JP2006293145A - 能動振動制御装置及び能動振動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数のマイクロフォンやスピーカーを用いることなく、騒音の抑制と空間に発生させようとしている音の再生という二つの機能を同時に実現する能動振動制御装置及び能動振動制御方法を提供する。
【解決手段】パネルにより囲まれた空間内に発生される音を電気的信号に変換して読み取る音響信号読み取り手段１と、パネルの振動を検出する振動検出手段２と、駆動信号に従ってパネルに振動を加える振動発生手段３と、振動発生手段３を駆動する駆動信号を算出する駆動信号演算手段４とを備え、駆動信号演算手段４は、音響信号読み取り手段１が読み取った電気的信号と振動検出手段３が検出したパネルの振動とを読み込んで、パネルを通して電気的信号を再生するための信号と、パネルの振動を抑制するための信号との和を、駆動信号として算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は能動振動制御装置及び能動振動制御方法に関し、特に、騒音の低減と同時に音響信号の増幅をも実施する能動振動制御装置及び能動振動制御方法に関する。

従来から、自動車の車室内の騒音を低減する方法の一つとして、騒音源の振動に関連するリファレンス信号を適当なフィルタで濾波し、これと逆位相の音波をスピーカーから発生させることにより消音するアクティブ騒音制御方法が知られている。

近年では、車室内の騒音を低減させるとともに、乗員にとって必要な音や望ましい音を増幅するような車両用騒音制御の技術開発が行われている。

例えば、特許文献１では、車室内の騒音を低減させるとともに、オーディオ音を乗員の好みに応じて座席ごとに聞こえるようにするかキャンセルするかを選択できるように制御する車両用騒音制御装置に関する発明が開示されている。

特許文献１に開示されている発明では、騒音源の振動に関連するリファレンス信号にフィルタ演算を施した上でスピーカーから音を発生させるフィードフォワード型の制御系構成をとる。また、車室内に設置されたマイクロフォンで集音された信号から、オーディオソースから読み取ったオーディオ信号を減算した信号を用いてフィルタ係数を更新する適応アルゴリズムを構成する。これにより、車室内騒音を低減しつつ、オーディオ音はキャンセルしないようにすることができるアクティブ騒音制御装置を構成している。
特開平５−８０７８８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、フィードフォワード型の制御系構成をとっているために、リファレンス信号を計測するセンサを振動源の数だけ設置する必要がある。また、制御効果を得ようとする点の数だけマイクロフォンを設置する必要があり、さらに最大でマイクロフォンと同数のスピーカーも必要になるなど、制御の適用範囲を広げようとすると装置構成が複雑となりコストも高くなるという問題点があった。

本発明は、パネルにより囲まれた空間内に発生される音を電気的信号に変換して読み取る音響信号読み取り手段と、パネルの振動を検出する振動検出手段と、駆動信号に従ってパネルに振動を加える振動発生手段と、振動発生手段を駆動する駆動信号を算出する駆動信号演算手段とを備える能動振動制御装置であって、駆動信号演算手段は、音響信号読み取り手段が読み取った電気的信号と振動検出手段が検出したパネルの振動とを読み込んで、パネルを通して電気的信号を再生するための信号と、パネルの振動を抑制するための信号との和を、駆動信号として算出することを特徴とする。

本発明によれば、多数のマイクロフォンやスピーカーを用いることなく、騒音の抑制と空間に発生させようとしている音の再生という二つの機能を同時に実現する能動振動制御装置及び能動振動制御方法を提供することが出来る。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、本発明に係わる能動振動制御装置を車両に適用した場合について説明する。この場合、「パネル」は車体パネルに相当し、「パネルにより囲まれた空間」は、車体パネルにより囲まれた空間、つまり車室に相当する。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係わる能動振動制御装置は、車体パネルにより囲まれた車室内に発生される音を電気的信号（以後、「音響信号」という）に変換して読み取る音響信号読み取り部（音響信号読み取り手段）１と、車体パネルの振動を検出する振動検出部（振動検出手段）２と、駆動信号に従って車体パネルに振動を加える振動発生部（振動発生手段）３と、振動発生部３を駆動する駆動信号を算出する駆動信号演算部（駆動信号演算手段）４とを備える。

駆動信号演算部４は、音響信号読み取り部１が読み取った音響信号と振動検出部２が検出した車体パネルの振動とを読み込み、車体パネルを通して音響信号を再生するための信号と車体パネルの振動を抑制するための信号との和を駆動信号として算出する。

「車体パネルを通して音響信号を再生するための信号」とは、振動発生部３を、車体パネルを通して車室内に音響信号を再生する手段として機能させるための信号の意である。また、「車体パネルの振動を抑制するための信号」とは、振動発生部３を、車体パネルの振動を抑制するための能動な振動制御手段として機能させるための信号の意である。

音響信号読み取り部１は、例えば、オーディオプレイヤー１１、オーディオ記録媒体１２、チューナー１３、アンテナ１４、及びマイクロフォン１５により構成される。

振動検出部２は、例えば、加速度センサ２１により構成される。加速度センサ２１は自らの加速度に比例した電圧を出力するセンサである。

振動発生部３は、例えば、ピエゾアクチュエータ３１により構成される。ピエゾアクチュエータ３１は、ピエゾ電気アクチュエータ（piezo-electric actuator）とも言われ、車体パネル、例えば、フロアパネル下に固定され、自らが歪むことでフロアパネルに歪みを生成することにより、車体パネルに制御振動を生成して外乱による振動又は騒音を相殺する。ピエゾアクチュエータ３１は、結晶に電界を加えると電界に比例した歪みが生じるピエゾ効果（圧電効果）を利用したアクチュエータであり、アクチュエータの両面に電界を印加することにより歪む。

駆動信号演算部４の具体例として、ディジタルシグナルプロセッサおよび信号増幅器４１が挙げられる。

なお、音響信号読み取り部１により読み取られた音響信号は、車室内に配置されたオーディオ用スピーカー５１に送信され、オーディオ用スピーカー５１において音として出力される。

音響信号読み取り部１と加速度センサ２１で検出された信号は、駆動信号演算部４に入力され、ディジタルシグナルプロセッサによって算出された制御指令電圧を信号増幅器によって増幅することで、車体パネルに貼付されたピエゾアクチュエータ３１に対する駆動信号に相当する駆動電圧を生成する。ピエゾアクチュエータ３１は駆動電圧を受けて変位し、車体パネルを加振する。このピエゾアクチュエータ３１の加振力を利用して、車体パネルの振動によって発生するロードノイズ等の騒音を低減しつつ、車体パネルを音響信号に合わせて振動させる。これにより、車体パネルを車室内で再生すべき音を発生させる発音体（スピーカー）としても利用することができる。

次に、図２を参照して、図１の能動振動制御装置を構成する要素の車両上の配置状況を説明する。運転席のインストパネルの内側にオーディオプレイヤー１１が設置され、コンパクトディスク等のオーディオ記録媒体１２を挿入することで音響信号を読み取り、車室内に設置されたオーディオ用スピーカー５１を介して音楽を再生する。また、公共放送受信用のアンテナ１４とチューナー１３も車室内に設置され、オーディオプレイヤー１１と同様、オーディオ用スピーカー５１を介して受信した音声信号を再生する。

フロアパネル５２の振動によって放射される車室内騒音を低減するために、車室内騒音への寄与が高いフロアパネル５２の位置を何らかの方法で特定し、その場所にピエゾアクチュエータ３１と加速度センサ２１が貼付される。加速度センサ２１は、貼付された位置のフロアパネル５２の加速度に比例した電圧を出力する。フロアパネル５２とピエゾアクチュエータ３１とは接着剤等で十分に密着するように貼付される。

インストパネル内には、ディジタルシグナルプロセッサおよび信号増幅回路（以後、「ＤＳＰ」と言う）４１が配置されている。ＤＳＰ４１は、音響信号及び加速度センサ２１の検出信号が入力され、これらの信号に対して適当な制御演算を行なった後で、ピエゾアクチュエータ３１に対してその駆動電圧を出力する。

次に、図３を参照して、図１及び図２に示した能動振動制御装置における信号、電圧、振動及び音の制御手順を説明する。第１の実施の形態では、一つのピエゾアクチュエータ３１で異なる二つの機能を実現するために、図３のブロック線図に示される制御系を構成する。

ＤＳＰ４１は、加速度センサ２１から読み込んだ車体パネル５２の振動にフィルタリング演算を施すことで、前記パネルの振動を抑制するための信号を算出するフィードバック補償フィルタ４３と、音響信号読み取り部１から読み込んだ音響信号ｒにフィルタリング演算を施すことで、音響信号を再生するための信号を算出するフィードフォワード補償フィルタ４２とを備える。

フィードバック補償フィルタ４３は、加速度センサ２１によって検出された車体パネル５２の加速度に対してディジタル信号処理演算として実現されるフィルタ演算を実行する。一方、フィードフォワード補償フィルタ４２は、音響信号読み取り部１から入力された音響信号ｒに対して同様のフィルタ演算を実行する。そして、ＤＳＰ４１は、２つのフィルタ演算の結果を足し合わせた値をピエゾアクチュエータ３１を駆動するための駆動電圧（制御指令電圧ｕ）として生成する。

なお、ＤＳＰ４１として囲ったブロックとピエゾアクチュエータ３１の間には信号増幅のためのアンプが挿入されていても構わない。この場合、ＤＳＰ４１が出力する駆動電圧は、ピエゾアクチュエータ３１を駆動するのに十分なレベルまで増幅される。

また、フィードバック補償フィルタ４３が実行する、加速度センサ２１に対するフィルタ演算は、制御系としてみた場合には、フィードバックループを構成している。また、フィードフォワード補償フィルタ４２が実行する、オーディオ信号に対するフィルタ演算は、制御系として見た場合には、フィードバックループの外側に位置しているので、フィードフォワードを構成している。

なお、図３における外部加振力ｄとは、エンジンやサスペンションなどの振動源が、車体の振動伝播を介して車体パネル５２におけるセンサ貼付位置を振動させる加振力として作用する効果を、単一の外力としてまとめて表記したものである。また、車体パネル５２の振動は車室内に音を発生させる原因となるが、振動と音の間には車室の形状等によって特定の音響伝播特性が形成される。図３における音響伝播特性Ｓとはこのような振動と音（音圧）との間の特性をあらわしている。

ピエゾアクチュエータ３１あるいは外部加振力ｄによって車体パネル５２を加振した場合の車体の振動特性や音響伝播特性Ｓは、実際に車体を加振した時の車体パネル５２の振動や車室内に発生した音圧ｐの時系列信号を測定することでモデル化を行なうことができる。

ここで、ピエゾアクチュエータ３１に入力した制御指令電圧をｕ(t)、外部加振力として入力した加振力をｄ(t)、車体パネル５２に貼付した加速度センサ２１で測定した加速度信号をａ(t)、モデル化実験のために設置したマイクロフォンで測定した車室内の適当な位置（例えば、運転者の耳位置など）における音圧信号をｐ(t)とする。このとき、入力をｕ(t)、ｄ(t)、出力をａ(t)、ｐ(t)とみなした図３の一点鎖線で囲った部分のシステムモデルを（１）式に示すように構築することができる。このシステムモデルを「実験データに基づくモデル化部分」という。なお、このシステムモデルを構築する際に、例えば第１の参考文献：P. V. Overschee and B. D. Moor, N4SID: Subspace Algorithms for the Identification of Combined Deterministic-Stochastic Systems, Automatica, Vol.30, No.1, pp.75-93, 1994. に示されているシステム同定の手法を用いることができる。

但し、ｋは時系列信号を離散化した際のステップ数を表すインデックスであり、ｘ(k)はシステムの状態量を表すベクトルであり、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれシステムを特徴づける行列である。

ＤＳＰ４１上が実装するフィルタ４２、４３の設定によって制御系に様々な特性を付与することが可能である。このうち、本実施形態において望まれる特性は次の二つの特性である。（イ）第１の特性は、外部加振力ｄから車体パネル５２の加速度ａまでの感度が小さいことである。（ロ）第２の特性は、音響信号ｒから車室内音圧ｐまでの周波数特性が平坦であることである。

第１の特性は、車体パネル５２上の適当な位置を選べば、車体パネル５２上の点における振動を下げることで車室内の騒音を低減することが可能であることに由来しており、騒音低減装置としての機能に対する制御仕様を表している。

一方、第２の特性は音響信号ｒを歪みなく音として再現するスピーカーとしての機能に対する制御仕様を表している。

第１の特性は、フィードバック補償フィルタ４３を適切に設計することで実現できる仕様である。フィードバック補償フィルタ４３を設計する方法としては様々な手法が提案されており、所定の手順に従って計算を行なうことにより系統的に適切な補償フィルタを設計することができる。具体的な設計手法とその計算方法に関しては、例えば第２の参考文献：K. Zhou, J. Doyle and K. Glover, Robust and Optimal Control, Prentice-Hall, 1996. 等に詳細な記述があり、最終的に（２）式で表現される補償フィルタが設計される。

但し、ｘ_C(k)はフィードバック補償フィルタ４３の状態量を表すベクトルであり、Ａ_C、Ｂ_C、Ｃ_C、Ｄ_Cは補償フィルタを特徴づける行列である。

適切なフィードバック補償フィルタ４３を設計することにより、例えば図４に示すような制御効果を得ることができる。図４は、各周波数帯における外部加振力ｄから車体パネルの加速度ａまでの感度の分布を示すグラフである。図４の点線はフィードバック補償を行なわなかった場合、実線はフィードバック補償を行なった場合を示す。縦軸は、外部加振力ｄから車体パネル５２の加速度ａまでの伝達関数を表している。フィードバック補償を行なうことにより、特定の周波数帯域の伝達関数ゲインのピーク値が低減されていることがわかる。これは、特定の周波数帯域において外部加振力ｄが加わっても車体パネル５２が振動しにくくなることを表している。車体パネル５２の信号（振動）が小さくなる結果、外部加振力ｄに起因する車室内騒音のレベルも小さくなる。

図５のグラフは、各周波数帯における音響信号ｒから車室内音圧ｐまでの伝達関数の分布を示すグラフである。フィードバック補償４３フィルタのみの場合（点線）、フィードバック補償フィルタ４３及びフィードフォワード補償フィルタ４２がない場合（細線）、及びフィードバック補償フィルタ４３及びフィードフォワード補償フィルタ４２を併用した場合（太線）を示す。

しかしながら、第１の特性を十分に満足するフィードバック補償フィルタ４３が設計できたとしても、第２の特性を同時に満足する制御系になるとは限らない。例えば、図５に示すように、ある周波数帯域における振動を低減するフィードバック補償フィルタ４３を付加することによって、音響信号ｒから車室内音圧ｐまでの周波数特性の歪みが大きくなる。つまり、補償フィルタ４２、４３の両方を付加しない場合に比べて、フィードバック補償フィルタ４３のみを付加した方が、特定の周波数帯において音響信号ｒから車室内音圧ｐまでの伝達関数が低下する。

周波数特性が歪んでいても音として再生することは可能であるが、音質の劣化は避けられない。フィードバック補償フィルタ４３だけでは第１の特性と第２の特性を独立に設計することができず、図５に示すように二つの機能の間にトレードオフが発生することが懸念される。

そこで、フィードバック補償フィルタ４３に加えて、音響信号ｒに対して作用するフィードフォワード補償フィルタ４２を更に加えることによって、フィードバック補償によって達成した振動低減特性（第１の特性）に影響を与えることなく、音響信号ｒから車室内音圧ｐまでの周波数特性に対して平坦化する補正を行なうことができる。すなわち、フィードバック補償フィルタ４３を付加した場合の音響信号ｒから車室内音ｐまでの周波数特性（図５の点線）を見て、ゲインの落ち込みが大きい周波数帯域の信号を増強するようなフィルタを設計する。そして、これをフィードフォワード補償フィルタ４２として音響信号ｒの後段に配置する。これによって、音響信号ｒから車室内音圧ｐまでの周波数特性を平滑化することができる。所望の周波数特性を持つディジタルフィルタの設計法については、例えば第３の参考文献：A. V. Oppenheim and R. W. Shafer, Digital Signal Processing, Prentice-Hall, 1975. 等に詳細な記述がある。

このように、適切なフィードフォワード補償フィルタ４２を設計することにより、音響信号ｒから車室内音圧ｐまでの周波数特性として図５の太線のような平坦な特性を実現することができる。これは、ピエゾアクチュエータ３１からも歪みの少ない音を発することが可能になることを意味している。それによって、車室内に配置されたオーディオ用スピーカー５１に加えて、ピエゾアクチュエータ３１からもクリアなオーディオ信号を発することができる。したがって、スピーカーのチャンネル数が一つ増えたことと同じ効果が得られることになる。ピエゾアクチュエータ３１は車体パネル５２の振動を低減することで車室内騒音を低減する機能も同時に果たしていることから、単にオーディオ用スピーカーのチャンネル数を増やすこととは異なり、再生音のＳ／Ｎ比を改善するという付加価値を加えることができる。

[効果]
以上説明したように、振動検出部２が車体パネル５２の振動を検出し、振動発生部３が駆動信号に従ってパネルに振動を加える、フィードバック型の制御系構成をとっている。これにより、１個の振動発生部３（ここでは、ピエゾアクチュエータ３１）で好ましくない騒音の抑制と空間（車室内）に発生させようとしている音の再生という二つの機能を同時に実現することが可能である。したがって、従来例のように多数のマイクロフォンやスピーカーを用いる必要がないので、簡易でかつ安価に装置を構成することができる。換言すれば、従来例（フィードフォワード型の制御系構成）のように、リファレンス信号を計測するセンサを振動源の数だけ設置する必要、制御効果を得ようとする点の数だけマイクロフォンを設置する必要、さらに最大でマイクロフォンと同数のスピーカーも必要が、それぞれ無くなる。したがって、制御の適用範囲を広げても装置構成が複雑になることなく、コストを低く抑えることができる＜請求項１、１０の効果＞。

また、車室内（空間内）の騒音の発音源である車体パネル５２（パネル）にピエゾアクチュエータ３１（振動生成部３）を貼付し、駆動信号演算部４において、車体パネル５２の振動に対するフィードバック制御を施して乗員にとって好ましくない騒音を発生する車体パネル５２の振動を抑制することで車室内騒音を低減する一方、車体パネル５２を振動させて音響信号を再生するために必要な駆動信号を算出し、二つの信号を足し合わせて振動発生部３の駆動信号として出力している。このような構成をとることにより、１個のアクチュエータで好ましくない騒音の抑制と車室内に発生させようとしている音の再生という二つの機能を同時に実現することが可能である。従来例のようにマイクロフォンやスピーカーを用いる必要がないので、簡易でかつ安価に装置を構成することができる。

駆動信号演算部４のフィードバック補償フィルタ４３は、読み込んだパネル（車体パネル５２）の振動にフィルタリング演算を施すことで、パネルの振動を抑制するための信号（駆動信号）を算出する。これにより、フィルタを適切に設計することによって振動を抑制する制御帯域を柔軟に設定することができる＜請求項２の効果＞。

駆動信号演算部４のフィードフォワード補償フィルタ４２は、読み込んだ電気的信号（音響信号）にフィルタリング演算を施すことで、電気的信号を再生するための信号（駆動信号）を算出する。これにより、車体パネル５２の周波数特性に歪みがあっても、歪みを補正して再生音の音質を改善することができる。さらに、音響信号に対するフィルタリング演算は、フィードバック制御による振動抑制制御に影響を与えることがないため、騒音抑制に関する周波数特性と、音響信号の再生に関する周波数特性をそれぞれ独立に設計することができるので、対象とする騒音と再生音の周波数帯域に重複があっても二つの機能を両立させることができる＜請求項３の効果＞。

音響信号読み取り部１は、オーディオプレイヤー（オーディオ再生装置）１１により構成され、音響データを記録した記録媒体（オーディオ記録媒体１２）から電気的信号を読み取る。これにより、車室内の騒音を低減しつつ、コンパクトディスク等のオーディオ記録媒体１２に記録された音楽を再生することができる。これにより、オーディオ再生専用のスピーカーが装備された車両に対しては、スピーカーのチャンネル数が増えることに相当する効果が得られ、乗員に聞こえる音楽の音質を高めることができる＜請求項４の効果＞。

音響信号読み取り部１は、電波（無線電波）を受信するアンテナ１４と、受信した電波を復調する復調器とから構成され、受信した電波を復調することで電気的信号を読み取る。これにより、車室内の騒音を低減しつつ、ラジオ放送やテレビ放送の音声信号を車室内に流すことができるので、より明瞭に音声信号を聞き取ることができる＜請求項５の効果＞。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係わる能動振動制御装置を構成する要素の配置状況を示した図である。第１の実施の形態との相違点は、次のとおりです。第１の実施の形態では、図２に示したようにセンサ−アクチュエータの対を車体パネル５２上の１箇所だけに設置していたのに対し、第２の実施の形態では、振動検出部２と振動発生部１とが対を成し、この対が複数配置されている。具体的には、図６に示すように車体パネル５２の複数の地点にセンサ−アクチュエータ対５８ａ〜５８ｄを設置し、多点を同時に制御することでより車室内騒音の低減効果を高めている。また、アクチュエータを１枚増やすごとに、オーディオ音を再生するチャンネルも１チャンネル増えることになる。したがって、貼付したアクチュエータの枚数分だけオーディオ再生チャンネル数も増えることになる。再生チャンネルが増えると、より臨場感のある再生音場の設計が可能になる。すなわち、貼付するアクチュエータを増やすほど、オーディオ音のＳ／Ｎ比の向上と臨場感の増大という効果が得られることになり、車載用オーディオシステムとしての魅力を増すことができる。

このように、本発明の第２の実施の形態に係わる能動振動制御装置では、振動検出部２と振動発生部１とが対を成し、この対が複数配置されている。多点を同時に制御することでより車室内騒音の低減効果を高めている＜請求項６の効果＞。

その他の構成は、第１の実施の形態、つまり図１及び図２に示した能動振動制御装置と同じである。能動振動制御装置は車両上に配置され、車両前方にはエンジン５６が配置され、４つのタイヤ５７で囲まれた部分に運転席、助手席、後部座席が配置されている。オーディオ用スピーカー５９ａ〜５９ｄが運転席、助手席、及び後部座席の左右にそれぞれ配置され、センサーアクチュエータ対５８ａ〜５８ｄが運転席、助手席の後方、及び後部座席下にそれぞれ配置されている。オーディオプレイヤー１１及びチューナー１３、ＤＳＰ４１がインストパネル部分にそれぞれ配置されている。

（第３の実施の形態）
図６及び図７は、本発明の第３の実施の形態に係わる能動振動制御装置を構成する要素の配置状況を示した図である。第２の実施の形態と同じように、能動振動制御装置は、音響信号読み取り部１の構成要素として、公共放送を受信するアンテナ１４およびチューナー１３またはオーディオプレイヤー１１を備える。図６と同様にして、騒音の低減と音響信号の再生という二つの機能を実現するために、加速度センサ２１とピエゾアクチュエータ３１の対５８ａ〜５８ｄが車体パネル５２上に複数配置されている。

さらに、第３の実施の形態では、音響信号読み取り部１は、送話器及び受話器を手で握ることなく通話することができる電話機と接続する手段を備え、通話者の音声を音響信号として読み取る機能を有する。送話器及び受話器を手で握ることなく通話することができる電話機は、例えば、ハンズフリー機能を備えた携帯電話を示す。具体的には、音響信号読み取り部１は、インストパネル内に携帯電話６２を接続する携帯電話用インターフェース６３を内蔵し、ステアリングハンドルに設置されたステアリングスイッチ６１を操作することによって、着信電話に対する応答、通話の終了、音量の調整などを実行するハンズフリー電話の機能を持っている。

図８を参照して、図７の能動振動制御装置の制御構成を説明する。携帯電話６２及び携帯電話用インターフェース６３とピエゾアクチュエータ３１ａ〜３１ｄを駆動するＤＳＰ４１とが接続されており、全体として図８に示す制御系が構成されている。

通常時は、アンテナ１４が受信した放送またはオーディオプレイヤー１１が再生するオーディオの音響信号に対してフィードフォワード補償フィルタ４２によりフィードフォワード補償を施し、車体パネル５２に貼付された各ピエゾアクチュエータ３１ａ〜３１ｄから音響信号が発せられるように構成されている。

ここで、携帯電話６２の着信を受け、ドライバーがステアリングスイッチ６１を押して通話状態になった場合には、運転席の近くに配置されたピエゾアクチュエータ３１ａに対する駆動電圧を計算する演算プログラム（演算処理４１ａ）に対する入力信号が、受信放送または再生中のオーディオの音響信号から、携帯電話６２で受信した音声信号へと切り替えられる。即ち、フィードフォワード補償フィルタ４２に入力される音響信号ｒが、受信放送または再生中のオーディオから携帯電話６２で受信した音声信号へと切り替わる。

これによって、オーディオ用スピーカー５１に加えて、運転席の最も近くに貼付されているピエゾアクチュエータ３１ａからも携帯電話６２で受信した音声信号が発せられるようになり、ピエゾアクチュエータ３１ａによる騒音低減効果と合わせて、受信した音声が聞き取りやすくなる環境を実現することができる。また、運転席に近いピエゾアクチュエータ３１ａ以外は、常に受信放送または再生中のオーディオの音響信号を発する構成となっているので、運転者にだけ通話内容が聞こえやすくなるという効果がある。なお、携帯電話による通話が終了した場合には、自動的にピエゾアクチュエータ３１ａへの入力信号が携帯電話６２で受信した音声信号から受信放送または再生中のオーディオへと切り替えられる。

以上説明したように、音響信号読み取り手段は、空間内に発生される複数の異なる音の中から、特定の音を選択して前記電気的信号に変換して読み取る。これにより、空間（車室）内に同時に発生する音、例えば、受信放送又は再生中のオーディオと通話音声とのうち必要な音を選択することができるので、振動発生部３は、選択された音を再生し、選択されなかった音を抑制することができる＜請求項７の効果＞。

音響信号読み取り部１は、送話器及び受話器を手で握ることなく通話することができる、ハンズフリー機能を備えた電話機（携帯電話機）と接続することで、通話者の音声を電気的信号として読み取る。これにより、車室内の騒音を低減しつつ電話の音声を車室内に発生させることができるので、乗員にとって話者の音声を聞き取りやすくすることができる＜請求項８の効果＞。

（第４の実施の形態）
図９は第４の実施の形態を構成する要素の配置状況を示した図である。本実施形態では、乗員の座席が三列ある乗用車への適用を想定している。

運転席及び助手席に座った乗員が発する音声を集音するために、インストパネル６０上の適当な位置に、運転席用と助手席用の２本のマイクロフォン６５ａ、６５ｂが設置されている。また、三列目シートに座った乗員の発する音声を集音するために、二列目シートの後部にも２本のマイクロフォン６５ｃ、６５ｄが設置されている。車体パネル５２上には、図１１（ａ）に示すような、加速度センサ２１とピエゾアクチュエータ３１とＤＳＰ４１をまとめてパッケージングした制御ユニット６６ａ〜６６ｄが複数配置されている。

図１１（ｂ）に示すように、制御ユニット６６ａ〜６６ｄでは、加速度センサ２１で検出した車体パネル５２の振動がフィードバック補償フィルタ４３に入力される。フィードバック補償フィルタ４３は、車体パネル５２の振動を抑制するフィードバック補償を施す。一方、入力端子６８に入力された音響信号が歪みなく車体パネル５２から発せられるようにフィードフォワード補償フィルタ４２によりフィードフォワード補償が施される。これらの補償が施された信号を足し合わせた上で、ピエゾアクチュエータ３１を駆動する。

第１乃至第３の実施の形態と異なり、センサ−アクチュエータ対ごとに駆動用のＤＳＰ４１が設けられており、各アクチュエータが別々に制御される分散制御系の構成をとっている。

図１０を参照して、４本のマイクロフォン６５ａ〜６５ｄと６個の制御ユニット６６ａ〜６６ｆとの接続関係を説明する。インストパネル６０に設置されたマイクロフォン６５ａ、６５ｂは三列目シートの後方に貼付された２つの制御ユニット６６ｅ、６６ｆに接続され、二列目シート後部に設置されたマイクロフォン６５ｃ、６５ｄは運転席と助手席の後方に貼付された制御ユニット６６ａ、６６ｂに接続されている。

以上のような接続関係を構築すると、後部座席の乗員が発した音声はマイクロフォン６５ｃ、６５ｄを介して制御ユニット６６ａ、６６ｂへ伝達され、制御ユニット６６ａ、６６ｂから後部座席の乗員の音声が発せられるようになる。逆に、運転席および助手席に座る乗員が発した音声はマイクロフォン６５ａ、６５ｂを介して制御ユニット６６ｅ、６６ｆへ伝達され、制御ユニット６６ｅ、６６ｆから運転席および助手席に座る乗員の音声が発せられる。このような構成をとることにより、車両内部で離れた位置に座っているために相互の音声が届きにくい運転席および助手席に座る乗員と三列目シートに座る乗員との間の会話を聞き取りやすくする効果が得られる。オーディオ用スピーカー５１を用いても同様のことを実現することは可能であるが、本実施形態ではピエゾアクチュエータ３１による騒音低減効果と合わせて機能を実現しているので、車室内の騒音も低下する分だけ音声もより聞き取りやすいものになる。

なお、本実施形態では、二列目シート付近に貼付された制御ユニット６６ｃ、６６ｄには音響信号が入力されていないので、車体パネルのフィードバック制御による騒音低減効果の機能だけを発揮していることになる。

以上説明したように、請求項９の発明によれば、音響信号読み取り部１は、空間（車室）内に設置されたマイクロフォン６５ａ〜６５ｄからなり、空間内で集音した音を音響信号として読み取る。これにより、例えば車室の前部座席と後部座席にマイクロフォン６５ａ〜６５ｄを設置し、マイクロフォン６５ａ〜６５ｄで集音した信号を音響信号として使用して、車室内の騒音を低減しつつ、乗員の発した音声をアクチュエータ３１からも発信することで、乗員間の会話をより明瞭に聞き取りやすくすることができる＜請求項９の効果＞。

音響信号読み取り部１は、複数のチャンネルから得られる複数の電気的信号を同時に読み取る。振動発生部３は車体パネルの複数の場所に貼付されている。駆動信号演算部４は、振動発生部３の貼付された場所によって再生対象となる音響信号のチャンネルを変えて駆動信号を算出する。これにより、取得した音のチャンネルによって異なるアクチュエータ（振動発生手段）を駆動しており、アクチュエータの貼付位置ごとに異なるチャンネルの音響信号をアクチュエータから発することができる。そのため、車室内の乗員ごとに明瞭に聞き取れる音を変えることができるので、各乗員のニーズに合った音を聞かせることができる＜請求項１０の効果＞。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、第１乃至第４の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の第１の実施の形態に係わる能動振動制御装置の基本構成を示すブロック図である。 図１の能動振動制御装置を構成する要素の車両上の配置状況を示した図である。 図１及び図２に示した能動振動制御装置における信号、電圧、振動及び音の制御手順を示すブロック線図である。 各周波数帯における外部加振力ｄから車体パネルの加速度ａまでの伝達関数の分布を示すグラフであり、フィードバック補償フィルタがある場合とない場合を示す。 各周波数帯における音響信号ｒから車室内音圧ｐまでの伝達関数の分布を示すグラフである。 第２の実施の形態に係わる能動振動制御装置を構成する要素の車両上の配置状況を示した図である。 第３の実施の形態に係わる能動振動制御装置を構成する要素の車両上の配置状況を示した図である。 図７の能動振動制御装置の制御構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態に係わる能動振動制御装置を構成する要素の配置状況を示した図である。 図９のマイクロフォンと制御ユニットとの接続関係を示すブロック図である。 加速度センサとピエゾアクチュエータとＤＳＰをまとめてパッケージングした制御ユニットを示し、（ａ）はその構成を示し、（ｂ）は処理の流れを示す。

符号の説明

１…信号読み取り部（信号読み取り手段）
２…振動検出部（振動検出手段）
３…振動発生部（振動発生手段）
４…駆動信号演算部（駆動信号演算手段）
１１…オーディオプレイヤー
１２…オーディオ記録媒体
１３…チューナー
１４…アンテナ
１５…マイクロフォン
２１…加速度センサ
３１ａ〜３１ｄ…ピエゾアクチュエータ
４１…ＤＳＰ
４２…フィードフォワード補償フィルタ
４３…フィードバック補償フィルタ
５１…オーディオ用スピーカー
５２…車体パネル
５６…エンジン
５７…タイヤ
５８ａ〜５８ｄ…センサーアクチュエータ対
５９ａ〜５９ｄ…オーディオ用スピーカー
６０…インストパネル
６１…ステアリングスイッチ
６２…携帯電話
６３…携帯電話用インターフェース
６５ａ〜６５ｄ…マイクロフォン
６６ａ〜６６ｆ…制御ユニット
６８…入力端子

Claims (12)

1. パネルにより囲まれた空間内に発生される音を電気的信号に変換して読み取る音響信号読み取り手段と、
   前記パネルの振動を検出する振動検出手段と、
   駆動信号に従って前記パネルに振動を加える振動発生手段と、
   前記振動発生手段を駆動する前記駆動信号を算出する駆動信号演算手段とを備え、
   前記駆動信号演算手段は、前記音響信号読み取り手段が読み取った前記電気的信号と前記振動検出手段が検出した前記パネルの振動とを読み込んで、前記パネルを通して前記電気的信号を再生するための信号と、前記パネルの振動を抑制するための信号との和を、前記駆動信号として算出することを特徴とする能動振動制御装置。
2. 前記駆動信号演算手段は、読み込んだ前記パネルの振動にフィルタリング演算を施すことで、前記パネルの振動を抑制するための信号を算出することを特徴とする請求項１記載の能動振動制御装置。
3. 前記駆動信号演算手段は、読み込んだ前記電気的信号にフィルタリング演算を施すことで、前記電気的信号を再生するための信号を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の能動振動制御装置。
4. 前記音響信号読み取り手段は、オーディオ再生装置により構成され、音響データを記録した記録媒体から前記電気的信号を読み取ることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の能動振動制御装置。
5. 前記音響信号読み取り手段は、電波を受信するアンテナと、受信した電波を復調する復調器とから構成され、受信した電波を復調することで前記電気的信号を読み取ることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の能動振動制御装置。
6. 前記振動検出手段と前記振動発生手段とが対を成し、この対を複数備えることを特徴とする能動振動制御装置。
7. 前記音響信号読み取り手段は、空間内に発生される複数の異なる音の中から、特定の音を選択して前記電気的信号に変換して読み取ることを特徴とする請求項１記載の能動振動制御装置。
8. 前記音響信号読み取り手段は、送話器及び受話器を手で握ることなく通話することができる電話機と接続することで、通話者の音声を前記電気的信号として読み取ることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の能動振動制御装置。
9. 前記音響信号読み取り手段は、前記空間内に設置されたマイクロフォンからなり、前記空間内で集音した音を前記電気的信号として読み取ることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の能動振動制御装置。
10. 前記音響信号読み取り手段は、複数のチャンネルから得られる複数の前記電気的信号を同時に読み取り、
    前記振動発生手段は、前記パネルの複数の場所に貼付され、
    前記駆動信号演算手段は、前記振動発生手段の貼付された場所によって再生対象となる前記電気的信号のチャンネルを変えて前記駆動信号を算出することを特徴とする請求項１乃至９何れか１項記載の能動振動制御装置。
11. 前記パネルは車両の車体パネルからなり、前記空間は前記車体パネルにより囲まれた車室内空間であることを特徴とする請求項１乃至１０何れか１項記載の能動振動制御装置。
12. パネルにより囲まれた空間内に発生される音を電気的信号に変換して読み取り、
    前記パネルの振動を検出し、
    前記電気的信号と前記パネルの振動とを読み込み、
    前記パネルを通して前記電気的信号を再生するための信号と、前記パネルの振動を抑制するための信号との和を、駆動信号として算出し、
    前記駆動信号に従って前記パネルに振動を加える
    ことを特徴とする能動振動制御方法。

Images