JP2007047367A - 能動型騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロホンが塞がれたときの音圧の大きな異常音であるボー音の発生を防止し、かつ塞ぐのをやめたとき直ちに騒音を低減する能動型騒音制御装置を提供する。
【解決手段】適応ノッチフィルタのフィルタ係数の上限値の第１閾値Ｗ１と下限値の第２閾値Ｗ２を設け、第１閾値Ｗ１を上回ると制御音をフェードアウト（忘却処理）させ、第２閾値Ｗ２を下回ると適応制御処理を再開するように構成したので、音検出器が塞がれてもフィルタ係数Ｗ（ｎ）が上限値である第１閾値Ｗ１を超えることがないので不快なボー音の発生を防止でき、かつフィルタ係数をゼロ値にしない消音制御を継続しているので塞ぐのをやめたとき直ちに騒音を低減することができる。
【選択図】図７

Description

この発明は、適応ノッチフィルタを用いて騒音を制御する能動型騒音制御装置に関し、特に、エンジン等の騒音源を有する移動体の室内等の閉空間に適用して好適な能動型騒音制御装置に関する。なお、移動体には、自動車等の車両の他、船、水陸両用車、プレジャーボート、ヘリコプタ、飛行機等とすることができる。

近時、車両の車室内で聞こえるエンジン音やロードノイズ等の騒音をスピーカから出力される制御音で制御し、乗員の耳位置で騒音を低減する能動型騒音制御装置が提案されている。

このような能動型騒音制御装置において、装置の経時劣化により装置が初期の性能を発揮しなくなることから制御音が発散してしまい、制御音が音圧の大きい異常音としてスピーカから出力される可能性があることが指摘されている（特許文献１、特許文献２）。

また、装置は劣化していないで正常動作している場合であっても、音圧の大きな異常音が発生する場合があることをこの出願の発明者等は突きとめた。すなわち、前記騒音と前記制御音との相殺誤差音を検出し誤差信号として出力するマイクロホンの音入力部（通常、マイクロホンは、移動体の室内のライニングの中に固定されるので、そのライニングに設けられた開口部）が、偶発的あるいは故意的に乗員の手の平等で塞がれてしまう場合（マイクロホン用開口部閉塞状態）があり、この場合、スピーカからマイクロホンへの伝達特性のゲインが小さくなる結果、適応ノッチフィルタからスピーカに供給される制御信号が大きくなり、この制御信号に応じてスピーカから出力される制御音が必要以上に大きな音圧となってしまい異常音（ボー音という。）になる場合があることがこの出願の発明者等により確認されている。なお、このボー音は、手の平又は大きな貝殻で両耳を塞いだ場合に聞こえる貝殻音として連想することができる。

特許第３１９８５４８号公報（段落［００５２］） 特許第３０９４５１７号公報（段落［０００７］、［００２３］、［００２４］）

このボー音の発生を回避するために、上記特許文献１あるいは特許文献２に係る技術を適用した場合、これらの技術においては、適応ノッチフィルタのフィルタ係数の更新量の変更、あるいはフィルタ係数の値から発散を検知したときに伝達関数を変化させる又は収束係数を小さくする等、制御を変更し、さらには制御を停止するようにしているので、乗員がマイクロホン用開口部から手を離して閉塞状態が解除されたとき、直ちに、騒音を低減する適応制御を行うことが不可能であるという問題がある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、マイクロホン等の音検出器が塞がれたときのボー音の発生を防止し、かつ音検出器を塞ぐことが解消されたときに、直ちに、適応制御処理により騒音を低減することを可能とする能動型騒音制御装置を提供することを目的とする。

この発明の能動型騒音制御装置は、騒音源から発生する騒音の周波数から調波の基準信号を出力する基準信号生成器と、前記基準信号が入力されて、前記騒音を相殺するための制御信号を出力する適応ノッチフィルタと、前記制御信号を制御音として出力する音出力器と、前記騒音と前記制御音との相殺誤差音を検出し、誤差信号として出力する音検出器と、前記音出力器から前記音検出器までの伝達関数を有し、前記基準信号が入力されて参照信号を出力する補正フィルタと、前記誤差信号と前記参照信号とが入力されて、前記誤差信号が最小となるように前記適応ノッチフィルタのフィルタ係数を逐次更新する第１フィルタ係数更新手段と、前記適応ノッチフィルタの更新前のフィルタ係数に１未満の所定値を乗算して更新する第２フィルタ係数更新手段と、前記第１フィルタ係数更新手段と前記第２フィルタ係数更新手段とを択一的に切り替え前記フィルタ係数を前記適応ノッチフィルタに供給する切替手段とを備え、前記切替手段は、前記フィルタ係数が第１閾値を上回ると前記第２フィルタ係数更新手段に切り替えるとともに、前記フィルタ係数が前記第１閾値より小さい第２閾値を下回ると前記第１フィルタ係数更新手段に切り替えることを特徴とする。

この発明によれば、マイクロホン等の音検出器が塞がれたときのボー音の発生を防止するため、適応ノッチフィルタのフィルタ係数（第１フィルタ係数）が第１閾値を上回る値となったときに、更新前のフィルタ係数（第１フィルタ係数）に１未満の所定値、例えば１２７／１２８≒０．９９を逐次乗算した補正フィルタ係数（第２フィルタ係数）を用いて相殺音を生成する忘却処理を行うとともに、相殺音生成中に、フィルタ係数（第２フィルタ係数）が第１閾値より小さい第２閾値を下回る値となったときに適応制御処理を再開して誤差音が最小となるように逐次更新されるフィルタ係数（第１フィルタ係数）を用いて相殺音を生成する。

このようにフィルタ係数の上限値（第１閾値）と下限値（第２閾値）を設け、上限値を上回ると制御音をフェードアウト（忘却処理）させ、下限値を下回ると適応制御処理を再開するように構成したので、音検出器が塞がれてもフィルタ係数が上限値を超えることがないのでボー音の発生を防止でき、かつ消音制御は継続しているので塞ぐのをやめたとき直ちに騒音を低減することができる。

なお、制御音をフェードアウトさせる忘却処理を行うことなく、制御音の出力を急激に停止すると、「ボツ」というボツ音が発生してしまう。このボツ音の発生を防止するとともに、忘却処理から直ちに適応制御処理へ復帰できるようにするには、約０．１［秒］以内で制御音を走行中乗員が音を感じない大きさに対応する値に収束するようにすればよく、１未満の所定値は、同時に０．９を上回る値であることが好ましいことが実験的に分かった（０．９＜所定値＜１）。

この場合、前記基準信号生成器は、前記調波の基準信号として、基準正弦波信号と基準余弦波信号とを出力し、前記適応ノッチフィルタは、前記基準余弦波信号に基づいて第１制御信号を出力する第１適応ノッチフィルタと、前記基準正弦波信号に基づいて第２制御信号を出力する第２適応ノッチフィルタとで構成され、 前記第１制御信号と前記第２信号とが加算器により加算されて前記制御信号が生成されて前記音出力器に入力され、前記切替手段は、前記第１適応ノッチフィルタ及び前記第２適応ノッチフィルタにそれぞれ供給されるフィルタ係数の何れか一方が前記第１閾値を上回ると前記第１適応ノッチフィルタ及び前記第２適応ノッチフィルタの両方とも前記第２フィルタ係数更新手段に切り替えるとともに、前記第１適応ノッチフィルタ及び前記第２適応ノッチフィルタにそれぞれ供給されるフィルタ係数の何れか一方が前記第１閾値より小さい閾値である第２閾値を下回ると前記第１フィルタ係数更新手段に切り替えるようにすることで、一定の効果が得られる。

また、第１閾値及び第２閾値は、基準信号の周波数に応じて変化させてもよい。騒音は周波数に応じて不快と感じる音圧レベルが異なる。よって、このようにした場合には、基準信号の周波数、すなわち低減したい騒音（ボー音）の周波数に応じて音がフェードアウトするので、不快なボー音の発生をより的確に防止できる。

この発明によれば、マイクロホン等の音検出器が塞がれたときのボー音の発生を防止し、かつ音検出器を塞ぐことが解消されたときに、直ちに、騒音を低減することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る能動型騒音制御装置１０の構成を示すブロック図である。この実施形態に係る能動型騒音制御装置１０は、基本的には、マイクロコンピュータ（制御手段）１により構成されている。

図２は、図１に示す能動型騒音制御装置１０がエンジン２８を有する移動体である車両３０に搭載された模式図を示している。

図１に示すように、この能動型騒音制御装置１０は、基本的には、騒音源であるエンジン２８から発生する騒音Ｎｚの周波数ｆから調波の基準信号を生成する基準信号生成器１２と、基準信号が入力されて、サンプリング周期毎に時点ｎで、騒音Ｎｚを相殺するための制御信号ｙ（ｎ）を出力する適応ノッチフィルタ１４と、制御信号ｙ（ｎ）を制御音として出力する音出力器であるスピーカ１６と、エンジン２８からの騒音Ｎｚとスピーカ１６からの制御音との相殺誤差音を検出し誤差信号ｅ（ｎ）として出力する音検出器としてのマイクロホン１８と、スピーカ１６の位置からマイクロホン１８の位置までの音場の伝達関数Ｈを有し前記基準信号が入力されて参照信号を出力する参照信号生成回路２０と、誤差信号ｅ（ｎ）と参照信号とが供給され適応ノッチフィルタ１４のフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）を更新するフィルタ係数更新手段（ＬＭＳアルゴリズム演算器）２２とから構成される。

フィルタ係数更新手段２２は、２つのフィルタ係数更新手段２２Ａとフィルタ係数更新手段２２Ｂとから構成されている。

図２に模式的に示すように、実際上、能動型騒音制御装置１０は、ダッシュボード下に配置固定されており、ボンネット下のシャーシ上にマウントされたエンジン２８の主軸の回転を検出する回転センサからエンジン回転パルスＥｐと、運転席上のルーフライニングに固定されたマイクロホン１８からの誤差信号ｅ（ｎ）とが入力されて、運転席の座席下に配置したスピーカ１６から制御音が出力されるような構成とされている。なお、この実施形態では、理解の容易化のために、運転席のみの騒音制御について説明するが、助手席、後席等他の席においても同様に適用することができる。

図３は、車両のルーフライニング１０２に取り付け固定されたマイクロホンユニット１０４の断面図を示している。

マイクロホンユニット１０４は、中央に開口部１０６が設けられた下部筐体１０８と、上部筐体１１０とで、開口部１０６以外からの外部音が遮蔽された空間内に、マイクロホン１８が収容された構造となっている。マイクロホン１８は、プリント配線板１１２上に実装され、このプリント配線板１１２のマイクロホン１８の実装面と下部筐体１０８の開口部１０６の近傍内面間とが、開口部１０６からの音以外の音を遮蔽するパイプ状構造体１２０で連結されている。

車両３０のルーフライニング１０２には、下部筐体１０８の開口部１０６と同軸上に開口部１０６より大径の開口部１２２が設けられている。このように、マイクロホンユニット１０４は、開口部１２２及び開口部１０６を通じパイプ状構造体１２０の内部空間を通じてマイクロホン１８に、外部音が遮蔽された車内の音（騒音とその騒音を相殺する制御音）のみを集音することができる構造となっている。マイクロホンユニット１０４の出力線１２４からは、騒音と制御音にかかる誤差信号ｅ（ｎ）が、プリント配線板１１２に実装された増幅器２０１、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）２０２、Ａ／Ｄ変換器２０３を通じデジタル信号として出力される。

そして、ルーフライニング１０２に設けられた開口部１２２が乗員の手の平等により塞がれると、マイクロホン用の開口部１０６が略閉塞状態となり、この場合に、従来技術に係る能動音制御装置では、スピーカ１６から出力される制御音が音圧の大きな異常音（ボー音という。）になる。

そこで、この図１、図２例の能動型騒音制御装置１０は、後に詳しく説明するように、この不快なボー音が発生しないように制御音を所定の音圧に抑制し、乗員が不快なボー音と感じられないようにして、不快なボー音の発生を防止する。

図１において、エンジン回転パルスＥｐから周波数カウンタ３２により騒音Ｎｚの周波数ｆが検出され、基準信号生成器１２及び参照信号生成回路２０に供給される。

基準信号生成器１２は、騒音Ｎｚの周波数ｆから調波の基準信号である余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝を生成する余弦波生成器３４と、騒音Ｎｚの周波数ｆの調波の基準信号である正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝を生成する正弦波生成器３６とから構成されている。

適応ノッチフィルタ１４は、余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝が入力される適応ノッチフィルタ（第１適応ノッチフィルタ）１４Ａと、正弦波｛２π（ｆ，ｎ）｝が入力される適応ノッチフィルタ（第２適応ノッチフィルタ）１４Ｂとから構成されている。余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝が入力される適応ノッチフィルタ１４Ａから出力される制御信号（第１制御信号）ｙ１（ｎ）と、正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝が入力される適応ノッチフィルタ１４Ｂから出力される制御信号（第２制御信号）ｙ２（ｎ）とを加算器３８で加算して制御信号ｙ（ｎ）を生成することで、任意の位相と振幅を有する制御信号ｙ（ｎ）を生成する。デジタル信号である制御信号ｙ（ｎ）が、Ｄ／Ａ変換器２１１、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）２１２、及び増幅器２１３を介してスピーカ１６に供給され、スピーカ１６を介して制御音として出力される。

参照信号生成回路２０は、４つの補正フィルタ４１〜４４と、加算器４６、４８とから構成されている。

補正フィルタ４１、４３は、スピーカ１６の位置からマイクロホン１８の位置を含む音場の伝達関数Ｈの実数部の特性ＲｅＨ（ｆ）を有し、補正フィルタ４２、４４は、該伝達関数Ｈの虚数部の特性ＩｍＨ（ｆ）を有する。

なお、請求項及びここまでの説明では、伝達関数Ｈとして、車室におけるスピーカ１６の位置からマイクロホン１８の位置までの信号の伝達関数としているが、実際の伝達関数の測定は、例えばフーリエ変換装置からなる信号伝達特性測定装置を能動型騒音制御装置１０を構成するＤ／Ａ変換器２１１の入力側（加算器３８の出力側）と、Ａ／Ｄ変換器２０３の出力側（フィルタ係数更新手段２２の入力側）間に接続して、この信号伝達特性測定装置により、信号の伝達関数が、マイクロコンピュータ１がＤ／Ａ変換器２１１の入力側に出力する制御信号ｙ（ｎ）と、マイクロホン１８からＡ／Ｄ変換器２０３を通じてマイクロコンピュータ１へ入力される誤差信号ｅ（ｎ）とに基づいて測定される。

ゆえに、信号伝達関数の測定方法によって、車室におけるスピーカ１６とマイクロホン１８との間の信号の伝達関数には、マイクロコンピュータ１の前記出力と前記入力との間に挿入されたアナログ電子回路、例えば、スピーカ１６、マイクロホン１８、Ｄ／Ａ変換器２１１、ＬＰＦ２１２、増幅器２１３、増幅器２０１、ＢＰＦ２０２、Ａ／Ｄ変換器２０３による伝達特性も含まれることになる。

言い換えれば、信号伝達特性の測定方法によっては、車室におけるスピーカ１６とマイクロホン１８との間の信号の伝達関数Ｈは、適応ノッチフィルタ１４の出力からフィルタ係数更新手段２２の入力までの信号伝達特性となる。

また、実数部の特性ＲｅＨ（ｆ）と虚数部のＩｍＨ（ｆ）は、それぞれ周波数ｆに依存して特性値が変化する。

加算器４６から余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝に係る参照信号（補正値）Ｃｘ（ｎ）がフィルタ係数更新手段２２Ａに出力され、加算器４８から正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝に係る参照信号（補正値）Ｃｙ（ｎ）がフィルタ係数更新手段２２Ｂに出力される。

参照信号Ｃｘ（ｎ）、Ｃｙ（ｎ）は、参照信号生成回路２０の回路接続を参照すれば、以下の式で得られることが分かる。
Ｃｘ（ｎ）＝ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝・ＲｅＨ（ｆ）
−ｓｉｎ｛２π（ｆ、ｎ）｝・ＩｍＨ（ｆ）
Ｃｙ（ｎ）＝ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝・ＩｍＨ（ｆ）
＋ｓｉｎ｛２π（ｆ、ｎ）｝・ＲｅＨ（ｆ）

なお、参照信号Ｃｘ（ｎ）、Ｃｙ（ｎ）の両方又はいずれかを示す場合には、参照信号Ｃ（ｎ）という。

フィルタ係数更新手段２２Ａは、更新したフィルタ係数Ｗｘ（ｎ＋１）を適応ノッチフィルタ１４Ａに切替手段５４を介して新たなフィルタ係数Ｗ（ｎ）＝Ｗｘ（ｎ）として設定し（ｎ←ｎ＋１）、フィルタ係数更新手段２２Ｂは、更新したフィルタ係数Ｗｙ（ｎ＋１）を適応ノッチフィルタ１４Ｂに切替手段５４を介して新たなフィルタ係数Ｗ（ｎ）＝Ｗｙ（ｎ）として設定する（ｎ←ｎ＋１）。

この場合、フィルタ係数更新手段２２Ａ、２２Ｂは、それぞれ、誤差信号ｅ（ｎ）と参照信号Ｃｘ（ｎ）、Ｃｙ（ｎ）とが入力されて、誤差信号ｅ（ｎ）が最小となるように時点ｎ毎にフィルタ係数Ｗ（ｎ）を逐次更新［Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷ｛ΔＷ＝−μｅ（ｎ）ｃ（ｎ）は、更新量であって参照信号ｃ（ｎ）と誤差信号ｅ（ｎ）とに基づき誤差信号ｅ（ｎ）の２乗が最小値となるような適応アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）により算出される。μは定数｝］する第１フィルタ係数更新手段５１と、更新前のフィルタ係数Ｗ（ｎ）に１未満の所定値λ（例えば、λ＝１２７／１２８≒０．９９）を乗算してフィルタ係数を更新｛Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λ｝する第２フィルタ係数更新手段５２と、更新されたフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）、すなわちＷ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷ又はＷ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λが入力されて、択一的に切り替える切替手段５４とから構成されている。

この切替手段５４には、閾値設定手段５５が接続され、この閾値設定手段５５からフィルタ係数Ｗ（ｎ）の第１閾値（上限閾値）Ｗ１と第２閾値（下限閾値）Ｗ２が設定される。第１閾値Ｗ１と第２閾値Ｗ２は、予め、実車による試験及びシミュレーション等を利用して決定されるが、上限値である第１閾値Ｗ１は、通常動作状態では上回ることがない値に設定され、下限値である第２閾値Ｗ２は走行中乗員が音を感じない大きさに対応する値に設定される。

なお、第１閾値Ｗ１及び第２閾値Ｗ２は、エンジン回転パルスＥｐの周波数、換言すれば基準信号の周波数ｆに応じて可変にしてもよい。この場合には、閾値設定手段５５に周波数カウンタ３２からの周波数ｆが供給され、この周波数ｆに対する閾値Ｗ１、Ｗ２のマップが閾値設定手段５５に格納される。

例えば、エンジン回転数が高い範囲で比較的に騒音が大きな状態では第１閾値Ｗ１（Ｗ１ｌｏｕｄとする。）及び第２閾値Ｗ２（Ｗ２ｌｏｕｄとする。）を、エンジン回転数が低い範囲で比較的に騒音が小さな状態での第１閾値Ｗ１（Ｗ１ｓｍａｌｌとする。）及び第２閾値Ｗ２（Ｗ２ｓｍａｌｌ）に対して、それぞれ大きな値に設定してもよい（例えば、Ｗ１ｌｏｕｄ＞Ｗ１ｓｍａｌｌ＞Ｗ２ｌｏｕｄ＞Ｗ２ｓｍａｌｌの関係に選択される。

なお、第１フィルタ係数更新手段５１によりフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷを算出する処理は、通常の適応制御処理であり、第２フィルタ係数更新手段によりフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λを算出する処理は、忘却処理である。

切替手段５４は、適応ノッチフィルタ１４Ａ（１４Ｂ）に第１フィルタ係数更新手段５１から供給されているフィルタ係数Ｗ（ｎ）が所定回数連続して第１閾値Ｗ１以上となると、第２フィルタ係数更新手段５２から供給される更新されたフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λを適応ノッチフィルタ１４Ａ（１４Ｂ）に供給するように切り替え、その後、第２フィルタ係数更新手段５２から供給されているフィルタ係数Ｗ（ｎ）が第２閾値Ｗ２を下回ると第１フィルタ係数更新手段５１から供給される更新されたフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷを適応ノッチフィルタ１４Ａ（１４Ｂ）に供給するように切り替え制御する。

この場合、フィルタ係数更新手段２２Ａ、２２Ｂを構成する切替手段５４は、相互に接続されており、どちらか一方の切替手段５４によりフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷをフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λに切り替えて出力したとき、他の切替手段５４もフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷをフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λに切り替えて出力するように連係動作し、さらに、どちらか一方の切替手段５４によりフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λをフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷに切り替えて出力したとき、他の切替手段５４もフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λをフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷに切り替えて出力するように連係動作する。すなわち、制御信号ｙ１（ｎ）を出力する適応ノッチフィルタ１４Ａ及びフィルタ係数更新手段２２Ａは、制御信号ｙ２（ｎ）を出力する適応ノッチフィルタ１４Ａ及びフィルタ係数更新手段２２Ａと、実質的に同時に通常の適応制御処理を行い、かつ同時に忘却処理を行うように動作する。

基本的には以上のように構成されかつ動作する能動型騒音制御装置１０のさらに詳細な動作について、以下、マイクロコンピュータ１が実行する図４〜図６に示すプログラムのフローチャートを参照して詳細に説明する。

なお、上記したように、制御信号ｙ１（ｎ）を出力する適応ノッチフィルタ１４Ａ及びフィルタ係数更新手段２２Ａと、制御信号ｙ２（ｎ）を出力する適応ノッチフィルタ１４Ａ及びフィルタ係数更新手段２２Ａとは、実質的に同時に通常の適応制御処理を行い、かつ同時に忘却処理を行うように動作するので、繁雑さを避けるため、以下、必要に応じて制御信号ｙ１（ｎ）を出力する適応ノッチフィルタ１４Ａ及びフィルタ係数更新手段２２Ａによる動作のみについて説明する。

また、図４〜図６のフローチャートを参照するとともに、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示すタイムチャートを適宜参照して説明する。図７Ａのタイムチャートは、マイク塞ぎ状態の発生していないでフィルタ係数Ｗ（ｎ）が第１閾値Ｗ１と第２閾値Ｗ２との間にある場合の通常の適応制御処理状態の動作説明図、図７Ｂは通常の適応制御処理のみを行う従来技術に係るボー音発生の説明図である。図７Ｃのタイムチャートはマイク穴塞ぎがあってもボー音の発生を防止し、かつマイク穴塞ぎが解消された場合に直ちに通常の適応制御処理にもどることが可能なこの実施形態に係る能動型騒音制御装置１０の動作説明図である。

図７Ｃにおいて、時点ｔ０〜ｔ１と時点ｔ３〜ｔ４と時点ｔ７〜は、それぞれ適応制御処理期間Ｔａｄｐであり、時点ｔ１〜ｔ２と時点ｔ４〜ｔ５は、それぞれフィルタ係数Ｗ（ｎ）の上限値である第２閾値Ｗ１の保持期間Ｔｈｏｌｄであり、時点ｔ２〜ｔ３と時点ｔ４〜ｔ５は、忘却処理期間Ｔｏｂを示している。

また、図７Ｂにおいて、時点ｔ１〜ｔ６は、音圧の大きな異常音であるボー音を発生している期間である。

そこで、ステップＳ１において、時点ｎで、出力演算処理を行う。すなわち、エンジン回転パルスＥｐから周波数カウンタ３２により周波数ｆが検出され、基準信号生成器１２と参照信号生成回路２０に供給される。

検出された周波数ｆに対して、基準信号生成器１２を構成する余弦波生成器３４により余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝の基準信号が生成され適応ノッチフィルタ１４Ａと参照信号生成回路２０の補正フィルタ４１、４４に出力されるとともに、正弦波生成器３６により正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝の基準信号が生成され適応ノッチフィルタ１４Ｂと参照信号生成回路２０の補正フィルタ４２、４３に出力される。

適応ノッチフィルタ１４Ａ、１４Ｂは、各基準信号ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝、ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝に各フィルタ係数Ｗｘ（ｎ）、Ｗｙ（ｎ）を乗算し、各制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）を出力する。

このとき、制御信号ｙ（ｎ）は、加算器３８により、ｙ（ｎ）＝ｙ１（ｎ）＋ｙ２（ｎ）とされる。ここで、制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）は、それぞれ以下のように表される。
ｙ１（ｎ）＝ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝・Ｗｘ（ｎ）
ｙ２（ｎ）＝ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝・Ｗｙ（ｎ）

補正フィルタ４１、４２は、周波数ｆによりゲインが調整され加算器４６から余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝に係る参照信号Ｃｘ（ｎ）をフィルタ係数更新手段２２Ａに出力し、補正フィルタ４３、４４は、周波数ｆによりゲインが調整され加算器４８から正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝に係る参照信号Ｃｙ（ｎ）をフィルタ係数更新手段２２Ｂに出力する。

次いで、ステップＳ２で、マイク塞ぎフラグ（穴塞ぎフラグ）Ｆｍが立っていないかどうかを判断する。マイク塞ぎフラグＦｍが立っていない場合には、マイクロホン用の開口部１０６が閉塞状態（穴塞ぎ状態）になっていないと判断して、第１フィルタ係数更新手段５１を選択し、図５に詳細を示すステップＳ３の適応制御処理を行う。

この適応制御処理では、ステップＳ３１において、Ｗ（ｎ）が、第１閾値Ｗ１（図７Ｃ参照）を下回っているかどうかが判断され、下回っていた場合｛Ｗ（ｎ）＜Ｗ１｝には、ボー音が発生していない正常状態であると判断され、ステップＳ３２においてボー音の発生をカウント値（ボー音発生確定値）ｐ（例えば、ｐ＝１０回）で確定するためのカウンタのカウント値ｃｒをゼロ値にリセットする（ｃｒ＝０）。

そして、ステップＳ３３で、第１フィルタ係数更新手段５１は、通常の適応制御処理を行う。すなわち、フィルタ係数更新手段２２Ａ、２２Ｂを構成する第１フィルタ係数更新手段５１は、上述したように、フィルタ係数Ｗ（ｎ）をフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷに更新する処理を行う。

なお、ステップＳ３３での計算結果のフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）が、ステップＳ３８で、第１閾値Ｗ１以上の値になったかどうかが判断され、Ｗ（ｎ＋１）≧Ｗ１となった場合には、ステップＳ３９で、フィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）が第１閾値Ｗ１に固定される｛Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ１｝。そのため、制御信号ｙ（ｎ）がフィルタ係数Ｗ１に対応する設定上限値に保持され不快を招くボー音の発生が防止される。

その一方、ステップＳ３１において、フィルタ係数Ｗ（ｎ）が、第１閾値Ｗ１を上回っていた｛Ｗ（ｎ）≧Ｗ１｝場合には、穴塞ぎ状態になっていると判断されるのでステップＳ３４において前記カウンタのカウンタ値ｃｒを１だけ大きくする（ｃｒ＝ｃｒ＋１）。また、ステップＳ３５において、第１フィルタ係数更新手段５１はフィルタ係数Ｗ（ｎ）をこれ以上大きい値にしないために、フィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）として第１閾値Ｗ１を設定する｛Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ１｝。

次いで、ステップＳ３６で、カウンタ値ｃｒが忘却処理を開始する確定値（穴塞ぎ状態の確定値）ｐ未満であるかどうかが判断され、穴塞ぎ状態確定値ｐ未満の値であった場合（ｃｒ＜ｐ）には、ステップＳ１にもどるが、このとき、適応ノッチフィルタ１４に対して第１フィルタ係数更新手段５１でフィルタ係数Ｗ（ｎ）＝Ｗ１が設定されることで、制御信号ｙ（ｎ）がフィルタ係数Ｗ１に対応する設定上限値に保持され不快を招くボー音の発生が防止される（図７Ｃの時点ｔ１〜ｔ２又は時点ｔ４〜ｔ５の期間）。

この場合、通常の従来技術に係る適応制御処理では、図７Ｂに示すように、時点ｔ１以降に大きな音圧の異常音であるボー音が発生し、それがマイク塞ぎ状態が解消された時点ｔ６まで継続してしまう。

その一方、この実施形態に係る能動型騒音制御装置１０によれば、図７Ｃに示すように、時点ｔ１〜ｔ６の全期間で、ボー音の発生が防止される。

ステップＳ３５で、カウンタ値ｃｒが穴塞ぎ状態確定値ｐ以上であった（ｃｒ≧ｐ）場合には、ステップＳ３７において、マイク塞ぎフラグＦｍを立てる。すなわち、ステップＳ３１で検出されたマイク塞ぎがステップＳ３５の判断が否定となることで連続してｐ回発生した場合には、マイク塞ぎ検出フラグＦｍを立て、マイク塞ぎを確定する（図７Ｃの時点ｔ２、ｔ５に対応する。）。この時点ｔ２、ｔ５では、ステップＳ３５の処理がなされているので、時点ｔ１〜ｔ２及び時点ｔ４〜ｔ５の期間では、ステップＳ３５で適応ノッチフィルタ１４に対してフィルタ係数Ｗ（ｎ）＝Ｗ１が設定されていることから、制御信号ｙ（ｎ）が設定上限値に保持され、不快なボー音の発生の防止が継続される。

マイク塞ぎが確定した場合、次のステップＳ２の処理においてマイク塞ぎフラグＦｍが立っていることが検出されるので、プログラムの実行主体が第１フィルタ係数更新手段５１から第２フィルタ係数更新手段５２に切り替わりステップＳ４の忘却処理が行われる。

図６は、忘却処理の詳細なフローを示している。

ステップＳ４１では、フィルタ係数Ｗ（ｎ）が第２閾値Ｗ２を下回る値であるかどうかが判断され、下回る値でない場合、換言すれば、フィルタ係数Ｗ（ｎ）が第１閾値Ｗ１と第２閾値Ｗ２の間の値｛Ｗ１＞Ｗ（ｎ）≧Ｗ２｝にあると判断された場合には、第２フィルタ係数更新手段５２は、ステップＳ４２において、フィルタ係数Ｗ（ｎ）をフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λに更新する処理を行う。

すなわち、ステップＳ４２において、第２フィルタ係数更新手段５２は、フィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）として、更新前のフィルタ係数Ｗ（ｎ）に１未満の所定値λを掛けたフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λを適応ノッチフィルタ１４に設定する。これにより、フィルタ係数Ｗ（ｎ）が減少し、制御信号ｙ（ｎ）が減少する忘却処理が開始される（図７Ｃの時点ｔ２、ｔ５が対応する。）。

なお、制御音をフェードアウトさせる忘却処理を行うことなく、制御信号ｙ（ｎ）を急激に「０」に収束させると、スピーカ１６から「ボツ」というボツ音が発生してしまう。このボツ音の発生を防止するとともに、忘却処理から直ちに適応制御処理へ復帰できるようにするには、約０．１［秒］以内で制御音を走行中乗員が音を感じない大きさに対応する値に収束するようにすればよい。そのための、１未満の所定値λは、同時に０．９を上回る値であることが好ましいことが実験的に分かった（０．９＜λ＜１．０）。

そして、ステップＳ１→ステップＳ２（ＮＯ）→ステップＳ４１（ＮＯ）→ステップＳ４２の忘却処理が一定回数繰り返されると（図７Ｃの時点ｔ２〜ｔ３、又は時点ｔ５〜ｔ７の期間が対応する。）、ステップＳ４１の判断が成立する。すなわち、フィルタ係数Ｗ（ｎ）が第２閾値Ｗ２を下回る値｛Ｗ（ｎ）＜Ｗ２｝になる（図７Ｃの時点ｔ３、ｔ７が対応する。）。

このとき、ステップＳ４３で穴塞ぎフラグＦｍをリセットする。なお、この時点（図７Ｃの時点ｔ３又は時点ｔ７）では、実際に穴塞ぎが解消されているかどうかは不明であるが、穴塞ぎが解消されたとき、直ちに通常の適応制御処理にもどれるように、図７Ｃの時点ｔ３〜ｔ４又は時点ｔ７以降に示すように、ステップＳ４１（ＹＥＳ）→ステップＳ４３→ステップＳ４２→ステップＳ１→ステップＳ２（ＹＥＳ）→ステップＳ３の適応制御処理を行うことで、フィルタ係数Ｗ（ｎ）がゼロ値にならないように制御している。

すなわち、ステップＳ４３でマイク塞ぎフラグＦｍがリセットされたときには、次に、ステップＳ２の判断が成立し、ステップＳ３の適応制御処理が行われることとなり、ステップＳ３１の判断が成立することからステップＳ３２のカウンタ値ｃｒのリセット処理を経て、ステップＳ３３で適応ノッチフィルタ１４に設定されるフィルタ係数Ｗ（ｎ）は、フィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷとされ、下限値である第２閾値Ｗ２近傍にあるフィルタ係数Ｗ（ｎ）は、図７Ｂの時点ｔ３又は時点ｔ７から大きくなり、制御信号ｙ（ｎ）が大きくなる。

この適応制御処理期間（ここでは時点ｔ３〜時点ｔ４の期間と考える。）中、すなわち、ステップＳ１→ステップＳ２（ＹＥＳ）→ステップＳ３１（ＹＥＳ）→ステップＳ３２→ステップＳ３３→ステップＳ３８（ＮＯ）の処理の繰り返し中、あるいはフィルタ係数Ｗ（ｎ）を第１閾値Ｗ１｛Ｗ（ｎ）＝Ｗ１｝にして、制御信号ｙ（ｎ）を設定上限値に保持している期間（時点ｔ４〜時点ｔ５）、又は上記した忘却処理中の期間（時点ｔ５〜時点ｔ６）のいずれかの期間にマイク塞ぎが解消されていた場合には、時点ｔ７から通常の適応制御処理にもどり、第１フィルタ係数更新手段５１を利用する適応制御処理により車室内騒音が抑制される。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、音検出器であるマイクロホン１８が塞がれたときのボー音の発生を防止するため、適応ノッチフィルタ１４のフィルタ係数（第１フィルタ係数）Ｗ（ｎ）が第１閾値Ｗ１を上回る値となったときに、マイク塞ぎを確定する一定期間、フィルタ係数Ｗ（ｎ）を第１閾値Ｗ１として制御音を制限し、一定期間経過したとき、更新前のフィルタ係数（第１フィルタ係数）Ｗ（ｎ）に１未満の所定値λ、例えばλ＝１２７／１２８≒０．９９を逐次乗算したフィルタ係数（第２フィルタ係数更新手段５２による計算結果）Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）×λを用いて相殺音を生成する忘却処理を行うとともに、相殺音生成中に、フィルタ係数（第２フィルタ係数更新手段５２による計算結果）Ｗ（ｎ）が第１閾値Ｗ１より小さい第２閾値Ｗ２を下回る値となったときに適応制御処理を再開して誤差音が最小となるように逐次更新されるフィルタ係数（第１フィルタ係数更新手段５１による計算結果）Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷを用いて相殺音を生成する。

このようにフィルタ係数Ｗ（ｎ）の第１閾値（上限値）Ｗ１と第２閾値（下限値）Ｗ２を設け、上限値である第１閾値Ｗ１を上回ると制御音をフェードアウト（忘却処理）させ、下限値である第２閾値Ｗ２を下回ると適応制御処理を再開するように構成したので、マイクロホン１８が塞がれてもフィルタ係数Ｗ（ｎ）が上限値である第１閾値Ｗ１を超えることがないのでボー音の発生を防止でき乗員に大きな不快音をほとんど感じさせないようにすることができ、かつ、フィルタ係数Ｗ（ｎ）をゼロ値にしないで消音制御を継続するようにしているので塞ぐのをやめたとき直ちに騒音を低減することができる。

なお、上述した実施形態において、切替手段５４は、フィルタ係数Ｗ（ｎ）の値に基づいて切替制御を行うようにしているが、制御信号ｙ１（ｎ）及び制御信号ｙ２（ｎ）の絶対値に基づいて切替制御を行うようにすることもできる。

また、上述した実施形態においては、基準信号生成器１２により余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝と、正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝を生成しているが、他の実施形態として、いずれか一方、例えば、図８に示すように、余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝のみを発生する構成のマイクロコンピュータ１Ｒからなる能動型騒音制御装置１０Ｒの構成としても、即応性及び騒音抑制量については、図１例の能動型騒音制御装置１０に劣るが、ボー音の発生の抑制が可能であり一定の効果を発揮することができる。この実施形態の場合には、基準信号生成器１２Ｒ、参照信号生成回路２０Ｒ、適応ノッチフィルタ１４Ｒ、フィルタ係数更新手段２２Ｒの各部品コストを略半減できる。

さらに、上述した実施形態では、能動型騒音制御装置１０、１０Ｒを、自動車の車両３０の車室に適用した例を示しているが、この発明は、自動車の車両３０以外の車両の他、船の船室・操縦室、水陸両用車の車室、プレジャーボートの船室、ヘリコプタの室内、飛行機の乗客室・操縦室等の閉空間に適用することができる。

この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態に係る能動型騒音制御装置のブロック図である。 能動型騒音制御装置が搭載された車両の模式的平面図である。 車両のルーフライニングに取り付け固定されたマイクロホンユニットの断面図である。 能動型騒音制御装置の動作説明に供されるフローチャートである。 フィルタ係数の上限値を検出する処理を含む適応制御処理の動作説明に供されるフローチャートである。 フィルタ係数の下限値を検出する処理を含む忘却処理の動作説明に供されるフローチャートである。 図７Ａは、通常の動作状態におけるフィルタ係数の変化を示すタイムチャートである。 図７Ｂは、異常音が発生する場合のフィルタ係数の変化を示すタイムチャートである。 図７Ｃは、この実施形態に係る能動型騒音制御装置のフィルタ係数の変化を示すタイムチャートである。 この発明の他の実施形態に係る能動型騒音制御装置のブロック図である。

符号の説明

１０、１０Ｒ…能動型騒音制御装置 １２、１２Ｒ…基準信号生成器
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｒ…適応ノッチフィルタ
１６…スピーカ（音出力器） １８…マイクロホン（音検出器）
２０…参照信号生成回路
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｒ…フィルタ係数更新手段
２８…エンジン ４１〜４４…補正フィルタ
５１…第１フィルタ係数更新手段 ５２…第２フィルタ係数更新手段
５４…切替手段 ５５…閾値設定手段
１０２…ルーフライニング １０４…マイクロホンユニット

Claims (3)

1. 騒音源から発生する騒音の周波数から調波の基準信号を出力する基準信号生成器と、
   前記基準信号が入力されて、前記騒音を相殺するための制御信号を出力する適応ノッチフィルタと、
   前記制御信号を制御音として出力する音出力器と、
   前記騒音と前記制御音との相殺誤差音を検出し、誤差信号として出力する音検出器と、
   前記音出力器から前記音検出器までの伝達関数を有し、前記基準信号が入力されて参照信号を出力する補正フィルタと、
   前記誤差信号と前記参照信号とが入力されて、前記誤差信号が最小となるように前記適応ノッチフィルタのフィルタ係数を逐次更新する第１フィルタ係数更新手段と、
   前記適応ノッチフィルタの更新前のフィルタ係数に１未満の所定値を乗算して更新する第２フィルタ係数更新手段と、
   前記第１フィルタ係数更新手段と前記第２フィルタ係数更新手段とを択一的に切り替え前記フィルタ係数を前記適応ノッチフィルタに供給する切替手段とを備え、
   前記切替手段は、前記フィルタ係数が第１閾値を上回ると前記第２フィルタ係数更新手段に切り替えるとともに、前記フィルタ係数が前記第１閾値より小さい第２閾値を下回ると前記第１フィルタ係数更新手段に切り替える
   ことを特徴とする能動型騒音制御装置。
2. 請求項１記載の能動型騒音制御装置において、
   前記基準信号生成器は、
   前記調波の基準信号として、基準正弦波信号と基準余弦波信号とを出力し、
   前記適応ノッチフィルタは、
   前記基準余弦波信号に基づいて第１制御信号を出力する第１適応ノッチフィルタと、前記基準正弦波信号に基づいて第２制御信号を出力する第２適応ノッチフィルタとで構成され、
   前記第１制御信号と前記第２信号とが加算器により加算されて前記制御信号が生成されて前記音出力器に入力され、
   前記切替手段は、
   前記第１適応ノッチフィルタ及び前記第２適応ノッチフィルタにそれぞれ供給されるフィルタ係数の何れか一方が前記第１閾値を上回ると前記第１適応ノッチフィルタ及び前記第２適応ノッチフィルタの両方とも前記第２フィルタ係数更新手段に切り替えるとともに、前記第１適応ノッチフィルタ及び前記第２適応ノッチフィルタにそれぞれ供給されるフィルタ係数の何れか一方が前記第２閾値を下回ると前記第１フィルタ係数更新手段に切り替える
   ことを特徴とする能動型騒音制御装置。
3. 請求項１又は２記載の能動型騒音制御装置において、
   前記第１閾値及び前記第２閾値は、前記基準信号の周波数に応じて変化させる
   ことを特徴とする能動型騒音制御装置。

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