JP2011161965A - 車載用音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車速連動型イコライザとアクティブノイズコントローラを同時に動作させたときにも、アクティブノイズコントローラによる車室内騒音の消音量を考慮した聴感上自然な車室内騒音に対するオーディオ信号の補償をすることができる車載用音響装置を提供する。
【解決手段】 車速に応じてオーディオ信号の特性を変更する車速連動型イコライザ１０１と、車室内騒音と相関の高いリファレンス信号から騒音抑圧信号を作り出して車室内騒音を抑圧するアクティブノイズコントローラ１０２と、消音量推定器１０３とを備え、消音量推定器１０３はアクティブノイズコントローラ１０２の出力信号から車室内騒音の抑圧量を推定し、その情報に基づいて車速連動型イコライザの特性を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車室内の騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくするために、車速に応じてオーディオ信号の再生ボリュームやオーディオ信号にかけるイコライザ特性を変更する車速連動型ボリュームまたは車速連動型イコライザや、車室内の騒音を、騒音と同振幅逆位相の音を出力することで打ち消すアクティブノイズコントローラを備えた車載用音響装置に関するものである。

従来の車速連動型ボリュームとして、自動車の車速の変化を直流に変換する回路手段と、この回路手段からの直流の変化によってインピーダンスが変化する回路手段と、この回路手段でのインピーダンスの変化によってハイパスフィルタの遮断周波数が変化する可変利得増幅回路を備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

また、従来のアクティブノイズコントローラとして、種々の運転状態下に於いて車室内で発生する空洞共振騒音に対応して、これを相殺可能とする種々の信号情報を予めコントロールユニットに記憶させておくと共に、車体に設けた検出器からの検出信号により自動車の運転状態を判断し、該判断に対応して選定された上記信号情報を基に、スピーカから空洞共振騒音の相殺音を出力させることを特徴とするものが知られている（例えば特許文献２参照）。

特開昭５９−２３０３１４号公報 特開昭５９−９６９９号公報

しかしながら、従来の車載用音響装置においては、車速連動型イコライザとアクティブノイズコントローラを同時に動作させると、車速連動型イコライザは車室内の騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくするために車速に応じてオーディオ信号にかけるイコライザ特性を変更するが、アクティブノイズコントローラによって車室内の騒音が抑圧された分、車速連動型イコライザによって制御されたオーディオ信号が聴感上大きすぎてしまうという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、車速連動型イコライザとアクティブノイズコントローラを同時に動作させても、オーディオ信号を聴感上適切な特性で再生できる車載用音響装置を提供することを目的とする。

本発明の車載用音響装置は、車速に応じてオーディオ信号にかけるイコライザの特性を変更する車速連動型イコライザと、車室内の騒音を、その騒音と同振幅逆位相の信号を出力することで打ち消すアクティブノイズコントローラと、前記アクティブノイズコントローラによる車室内騒音の消音量を推定する消音量推定器とを備えた構成を有している。

この構成により、車速連動型イコライザとアクティブノイズコントローラとを同時に動作させたときに、アクティブノイズコントローラによる車室内の騒音の消音量をアクティブノイズコントローラの出力信号から推定し、その推定した消音量に応じて車速連動型イ
コライザの制御を変えることができる。

本発明は、車速連動型イコライザとアクティブノイズコントローラを同時に動作させたときに、アクティブノイズコントローラの出力信号から車室内騒音の消音量を推定する消音量推定器を設けることにより、アクティブノイズコントローラによる車室内騒音の消音量を推定し、その推定した消音量に応じて車速連動型イコライザのゲインを変えることで、車室内騒音の消音を行い、かつ消音車室内騒音の量に応じた聴感上自然なオーディオ信号の補償ができるものである。

本発明の第１の実施の形態における車載用音響装置のブロック図 本発明の第２の実施の形態における車載用音響装置のブロック図 車室内に設置したマイクからオーディオ信号を除去し車室内騒音だけを検出するのに必要なオーディオ信号除去装置のブロック図 車室内騒音特性図 車速連動型イコライザのイコライザ特性図 補償量変更フィルタのフィルタ特性図

（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態の車載用音響装置について、図面を用いて説明する。本発明の第１の実施の形態の車載用音響装置を図１に示す。

図１において、車載用音響装置１００は、図示していないオーディオ信号を出力するＣＤプレーヤなどのオーディオ信号発生装置、車速信号を出力する車速信号発生装置、車室内騒音の消音用信号を生成するのに必要なリファレンス信号を出力するリファレンス信号発生装置に接続可能に構成される。

車載用音響装置１００は、車速信号発生装置が発生した車速信号に基づいて、オーディオ信号発生装置が発生したオーディオ信号の振幅周波数特性を変更する車速連動型イコライザ１０１と、リファレンス信号発生装置が発生したリファレンス信号の振幅と位相特性を変更して出力するアクティブノイズコントローラ１０２と、アクティブノイズコントローラ１０２の出力信号からアクティブノイズコントローラによる消音量を推定する消音量推定器１０３とを有する構成である。

車載用音響装置１００はまた、車速連動型イコライザ１０１の出力を車１０９内に放射するオーディオ用スピーカ１１０と、アクティブノイズコントローラ１０２の出力を車１０９内に放射する消音用スピーカ１１１と、車１０９内の消音状態を検出するセンシングマイク１１２に接続されている。

なお、車速連動型イコライザ１０１とオーディオ用スピーカ１１０との間、アクティブノイズコントローラ１０２と消音用スピーカ１１１との間、およびアクティブノイズコントローラ１０２とセンシングマイク１１２との間に信号を増幅するためのアンプが設けられていても良い。

車速連動型イコライザ１０１は、オーディオ信号の振幅特性を変更するイコライザ１０４と、イコライザ１０４のイコライザ係数を変更するイコライザ制御器１０５と、イコライザ１０４のイコライザ係数を格納するイコライザ係数格納器１０６とから構成されている。

また、アクティブノイズコントローラ１０２は、リファレンス信号の振幅と位相特性を変更する適応フィルタ１０７と、適応フィルタ１０７の係数を更新するフィルタ係数更新器１０８とから構成されている。

以上のように構成された車載用音響装置について、図１を用いてその動作を説明する。まず、車速連動型イコライザ１０４の動作について説明する。

ＣＤプレーヤなどから得られたオーディオ信号がイコライザ１０４に入力されると、イコライザ１０４は、オーディオ信号の振幅特性が所望の特性になるように制御して出力する。

イコライザ１０４の出力は、オーディオ用スピーカ１１０から、車１０９内に放射され音として受聴者に知覚される。ただし、イコライザ１０４の所望の特性は、次のように設定される。

すなわち、イコライザ制御器１０５は、車速信号から現在の車速を推定し、あらかじめ設定してあるイコライザ係数格納器１０６内の推定した車速に対応するイコライザ１０４のイコライザ係数を選択する。次に、イコライザ制御器１０５は、イコライザ１０４のイコライザ係数を、選択した係数に入れ替える。

ここで、イコライザ係数格納器１０６に格納するイコライザ係数の設定例を、図４および図５を用いて説明する。

図４に示す波形（ａ）は車速が２０ｋｍ／ｈのとき、波形（ｂ）は車速が６０ｋｍ／ｈのとき、波形（ｃ）は１００ｋｍ／ｈのときのそれぞれの車室内走行騒音の測定値を示す例である。

図４に示すように、車室内騒音は低周波数の成分が大きく周波数が上がるほど小さくなり、また車速が早くなるほど騒音のレベルが大きくなることがわかる。

図５に示す波形（ａ）は車速が２０ｋｍ／ｈのとき、波形（ｂ）は車速が６０ｋｍ／ｈのとき、波形（ｃ）は車速が１００ｋｍ／ｈのときのそれぞれのイコライザ特性設定例である。

図４の走行騒音に対応して、高周波成分のイコライザゲインよりも低周波数成分のゲインを大きく、また車速が早くなるほどその低周波数成分のゲインを大きく設定している。イコライザ係数格納器１０６には、このように車速に対応して図５に示すような所望のイコライザ特性になるイコライザ係数を格納しておく。

このように、あらかじめ車速に対応したイコライザ係数をイコライザ係数格納器１０６に格納しておき、車速に応じてイコライザ制御器１０５がイコライザ係数格納器１０６に格納してあるイコライザ係数を選択し、イコライザ１０４のイコライザ係数を入れ替えることで、車速に応じた所望のイコライザ特性に制御することができる。

車速を用いることで、車室内の騒音特性を分析する必要がなく、装置の構成が簡単になるという利点もある。

次に、アクティブノイズコントローラ１０２の動作について説明する。
アクティブノイズコントローラ１０２にはリファレンス信号が入力され、リファレンス信
号は適応フィルタ１０７によって所望の振幅および位相特性に変更され、車１０９内に設定された消音用スピーカ１１１から放射される。

消音用スピーカ１１１から放射された信号は、車１０９内の騒音と空間中で重ね合わされる。消音用スピーカ１１１から放射された信号が、車室内の騒音信号と同振幅逆位相の信号であれば、空間で重ね合わされた後の信号は騒音が打ち消されたようになる。

リファレンス信号としては車室内騒音と相関の高い信号を用いることが必要で、例えばエンジン騒音と相関の高いエンジンパルスを用いたり、ロードノイズと相関の高い車室内床面に設置した加速度センサで検出された信号を用いる。

適応フィルタ１０８は、例えばＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成され、ＦＩＲフィルタの係数を更新することで、フィルタの特性を所望の振幅および位相特性になるようにする。

適応フィルタ１０７の係数は、次のようにして更新する。フィルタ係数更新器１０８には、適応フィルタ１０７と同じリファレンス信号が入力される。
フィルタ係数更新器１０８にはまた、車１０９内に設置したセンシングマイク１１２で検出された信号が入力される。

センシングマイク１１２は、車室内の騒音と消音用スピーカ１１１から出力された信号の車室内空間での重ね合わせの状態を検出するためのものである。

フィルタ係数更新器１０８は、このリファレンス信号とセンシングマイク１１２の出力信号から、例えばＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを用いて適応フィルタ１０７の係数を更新する。

Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ ＬＭＳアルゴリズムは、ＦＩＲフィルタの係数を誤差の２乗和が最小になるように逐次更新するアルゴリズムである。誤差をセンシングマイク１１２の出力として、適応フィルタ１０７の係数を更新すれば、車室内でのアクティブノイズコントローラ１０２の出力と車室内騒音とが車室内空間で重ね合わせられた後の信号が、最小になるように適応フィルタ１０７の係数を設定することができる。

このように、車１０９内に設置したセンシングマイク１１２で車室内の消音状態を検出し、車室内騒音と相関の高い信号をリファレンス信号として、適応フィルタ１０７の係数をフィルタ係数更新器１０８で逐次更新することで、リファレンス信号と相関の高い車室内騒音を消音することができる。

次に消音量推定器１０３の動作について説明する。 消音量推定器１０３は、適応フィルタ１０７の出力信号から、車１０９内のアクティブノイズコントローラ１０２による消音後の騒音特性を推定する。

適応フィルタ１０７の出力信号が抑圧しようとする騒音信号と同振幅逆位相の場合に消音量が大きくなり、振幅が小さければ消音量は小さくなると考えられるため、例えば、適応フィルタ１０７の出力信号の振幅を分析すれば、消音量の大小が推定できる。

また、適応フィルタ１０７の出力信号の周波数分析をすれば、どの周波数帯域の信号が抑圧されているかが推定できる。アクティブノイズコントローラ１０２による車室内騒音の消音量が推定できれば、図４に示したような車速ごとの車室内騒音特性から、消音後の車室内騒音特性が推定できる。

消音量推定器１０３は、そのようにして推定したアクティブノイズコントローラ１０２による車室内騒音の消音量または消音後の車室内騒音特性をイコライザ制御器１０５に通知する。

イコライザ制御器１０５は、消音量推定器１０３によって通知された情報によって、消音後の車室内騒音特性に適したイコライザ１０４のイコライザ係数を、イコライザ係数格納器１０６から選択し、イコライザ１０４のイコライザ係数を入れ替える。

そのため、アクティブノイズコントローラ１０２により車室内騒音特性が変化しても、その変化した後の騒音特性に応じた車速連動型イコライザ１０４のイコライザ特性を設定することができる。

このような本発明の第１の実施の形態の車室内音響装置によれば、車速連動型イコライザと、アクティブノイズコントローラと、消音量推定器とを設けることにより、アクティブノイズコントローラによって車室内騒音特性が変化しても、その変化後の騒音特性に応じた適切な制御が行われるため、車速連動型イコライザによって制御されたオーディオ信号が聴感上大きくなってしまうことなく自然な聴感を得ることができる車速連動型イコライザ特性を設定することができる。

次に、本発明の第１の実施の形態の車室内音響装置における装置構成の簡易性について、図３を用いて説明する。

図３は、本発明の第１の実施の形態の車室内音響装置とは異なる方法による車室内騒音特性推定方法を示す図である。

図３において、３００はオーディオ信号除去装置であり、車３０４内に設置されたセンシングマイク３０６で検出された信号から、車３０４内の騒音を推定するために必要な装置である。センシングマイク３０６には、車室内騒音の他に、オーディオ用スピーカ３０５から車３０４内に放射されたオーディオ信号も入力される。

そのため、センシングマイク３０６で検出された信号から車室内騒音を推定するためには、オーディオ信号を除去する必要がある。オーディオ信号除去装置３００は、オーディオ信号を除去するための適応フィルタ３０１と、適応フィルタ３０１の係数を更新するフィルタ係数更新器３０２と、センシングマイク３０６の出力信号から適応フィルタ３０１の出力信号を減算する減算器３０３とから構成されている。

減算器３０３は、センシングマイク３０６の出力信号から適応フィルタ３０１の出力信号を減算し、減算器３０３の出力信号は、誤差信号としてフィルタ係数更新器３０２に入力される。フィルタ係数更新器３０２は、その誤差信号とオーディオ信号から、誤差信号の２乗和が最小になるように適応フィルタ３０１の係数を逐次更新する。

適応フィルタ３０１の係数が十分収束した後は、減算器３０３の出力は、センシングマイク３０６の出力信号から、オーディオ信号が除去された特性となる。したがって、減算器３０３の出力信号を分析すれば、車３０４内の騒音信号だけを分析することができる。

このように、第１の実施の形態の車室内音響装置によれば、消音量推定器を設けることにより、図３に示したようなオーディオ信号除去装置が必要なくなり、装置を複雑な構成にしなくても良いという効果を有する。
（実施の形態２）
つぎに、本発明の第２の実施の形態の車載用音響装置を図２に示す。
図２において、車載用音響装置２００は、オーディオ信号の振幅周波数特性を変更する車速連動型イコライザ２０１と、リファレンス信号の振幅と位相特性を変更して出力するアクティブノイズコントローラ２０２と、アクティブノイズコントローラ２０２の出力信号からアクティブノイズコントローラによる消音量を推定する消音量推定器２０３と、車速連動型イコライザ２０１によるオーディオ信号の補償量を変更する補償量変更フィルタ２１３とを有する構成である。

車載用音響装置２００は、補償量変更フィルタ２１３の出力を車２０９内に放射するオーディオ用スピーカ２１０と、アクティブノイズコントローラ２０２の出力を車２０９内に放射する消音用スピーカ２１１と、車２０９内の消音状態を検出するセンシングマイク２１２に接続可能に構成されている。

車速連動型イコライザ２０１は、オーディオ信号の振幅特性を変更するイコライザ２０４と、イコライザ２０４の係数を変更するイコライザ制御器２０５と、イコライザ２０４の係数を格納するイコライザ係数格納器２０６とから構成されている。

また、アクティブノイズコントローラ２０２は、リファレンス信号の振幅と位相特性を変更する適応フィルタ２０７と、適応フィルタ２０７の係数を更新するフィルタ係数更新器２０８とから構成されている。

また、補償量変更フィルタ２１３は、車速連動型イコライザ２０１の出力信号の特性を変更するオーディオ特性変更フィルタ２１４と、オーディオ信号特性変更フィルタ２１４の係数を変更するフィルタ制御器２１５と、オーディオ特性変更フィルタ２１４の係数を格納するフィルタ係数格納器２１６とから構成されている。

以上のように構成された車載用音響装置について、図２を用いてその動作を説明する。図２において、車速連動型イコライザ２０１およびアクティブノイズコントローラ２０２の動作は、図１と同様である。

ただし、アクティブノイズコントローラ２０２で抑圧しようとする車２０９内の騒音はエンジンノイズのような狭帯域ノイズであり、リファレンス信号としてエンジンノイズと相関の高い、例えばエンジンパルスを用いている場合とする。

この場合には、ノイズが抑圧される帯域だけイコライザ２０４のゲインを小さくすれば良いが、イコライザ特性格納器２０６に格納してある特性は、図５に示したような低域のゲインを持ち上げたような特性になっているため、イコライザ制御器２０５では狭帯域のゲインだけを小さくすることはできない。そこで、補償量変更フィルタ２１３によって、狭帯域のゲインを小さくするように制御する。

図６は、エンジンノイズが約２００Ｈｚの狭帯域ノイズであり、アクティブノイズコントローラ２０２による騒音抑圧量が小、中、大のときそれぞれの補償量変更フィルタ２１３のフィルタ特性設定例を示す図である。

図６において、波形（ａ）は騒音抑圧量が小のとき、波形（ｂ）は騒音抑圧量が中のとき、波形（ｃ）は騒音抑圧量が大のときの、それぞれのフィルタ特性設定値を表す。
消音量推定器２０３は、適応フィルタ２０７の出力信号から、消音後の車室内騒音の特性を推定し、フィルタ制御器２１５にその情報を通知する。

フィルタ制御器２１５は、消音量推定器２０３によって通知された情報によって、消音
後の車室内騒音特性に対応したオーディオ特性変更フィルタ２１４の係数を、フィルタ係数格納器２１６に格納してある係数から選択し、オーディオ特性変更フィルタ２１４の係数を入れ替える。

オーディオ特性変更フィルタ２１４は、フィルタ制御器２１５によって変えられた係数に基づいて車速連動型イコライザによって制御されたオーディオ信号の特性を変更する。

そのため、アクティブノイズコントローラ２０２により狭帯域の車室内騒音特性が変化しても、その変化した後の騒音特性に応じたオーディオ特性に制御することができる。

このような本発明の第２の実施の形態の車室内音響装置によれば、車速連動型イコライザと、アクティブノイズコントローラと、補償量変更フィルタと、消音量推定器を設けることにより、アクティブノイズコントローラによって狭帯域の車室内騒音特性が変化しても、その変化後の騒音特性に応じた適切な制御が行われるため、車速連動型イコライザによって制御されたオーディオ信号が聴感上大きくなってしまうことなく自然な聴感を得ることができるオーディオ信号の補償ができる。

以上のように、本発明にかかる車載用音響装置は、車速連動型イコライザとアクティブノイズコントローラを同時に動作させたときに、アクティブノイズコントローラの出力信号から車室内騒音の消音量を推定する消音量推定器を設けることにより、アクティブノイズコントローラによる車室内騒音の消音量を推定し、その推定した消音量に応じて車速連動型イコライザのゲインを変えることで、車室内騒音の減衰を行い、かつ車室内騒音の量に応じた聴感上自然なオーディオ信号の補償ができるという効果を有し、車室内の騒音によって聴こえにくくなったオーディオ信号を聴こえやすくするために、車速に応じてオーディオ信号の再生ボリュームやオーディオ信号にかけるイコライザ特性を変更する車速連動型ボリュームまたは車速連動型イコライザや、車室内の騒音を、騒音と同振幅逆位相の音を出力することで打ち消すアクティブノイズコントローラを含む車載用音響装置等として有用である。

１００ 車載用音響装置
１０１ 車速連動型イコライザ
１０２ アクティブノイズコントローラ
１０３ 消音量推定器
１０４ イコライザ
１０５ イコライザ制御器
１０６ イコライザ係数格納器
１０７ 適応フィルタ
１０８ フィルタ係数更新器
１０９ 車
１１０ オーディオ用スピーカ
１１１ 消音用スピーカ
１１２ センシングマイク
２００ 車載用音響装置
２０１ 車速連動型イコライザ
２０２ アクティブノイズコントローラ
２０３ 消音量推定器
２０４ イコライザ
２０５ イコライザ制御器
２０６ イコライザ係数格納器
２０７ 適応フィルタ
２０８ フィルタ係数更新器
２０９ 車
２１０ オーディオ用スピーカ
２１１ 消音用スピーカ
２１２ センシングマイク
２１３ 補償量変更フィルタ
２１４ オーディオ特性変更フィルタ
２１５ フィルタ制御器
２１６ フィルタ係数格納器

Claims (4)

1. 車速に応じてオーディオ信号にかけるイコライザの特性を変更するイコライザ制御器を有した車速連動型イコライザと、
   車室内の騒音を、その騒音と同振幅逆位相の信号を出力することで打ち消すアクティブノイズコントローラと、
   前記アクティブノイズコントローラによる車室内騒音の消音量を推定する消音量推定器とを備え、
   前記消音量推定器は、前記アクティブノイズコントローラの出力信号から車室内騒音の消音量を推定し、その推定した消音量に応じて前記イコライザ制御器が前記車速連動型イコライザのイコライザ特性を制御することを特徴とする車載用音響装置。
2. 車速に応じてオーディオ信号にかけるイコライザの特性を変更する車速連動型イコライザと、
   車室内の騒音を、その騒音と同振幅逆位相の信号を出力することで打ち消すアクティブノイズコントローラと、
   前記オーディオ信号の特性を変更する補償量変更フィルタをと、
   前記アクティブノイズコントローラによる車室内騒音の消音量を推定する消音量推定器とを備え、
   前記消音量推定器は、前記アクティブノイズコントローラの出力信号から車室内騒音の消音量を推定し、前記補償量変更は、前記消音推定器が推定した消音量に応じてフィルタの制御を変えることを特徴とする車載用音響装置。
3. 前記車速連動型イコライザが、オーディオ特性を変えるイコライザと、車速に応じた前記イコライザの特性を格納するイコライザ特性格納器と、前記イコライザの特性を変えるイコライザ制御器からなり、前記イコライザ制御器は、入力された車速信号に応じて前記イコライザ特性格納器に格納されたイコライザ特性を選択し、前記イコライザの特性を変更することを特徴とする請求項１または２記載の車載用音響装置。
4. 前記補償量変更フィルタが、オーディオ信号の特性を変えるオーディオ特性変更フィルタと、前記アクティブノイズコントローラの消音量に応じた前記オーディオ特性変更フィルタの特性を格納するフィルタ特性格納器と、前記オーディオ特性変更フィルタの特性を変えるフィルタ制御器からなり、前記フィルタ制御器は、前記消音量推定器の出力信号に応じて、前記フィルタ特性格納器に格納されたフィルタ特性を選択し、前記オーディオ特性変更フィルタの特性を変更することを特徴とする請求項２記載の車載用音響装置。