波器系数更新部40中，滤波器系数C0^、C1^的更新式由四则运算构成，由于不包含卷积运算，因此能够由抑制滤波器系数C0^、C1^的更新处理导致的运算负载。
控制滤波器系数更新部42根据参照信号r0、r1和虚拟误差信号e2，更新滤波器系数W0、W1。控制滤波器系数更新部42根据自适应算法(例如Filtered-X LMS算法)，进行滤波器系数W0、W1的更新，以使虚拟误差信号e2达到最小。控制滤波器系数更新部42具有第1控制滤波器系数更新部42a和第2控制滤波器系数更新部42b。
第1控制滤波器系数更新部42a和第2控制滤波器系数更新部42b基于下式更新滤波器系数W0、W1。式中的μ6和μ7表示步长参数。
W0n+1＝W0n-μ6×e2n×r0n
W1n+1＝W1n-μ7×e2n×r1n
在控制滤波器系数更新部42中，通过反复进行滤波器系数W0、W1的更新，来优化控制滤波器W。在控制滤波器系数更新部42中，滤波器系数W0、W1的更新式由四则运算构成，由于不包含卷积运算，因此能够抑制由滤波器系数W0、W1的更新处理导致的运算负荷。
[实验结果]
本发明人等进行了关于通过主动式噪音控制获得的、车辆12行驶时在车厢14内产生的振动噪音的消音性能的实验。以下表示其实验结果。在具有图4A中由粗线表示的增益特性和图4B中由粗线表示的相位特性的次级路径传递特性C下执行以下各实验。此外，事先测量出的次级路径传递特性C的测量值C^是图4A中由细线表示的增益特性和图4B中由细线表示的相位特性。即，本发明人等设想，在测量次级路径传递特性C时是由细线表示的特性，但在此之后，在主动式噪音控制时变化为用粗线表示的特性的状态，而进行了以下的各实验。
<实验(1)>
在实验(1)中，在主动式噪音控制关闭的状态下，对使车辆12从停止状态开始加速时的车厢14内的振动噪音的声压级进行测量。
<实验(2)>
在实验(2)中，在通过日本发明专利公开公报特开2007-025527号所公开的方法进行主动式噪音控制的状态下，测量使车辆12从停止状态开始加速时的车厢14内的噪音的声压级。在本实验中，在事先测量出的测量值C^中，将振动噪音的控制对象频率为46Hz的成分的声压设定为1/2(声压级降低6dB)。
<实验(3)>
在实验(3)中，在通过本实施方式的主动式噪音控制装置10进行主动式噪音控制的状态下，对使车辆12从停止状态开始加速时的车厢14内的振动噪音的声压级进行测量。在实验(3)中，将次级路径传递滤波器C^的初始值设为测量值C^，将控制滤波器W的初始值设为测量值C^的倒数(1/C^)。
《实验(1)～(3)的结果的对比》
图5是表示在实验(1)～(3)中测量出的车厢14内的振动噪音的声压级的曲线图。
可知在实验(1)中产生了具有以46Hz为中心的频率成分的振动噪音。在实验(2)、(3)中，将控制对象频率设为46Hz，进行主动式噪音控制。
事先测量出的测量值C^相对于实际的次级路径传递特性C在46Hz下产生160度的相位变化。由于测量值C^相对于实际的次级路径传递特性C的乖离，而在实验(2)中在46Hz附近振动噪音被放大4dB左右。
在实验(3)中，由于次级路径传递滤波器C^随时被更新，因此次级路径传递滤波器C^能够追随实际的次级路径传递特性C的变化，振动噪音在46Hz附近被抵消8dB左右。
[作用效果]
通过在乘员的耳边(控制点)，将从扬声器16输出的抵消音调整为与振动噪音反相位的声音，可以抵消振动噪音。为了进行这样的调整，需要高精度地推定从扬声器16到控制点的声音的传递特性C(次级路径传递特性C)。在现有技术中，使用预先测量出的次级路径传递特性C的测量值C^来进行主动式噪音控制。但是，在次级路径传递特性C发生了变化的情况下，测量值C^与变化后的次级路径传递特性C乖离。因此，无法在控制点将从扬声器16输出的抵消音调整为与振动噪音反相位的声音，而有可能导致噪音放大或产生异常音。
因此，在本实施方式的主动式噪音控制装置10中，在主动式噪音控制中，通过次级路径传递滤波器系数更新部40进行次级路径传递滤波器系数CO^、C1^的更新，确定次级路径传递特性C作为次级路径传递滤波器C^。据此，即使在次级路径传递特性C发生变化时，次级路径传递滤波器C^也能够追随次级路径传递特性C的变化而变化。因此，即使在次级路径传递特性C发生变化时，主动式噪音控制装置10也能够确保消音性能。
次级路径传递滤波器C^相当于从扬声器16到麦克风22的声音的传递特性C的推定值。因此，次级路径传递滤波器C^的大小根据控制对象频率f0的设定而发生变化。
当控制对象频率f0被设定在次级路径传递滤波器C^的大小较小的频带时，用于更新控制滤波器W的参照信号r0、r1的大小变小，控制滤波器W的收敛变慢。此外，由于作为控制滤波器W的输出的控制信号u0、u1被用于更新次级路径传递滤波器C^，因此，次级路径传递滤波器C^自身的收敛也变慢。
另一方面，当控制对象频率f0被设定为次级路径传递滤波器C^的大小较大的频带时，控制滤波器W和次级路径传递滤波器C^的收敛变快，但由于每次的更新量变大，因此有主动式噪音控制容易变得不稳定的倾向。
因此，在本实施方式中，在次级路径传递滤波器系数更新部40中，对次级路径传递滤波器系数CO^、C1^进行归一化。因此，与次级路径传递滤波器C^的大小无关，控制滤波器W和次级路径传递滤波器C^的收敛速度均可以保持恒定。
〔第2实施方式〕
本实施方式的主动式噪音控制装置10的控制滤波器系数更新部42中的控制滤波器W的处理与第1实施方式有一部分不同。关于其他结构和处理等，第2实施方式与第1实施方式相同。
第1控制滤波器系数更新部42a和第2控制滤波器系数更新部42b基于下面的更新式来更新滤波器系数W0、W1。式中的μ6和μ7表示步长参数。
W0n+1＝W0n-μ6×e2n×r0n
W1n+1＝W1n-μ7×e2n×r1n
第1控制滤波器系数更新部42a和第2控制滤波器系数更新部42b还通过下面的修正式对通过上述的更新式求出的滤波器系数W0、W1进行振幅限制处理。
Figure BDA0003002248910000141
在此，|W|是控制滤波器系数的大小，由下式求出。
Figure BDA0003002248910000142
另外，作为|W|，也可以使用滤波器系数W0、W1的绝对值中较大的一方。据此，能够减少计算量。
|Wn+1|≈max(|W0n+1|，|W1n+1|)
Wlim被设定为适当的正数。当想要通过设定具体的消音量来进行主动式噪音控制时，可以基于以下反馈控制的灵敏度函数来设定Wlim。式中的E是误差信号e的频率特性，D是噪音d的频率特性。
Figure BDA0003002248910000143
在|S|＜1的情况下，由于E＜D，因此，表示能够消音。例如，在想要将噪音d抵消6dB的情况下，如下所述。
Figure BDA0003002248910000151
Figure BDA0003002248910000152
因此，如果使用事先测量的测量值C^，使Wlim＝|1/C^|的话，则能够使消音量为6dB左右。
另外，第1控制滤波器系数更新部42a和第2控制滤波器系数更新部42b也可以通过以下的修正式对通过上述更新式求出的滤波器系数W0、W1进行振幅限制处理。式中的η表示衰减系数(0＜η＜1)。
If|Wn+1|＞Wlim，Then W0n+1＝η×W0n+1，W1n+1＝η×W1n+1
[实验结果]
本发明人等进行了关于通过主动式噪音控制获得的、车辆12行驶时在车厢14内产生的振动噪音的消音性能的实验。以下表示其实验结果。在具有图4A中由粗线表示的增益特性和图4B中由粗线表示的相位特性的次级路径传递特性C下执行以下各实验。但是，事先测量出的次级路径传递特性C的测量值C^是图4A中由细线表示的增益特性和图4B中由细线表示的相位特性。
<实验(4)>
在实验(4)中，在通过本实施方式的主动式噪音控制装置10进行主动式噪音控制的状态下，对使车辆12从停止状态开始加速时的车厢14内的噪音的声压级进行测量。在实验(4)中，将次级路径传递滤波器C^的初始值设为测量值C^，将控制滤波器W的初始值设为测量值C^的倒数(1/C^)。另外，以使振动噪音的消音量为6dB的方式设定为Wlim＝|1/C^|。
《实验(1)、(3)、(4)的结果的对比》
图6是表示在实验(1)、(3)、(4)中测量出的车厢14内的噪音的声压级的曲线图。
可知在实验(1)中产生了具有以46Hz为中心的频率成分的振动噪音。在实验(3)、(4)中，将控制对象频率设为46Hz，进行主动式噪音控制。
在实验(3)中，由于随时更新次级路径传递滤波器C^，次级路径传递滤波器C^能够追随实际的次级路径传递特性C的变化，在46Hz附近振动噪音被抵消8dB左右。但是，在远离46Hz的频带的25～40Hz、57～62Hz中，产生被称为水床效应的噪音放大。特别是35Hz和58Hz附近的峰值明显。这是因为，在反馈控制中，要将电路特性匹配为，仅能够对以控制对象频率f0为中心的窄频带进行消音，而在远离控制对象频率f0的频带会产生电路特性与理想特性之间的误差。
在实验(4)中，通过作为控制对象频率f0的46Hz附近的消音量为6dB左右，从而缓和了35Hz和58Hz附近的由水床效应引起的噪音放大。如图6所示，主动式噪音控制后的振动噪音不存在明显的峰值，整个频带的频率均具有平坦的特性。
[作用效果]
在本实施方式的主动式噪音控制装置10中，在通过更新式更新后的控制滤波器W的系数W0、W1的大小大于规定值Wlim的情况下，控制滤波器系数更新部42将滤波器系数W0、W1的大小修正为规定值Wlim。据此，能够抑制偏离控制对象频率f0的频带中的噪音增大。
〔第3实施方式〕
第1实施方式和第2实施方式的主动式噪音控制装置10抵消一个控制对象频率f0的频率成分的振动噪音。在第3实施方式的主动式噪音控制装置10中，对n个控制对象频率f0～fn-1的频率成分的振动噪音进行消音。
图7是主动式噪音控制装置10的框图。在图7中，图2所示的控制信号生成部28、第1推定抵消信号生成部30、推定噪音信号生成部32、参照信号生成部34和第2推定抵消信号生成部36被统一表示为信号生成部60。另外，在图7中，图2所示的调整滤波器系数更新部38、次级路径传递滤波器系数更新部40和控制滤波器系数更新部42被统一表示为滤波器系数更新部62。
信号生成部60的控制信号生成部28、第1推定抵消信号生成部30、推定噪音信号生成部32、参照信号生成部34和第2推定抵消信号生成部36所进行的处理与第1实施方式或者第2实施方式相同。由滤波器系数更新部62的调整滤波器系数更新部38、次级路径传递滤波器系数更新部40和控制滤波器系数更新部42进行的处理与第1实施方式或者第2实施方式相同。
本实施方式的主动式噪音控制装置10分别对应于控制对象频率f0～fn-1而设置有控制对象信号提取部26、信号生成部60和滤波器系数更新部62。由各信号生成部60生成的控制信号u0在加法器64中相加，作为控制信号u输出给扬声器16。
[作用效果]
在本实施方式的主动式噪音控制装置10中，分别与控制对象频率f0～fn-1相对应而设置有控制对象信号提取部26、信号生成部60和滤波器系数更新部62。据此，能够抵消多个控制对象频率f0～fn-1的振动噪音。
[变形例1]
第1实施方式～第3实施方式的主动式噪音控制装置10从设置在车辆12的车厢14内的扬声器16输出抵消音来抵消噪音。与此相对，也可以利用设置在支承发动机18的发动机悬置上的执行器70输出抵消发动机18的振动的抵消振动。
图8是说明在主动式噪音控制装置10中执行的主动式噪音控制的概要的图。
主动式噪音控制装置10根据从麦克风22输出的误差信号e生成用于使执行器70输出抵消振动的控制信号u0，该麦克风22被设置在车厢14内的座椅20的头枕20a上。在这种情况下，次级路径表示从执行器70到麦克风22的传递路径。
[变形例2]
为了提高主动式噪音控制的初始收敛，也可以在主动式噪音控制装置10中设置用于保持并设定控制滤波器W和次级路径传递滤波器C^的适当的初始值的机构。
在主动式噪音控制装置10的存储器的ROM中设置用于保持控制滤波器W的系数W0、W1的初始值和次级路径传递滤波器C^的系数C0^、C1^的初始值的区域。在主动式噪音控制开始时，从R0M读取初始值到控制滤波器W的系数W0、W1和次级路径传递滤波器C^的系数C0^、C1^，开始自适应更新。
次级路径传递滤波器C^的初始值可以设定为在控制对象频率f0下事先测量出的测量值C^。控制滤波器W的初始值也可以设定为所测量出的测量值C^的倒数(1/C^)。
还可以在主动式噪音控制结束时，根据控制结束的原因和系统参数的设定，改写被保持于存储器的ROM中的控制滤波器W的系数W0、W1的初始值和次级路径传递滤波器C^的系数C0^、C1^的初始值。仅在主动式噪音控制正常结束且作为系统参数设定为“可改写”的情况下实施初始值的改写。在主动式噪音控制因发散而结束的情况下，或者在作为系统参数而设定为“不可改写”的情况下，不实施初始值的改写。
[从实施方式获得的技术思想]
以下记载能够从上述实施方式掌握的技术思想。
一种主动式噪音控制装置(10)，其进行仅根据误差信号来对控制执行器(16、70)进行控制的主动式噪音控制，其中，所述误差信号是从检测出控制点处的声压或振动的误差检测器(22)输出的信号，该主动式噪音控制装置(10)具有控制对象信号提取部(26)、控制信号生成部(28)、推定噪音信号生成部(32)、第1推定抵消信号生成部(30)、参照信号生成部(34)、第2推定抵消信号生成部(36)、第1虚拟误差信号生成部(46)、第2虚拟误差信号生成部(52)、调整滤波器系数更新部(38)、次级路径传递滤波器系数更新部(40)和控制滤波器系数更新部(42)，其中，所述控制对象信号提取部(26)从所述误差信号中提取控制对象频率的信号成分，作为具有实部和虚部的复数的控制对象信号；所述控制信号生成部(28)通过控制滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成用于控制所述控制执行器的控制信号，所述控制滤波器为自适应陷波滤波器；所述推定噪音信号生成部(32)通过调整滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成推定噪音信号，所述调整滤波器为自适应陷波滤波器；所述第1推定抵消信号生成部(30)通过次级路径传递滤波器对所述控制信号进行信号处理，生成第1推定抵消信号，所述次级路径传递滤波器为自适应陷波滤波器；所述参照信号生成部(34)通过所述次级路径传递滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成参照信号；所述第2推定抵消信号生成部(36)通过所述控制滤波器对所述参照信号进行信号处理，生成第2推定抵消信号；所述第1虚拟误差信号生成部(46)根据所述误差信号、所述第1推定抵消信号和所述推定噪音信号生成第1虚拟误差信号；所述第2虚拟误差信号生成部(52)根据所述第2推定抵消信号和所述推定噪音信号生成第2虚拟误差信号；所述调整滤波器系数更新部(38)根据所述控制对象信号和所述第1虚拟误差信号，逐次自适应更新所述调整滤波器的系数，以使所述第1虚拟误差信号的大小达到最小；所述次级路径传递滤波器系数更新部(40)根据所述控制信号和所述第1虚拟误差信号，逐次自适应更新所述次级路径传递滤波器的系数，以使所述第1虚拟误差信号的大小达到最小；所述控制滤波器系数更新部(42)根据所述参照信号和所述第2虚拟误差信号，逐次自适应更新所述控制滤波器的系数，以使所述第2虚拟误差信号的大小达到最小。
在所述主动式噪音控制装置中，也可以是，在更新后的所述控制滤波器的系数的大小比规定值大的情况下，所述控制滤波器系数更新部将所述控制滤波器的系数的大小修正为规定值。
在所述主动式噪音控制装置中，也可以是，针对多个所述控制对象频率中的每一个控制对象频率分别具有所述控制对象信号提取部、所述控制信号生成部和所述控制滤波器系数更新部。

Claims (3)

1.一种主动式噪音控制装置(10)，其进行仅根据误差信号来对控制执行器(16、70)进行控制的主动式噪音控制，其中，所述误差信号是从检测出控制点处的声压或振动的误差检测器(22)输出的信号，所述主动式噪音控制装置(10)的特征在于，
具有控制对象信号提取部(26)、控制信号生成部(28)、推定噪音信号生成部(32)、第1推定抵消信号生成部(30)、参照信号生成部(34)、第2推定抵消信号生成部(36)、第1虚拟误差信号生成部(46)、第2虚拟误差信号生成部(52)、调整滤波器系数更新部(38)、次级路径传递滤波器系数更新部(40)和控制滤波器系数更新部(42)，其中，
所述控制对象信号提取部(26)从所述误差信号中提取控制对象频率的信号成分，将之作为具有实部和虚部的复数的控制对象信号；
所述控制信号生成部(28)通过控制滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成用于控制所述控制执行器的控制信号，所述控制滤波器为自适应陷波滤波器；
所述推定噪音信号生成部(32)通过调整滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成推定噪音信号，所述调整滤波器为自适应陷波滤波器；
所述第1推定抵消信号生成部(30)通过次级路径传递滤波器对所述控制信号进行信号处理，生成第1推定抵消信号，所述次级路径传递滤波器为自适应陷波滤波器；
所述参照信号生成部(34)通过所述次级路径传递滤波器对所述控制对象信号进行信号处理，生成参照信号；
所述第2推定抵消信号生成部(36)通过所述控制滤波器对所述参照信号进行信号处理，生成第2推定抵消信号；
所述第1虚拟误差信号生成部(46)根据所述误差信号、所述第1推定抵消信号和所述推定噪音信号生成第1虚拟误差信号；
所述第2虚拟误差信号生成部(52)根据所述第2推定抵消信号和所述推定噪音信号生成第2虚拟误差信号；
所述调整滤波器系数更新部(38)根据所述控制对象信号和所述第1虚拟误差信号，逐次自适应更新所述调整滤波器的系数，以使所述第1虚拟误差信号的大小达到最小；
所述次级路径传递滤波器系数更新部(40)根据所述控制信号和所述第1虚拟误差信号，逐次自适应更新所述次级路径传递滤波器的系数，以使所述第1虚拟误差信号的大小达到最小；
所述控制滤波器系数更新部(42)根据所述参照信号和所述第2虚拟误差信号，逐次自适应更新所述控制滤波器的系数，以使所述第2虚拟误差信号的大小达到最小。
2.根据权利要求1所述的主动式噪音控制装置，其特征在于，
在更新后的所述控制滤波器的系数的大小比规定值大的情况下，所述控制滤波器系数更新部将所述控制滤波器的系数的大小修正为规定值。
3.根据权利要求1或2所述的主动式噪音控制装置，其特征在于，
针对多个所述控制对象频率中的每一个控制对象频率，分别具有所述控制对象信号提取部、所述控制信号生成部和所述控制滤波器系数更新部。
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