JP2021162857A - 能動型振動騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置の内部で参照信号を生成でき、制御経路の音響特性に変化が生じても良好に振動騒音を低減でき、演算量を低減可能な安価なものとする能動型振動騒音低減装置を提供する。【解決手段】能動型振動騒音低減装置において、能動型振動騒音制御部１３は、振動騒音源から誤差信号検出手段までの信号伝達特性に対応する第３及び第４補正フィルタＨ＾０、Ｈ＾１により振動騒音推定信号ｄ＾を生成する第１推定信号生成手段２８と、第１打消振動騒音推定信号ｙ＾２を生成する第２推定信号生成手段２７、７０と、第１仮想誤差信号ｅ'２を生成する第１仮想誤差信号生成手段８２と、第１及び第２参照信号ｒ０、ｒ１と第１仮想誤差信号ｅ'２とに基づいて第１仮想誤差信号ｅ'２が最小となるように第１及び第２適応ノッチ制御フィルタＷ０、Ｗ１のフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する第１フィルタ係数更新手段７２、７４とを備える。【選択図】図１３

Description

本開示は、エンジン回転や車両の走行に伴う車室内騒音などの振動騒音に対し、逆位相の制御音を生成して干渉させることで、騒音を低減する能動型振動騒音低減装置に関する。

車室内の騒音を低減するための手法として、音響特性Ｃの事前同定を必要とせず、且つ制御中に音響特性Ｃの変化に追従できる、直接法と呼ばれているアルゴリズムを利用した制御手法がある。

特許文献１には、直接法を用いた消音システムが開示されている（特許文献１の図１参照）。この消音システムは、騒音低減用の適応フィルタ（有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ（Ｃ））、騒音源から誤差マイクまでの騒音伝達経路（Ｗ１）の推定特性を表す適応フィルタ（制御ＦＩＲフィルタ（Ｄ））、制御スピーカから誤差マイクまでの伝達経路（Ｇ）の推定特性を表す適応フィルタ（制御ＦＩＲフィルタ（Ｋ））として働く３つのＦＩＲフィルタを有している。制御ＦＩＲフィルタの適応更新には、誤差マイクで検知した誤差信号ｅからシステム内部で生成する仮想的な２つの誤差信号ｅ１、ｅ２が用いられている。

特許文献１の図１に示される直接法を用いた消音システムは、以下の原理で動作する。

ここで、ｅ１：仮想的な誤差信号、ｅ２：仮想的な誤差信号、ｅ：誤差信号、ｒ：参照信号の時系列信号ベクトル、＊：フィルタリング計算（ＦＩＲフィルタでは畳み込み計算）、Ｃ：制御ＦＩＲフィルタ（Ｃ）のフィルタ係数、Ｋ：制御ＦＩＲフィルタ（Ｋ）のフィルタ係数、Ｄ：制御ＦＩＲフィルタ（Ｄ）のフィルタ係数、である。

このように直接法では、システム内部で２つの仮想的な誤差信号ｅ１、ｅ２が計算され
る。上記式の２つの仮想的な誤差信号ｅ１、ｅ２を足すと、下式になる。

２つの仮想的な誤差信号ｅ１、ｅ２が同時に最小値（０）に収束すると、仮想的な誤差信号ｅ１、ｅ２を用いて更新している制御ＦＩＲフィルタ（Ｃ）及び制御ＦＩＲフィルタ（Ｋ）も一定値に収束するため、上記式は、ｅ＝０、となる。

以上のことから、制御中に音響特性（Ｇ）の事前測定値を用いることなく、仮想的な誤差信号ｅ１、ｅ２が同時に最小値に収束すれば、誤差マイク位置における音圧（ｅ）も最小値に収束することがわかる。

以下に、「ＦＩＲフィルタを用いた直接法」と「最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムのフィルタ係数更新」について説明する。

まず、図１を参照してＦＩＲフィルタを用いた直接法について説明する。図１に示すように、この能動型振動騒音低減装置では、一次経路の伝達特性を示す一次経路伝達特性ｄ＾及び二次経路の伝達特性を示す二次経路伝達特性ｙ＾が使用される。一次経路とは、振動騒音源から誤差信号検出手段（誤差マイク、エラーマイク）までの経路である。二次経路とは、振動騒音打消し手段（二次音源、スピーカ）から誤差信号検出手段までの経路である。

図１に示される直接法のブロック図より、Ｃの事前同定を必要とせず、制御中にＣが変化しても消音できる原理は以下の通りである。

ここで、ｅ１とｅ２が最小値（＝０）に収束すると、式（ｂ）、式（ｃ）より以下の連立方程式が成立する。

式（２）より、下式が成立する。

式（１）と式（３）より、下式が成立する。

ここで、式（ａ）に式（５）を代入すると、下式が成立し、"ｅ＝０"となる。

よって、直接法によれば、Ｈ＾とＣ＾の真値が未知であっても、ｅ１とｅ２が"０"に収束するとＨ＾とＣ＾の比が一定値（Ｈ＾とＣ＾が一定値）に収束し、制御フィルタ係数Ｗも最適値（＝−Ｈ／Ｃ）に収束するため、誤差信号ｅが最小になる。これが、直接法によって、Ｃの事前同定を必要とせず、制御中にＣが変化しても消音（又は制振）できる原理である。

次に、ＦＩＲフィルタを用いた直接法で、仮想誤差信号ｅ１とｅ２を用いたＬＭＳアルゴリズムによるフィルタ係数の更新について説明する。Ｈ＾の更新は下式により表される。

Ｃ＾の更新は下式により表される。

Ｗの更新は下式により表される。

各更新式は、ＬＭＳアルゴリズムを用いてフィルタ係数を入力信号と誤差信号を基に誤差信号が最小となるように逐次更新するものである。ここで、各更新式におけるμは、正のスカラ量であり、サンプリングごとの適応フィルタのフィルタ係数の更新量を制御する（決定する）パラメータで、ステップサイズパラメータ（step size parameter）と呼ばれる。なお、一般的に、ステップサイズパラメータは正の定数である。

以上より、ｅ１とｅ２は下式となる。

ここで、時間ステップをｎ、上記３つのＦＩＲフィルタのタップ数（インパルス長）を"Ｎ"とする。基準信号をｘ（ｎ）とし、次式でＸ（ｎ）を定義する。なお、Ｘ（ｎ）は、基準信号の時系列信号ベクトルを表す。

一次経路モデル（推定値、フィルタ）、二次経路モデル（推定値、フィルタ）、制御フィルタのフィルタ係数は以下とする。

誤差信号ｅｎ＝ｅ（ｎ）で、実測値（スカラ）である。
二次音源の出力（スピーカ出力、制御フィルタ出力）をｕ（ｎ）とすると、次式で表される。

また、Ｕ（ｎ）を次式で表す。

参照信号をｒ（ｎ）とすると、次式で表される。

また、Ｒ（ｎ）を次式で表す。

式（ｂ）より、下式となる。

また、式（ｃ）より、下式となる。

Ｈ＾の更新は、式（６）と式（９）より次式で表される。

Ｃ＾の更新は、式（７）と式（９）より次式で表される。

Ｗの更新は、式（８）と式（１０）より次式で表される。

直接法によれば、制御音源（スピーカ）から誤差マイクまでの空間伝達経路の音響特性Ｃの事前同定を必要とせず、制御中にＣが変化しても消音（又は制振）が可能となる。しかしながら、直接法では、３つの適応フィルタ、即ち、制御フィルタ（フィルタ係数；Ｗ）、一次経路モデルのフィルタ（フィルタ係数Ｈ＾）、二次経路モデルのフィルタ（フィルタ係数Ｃ＾）が必要である。

特許文献１に示されるように、各適応フィルタにＦＩＲフィルタを用いると、これら３つのフィルタのフィルタ係数を更新する際には、前述の更新式（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）で示されるように畳み込み演算となるため、演算負荷が大きくなる。また、例えば車室振動騒音の打ち消しの場合、車両の急加速に対応させようとすると、サンプリング周波数を高くする必要があるほか、ＦＩＲフィルタのタップ数を多くする必要があり、ＦＩＲフィルタの演算負荷が大きくなる。そのため、能動型振動騒音低減装置にデジタルシグナルプロセッサなど演算能力の大きなものが必要となって、能動型振動騒音低減装置が高価になるという問題点があった。

一方、エンジン篭もり音のようなエンジンの出力軸の回転（エンジン回転数）に同期して発生する振動騒音は、エンジン回転数の０.５次成分を基本周波数とした周期的複合音（調波複合音）である。すなわち、エンジン篭もり音はエンジン回転によって発生した加振力が車体に伝達されて発生する振動放射音であることから、エンジンの回転数に同期した顕著な周期性を有する振動騒音であり、例えば、４サイクル４気筒エンジンであれば、エンジン出力軸の１／２回転ごとに起こるガス燃焼によるトルク変動によりエンジンを基点とした加振振動が発生し、これが原因で車室内に振動騒音が発生する。したがって、４サイクル４気筒エンジンであれば、エンジン出力軸の回転２次成分と称されるエンジン回転数の２倍の周波数を有する振動騒音が、エンジン篭もり音を支配している。よって、その支配的な振動騒音を狙って振動騒音制御することで効率良く消音又は制振効果が期待できる。このことに着目して、振動騒音源から振動騒音を発生する要因となる周波数を検出して、周期性及び狭帯域騒音の振動騒音制御に特化して、その周波数に基づく調波の周波数（振動騒音の多くを占めている支配的な周波数）の振動騒音を、適応ノッチフィルタ（ＳＡＮ型フィルタ；Ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｎｏｔｃｈ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いて消音又は制振することで、効率良く消音／制振効果を得ることができる技術を出願人は発明している（特許文献２、特許文献３など）。なお、適応ノッチフィルタを用いた能動型振動騒音低減装置は、畳み込み演算を必要とせず単純な四則演算だけで対応できるので演算負荷が非常に小さいという利点がある。

以下に、適応ノッチフィルタを用いた能動型振動騒音低減装置の概要を説明する。

図２に示されるフィルタ係数Ｃ＾を有する適応ノッチフィルタは、大きさをＣ倍し位相を遅らせるものと捉えることができる。周波数；ｆ、１［ｓｅｃ］間で２πｆ［ｒａｄ］、時刻ｔ［ｓｅｃ］でｘ［ｒａｄ］とすると、下式となる。
１:２πｆ＝ｔ：ｘ
∴ｘ＝２πｆｔ
Ｃ＾は位相をφだけ遅れさせるものとすると、下式となる。

図３に示すように、"ｉ"を乗算することはπ／２（９０°）反時計回りに回転することになるからである。また、"−ｉ"をかけることは、９０°時計回りに回転することになるため、下式となる。
ｉ＊ｘｃ＝ｃｏｓ（θ＋π／２）＝−ｓｉｎ（θ）＝−ｘｓ
ｉ＊ｘｓ＝ｓｉｎ（θ＋π／２）＝ｃｏｓ（θ）＝ｘｃ
−ｉ＊ｘｃ＝ｃｏｓ（θ−π／２）＝ｓｉｎ（θ）＝ｘｓ
−ｉ＊ｘｓ＝ｓｉｎ（θ−π／２）＝−ｃｏｓ（θ）＝−ｘｃ
よって適応ノッチフィルタは図４に示す構成となる。なお、基準正弦波信号ｘｓ及び基準余弦波信号ｘｃは下式で表される。
ｘｃ＝ｃｏｓ（２πｆｔ）
ｘｓ＝ｓｉｎ（２πｆｔ）

次にＬＭＳアルゴリズムについて説明する。図５に示される誤差信号ｅについては下式が成立する。

評価関数Ｊを最小にするフィルタ係数ｋ１（スピーカの制御フィルタである適応ノッチフィルタのフィルタ係数）を求めるのがＬＭＳアルゴリズムであり、具体的には、評価関数Ｊ（即ち、ｅ^２）をｋ１について偏微分した値（傾きΔ）で、フィルタ係数ｋ１を更新する。傾きΔを求めると下式となる。

評価関数すなわち２乗誤差の傾きΔが求められたので、この傾きΔをステップサイズパラメータμとして用い、評価関数すなわち２乗誤差（ｅ^２）が最小となる伝達特性（ｋ１）をＬＭＳアルゴリズムを用いた適応処理の更新式で求めると、下式となる。

次に、図６を参照して適応ノッチフィルタを用いたＬＭＳアルゴリズムについて説明する。ｃｏｓ信号（ｘｃ）及びｓｉｎ信号（ｘｓ）は"ｉ"をかけると、下式となる。

二次経路の打消振動騒音推定値ｙは下式となる。

図６において、打消音伝達特性推定値Ｃ＾は下式で表される。
Ｃ＾＝Ｃ０−ｉＣ１
Ｗ０及びＷ１の更新は下式に基づいて行われる。

評価関数Ｊを最小にするフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１を求めるのがＬＭＳアルゴリズムであり、具体的には、評価関数Ｊをスピーカの制御フィルタである適応ノッチフィルタのフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１について偏微分した値をステップサイズパラメータとして用いて、フィルタ係数Ｗ０、Ｗ１を更新する。フィルタ係数Ｗ０、Ｗ１の更新式は下式で表される。

図７はＸＡＴに基づく適応ノッチフィルタを用いたＬＭＳアルゴリズムのブロック図である。この例ではフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１は下式で表される。

特開２００８−２１６３７５号公報 特開２０００−９９０３７号公報 特開２００４−３６１７２１号公報

しかしながら、特許文献１記載の直接法を用いた制御系は、３つのＦＩＲフィルタを制御中に更新しているため、従来のＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘアルゴリズムを用いた制御系と比べて、計算量が多く、収束が遅いという問題点がある。この問題に対し、特許文献１の制御系は、初期収束に高速なＦＴＦ適応アルゴリズムを利用し、収束した段階で安定性が優れるＬＭＳアルゴリズムを利用する手法を採っている。しかしながら、計算負荷の課題について、特許文献１の制御系は、計算量の多いＦＩＲフィルタを用いることを前提としているため、制御手法の実装に計算能力の高いプロセッサを必要とし、制御装置が高価になるという問題がある。

特許文献２、３に記載される適応ノッチフィルタを直接法に用いる場合、一次経路と二次経路の特性を最適にモデル化することが重要となる。最適にモデル化できないと、制御フィルタとしての適応ノッチフィルタのフィルタ係数を更新するための最適な参照信号を得ることができず、例えば、車両の急加速に十分に追従することが困難な場合があり、十分な振動騒音制御効果が得られないという問題点がある。

本発明は、このような背景に鑑み、エンジン回転数などに応じた騒音を消音するためのＡＮＣ（Active Noise Control）においては、演算負荷の小さい適応ノッチフィルタ（ＳＡＮ；Single Adaptive Notch filter）を用いて、音響特性Ｃの事前同定を必要としない、制御中にＣの変化を追従できる制御系（ＳＡＮフィルタ直接法）を構築することで、Ｃに大きな変化が発生しても良好な消音／制振性能を実現可能で、かつ、安価な能動型振動騒音低減装置を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、能動型振動騒音低減装置（１０）であって、振動騒音源から発生する振動騒音の周波数に基づく周波数を有する基準正弦波信号（ｘｓ）及び基準余弦波信号（ｘｃ）を基準信号として生成する基準信号生成手段（２１）と、前記基準余弦波信号に基づいて第１制御信号（ｕｃ）を出力する第１適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ０）と、前記基準正弦波信号に基づいて第２制御信号（ｕｓ）を出力する第２適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ１）と、前記第１制御信号と前記第２制御信号とを加算して得られる第１加算信号（ｕ０）に基づいて打消振動騒音（ｙ）を出力する振動騒音打消手段（１２）と、前記振動騒音源から発生する振動騒音（ｄ）と前記振動騒音打消手段から出力される打消振動騒音との差に基づく誤差信号（ｅ）を出力する誤差信号検出手段（１１）と、前記基準信号の周波数に対する、前記振動騒音打消手段から前記誤差信号検出手段までの信号伝達特性（Ｃ）に対応する第１補正フィルタ（Ｃ＾０）及び第２補正フィルタ（Ｃ＾１）により前記基準余弦波信号及び前記基準正弦波信号を補正して第１及び第２参照信号（ｒ０、ｒ１）を生成する補正手段（２７）とを備える。

能動型振動騒音低減装置は、第３補正フィルタ（Ｈ＾０）及び第４補正フィルタ（Ｈ＾１）により前記基準余弦波信号及び前記基準正弦波信号をそれぞれ補正して第１及び第２振動騒音推定信号を得て、該第１振動騒音推定信号と該第２振動騒音推定信号とを加算して振動騒音推定信号（ｄ＾）を生成する第１推定信号生成手段（２８）と、前記基準余弦波信号を前記第１補正フィルタ（Ｃ＾０）及び前記第１適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ０）で補正した第１補正制御信号と、前記基準正弦波信号を前記第２補正フィルタ（Ｃ＾１）及び前記第１適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ０）で補正した第２補正制御信号と、前記基準正弦波信号を前記第１補正フィルタ（Ｃ＾０）及び前記第２適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ１）で補正した第３補正制御信号と、前記基準余弦波信号を前記第２補正フィルタ（Ｃ＾１）及び前記第２適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ１）で補正した第４補正制御信号とを加算して第１打消振動騒音推定信号（ｙ＾２）を生成する第２推定信号生成手段（２７、７０）と、前記振動騒音推定信号（ｄ＾）と前記第１打消振動騒音推定信号（ｙ＾２）とから第１仮想誤差信号（ｅ'２）を生成する第１仮想誤差信号生成手段（８２）と、前記第１及び第２参照信号（ｒ０、ｒ１）と前記第１仮想誤差信号（ｅ'２）とに基づいて前記第１仮想誤差信号が最小となるように前記第１及び第２適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ０、Ｗ１）のフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する第１フィルタ係数更新手段（７２、７４）とを備える。

上記構成において、前記第１適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ０）は前記基準正弦波信号に基づいて第３制御信号を出力し、前記第２適応ノッチ制御フィルタ（Ｗ１）は前記基準余弦波信号に基づいて第４制御信号を出力し、前記第１補正フィルタ（Ｃ＾０）は第１適応ノッチ補正フィルタで、前記第２補正フィルタ（Ｃ＾１）は第２適応ノッチ補正フィルタでそれぞれ構成されるとともに、前記第１加算信号（ｕ０）を前記第１適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾０）で補正して得られる第５補正制御信号と、前記第３制御信号及び前記第４制御信号を加算して得られる第２加算信号（ｕ１）を前記第２適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾１）で補正して得られる第６補正制御信号とを加算して第２打消振動騒音推定信号（ｙ＾１）を生成する第３推定信号生成手段（６０）と、前記誤差信号（ｅ）と前記振動騒音推定信号（ｄ＾）と前記第２打消振動騒音推定信号（ｙ＾１）とから第２仮想誤差信号（ｅ'１）を生成する第２仮想誤差信号生成手段（８１）と、前記第１制御信号、前記第２制御信号、前記第３制御信号及び前記第４制御信号と前記第２仮想誤差信号とに基づいて前記第２仮想誤差信号が最小となるように前記第１及び第２適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾０、Ｃ＾１）のフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する第２フィルタ係数更新手段（６２、６４）とを備えるとよい。

上記構成において、前記第３補正フィルタ（Ｈ＾０）は第３適応ノッチ補正フィルタで、前記第４補正フィルタ（Ｈ＾１）は第４適応ノッチ補正フィルタでそれぞれ構成されるとともに、前記基準正弦波信号（ｘｓ）と前記基準余弦波信号（ｘｃ）と前記第２仮想誤差信号とに基づいて前記第２仮想誤差信号が最小となるように前記第３及び第４適応ノッチ補正フィルタ（５１、５３）のフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する第３フィルタ係数更新手段（５２、５４）を備えるとよい。

上記構成において、前記第１及び第２適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾０、Ｃ＾１）のフィルタ係数に、これら第１及び第２適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾０、Ｃ＾１）のフィルタ係数の２乗和の平方根の逆数を乗算して、それぞれ第１及び第２正規化フィルタ係数を算出する正規化手段（９０）を備え、前記補正手段（２７）は、前記第１正規化フィルタ係数を有する前記第１適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾０）及び前記第２正規化フィルタ係数を有する前記第２適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾１）により前記基準余弦波信号（ｘｃ）と前記基準正弦波信号（ｘｓ）をそれぞれ補正して前記第１及び第２参照信号（ｒ０、ｒ１）を生成するとよい。

上記構成において、前記第１及び第２適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾０、Ｃ＾１）のフィルタ係数に、これら第１及び第２適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数の絶対値の大きい方の値の逆数を乗算して、それぞれ第３及び第４正規化フィルタ係数を算出する正規化手段（９０）を備え、前記補正手段（２７）は、前記第３正規化フィルタ係数を有する前記第１適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾０）及び前記第４正規化フィルタ係数を有する前記第２適応ノッチ補正フィルタ（Ｃ＾１）により前記基準余弦波信号及び前記基準正弦波信号をそれぞれ補正して前記第１及び第２参照信号（ｒ０、ｒ１）を生成するとよい。

上記構成において、前記第１、第２及び第３フィルタ係数更新手段（７２、７４、６２、６４、５２、５４）は、それぞれが更新する適応ノッチフィルタのフィルタ係数の更新量を制御するステップサイズパラメータ（μ）を、更新直前のフィルタ係数の２乗和の平方根に基づいて決定するとよい。

上記構成において、前記第１、第２及び第３フィルタ係数更新手段（７２、７４、６２、６４、５２、５４）は、それぞれが更新する適応ノッチフィルタのフィルタ係数の更新量を制御するステップサイズパラメータ（μ）を、更新直前のフィルタ係数の絶対値の大きい方の値に基づいて決定するとよい。

このように本発明によれば、例えば、誤差マイクを乗員耳元附近のヘッドレストに配置して、シート位置、又はシート角度の調整による大きなＣの変化が発生しても、あるいは、経年劣化によりＣが変化しても、消音性能を損なわない能動型振動騒音制御が可能であり、乗員耳元の消音効果を大幅に向上することが可能になる。

ＦＩＲフィルタを用いた直接法による振動騒音低減装置のブロック図 適応ノッチフィルタの構成図 適応ノッチフィルタの原理の説明図 適応ノッチフィルタの詳細構成図 ＬＭＳアルゴリズムの説明図 ＬＭＳアルゴリズムの説明図 ＸＡＴに基づく適応ノッチフィルタを用いたＬＭＳのブロック図 適応ノッチフィルタを用いた直接法の説明図 適応ノッチフィルタを用いた直接法により最適にモデル化した振動騒音低減装置のブロック図 本発明に係る能動型振動騒音低減装置の第１適用例を示す構成図 本発明に係る能動型振動騒音低減装置の第２適用例を示す構成図 本発明に係る能動型振動騒音低減装置の第３適用例を示す構成図 第１実施形態に係る能動型振動騒音低減装置の機能ブロック図 想定する音響特性の変化を示すグラフ 第１実施形態に係る能動型振動騒音低減装置によるエンジン篭もり音の音圧レベルを、制御オフ及び従来例と比較して示すグラフ 第２実施形態に係る能動型振動騒音低減装置の機能ブロック図 第２実施形態に係る能動型振動騒音低減装置により、ステップサイズパラメータを固定にした場合のエンジン篭もり音の音圧レベルを、制御オフ及び第１実施形態と比較して示すグラフ 第２実施形態に係る能動型振動騒音低減装置により、ステップサイズパラメータを可変にした場合のエンジン篭もり音の音圧レベルを、制御オフ及びステップサイズパラメータを固定にした場合と比較して示すグラフ

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

適応ノッチフィルタを直接法に用いる際の最適なモデル化を以下のようにして行う。

時間ステップをｎ（時刻；ｔ）、その時の基準信号をｘ（ｎ）とすると、次式で表される。ＳＡＮフィルタにおいては直交する２つの基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）が用いられる。

一次経路モデル（推定値、フィルタ）、二次経路モデル（推定値、フィルタ）、制御フィルタのフィルタ係数は以下とする。

ｘｃに対する適応フィルタをＷ０（ｎ）、ｘｓに対する適応フィルタをＷ１（ｎ）とする。
誤差信号ｅｎ＝ｅ（ｎ）で、実測値（スカラー）である。

図８に示されるように、二次音源出力（スピーカ出力、制御フィルタ出力）をｕ０（ｎ）とすると、次式で表される。

一次経路の基準信号をＸとすると、振動騒音推定信号ｄ＾（ｎ）は次式で表される。ここで、振動騒音源では振動騒音が発生しているから、振動騒音の基準信号はｃｏｓ信号（ｘｃ）とする。

なお、マイクに到達する（入力される）騒音（騒音信号）；ｄ（ｎ）は、次式で表される。

打消振動騒音推定信号ｙ＾（ｎ）、及び、参照信号ｒ０（ｎ）、ｒ１（ｎ）は次式で表される。

仮想誤差信号ｅ１（ｎ）、ｅ２（ｎ）は次式で表される。

ＦＩＲフィルタを用いた直接法を参考にして、ＳＡＮフィルタを用いた直接法において仮想誤差信号ｅ１とｅ２を用いたＬＭＳアルゴリズムによるフィルタ係数の更新について説明する。

Ｈ＾の更新、すなわち、Ｈ０及びＨ１の更新は下式に基づいて行われる。

評価関数Ｊ１を最小にするフィルタ係数Ｈ０、Ｈ１（振動騒音源からマイクまで（一次経路）の伝達特性を示す適応ノッチフィルタのフィルタ係数）を求めるのがＬＭＳアルゴリズムであり、具体的には、下式に示すように、評価関数Ｊ１をフィルタ係数Ｈ０、Ｈ１について偏微分した値をステップサイズパラメータとして用いて、フィルタ係数Ｈ０、Ｈ１をそれぞれ更新する。

ここで、μｈ０、μｈ１；ステップサイズパラメータ、である。累乗の微分公式は以下の通りである。

ＦＩＲフィルタを用いた直接法を参考にして、ＳＡＮフィルタを用いた直接法において仮想誤差信号ｅ１とｅ２を用いたＬＭＳアルゴリズムによるフィルタ係数の更新について説明する。Ｃ＾の更新、すなわち、Ｃ０及びＣ１の更新は、上式（１１）に基づいて行われる。評価関数Ｊ１を最小にするフィルタ係数Ｃ０、Ｃ１（スピーカからマイクまで（二次経路）の伝達特性を示す適応ノッチフィルタのフィルタ係数）を求めるのがＬＭＳアルゴリズムであり、具体的には、下式に示すように、評価関数Ｊ１を適応ノッチフィルタのフィルタ係数Ｃ０、Ｃ１について偏微分した値をステップサイズパラメータとして用いて、フィルタ係数Ｃ０、Ｃ１を更新する。

ここで、μｃ０、μｃ１；ステップサイズパラメータ、である。

Ｗ０及びＷ１の更新は下式に基づいて行われる。

評価関数Ｊ２を最小にするフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１（制御フィルタをなす適応ノッチフィルタのフィルタ係数）を求めるのがＬＭＳアルゴリズムであり、具体的には、下式に示すように、評価関数Ｊ２を適応ノッチフィルタのフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１について偏微分した値をステップサイズパラメータとして用いて、フィルタ係数Ｗ０、Ｗ１を更新する。

ここで、μｗ０、μｗ１；ステップサイズパラメータ、である。

一般的なＦＩＲフィルタを用いた直接法のブロック図である図１を基に、ＳＡＮフィルタを用いた直接法により最適にモデル化した振動騒音低減システムが、図９に示されるブロック図である。２つの仮想誤差信号、３つの適応ノッチフィルタのフィルタ係数更新式、打消振動騒音推定信号、振動騒音推定信号を以下のように定義した。

具体的には、式（Ｉ）〜式（VII）より、ＳＡＮフィルタを用いた直接法により最適にモデル化した振動騒音低減システムのブロック図が図９として示される。

フィルタＣ＾はスピーカから誤差マイクまでの音響特性（信号伝達特性）の推定値（二次経路モデル）に相当するため、その大きさは周波数によって変化する。

Ｃ＾が小さいと、フィルタＷの更新に用いる参照信号（ｒ０、ｒ１）が小さくなり、Ｗの収束が遅くなる。更に、Ｃ＾の更新には、Ｗの出力も用いているためＣ＾自身の収束も遅くなる。一方、Ｃ＾が大きい周波数帯域では、ＷとＣ＾の収束が速くなるが、毎回の更新量が大きいため最適値に確実に収束することができないため制御が不安定になりやすい傾向がある。

Ｃ＾の大きさを正規化処理してＣ＾の位相のみに基づいてフィルタ係数を更新することにより、制御の安定性を確保した上でＣ＾の大きさに左右されず収束性能を向上させたＳＡＮフィルタを用いた直接法を提供する。

なお、「正規化」とは、ベクトルの正規化のことであり、ベクトルの方向は維持しつつ大きさを「１」にすることである。

Ｃ＾の正規化は次式により行われる。

Ｃ＾（ｎ＋１）の振幅（大きさ）｜Ｃ＾（ｎ＋１）｜は、次式となる。

正規化後のＣ＾（ｎ＋１）をＣ'＾（ｎ＋１）とすると、Ｃ'＾（ｎ＋１）は次式となる。

正規化されたＣ'＾（ｎ＋１）で、制御フィルタのフィルタ係数（Ｗ（ｎ＋１））の更新と、次の二次経路モデルのフィルタ係数（Ｃ＾（ｎ＋２））の更新を行う。

上記正規化の代替え案として、計算量軽減のためＣ０＾とＣ１＾の絶対値の大きい方を用いることも可能である。

次に、可変ステップサイズパラメータについて説明する。

フィルタ係数の更新は、事前に設定する初期値（小さい数値、例えば"０"など）から更新し始めるため、開始時点ではフィルタ係数が小さい値のため、最適値への収束を速くするためには毎回の更新量を大きくする必要がある。更新量を大きくするにはステップサイズパラメータμを大きく設定することになる。しかしながら、μを大きくすると最適値に確実に収束することができないため制御が不安定になりやすい傾向があり、収束速度と安定性がトレードオフになっている。

フィルタ係数は、更新初期においては小さな値であるが、最適値に近づくにつれて大きくなっていくことに着目し、ステップサイズパラメータの値をフィルタ係数の大きさによって可変にすることにより、制御の安定性を確保した上で収束性能を向上させたＳＡＮフィルタを用いた直接法を提供する。それぞれの適応ノッチフィルタの更新式のステップサイズパラメータに、更新直前の各適応ノッチフィルタの振幅の逆数を乗算することでステップサイズパラメータを可変させることができる。又は、それぞれの適応ノッチフィルタの更新式のステップサイズパラメータに、更新直前の各適応ノッチフィルタの２つのフィルタ係数の絶対値の大きい方の値の逆数を乗算することで可変する。固定のステップサイズパラメータを用いた各更新式は、次式となる。

適応ノッチフィルタの更新式のステップサイズパラメータに、更新直前の各適応ノッチフィルタの振幅の逆数を乗算することで可変する具体的な方法は次の通りである。

各適応ノッチフィルタの振幅（大きさ）｜Ｈ＾（ｎ）｜、｜Ｃ＾（ｎ）｜、｜Ｗ（ｎ）｜は、次式となる。

各更新式のステップサイズパラメータは、次式となる。

可変ステップサイズパラメータを用いた各更新式は、次式となる。

それぞれの適応ノッチフィルタの更新式のステップサイズパラメータに、更新直前の各適応ノッチフィルタの２つのフィルタ係数の絶対値の大きい方の値の逆数を乗算することで可変する具体的な方法は次の通りである。

各適応ノッチフィルタの振幅（大きさ）｜Ｈ＾（ｎ）｜、｜Ｃ＾（ｎ）｜、｜Ｗ（ｎ）｜は、次式となる。

各更新式のステップサイズパラメータは、次式となる。

可変ステップサイズパラメータを用いた各更新式は、次式となる。

このように能動型振動騒音低減装置では、基準信号生成手段が、振動騒音源から発生する振動騒音周波数に基づく周波数を有する基準正弦波信号ｘｓ及び基準余弦波信号ｘｃを基準信号として生成する。第１適応ノッチ制御フィルタＷ０は基準余弦波信号ｘｃに基づいて第１制御信号ｕｃを出力し、第２適応ノッチ制御フィルタＷ１は基準正弦波信号ｘｓに基づいて第２制御信号ｕｓを出力する。振動騒音打消手段は、第１制御信号ｕｃと第２制御信号ｕｓとを加算して得られる第１加算信号ｕ０に基づいて打消振動騒音を出力する。誤差信号検出手段は、振動騒音源から発生する振動騒音と振動騒音打消手段から出力される打消振動騒音との差に基づく誤差信号ｅを出力する。補正手段は、基準信号の周波数に対する、振動騒音打消手段から誤差信号検出手段までの信号伝達特性に対応する第１補正フィルタＣ＾０及び第２補正フィルタＣ＾１により基準余弦波信号ｘｃ及び基準正弦波信号ｘｓをそれぞれ補正して第１及び第２参照信号ｒ０、ｒ１を生成する。

第１推定信号生成手段は、第３補正フィルタＨ＾０及び第４補正フィルタＨ＾１により基準余弦波信号ｘｃ及び基準正弦波信号ｘｓをそれぞれ補正して第１及び第２振動騒音推定信号を得て、該第１振動騒音推定信号と該第２振動騒音推定信号とを加算して振動騒音推定信号ｄ＾を生成する。第２推定信号生成手段は、基準余弦波信号ｘｃを第１補正フィルタＣ＾０及び第１適応ノッチ制御フィルタＷ０で補正した第１補正制御信号と、基準正弦波信号ｘｓを第２補正フィルタＣ＾１及び第１適応ノッチ制御フィルタＷ０で補正した第２補正制御信号と、基準正弦波信号ｘｓを第１補正フィルタＣ＾０及び第２適応ノッチ制御フィルタＷ１で補正した第３補正制御信号と、基準余弦波信号ｘｃを第２補正フィルタＣ＾１及び第２適応ノッチ制御フィルタＷ１で補正した第４補正制御信号とを加算して第１打消振動騒音推定信号ｙ＾を生成する。第１仮想誤差信号生成手段は、振動騒音推定信号ｄ＾と第１打消振動騒音推定信号ｙ＾とから第１仮想誤差信号ｅ２を生成する。第１フィルタ係数更新手段は、第１及び第２参照信号ｒ０、ｒ１と第１仮想誤差信号ｅ２とに基づいて第１仮想誤差信号ｅ２が最小となるように第１及び第２適応ノッチ制御フィルタＷ０、Ｗ１のフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する。

第１適応ノッチ制御フィルタＷ０は基準正弦波信号ｘｓに基づいて第３制御信号を出力し、第２適応ノッチ制御フィルタＷ１は基準余弦波信号ｘｃに基づいて第４制御信号を出力する。第１補正フィルタＣ＾０は第１適応ノッチ補正フィルタＣ＾０で、第２補正フィルタＣ＾１は第２適応ノッチ補正フィルタＣ＾１でそれぞれ構成される。第３推定信号生成手段は、第１加算信号ｕ０を第１適応ノッチ補正フィルタＣ＾０で補正して得られる第５補正制御信号と、前記第３制御信号及び前記第４制御信号を加算して得られる第２加算信号ｕ１を第２適応ノッチ補正フィルタＣ＾１で補正して得られる第６補正制御信号とを加算して第２打消振動騒音推定信号ｙ＾を生成する。第２仮想誤差信号生成手段は、誤差信号ｅと振動騒音推定信号ｄ＾と第２打消振動騒音推定信号ｙ＾とから第２仮想誤差信号ｅ１を生成する。第２フィルタ係数更新手段は、第１制御信号ｕｃ、第２制御信号ｕｓ、第３制御信号及び第４制御信号と第２仮想誤差信号ｅ１とに基づいて第２仮想誤差信号ｅ１が最小となるように第１及び第２適応ノッチ補正フィルタＣ＾０、Ｃ＾１のフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する。

第３補正フィルタＨ＾０は第３適応ノッチ補正フィルタＨ＾０で、第４補正フィルタＨ＾１は第４適応ノッチ補正フィルタＨ＾１でそれぞれ構成される。第３フィルタ係数更新手段は、基準正弦波信号ｘｓと基準余弦波信号ｘｃと第２仮想誤差信号ｅ１とに基づいて第２仮想誤差信号ｅ１が最小となるように第３及び第４適応ノッチ補正フィルタＨ＾０、Ｈ＾１のフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する。

正規化手段は、第１及び第２適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数に、これら第１及び第２適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数の２乗和の平方根の逆数を乗算して第１及び第２正規化フィルタ係数を算出する。補正手段は、第１正規化フィルタ係数を有する第１適応ノッチ補正フィルタ及び第２正規化フィルタ係数を有する第２適応ノッチ補正フィルタにより基準余弦波信号ｘｃと基準正弦波信号ｘｓをそれぞれ補正して第１及び第２参照信号ｒ０、ｒ１を生成する。

正規化手段は、第１及び第２適応ノッチ補正フィルタＣ＾０、Ｃ＾１のフィルタ係数に、これら第１及び第２適応ノッチ補正フィルタＣ＾０、Ｃ＾１のフィルタ係数の絶対値の大きい方の値の逆数を乗算して第３及び第４正規化フィルタ係数を算出してもよい。この場合、補正手段は、第３正規化フィルタ係数を有する第１適応ノッチ補正フィルタ及び第４正規化フィルタ係数を有する第２適応ノッチ補正フィルタに基づいて基準余弦波信号ｘｃ及び基準正弦波信号ｘｓをそれぞれ補正して第１及び第２参照信号ｒ０、ｒ１を生成する。

第１、第２及び第３フィルタ係数更新手段は、それぞれが更新する適応ノッチフィルタのフィルタ係数の更新量を制御するステップサイズパラメータμを、更新直前のフィルタ係数の２乗和の平方根に基づいて決定する。

第１、第２及び第３フィルタ係数更新手段は、それぞれが更新する適応ノッチフィルタのフィルタ係数の更新量を制御するステップサイズパラメータμを、更新直前のフィルタ係数の絶対値の大きい方の値に基づいて決定してもよい。

次に、図１０〜図１２を参照して、本発明に係る能動型振動騒音低減装置１０の第１〜第３適用例を説明する。これらの例では、能動型振動騒音低減装置１０が車両１に適用されている。

図１０に示すように、車両１には走行駆動源としてエンジン２が搭載されている。能動型振動騒音低減装置１０は、車室３内の騒音を検出する振動騒音検出部である誤差マイク１１と、騒音を打ち消すための制御音として、騒音と逆位相の打消音を発生する打消音発生手段であるスピーカ１２と、能動型振動騒音制御部１３とを有している。誤差マイク１１は、例えば前部座席の上方及び後部座席の上方の天井に取り付けられる。スピーカ１２は、オーディオシステムのスピーカ１２であってもよく、前部ドア及び後部ドアに取り付けられたドアスピーカである。誤差マイク１１は、振動騒音源であるエンジン２からの騒音とスピーカ１２からの打消音との相殺誤差を誤差信号ｅとして検出する誤差信号検出手段として機能する。能動型振動騒音制御部１３には、エンジン回転数や車速などの車両情報と誤差マイク１１により検出された誤差信号ｅとが供給される。能動型振動騒音制御部１３は、これらの車両情報と誤差信号ｅとに基づいて、スピーカ１２を駆動するための制御信号ｕ０（第１加算信号）を生成し、スピーカ１２に発生させる打消音を制御することにより、エンジン２の振動に起因して乗員に伝わるエンジン騒音（エンジン篭もり音）を低減する。この場合、能動型振動騒音制御部１３は、能動型騒音制御部として機能する。

図１１に示す能動型振動騒音低減装置１０は、車室３内の騒音を検出する誤差マイク１１と、騒音の原因となるエンジン２の振動を打ち消すための、当該振動と逆位相の相殺振動を発生する相殺振動発生部である振動アクチュエータ１４と、能動型振動騒音制御部１３とを有している。誤差マイク１１は図１０に示す能動型振動騒音低減装置１０のものと同様である。振動アクチュエータ１４は、発生した相殺振動をエンジン２に与えられるように構成されており、例えばアクティブエンジンマウントにより構成されている。能動型振動騒音制御部１３には、エンジン回転数や車速などの車両情報と誤差マイク１１により検出された誤差信号ｅとが供給される。能動型振動騒音制御部１３は、これらの車両情報と誤差信号ｅとに基づいて、振動アクチュエータ１４を駆動するための制御信号ｕ０を生成し、振動アクチュエータ１４に発生させる相殺振動を制御することにより、エンジン２の振動を低減し、エンジン振動に起因して乗員に伝わるエンジン騒音（エンジン篭もり音）を低減する。この場合、能動型振動騒音制御部１３は能動型振動制御部として機能する。

図１２に示す能動型振動騒音低減装置１０は、車室３内の騒音の原因となるエンジン２の振動を検出する振動騒音検出部である振動センサ１５と、エンジン２の振動を打ち消すための相殺振動を発生する振動アクチュエータ１４と、能動型振動騒音制御部１３とを有している。振動センサ１５は、エンジン２に取り付けられ、エンジン２の回転によって発生するエンジン振動と振動アクチュエータ１４によってエンジン２に与えられた相殺振動との合成である誤差振動を誤差信号ｅとして検出する誤差信号検出手段として機能する。振動アクチュエータ１４は図１１に示す能動型振動騒音低減装置１０のものと同様である。能動型振動騒音制御部１３には、エンジン回転数や車速などの車両情報と振動センサ１５により検出された誤差信号ｅとが供給される。能動型振動騒音制御部１３は、これらの車両情報と誤差信号ｅとに基づいて、振動アクチュエータ１４を駆動するための制御信号ｕ０を生成し、振動アクチュエータ１４に発生させる相殺振動を制御することにより、エンジン振動を低減し、エンジン２の振動に起因して乗員に伝わるエンジン騒音（エンジン篭もり音）を低減する。この場合も、能動型振動騒音制御部１３は能動型振動制御部として機能する。

このように、本発明に係る能動型振動騒音低減装置１０は、様々な態様での適用が可能である。これらの例以外では、例えば、駆動源としてエンジン２の代わりにモータが搭載されており、能動型振動騒音低減装置１０が振動騒音の発生源となるモータの振動騒音を低減するように構成されてもよい。或いは、能動型振動騒音低減装置１０が、車両１の走行時におけるプロペラシャフト、ドライブシャフトなどの駆動系回転体の振動騒音に起因して乗員に伝わる駆動系騒音を低減するように構成されてもよい。すなわち、能動型振動騒音低減装置１０は、回転体の回転運動によって周期的且つ狭帯域の振動騒音を発生するエンジン２又は駆動系の振動騒音を低減する。

以下に説明する各実施形態では、車両１が駆動源としてエンジン２を備え、能動型振動騒音低減装置１０が、振動騒音検出部として誤差マイク１１を備え、相殺音発生手段としてスピーカ１２を備え、能動型振動騒音制御部１３が能動型騒音制御部として機能するものとする。

≪第１実施形態≫
まず、図１３〜図１５を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１３は、第１実施形態に係る能動型振動騒音低減装置１０の機能ブロック図である。図１３に示すように、能動型振動騒音制御部１３には、エンジン／駆動系信号Ｘが供給される。エンジン／駆動系信号Ｘは、エンジン２の出力軸の回転周波数などの振動周波数に同期するエンジンパルスや、エンジン２の駆動力を車輪に伝達する駆動系の回転パルスなどであってよい。エンジン／駆動系信号Ｘは、これに限定されるものではなく、例えば、エンジン２の回転数、車速、モータ回転数、ギヤ段（トランスミッション）情報に基づいたギヤ回転速度など、車両情報のうち、振動騒音源となる駆動源又は駆動系の作動に関する作動関連情報であればよい。能動型振動騒音制御部１３は、エンジン／駆動系信号Ｘに基づいて、基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）を生成する基準信号生成部２１を備えている。

基準信号生成部２１では、周波数推定回路２２がエンジン／駆動系信号Ｘから車室３内の騒音になる振動騒音ｄの周波数ｆを推定する。具体的には、周波数推定回路２２は、エンジン／駆動系信号Ｘに基づいて振動騒音ｄの周波数ｆを、マップを参照することなどによって推定する。推定された周波数ｆは、余弦波発生回路２３及び正弦波発生回路２４に供給される。余弦波発生回路２３は、供給された周波数ｆに基づいて、エンジン２の回転に起因してエンジン２・駆動系から発生する振動騒音ｄに同期する基準信号ｘである基準余弦波信号ｘｃを生成する。正弦波発生回路２４は、供給された周波数ｆに基づいて、振動騒音ｄに同期する基準信号ｘである基準正弦波信号ｘｓを生成する。つまり、基準信号生成部２１は、マイクや振動センサによって検出される振動騒音ｄの物理量から周波数ｆを検出して基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）を生成するのではなく、エンジン２・駆動系の作動関連情報に基づいて推定した振動騒音ｄの周波数ｆを有する基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）を生成する。基準信号生成部２１により生成された基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）は、制御信号生成部２５、基準信号補正部２６、参照信号生成部２７（補正手段）及び振動騒音推定信号生成部２８（第１推定信号生成手段）に供給される。

制御信号生成部２５は、基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）をフィルタ処理することによって制御信号ｕ０を生成するノッチフィルタであり、１つの複素数を用いて表される適応ノッチフィルタ係数Ｗを有している。この適応ノッチフィルタ係数Ｗは制御信号生成部２５の回路特性を示している。制御信号生成部２５は、適応ノッチフィルタ係数Ｗの実部をなす第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０を有する第１適応ノッチ制御フィルタ３１、適応ノッチフィルタ係数Ｗの虚部をなす第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１を有する第２適応ノッチ制御フィルタ３２及び、加算器３３を有する。基準余弦波信号ｘｃは第１適応ノッチ制御フィルタ３１に供給されて第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０を用いてフィルタ処理され、基準正弦波信号ｘｓは第２適応ノッチ制御フィルタ３２に供給されて第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１を用いてフィルタ処理される。第１適応ノッチ制御フィルタ３１から出力される第１制御信号ｕｃ及び第２適応ノッチ制御フィルタ３２から出力される第２制御信号ｕｓは、加算器３３にて加算されることによって制御信号ｕ０になる。制御信号生成部２５は基準信号補正部２６の一部を構成しており、基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）が制御信号生成部２５の回路特性（適応ノッチフィルタ係数Ｗ）により補正されて制御信号ｕ０（第１加算信号）になる。

基準信号補正部２６は、上記の制御信号生成部２５を含み、更に、第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０を有する第１適応ノッチフィルタ３４、第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１の極性を反転させた値を係数に有する第２適応ノッチフィルタ３５及び、加算器３６を有する適応ノッチフィルタである。基準余弦波信号ｘｃは第１適応ノッチフィルタ３４に供給され、第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０を用いてフィルタ処理される。基準正弦波信号ｘｓは第２適応ノッチフィルタ３５に供給され、第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１の極性を反転させた値を用いてフィルタ処理される。第１適応ノッチフィルタ３４から出力される第３制御信号及び第２適応ノッチフィルタ３５から出力される第４制御信号は、加算器３６にて加算することにより、基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）が制御信号生成部２５の回路特性（適応ノッチフィルタ係数Ｗ）により補正された制御信号ｕ１（第２加算信号）になる。

制御信号生成部２５から出力された制御信号ｕ０は、Ｄ／Ａ変換器３７にてアナログ信号に変換されてスピーカ１２に供給される。スピーカ１２は供給される制御信号ｕ０に基づいて、騒音源であるエンジン２・駆動系から発生する騒音を打ち消すための打消音（制御音）を発生する。

参照信号生成部２７においては、スピーカ１２から誤差マイク１１までの打消音の音響特性Ｃの推定値である打消音伝達特性推定値Ｃ＾が設定されている。打消音伝達特性推定値Ｃ＾は、後述する第１適応ノッチ補正フィルタ部６０により提供される値である。打消音伝達特性推定値Ｃ＾は、スピーカ１２から誤差マイク１１までの伝達特性（振幅特性及び位相特性）を設定する関数に基づき、打消音の周波数ｆに対して求められる１つの複素数を用いて表され、実部Ｃ＾０（第１補正フィルタ係数）と虚部Ｃ＾１（第２補正フィルタ係数）とを有している。

参照信号生成部２７において、基準余弦波信号ｘｃは、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０を係数に有する第１補正フィルタ４１に入力される。基準正弦波信号ｘｓは、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の虚部Ｃ＾１を係数に有する第２補正フィルタ４２に入力される。また、基準正弦波信号ｘｓは、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０を係数に有する第１補正フィルタ４３に入力される。基準余弦波信号ｘｃは、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の虚部Ｃ＾１の極性を反転させた値を係数に有する第２補正フィルタ４４に入力される。

基準余弦波信号ｘｃは、第１補正フィルタ４１において打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０を用いてフィルタ処理される。基準正弦波信号ｘｓは、第２補正フィルタ４２において打消音伝達特性推定値Ｃ＾の虚部Ｃ＾１を用いてフィルタ処理される。第１補正フィルタ４１の出力及び第２補正フィルタ４２の出力は加算器４５にて加算されることにより、基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）が打消音伝達特性推定値Ｃ＾で補正されて第１参照信号ｒ０になる。また、基準余弦波信号ｘｃは、第１補正フィルタ４３において打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０を用いてフィルタ処理される。基準正弦波信号ｘｓは、第２補正フィルタ４４において打消音伝達特性推定値Ｃ＾の虚部Ｃ＾１の極性を反転させた値を用いてフィルタ処理される。第１補正フィルタ４３の出力及び第２補正フィルタ４４の出力は、加算器４６にて加算されることにより、基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）が打消音伝達特性推定値Ｃ＾で補正されて第２参照信号ｒ１になる。

振動騒音推定信号生成部２８は、いわゆるＳＡＮフィルタ（Ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｎｏｔｃｈ ｆｉｌｔｅｒ）である。振動騒音推定信号生成部２８においては、騒音源であるエンジン２・駆動系から誤差マイク１１までの騒音の（すなわち、騒音伝播経路の）伝達特性Ｈの推定値である伝達特性推定値Ｈ＾の初期値として、例えば０などの小さな値が予め設定されている。伝達特性推定値Ｈ＾は、騒音源から誤差マイク１１までの伝達特性（振幅特性及び位相特性）を設定する関数に基づき、振動騒音ｄの周波数ｆに対して求められる１つの複素数を用いて表され、実部Ｈ＾０（第３補正フィルタ係数（第３適応ノッチ補正フィルタ係数））と虚部Ｈ＾１（第４補正フィルタ係数（第４適応ノッチ補正フィルタ係数））とを有している。伝達特性推定値Ｈ＾は、騒音源の振動周波数を直接計測した物理量ではなく、上記のエンジン２・駆動系の作動関連情報に基づいて生成される基準信号ｘから生成される。

振動騒音推定信号生成部２８において、基準余弦波信号ｘｃは、伝達特性推定値Ｈ＾の実部Ｈ＾０を係数に有する第３適応ノッチ補正フィルタ５１及び、第３適応ノッチ補正フィルタ５１のフィルタ係数を適応的に更新するフィルタ係数更新部５２（第３フィルタ係数更新手段）に入力される。基準正弦波信号ｘｓは、伝達特性推定値Ｈ＾の虚部Ｈ＾１を係数に有する第４適応ノッチ補正フィルタ５３及び、第４適応ノッチ補正フィルタ５３のフィルタ係数を適応的に更新するフィルタ係数更新部５４（第３フィルタ係数更新手段）に入力される。第３適応ノッチ補正フィルタ５１及び第４適応ノッチ補正フィルタ５３は、基準信号ｘの周波数に対する、振動騒音源である駆動源又は駆動系から誤差信号検出手段である誤差マイク１１までの一次経路の信号伝達特性に対応する補正フィルタであり、且つフィルタ係数が適応的に更新される適応ノッチ補正フィルタである。フィルタ係数更新部５２及びフィルタ係数更新部５４については後に詳細に説明する。

基準余弦波信号ｘｃは、第３適応ノッチ補正フィルタ５１において伝達特性推定値Ｈ＾の実部Ｈ＾０を用いてフィルタ処理される。基準正弦波信号ｘｓは、第４適応ノッチ補正フィルタ５３において伝達特性推定値Ｈ＾の虚部Ｈ＾１を用いてフィルタ処理される。第３適応ノッチ補正フィルタ５１から出力される第１振動騒音推定信号及び第４適応ノッチ補正フィルタ５３から出力される第２振動騒音推定信号は、加算器５５にて加算され、誤差マイク１１に到達する振動騒音ｄの推定値である振動騒音推定信号ｄ＾になる。すなわち、振動騒音推定信号生成部２８は、基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）に基づいて、誤差マイク１１における振動騒音推定信号ｄ＾を生成する。

基準信号補正部２６から出力される制御信号ｕ０及び制御信号ｕ１は、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０（第３推定信号生成手段）に供給される。第１適応ノッチ補正フィルタ部６０はＳＡＮフィルタであり、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０には、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の初期値として、例えば０などの小さな値が予め設定されている。第１適応ノッチ補正フィルタ部６０において、制御信号ｕ０は、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０を係数に有する第１適応ノッチ補正フィルタ６１及び、第１適応ノッチ補正フィルタ６１のフィルタ係数を適応的に更新するフィルタ係数更新部６２（第２フィルタ係数更新手段）に入力される。制御信号ｕ１は、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の虚部Ｃ＾１を係数に有する第２適応ノッチ補正フィルタ６３及び、第２適応ノッチ補正フィルタ６３のフィルタ係数を適応的に更新するフィルタ係数更新部６４（第２フィルタ係数更新手段）に入力される。第１適応ノッチ補正フィルタ６１及び第２適応ノッチ補正フィルタ６３は、補正フィルタであり、且つフィルタ係数が適応的に更新される適応ノッチ補正フィルタである。フィルタ係数更新部６２及びフィルタ係数更新部６４については後に詳細に説明する。

制御信号ｕ０は、第１適応ノッチ補正フィルタ６１において打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０を用いてフィルタ処理される。制御信号ｕ１は、第２適応ノッチ補正フィルタ６３において打消音伝達特性推定値Ｃ＾の虚部Ｃ＾１を用いてフィルタ処理される。第１適応ノッチ補正フィルタ６１から出力される第１補正制御信号及び第２適応ノッチ補正フィルタ６３のから出力される第２補正制御信号は、加算器６５にて加算され、誤差マイク１１に到達する打消振動騒音ｙの第１推定値ｙ＾１（第２打消振動騒音推定信号）になる。すなわち、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０は、制御信号ｕ０及び制御信号ｕ１に基づいて、誤差マイク１１に到達する打消音の第１推定値ｙ＾１を生成する。

参照信号生成部２７から出力される第１、第２参照信号ｒ０、ｒ１は、第３適応ノッチフィルタ７０（第２推定信号生成手段）に供給される。第３適応ノッチフィルタ７０はＳＡＮフィルタであり、第３適応ノッチフィルタ７０には制御信号生成部２５の回路特性を示す適応ノッチフィルタ係数Ｗ（Ｗ０、Ｗ１）の初期値として、例えば０などの小さな値が予め設定されている。第３適応ノッチフィルタ７０において、第１参照信号ｒ０は、適応ノッチフィルタ係数Ｗの実部をなす第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０を有する第１適応ノッチ制御フィルタ７１及び、第１適応ノッチ制御フィルタ７１のフィルタ係数を適応的に更新するフィルタ係数更新部７２（第１フィルタ係数更新手段）に入力される。第２参照信号ｒ１は、適応ノッチフィルタ係数Ｗの実部をなす第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１を有する第２適応ノッチ制御フィルタ７３及び、第２適応ノッチ制御フィルタ７３のフィルタ係数を適応的に更新するフィルタ係数更新部７４（第１フィルタ係数更新手段）に入力される。フィルタ係数更新部７２及びフィルタ係数更新部７４については後に詳細に説明する。

第１参照信号ｒ０は、第１適応ノッチ制御フィルタ７１において第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０を用いてフィルタ処理される。第２参照信号ｒ１は、第２適応ノッチ制御フィルタ７３において第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１を用いてフィルタ処理される。第１適応ノッチ制御フィルタ７１の出力及び第２適応ノッチ制御フィルタ７３の出力は、加算器７５にて加算され、誤差マイク１１における打消振動騒音ｙの第２推定値ｙ＾２（第１打消振動騒音推定信号）になる。すなわち、第３適応ノッチフィルタ７０は、第１、第２参照信号ｒ０、ｒ１に基づいて、誤差マイク１１に到達する打消音の第２推定値ｙ＾２を生成する。

第３適応ノッチフィルタ７０において適応的に更新される適応ノッチフィルタ係数Ｗ（Ｗ０、Ｗ１）は、制御信号生成部２５に提供される。すなわち、制御信号生成部２５に設定された適応ノッチフィルタ係数Ｗ（Ｗ０、Ｗ１）は固定値ではなく、フィルタ係数更新部７２及びフィルタ係数更新部７４によって逐次更新された値と同じ値がそれぞれ適応ノッチフィルタ係数Ｗの実部Ｗ０及び虚部Ｗ１として適応的に設定される。

誤差マイク１１は、車室３内の騒音、すなわち、主にエンジン２・駆動系により発生されて誤差マイク１１に到達する、ある周波数ｆを有する振動騒音ｄとスピーカ１２により発生されて誤差マイク１１に到達する打消振動騒音ｙとが合成された相殺誤差である騒音を誤差信号ｅとして検出する。なお、誤差マイク１１が検出する騒音には、上記相殺誤差の騒音だけでなく、エンジン２・駆動系以外の騒音も含まれる。誤差信号ｅは、Ａ／Ｄ変換器７６にてデジタル信号に変換され、仮想誤差信号生成部８０に供給される。

振動騒音推定信号生成部２８から出力される、誤差マイク１１における振動騒音推定信号ｄ＾も仮想誤差信号生成部８０に供給される。また、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０及び第３適応ノッチフィルタ７０から出力される、誤差マイク１１に到達する打消振動騒音ｙの第１推定値ｙ＾１及び第２推定値ｙ＾２も、仮想誤差信号生成部８０に供給される。

仮想誤差信号生成部８０は、誤差信号ｅ及び誤差マイク１１における振動騒音推定信号ｄ＾に基づいて、みかけ上の仮想誤差信号ｅ'（第２仮想誤差信号ｅ'１及び第１仮想誤差信号ｅ'２）を生成する。具体的には、仮想誤差信号生成部８０は、第２仮想誤差信号ｅ'１を生成する第２仮想誤差信号生成部８１と、第１仮想誤差信号ｅ'２を生成する第１仮想誤差信号生成部８２とを有している。

第２仮想誤差信号生成部８１においては、誤差信号ｅが加算器８３に供給される。また、誤差マイク１１における振動騒音推定信号ｄ＾が、第１極性反転回路８４にて極性を反転された後、加算器８３に供給される。更に、打消振動騒音ｙの第１推定値ｙ＾１が、第２極性反転回路８５にて極性を反転された後、加算器８３に供給される。加算器８３は、供給される３つの値を加算することで第２仮想誤差信号ｅ'１を生成する。第２仮想誤差信号ｅ'１は、振動騒音推定信号生成部２８及び第１適応ノッチ補正フィルタ部６０に供給される。

第１仮想誤差信号生成部８２においては、誤差マイク１１における振動騒音推定信号ｄ＾が加算器８６に供給される。また、打消振動騒音ｙの第２推定値ｙ＾２が加算器８６に供給される。加算器８６は、供給される２つの値を加算することで第１仮想誤差信号ｅ'２を生成する。第１仮想誤差信号ｅ'２は第３適応ノッチフィルタ７０に供給される。

仮想誤差信号生成部８０において生成される第２仮想誤差信号ｅ'１及び第１仮想誤差信号ｅ'２は、下式により表すことができる。

ここで、ｒ：参照信号（基準余弦波信号ｘｃ、基準正弦波信号ｘｓで構成）、＊：フィルタリング計算（ＳＡＮフィルタでは複素数の掛け算に相当）、ｎ：サンプリング時刻、である。

振動騒音推定信号生成部２８では、フィルタ係数更新部５２が、基準余弦波信号ｘｃ及び第２仮想誤差信号ｅ'１を用いて、ＬＭＳアルゴリズムを用いて第２仮想誤差信号ｅ'１が最小になるように、第３適応ノッチ補正フィルタ５１のフィルタ係数（Ｈ＾０）を算出する。フィルタ係数更新部５２は、サンプリング時間毎に第３適応ノッチ補正フィルタ５１の係数演算を行い、第３適応ノッチ補正フィルタ５１のフィルタ係数（Ｈ＾０）を算出した値に更新する。また、フィルタ係数更新部５４が、基準正弦波信号ｘｓ及び第２仮想誤差信号ｅ'１を用いて、ＬＭＳアルゴリズムを用いて第２仮想誤差信号ｅ'１が最小になるように、第４適応ノッチ補正フィルタ５３のフィルタ係数（Ｈ＾１）を算出する。フィルタ係数更新部５４は、サンプリング時間毎に第４適応ノッチ補正フィルタ５３の係数演算を行い、第４適応ノッチ補正フィルタ５３のフィルタ係数（Ｈ＾１）を算出した値に更新する。すなわち、振動騒音推定信号生成部２８は、伝達特性推定値Ｈ＾を更新する更新部をなす。

第１適応ノッチ補正フィルタ部６０では、フィルタ係数更新部６２が、制御信号ｕ０及び第２仮想誤差信号ｅ'１を用いて、ＬＭＳアルゴリズムを用いて第２仮想誤差信号ｅ'１が最小になるように、第１適応ノッチ補正フィルタ６１のフィルタ係数（Ｃ＾０）を算出する。フィルタ係数更新部６２は、サンプリング時間毎に第１適応ノッチ補正フィルタ６１の係数演算を行い、第１適応ノッチ補正フィルタ６１のフィルタ係数（Ｃ＾０）を算出した値に更新する。また、フィルタ係数更新部６４が、制御信号ｕ１及び第２仮想誤差信号ｅ'１を用いて、ＬＭＳアルゴリズムを用いて第２仮想誤差信号ｅ'１が最小になるように、第２適応ノッチ補正フィルタ６３のフィルタ係数（Ｃ＾１）を算出する。フィルタ係数更新部６４は、サンプリング時間毎に第２適応ノッチ補正フィルタ６３の係数演算を行い、第２適応ノッチ補正フィルタ６３のフィルタ係数（Ｃ＾１）を算出した値に更新する。すなわち、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０は、打消音伝達特性推定値Ｃ＾を更新する更新部をなす。

第３適応ノッチフィルタ７０では、フィルタ係数更新部７２が、第１参照信号ｒ０及び第１仮想誤差信号ｅ'２を用いて、ＬＭＳアルゴリズムを用いて第１仮想誤差信号ｅ'２が最小になるように、第１適応ノッチ制御フィルタ７１の第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０を算出する。フィルタ係数更新部７２は、サンプリング時間毎に第１適応ノッチ制御フィルタ７１の係数演算を行い、第１適応ノッチ制御フィルタ７１の第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０を算出した値に更新する。また、フィルタ係数更新部７４が、第２参照信号ｒ１及び第１仮想誤差信号ｅ'２を用いて、ＬＭＳアルゴリズムを用いて第１仮想誤差信号ｅ'２が最小になるように、第２適応ノッチ制御フィルタ７３の第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１を算出する。フィルタ係数更新部７４は、サンプリング時間毎に第２適応ノッチ制御フィルタ７３の係数演算を行い、第２適応ノッチ制御フィルタ７３の第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１を算出した値に更新する。すなわち、第３適応ノッチフィルタ７０は、制御信号生成部２５の回路特性を表す適応ノッチフィルタ係数Ｗを更新する更新部をなす。

第３適応ノッチフィルタ７０にて更新された第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０及び第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１は、上記のように制御信号生成部２５に提供され、第１適応ノッチ制御フィルタ３１の第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０及び第２適応ノッチ制御フィルタ３２の第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１が逐次更新される。

これにより、制御信号生成部２５によりフィルタ処理される基準余弦波信号ｘｃ及び基準正弦波信号ｘｓが最適化され、制御信号ｕ０に基づいてスピーカ１２が発生する制御音によって、エンジン２・駆動系からの周期性騒音である振動騒音ｄが打ち消され、室内騒音が低減する。

これらの適応ノッチフィルタ（２８、６０、７０）のフィルタ係数（Ｈ＾、Ｃ＾、Ｗ）は、仮想誤差信号ｅ'（ｅ'１、ｅ'２）を用いて、以下ようにＬＭＳアルゴリズムにより更新される。

ここで、μ：それぞれの適応フィルタ係数の更新量を調整するためのステップサイズパラメータ、である。

以上の適応更新により、第２仮想誤差信号ｅ'１及び第１仮想誤差信号ｅ'２が最小値（０）に収束すると、以下の連立方程式が成立する。

上式（１３）より、下式（１４）が導出される。

また、上式（１４）及び上式（１２）より、下式（１５）が導出される。

ここで、／：複素数の割り算、である。
上式（１４）及び上式（１５）を連立すると、下式（１６）となる。

誤差マイク１１の位置における音圧を示す誤差信号ｅは、下式で表される。
ｅ_ｎ＝ｄ_ｎ＋ｙ_ｎ＝ｒ_ｎ＊Ｈ_ｎ＋ｒ_ｎ＊Ｗ_ｎ＊Ｃ_ｎ
この式に上式（１６）を代入すると、ｅ＝０であることがわかる。

そのため、この能動型振動騒音低減装置１０によれば、伝達特性推定値Ｈ＾及び打消音伝達特性推定値Ｃ＾の真値が未知であっても、第２仮想誤差信号ｅ'１及び第１仮想誤差信号ｅ'２が０に収束すれば、伝達特性推定値Ｈ＾及び打消音伝達特性推定値Ｃ＾の比が一定値に収束し、制御フィルタである制御信号生成部２５にフィルタ係数を提供する第３適応ノッチフィルタ７０の適応ノッチフィルタ係数Ｗも最適値である−Ｈ／Ｃに収束することが保証され、誤差マイク１１における音圧（誤差信号ｅ）が最小になる。これは、この能動型振動騒音低減装置１０がスピーカ１２から誤差マイク１１までの打消音の伝達特性（音響特性Ｃ）の事前同定を必要とせず、制御中に打消音の音響特性Ｃに変化が生じても消音できる原理で作動することを意味する。

次に、実施形態に係る能動型振動騒音低減装置１０について確認した作用効果について説明する。図１４は、図１０に示す能動型振動騒音低減装置１０における想定する音響特性Ｃの変化を示すグラフである。図１４に示すように、３０００〜４５００ＲＰＭのエンジン回転数に対応する周波数帯域（１００Ｈｚ〜１５０Ｈｚ）において、音響特性Ｃが実線で示す当初の特性から破線で示す現在の特性に変化し、制御パラメータである打消音伝達特性推定値Ｃ＾と実際の音響特性Ｃとの間に差分が生じているものと想定する。

このような条件において、実施形態に係る能動型振動騒音制御部１３が騒音低減制御を実行すると、エンジン篭もり音の音圧レベルが図１５に示されるように低減される。図１５には、制御オフと、従来例として安定化係数αを導入した手法による安定性向上制御と、本発明の第１実施形態の制御とによる音圧レベルが示されている。図１５に示されるように、実際の音響特性Ｃが変化する３０００〜４５００ＲＰＭのエンジン回転数領域において、従来例では制御性能が大きく劣化しており、３８００ＲＰＭ付近では１５ｄＢ程度の増音が発生している。これに対し、本発明では、制御中に実際の音響特性Ｃの変化に追従することができ、実際の音響特性Ｃが大きく変化しても、大きな性能劣化が発生せず、１０ｄＢ程度の消音ができている。音響特性Ｃの変化がない領域では、本発明と従来例とは同等な性能を実現している。また、初期収束については、本発明は従来例より遅いが、収束時間としては非常に短く、一度収束すれば、それ以降は消音効果を維持できており、実用上問題ない。

このように、能動型振動騒音制御部１３では、基準信号生成部２１が、振動騒音源であるエンジン２・駆動系の作動関連情報であるエンジン／駆動系信号Ｘに基づいてエンジン２・駆動系が発する振動騒音ｄの周波数ｆを推定し、振動騒音ｄに同期する基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）を生成する。また仮想誤差信号生成部８０が、誤差信号ｅ及び誤差マイク１１に到達する振動騒音推定信号ｄ＾を用いて仮想誤差信号ｅ'を生成する。そして、振動騒音推定信号生成部２８は仮想誤差信号ｅ'を用いた適応アルゴリズムを用いてフィルタ係数を逐次更新する。したがって、能動型振動騒音制御部１３は、基準信号ｘを検出するためのマイクや振動センサを配置することなく、振動騒音源から伝達される振動騒音ｄの伝達特性Ｈを正確に同定しなくても、また振動騒音ｄの伝達特性Ｈに変化が生じたときにも、打消振動騒音ｙによって騒音を低減することができる。また、マイクや振動センサが不要になることで、能動型振動騒音制御部１３の構成が簡単になり、更に、雑音が基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）に混入しなくなるために良好な消音性能が実現可能である。

また、本実施形態では振動騒音推定信号生成部２８がＦＩＲフィルタではなくＳＡＮフィルタからなり、適応アルゴリズムを用いてフィルタ係数を逐次更新する。そのため、常に特性が変化する振動騒音ｄに対しても消音性能が確保され、更に、その計算量は少なく、処理性能が高い高価なプロセッサを必要としないため、消音性能が良好かつ能動型振動騒音低減装置１０を安価に構成することが可能である。

そして能動型振動騒音制御部１３では、基準信号補正部２６が基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）を、制御信号生成部２５の回路特性を示す適応ノッチフィルタ係数Ｗで補正して、制御信号ｕ０を生成し、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０が、制御信号ｕ０を打消音伝達特性推定値Ｃ＾で補正して、誤差マイク１１における打消振動騒音ｙの第１推定値ｙ＾１を生成する。また、参照信号生成部２７が基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）を打消音伝達特性推定値Ｃ＾で補正して、参照信号ｒ（ｒ０、ｒ１）を生成し、制御信号生成部２５に提供する適応ノッチフィルタ係数Ｗ（Ｗ０、Ｗ１）を有する第３適応ノッチフィルタ７０が、参照信号ｒをこの適応ノッチフィルタ係数Ｗで補正して、誤差マイク１１における打消振動騒音ｙの第２推定値ｙ＾２を生成する。そして、仮想誤差信号生成部８０が、打消振動騒音ｙの第１推定値ｙ＾１及び第２推定値ｙ＾２を更に用いて仮想誤差信号ｅ'を生成し、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０及び第３適応ノッチフィルタ７０が、仮想誤差信号ｅ'を用いた適応アルゴリズムを用いて対応するフィルタ係数を逐次更新する。

具体的には、仮想誤差信号生成部８０では、第２仮想誤差信号生成部８１が誤差信号ｅ、振動騒音推定信号ｄ＾及び打消振動騒音ｙの第１推定値ｙ＾１に基づいて、第２仮想誤差信号ｅ'１を生成し、第１仮想誤差信号生成部８２が第２仮想誤差信号ｅ'１及び打消振動騒音ｙの第２推定値ｙ＾２に基づいて、第１仮想誤差信号ｅ'２を生成する。そして、振動騒音推定信号生成部２８が基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）及び第２仮想誤差信号ｅ'１に基づいてフィルタ係数を更新し、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０が制御信号ｕ０及び第２仮想誤差信号ｅ'１に基づいてフィルタ係数を更新し、第３適応ノッチフィルタ７０が参照信号ｒ（ｒ０、ｒ１）及び第１仮想誤差信号ｅ'２に基づいてフィルタ係数を更新する。

したがって、制御中にスピーカ１２から誤差マイク１１までの打消音の伝達特性（音響特性Ｃ）に大きな変化が発生しても、３つの適応ノッチフィルタ（２８、６０、７０）が仮想誤差信号ｅ'を用いた適応アルゴリズムを用いてフィルタ係数を逐次更新することにより、良好な消音性能が実現される。すなわち、能動型振動騒音制御部１３が仮想誤差信号ｅ'によりＳＡＮフィルタの係数を適応更新する上記の制御方法で騒音低減制御を行うことにより、音響特性Ｃの事前同定を必要とせず、音響特性Ｃに大きな変化が発生しても制御中に音響特性Ｃの変化に追従して良好な消音性能を発揮する能動型振動騒音低減装置１０が実現される。また、能動型振動騒音制御部１３は、ＦＩＲフィルタではなく、ＳＡＮフィルタからなる適応ノッチフィルタを用いるため、計算量が少なく済み、高性能のプロセッサが不要であるため、安価な能動型振動騒音低減装置１０が実現される。

また、本実施形態では、シートの位置又は角度の調整によって音響特性Ｃに大きな変化が発生しても、消音性能が劣化せずに騒音低減制御が可能であるため、誤差マイク１１を乗員耳元付近のヘッドレストなどに配置することが可能になり、乗員耳元の消音効果を大幅に向上させることが可能である。

騒音源は、車両１の駆動源であるエンジン２又は駆動系に含まれる回転体であることから、振動騒音ｄの周波数ｆは狭帯域であり、能動型振動騒音低減装置１０は振動騒音ｄを確実に低減することができる。

≪第２実施形態≫
次に、図１６〜図１８を参照して本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１６は、第２実施形態に係る能動型振動騒音低減装置１０の機能ブロック図である。図１６に示されるように、本実施形態の能動型振動騒音低減装置１０は、位相抽出部９０を更に備える点で第１実施形態と異なっている。以下、具体的に説明する。

第１実施形態の能動型振動騒音制御部１３が行う制御方法では、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０はスピーカ１２から誤差マイク１１までの打消音の伝達特性（音響特性Ｃ）の推定値（打消音伝達特性推定値Ｃ＾）に相当するため、そのフィルタ係数の大きさは周波数ｆによって変化する。打消音伝達特性推定値Ｃ＾が小さいと、制御信号生成部２５にフィルタ係数を提供する第３適応ノッチフィルタ７０の更新に用いる第１、第２補正参照信号ｒ０、ｒ１が小さくなり、第３適応ノッチフィルタ７０の収束が遅くなる。更に、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０の更新には、適応ノッチフィルタ係数Ｗを有する、制御信号生成部２５を含む基準信号補正部２６の出力も用いられているため、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０自身の収束も遅くなる。一方、打消音伝達特性推定値Ｃ＾が大きい周波数帯域では、第３適応ノッチフィルタ７０及び第１適応ノッチ補正フィルタ部６０の収束が速くなるが、毎回の更新量が大きいため、不安定になりやすい傾向がある。

そこで本実施形態の能動型振動騒音制御部１３は、第１実施形態の制御方法の収束性能を向上するために、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の大きさによらない、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の位相情報を利用したフィルタ係数の更新を行うべく、位相抽出部９０を更に備えている。

下式に示すように、振動騒音推定信号生成部２８、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０及び第３適応ノッチフィルタ７０が、第１実施形態と同じ式でフィルタ係数（Ｈ＾、Ｃ＾、Ｗ）を更新することに加え、位相抽出部９０が打消音伝達特性推定値Ｃ＾の正規化処理を行う。すなわち、位相抽出部９０は、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０と虚部Ｃ＾１の２乗和の平方根の逆数を打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０と虚部Ｃ＾１に乗算して、それぞれ第１及び第２正規化フィルタ係数を算出する。

ここで、「｜｜」は複素数の振幅を表す。また、計算量軽減のために、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の振幅の代わりに、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０と虚部Ｃ＾１とのうち絶対値の大きい方が用いられてもよい。

参照信号生成部２７は、位相抽出部９０が上式を用いて正規化した打消音伝達特性推定値Ｃ＾を用いて基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）を補正して参照信号ｒ（ｒ０、ｒ１）を生成し、第３適応ノッチフィルタ７０がこの参照信号ｒ（ｒ０、ｒ１）を用いて打消振動騒音ｙの第２推定値ｙ＾２を生成する。また、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０は、次サンプルで打消音伝達特性推定値Ｃ＾を更新するときにも、位相抽出部９０が正規化した打消音伝達特性推定値Ｃ＾に基づいて更新を行う。

能動型振動騒音制御部１３がこのような制御を行うことにより、第２実施形態の能動型振動騒音低減装置１０は第１実施形態に比べて高い消音性能を発揮する。具体的には、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０が、スピーカ１２から誤差マイク１１までの打消音の伝達特性（音響特性Ｃ）の推定値に相当する第１適応ノッチ補正フィルタ部６０の位相情報を利用してフィルタ係数を更新する制御により、第１実施形態の制御方法に比べて収束性能が向上する。消音性能の詳細については後述する。

各適応ノッチフィルタ（２８、６０、７０）は、それぞれのフィルタ係数（Ｈ＾、Ｃ＾、Ｗ）の適応更新を、事前に設定される初期値（小さい数値、例えば０など）から始めるため、初期値から最適値に早く収束させようとすると、毎回の更新量を大きくする必要がある。そのためには、ステップサイズパラメータμが大きく設定されるとよい。ただし、ステップサイズパラメータμが大きく設定されると、適応過程が不安定になりやすい傾向があり、収束速度と安定性とはトレードオフになっている。

そこで、各適応ノッチフィルタ（２８、６０、７０）は、第１実施形態の制御方法に対して初期収束速度を向上させるために、ステップサイズパラメータμをフィルタ係数の大きさに応じて変化させるとよい。各適応ノッチフィルタ（２８、６０、７０）は、第１実施形態と同様の式でフィルタ係数（Ｈ＾、Ｃ＾、Ｗ）を更新するが、下式に示すように、それぞれの更新式のステップサイズパラメータμにフィルタ振幅の逆数を乗じる計算を加える。

ステップサイズパラメータμにフィルタ振幅の逆数が乗じられることにより、適応過程初期において、それぞれのステップサイズパラメータμが大きくなり、収束速度が速くなる。各適応ノッチフィルタ（２８、６０、７０）のフィルタ係数（Ｈ＾、Ｃ＾、Ｗ）が収束すると、ステップサイズパラメータμも小さくなりながら一定値に収束する。そのため、安定性が損なわれることなく、適応過程の初期収束が向上する。

また、計算量軽減のために、各適応ノッチフィルタ（２８、６０、７０）が、下式に示されるように、フィルタ振幅の代わりに、適応ノッチフィルタ係数Ｗの第１適応ノッチフィルタ係数Ｗ０（実部）及び第２適応ノッチフィルタ係数Ｗ１（虚部）、伝達特性推定値Ｈ＾の実部Ｈ＾０及び虚部Ｈ＾１、並びに、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部Ｃ＾０及び虚部Ｃ＾１の各絶対値の大きい方を用いてもよい。

更に各適応ノッチフィルタ（２８、６０、７０）は、初期収束速度を向上させると同時に、最低限の安定性を保証するために、ステップサイズパラメータμの最大値を制限してもよい。振動騒音推定信号生成部２８の更新用のステップサイズパラメータμ_Ｈの計算を例にすると、下式の通りとなる。

同様に、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０は更新用のステップサイズパラメータμ_Ｃに対し、第３適応ノッチフィルタ７０は更新用のステップサイズパラメータμ_Ｗに対し、それぞれ上記式のように最大値を制限する。

能動型振動騒音制御部１３がこのようにステップサイズパラメータμを可変にした制御を行うことにより、第２実施形態の能動型振動騒音低減装置１０は第１実施形態やステップサイズパラメータμを固定にした場合に比べて高い消音性能を発揮する。

次に、本実施形態に係る能動型振動騒音制御部１３について確認した作用効果について説明する。第１実施形態と同様に、図１４に示される音響特性Ｃの変化が発生した場合を想定する。図１７は、この場合のエンジン篭もり音の音圧レベルを示すグラフである。図１７には、制御オフと、第１実施形態の制御と、第２実施形態（ステップサイズパラメータμを固定）の制御とによる音圧レベルが示されている。図１７に示されるように、音響特性Ｃが変化する３０００〜４５００ＲＰＭのエンジン回転数領域において、第２実施形態の能動型振動騒音低減装置１０は、第１実施形態と同様に、音響特性Ｃの変化に追従することができ、１０ｄＢ以上の消音効果を実現している。

また、第２実施形態の能動型振動騒音低減装置１０では、第１実施形態に比べ、全周波数帯域において収束性能が改善されている。特に、低回転数側（低周波数側）において、第２実施形態の能動型振動騒音低減装置１０では、第１実施形態のものよりも５ｄＢ以上の消音性能改善がみられる。以上から、第２実施形態の能動型振動騒音低減装置１０の有効性が確認できる。

図１８は、能動型振動騒音制御部１３がステップサイズパラメータμを可変にした場合のエンジン篭もり音の音圧レベルを示すグラフである。図１８には、制御オフと、第２実施形態（ステップサイズパラメータμを固定）の制御と、第２実施形態（ステップサイズパラメータμを可変）の制御とによる音圧レベルが示されている。図１８に示されるように、音響特性Ｃが変化する３０００〜４５００ＲＰＭのエンジン回転数領域において、ステップサイズパラメータμを可変にした制御を行う第２実施形態の能動型振動騒音低減装置１０は、音響特性Ｃの変化に追従することができ、１０ｄＢ以上の消音効果を実現している。

また、ステップサイズパラメータμを可変にした制御を行う第２実施形態の能動型振動騒音低減装置１０は、ステップサイズパラメータμを固定にした場合に比べ、収束性能の改善を実現している。特に、適応過程初期の２０００ＲＰＭまでの領域において、ステップサイズパラメータμを固定にした場合よりも１０ｄＢ程の消音性能改善がみられる。以上から、適応更新のステップサイズパラメータμを正規化することで、第１実施形態の制御方法に比べて適応更新の初期収束速度が向上することが確認できる。

また、本実施形態では、能動型振動騒音制御部１３が、打消音伝達特性推定値Ｃ＾に相当するフィルタ係数の位相を抽出する位相抽出部９０を更に有し、参照信号生成部２７が、基準信号ｘ（ｘｃ、ｘｓ）を打消音伝達特性推定値Ｃ＾ではなくその位相で補正する。そのため、フィルタ係数更新量に対する打消音伝達特性推定値Ｃ＾の振幅特性の影響が軽減され、適応更新の収束性能が第１実施形態の制御方法に比べて向上する。つまり、打消音伝達特性推定値Ｃ＾は、振幅成分と位相成分とからなり、振幅成分の変化量が大きくなると、打消音伝達特性推定値Ｃ＾の変化量も大きくなる。そして打消音伝達特性推定値Ｃ＾には、周波数ｆの変化によって振幅成分が大きく変化する周波数帯域があり、この周波数帯域のときに、打消音伝達特性推定値Ｃ＾は大きく変化する。したがってこの周波数帯域のときには、フィルタ係数の更新量が大きくなり、適応更新の収束性能が低下する虞がある。本実施形態では、打消音伝達特性推定値Ｃ＾から位相（成分）を抽出し、この位相で基準信号ｘを補正することにより、フィルタ係数の更新量が抑制され、適応更新の収束性能が向上する。

また、振動騒音推定信号生成部２８、第１適応ノッチ補正フィルタ部６０、及び第３適応ノッチフィルタ７０が、サンプル毎のフィルタ係数更新量の大きさを調整するためのステップサイズパラメータμに対して適応ノッチフィルタ振幅の逆数を乗じて正規化し、正規化されたステップサイズパラメータμを用いて対応するフィルタ係数（Ｈ＾、Ｃ＾、Ｗ）を更新する。そのため、サンプル毎のフィルタ係数更新量が自動的に調整され、制御安定性が損なわれることなく、適応更新の初期収束性能が第１実施形態の制御方法に比べて向上する。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として能動型振動騒音低減装置１０が図１０に示す構成を有するものとして説明したが、図１１や図１２の構成を有していてもよい。この場合、上記の打消音を相殺振動と読み替えることで説明することができる。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、数式、手順など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。また、上記実施形態は適宜組み合わせることが可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

２ エンジン（振動騒音源）
１０ 能動型振動騒音低減装置
１１ 誤差マイク（誤差信号検出手段）
１２ スピーカ（相殺音発生手段）
１３ 能動型振動騒音制御部
１４ 振動アクチュエータ（相殺音発生手段）
１５ 振動センサ（誤差信号検出手段）
２１ 基準信号生成部
２５ 制御信号生成部
２６ 基準信号補正部
２７ 参照信号生成部（補正手段）
２８ 振動騒音推定信号生成部（第１推定信号生成手段）
６０ 第１適応ノッチ補正フィルタ部（第３推定信号生成手段）
７０ 第３適応ノッチフィルタ（第２推定信号生成手段）
８０ 仮想誤差信号生成部
８１ 第２仮想誤差信号生成部
８２ 第１仮想誤差信号生成部
９０ 位相抽出部
Ｃ 音響特性（打消音の（スピーカ１２から誤差マイク１１までの）伝達特性）
Ｃ＾ 打消音伝達特性推定値
Ｃ＾０ 打消音伝達特性推定値Ｃ＾の実部（第１補正フィルタ係数）
Ｃ＾１ 打消音伝達特性推定値Ｃ＾の虚部（第１補正フィルタ係数）
Ｈ 振動騒音ｄ（エンジン２から誤差マイク１１までの）伝達特性
Ｈ＾ 伝達特性推定値
Ｈ＾０ 伝達特性推定値Ｈ＾の実部（第３補正フィルタ係数）
Ｈ＾１ 伝達特性推定値Ｈ＾の虚部（第３補正フィルタ係数）
Ｗ 適応ノッチフィルタ係数（基準信号生成部２１の回路特性）
Ｗ０ 第１適応ノッチフィルタ係数（適応ノッチフィルタ係数Ｗの実部）
Ｗ１ 第２適応ノッチフィルタ係数（適応ノッチフィルタ係数Ｗの虚部）
Ｘ エンジン／駆動系信号
ｒ 参照信号
ｒ０ 第１参照信号
ｒ１ 第２参照信号
ｄ 振動騒音
ｄ＾ 振動騒音推定信号
ｅ 誤差信号
ｅ' 仮想誤差信号
ｅ'１ 第２仮想誤差信号
ｅ'２ 第１仮想誤差信号
ｆ 周波数
ｘ 基準信号
ｘｃ 基準余弦波信号
ｘｓ 基準正弦波信号
ｕ０ 制御信号（第１加算信号）
ｕ１ 制御信号（第２加算信号）
ｙ 打消振動騒音（スピーカ１２から誤差マイク１１に到達する打消音）
ｙ＾１ 打消振動騒音ｙの第１推定値（第２打消振動騒音推定信号）
ｙ＾２ 打消振動騒音ｙの第２推定値（第１打消振動騒音推定信号）

Claims (7)

1. 振動騒音源から発生する振動騒音の周波数に基づく周波数を有する基準正弦波信号及び基準余弦波信号を基準信号として生成する基準信号生成手段と、
   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適応ノッチ制御フィルタと、
   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適応ノッチ制御フィルタと、
   前記第１制御信号と前記第２制御信号とを加算して得られる第１加算信号に基づいて打消振動騒音を出力する振動騒音打消手段と、
   前記振動騒音源から発生する振動騒音と前記振動騒音打消手段から出力される打消振動騒音との差に基づく誤差信号を出力する誤差信号検出手段と、
   前記基準信号の周波数に対する、前記振動騒音打消手段から前記誤差信号検出手段までの信号伝達特性に対応する第１補正フィルタ及び第２補正フィルタにより前記基準余弦波信号及び前記基準正弦波信号を補正して第１及び第２参照信号を生成する補正手段とを備えた能動型振動騒音低減装置において、
   第３補正フィルタ及び第４補正フィルタにより前記基準余弦波信号及び前記基準正弦波信号をそれぞれ補正して第１及び第２振動騒音推定信号を得て、該第１振動騒音推定信号と該第２振動騒音推定信号とを加算して振動騒音推定信号を生成する第１推定信号生成手段と、
   前記基準余弦波信号を前記第１補正フィルタ及び前記第１適応ノッチ制御フィルタで補正した第１補正制御信号と、前記基準正弦波信号を前記第２補正フィルタ及び前記第１適応ノッチ制御フィルタで補正した第２補正制御信号と、前記基準正弦波信号を前記第１補正フィルタ及び前記第２適応ノッチ制御フィルタで補正した第３補正制御信号と、前記基準余弦波信号を前記第２補正フィルタ及び前記第２適応ノッチ制御フィルタで補正した第４補正制御信号とを加算して第１打消振動騒音推定信号を生成する第２推定信号生成手段と、
   前記振動騒音推定信号と前記第１打消振動騒音推定信号とから第１仮想誤差信号を生成する第１仮想誤差信号生成手段と、
   前記第１及び第２参照信号と前記第１仮想誤差信号とに基づいて前記第１仮想誤差信号が最小となるように前記第１及び第２適応ノッチ制御フィルタのフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する第１フィルタ係数更新手段とを備えることを特徴とする能動型振動騒音低減装置。
2. 請求項１に記載された能動型振動騒音低減装置において、
   前記第１適応ノッチ制御フィルタは前記基準正弦波信号に基づいて第３制御信号を出力し、
   前記第２適応ノッチ制御フィルタは前記基準余弦波信号に基づいて第４制御信号を出力し、
   前記第１補正フィルタは第１適応ノッチ補正フィルタで、前記第２補正フィルタは第２適応ノッチ補正フィルタでそれぞれ構成されるとともに、
   前記第１加算信号を前記第１適応ノッチ補正フィルタで補正して得られる第５補正制御信号と、前記第３制御信号及び前記第４制御信号を加算して得られる第２加算信号を前記第２適応ノッチ補正フィルタで補正して得られる第６補正制御信号とを加算して第２打消振動騒音推定信号を生成する第３推定信号生成手段と、
   前記誤差信号と前記振動騒音推定信号と前記第２打消振動騒音推定信号とから第２仮想誤差信号を生成する第２仮想誤差信号生成手段と、
   前記第１制御信号、前記第２制御信号、前記第３制御信号及び前記第４制御信号と前記第２仮想誤差信号とに基づいて前記第２仮想誤差信号が最小となるように前記第１及び第２適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する第２フィルタ係数更新手段とを備えることを特徴とする能動型振動騒音低減装置。
3. 請求項２に記載された能動型振動騒音低減装置において、
   前記第３補正フィルタは第３適応ノッチ補正フィルタで、前記第４補正フィルタは第４適応ノッチ補正フィルタでそれぞれ構成されるとともに、
   前記基準正弦波信号と前記基準余弦波信号と前記第２仮想誤差信号とに基づいて前記第２仮想誤差信号が最小となるように前記第３及び第４適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数をそれぞれ逐次更新する第３フィルタ係数更新手段を備えることを特徴とする能動型振動騒音低減装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載された能動型振動騒音低減装置において、
   前記第１及び第２適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数に、これら第１及び第２適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数の２乗和の平方根の逆数を乗算して第１及び第２正規化フィルタ係数を算出する正規化手段を備え、
   前記補正手段は、前記第１正規化フィルタ係数を有する前記第１適応ノッチ補正フィルタ及び前記第２正規化フィルタ係数を有する前記第２適応ノッチ補正フィルタにより前記基準余弦波信号及び前記基準正弦波信号をそれぞれ補正して前記第１及び第２参照信号を生成することを特徴とする能動型振動騒音低減装置。
5. 請求項２又は請求項３に記載された能動型振動騒音低減装置において、
   前記第１及び第２適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数に、これら第１及び第２適応ノッチ補正フィルタのフィルタ係数の絶対値の大きい方の値の逆数を乗算して第３及び第４正規化フィルタ係数を算出する正規化手段を備え、
   前記補正手段は、前記第３正規化フィルタ係数を有する前記第１適応ノッチ補正フィルタ及び前記第４正規化フィルタ係数を有する前記第２適応ノッチ補正フィルタにより前記基準余弦波信号及び前記基準正弦波信号をそれぞれ補正して前記第１及び第２参照信号を生成することを特徴とする能動型振動騒音低減装置。
6. 請求項３に記載された能動型振動騒音低減装置において、
   前記第１、第２及び第３フィルタ係数更新手段は、それぞれが更新する適応ノッチフィルタのフィルタ係数の更新量を制御するステップサイズパラメータを、更新直前のフィルタ係数の２乗和の平方根に基づいて決定することを特徴とする能動型振動騒音低減装置。
7. 請求項３に記載された能動型振動騒音低減装置において、
   前記第１、第２及び第３フィルタ係数更新手段は、それぞれが更新する適応ノッチフィルタのフィルタ係数の更新量を制御するステップサイズパラメータを、更新直前のフィルタ係数の絶対値の大きい方の値に基づいて決定することを特徴とする能動型振動騒音低減装置。

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