JP2022075543A - エンジンオーダーキャンセレーションのための仮想場所ノイズ信号推定 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンオーダーキャンセレーションのための仮想場所ノイズ信号推定の提供。【解決手段】エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムの性能を向上させるために、音響空間における乗員の耳の位置などの仮想マイクロフォン場所におけるエンジンノイズを正確に推定するためのシステム及び方法を提供する。周波数、負荷、及び速度などの様々な車両パラメータに依存する重みのセット及び伝達関数を使用して、物理マイクロフォンが存在しない位置におけるノイズを推定し得る。仮想的な場所の近くに配置されていない場合がある、車室などの音響空間内の様々な場所に取り付けられたマイクロフォンで測定されたフィルタリングされた誤差信号とフィルタリングされていない誤差信号との周波数依存の加重和を使用することにより、乗員の耳の位置などの仮想的な場所におけるエンジンノイズの正確な推定が実現され得る。【選択図】なし

Description

本開示は、エンジンオーダーキャンセレーションを対象とし、より詳細には、車室内の乗員の耳の位置に近似する場所などの仮想マイクロフォン場所におけるノイズの推定を対象とする。
アクティブノイズコントロール(ANC)システムは、フィードフォワード構造及びフィードバック構造を使用して、車室内などのリスニング環境内の不所望のノイズを適応的に除去することによって、不所望のノイズを減衰させる。ANCシステムは、一般的には、キャンセル音波を生成して不要な可聴ノイズと破壊的に干渉させることにより、不要なノイズをキャンセルまたは低減する。ノイズ及び「アンチノイズ」、すなわち、ノイズと大きさはほぼ同一であるが、逆位相であるものが組み合わさって、ある場所で音圧レベル(SPL)を低下させた場合に、弱め合う干渉が発生する。車室内のリスニング環境では、不所望のノイズの可能性のある発生源は、エンジン、車両のタイヤと車両が走行している路面との相互作用、及び/または車両の他のパーツの振動によって放射される音によってもたらされる。そのため、不要なノイズは、車両の速度、道路状況、及び動作状態によって変化する。
エンジンオーダーキャンセレーション(EOC:Engine Order Cancellation)システムとは、車両エンジン及び排気システムまたは他の回転する駆動系部品からの狭帯域の音響及び振動放射から発生する不要な車内ノイズのレベルを低減するために車両に実装される特定のANCシステムである。EOCシステムは、エンジンまたは他の回転シャフトの角速度、たとえば、毎分回転数(RPM)などに基づいてフィードフォワードノイズ信号を生成し、それらの信号及び適応フィルタを使用して、スピーカーからアンチノイズを放射することによって、室内のSPLを低減する。
EOCシステムは、典型的には、ドライブシャフトに取り付けられたセンサからのRPM入力と、車室内の様々な位置に配置されたマイクロフォンの誤差信号との両方に基づいて適応フィルタを継続的に調整する最小二乗平均(LMS)適応フィードフォワードシステムである。
適応アルゴリズムは、乗員の耳の位置ではなく、エラーマイクロフォンの場所におけるノイズをキャンセルするためのアンチノイズ信号を生成する。エラーマイクロフォンの場所は、EOCシステムの性能に影響を与える可能性がある。従来のノイズキャンセルアルゴリズムは、エラーマイクロフォン場所におけるキャンセルが、最も近い乗員の場所に密接に関係しているという仮定に依存している。この関係は周波数に依存し、ノイズの周波数が高くなるにつれて、物理マイクロフォン信号と乗員の耳との間の相関は低下する。相関の低下は、使用できるエラーマイクロフォンの数と、それらを配置できる場所とが、他の車両要件及び/または制約のために最適ではない場合に、特に影響を及ぼす。
1つまたは複数の例示的な実施形態では、エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムのための仮想マイクロフォン場所におけるノイズを推定する方法を提供する。この方法は、複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取ることを含み得る。各推定ノイズ信号は、複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づき得る。この方法は、複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、各推定ノイズ信号をフィルタリングすることをさらに含み得る。この方法は、複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、現在の車両状況に基づいて変化する重みを使用して、フィルタリングされた各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすることをさらに含み得る。この方法は、少なくとも複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の重ね合わせに基づいて、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することをさらに含み得る。
実施態様は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含み得る。各仮想経路フィルタは有限インパルス応答フィルタであり得る。また、各重みは、ルックアップテーブルに記憶され、現在の車両状況に基づいて個々のフィルタリングされた推定ノイズ信号に適用するために導出される複数の重みから選択され得る。さらに、仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応し得る。
この方法は、適応フィルタコントローラにおいて推定仮想マイクロフォンノイズ信号を受け取ることと、推定仮想マイクロフォンノイズ信号に部分的に基づいて適応フィルタの適応的伝達特性を調整することと、をさらに含み得る。各重みが少なくともエンジン次数ノイズの周波数に基づいて変化するように、現在の車両状況がその周波数を含み得る。各重みがさらにエンジン負荷及び車両速度のうちの少なくとも1つに基づいて選択されるように、現在の車両状況がエンジン負荷及び車両速度のうちの少なくとも1つをさらに含み得る。
複数の推定ノイズ信号のそれぞれは、第1の信号経路及び第2の信号経路を含む2つの信号経路に分割され得る。第2の信号経路の出力は、複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を含み得る。この目的で、この方法は、複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、現在の車両状況に基づいて選択される重みを使用して、第1の信号経路における各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすることをさらに含み得る。また、少なくとも複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の重ね合わせに基づいて、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することは、第1の信号経路からの複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、第2の信号経路からの複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との重ね合わせに基づいて、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することを含み得る。
1つまたは複数の追加の実施形態は、少なくとも1つの適応フィルタ、適応フィルタコントローラ、及び仮想場所ノイズ推定器を含むEOCシステムを対象とし得る。適応フィルタは、適応的伝達特性と、参照信号発生器から受け取った参照信号とに基づいて、アンチノイズ信号を生成するように構成され得る。少なくとも1つの適応フィルタの適応的伝達特性は、フィルタ係数のセットによって特徴付けられ得る。プロセッサ及びメモリを含む適応フィルタコントローラは、参照信号と、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号とに基づいて、フィルタ係数のセットを適応させるようにプログラムされ得る。仮想場所ノイズ推定器は、少なくとも適応フィルタコントローラと通信し得る。
仮想場所ノイズ推定器は、複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取るようにプログラムされるプロセッサ及びメモリを含み得る。各推定ノイズ信号は、複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づき得る。仮想場所ノイズ推定器は、複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、各推定ノイズ信号をフィルタリングするようにさらにプログラムされ得る。仮想場所ノイズ推定器は、複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、現在の車両状況に基づいて選択及び変更される重みを使用して、フィルタリングされた各推定ノイズ信号に適応的に重み付けするようにさらにプログラムされ得る。仮想場所ノイズ推定器は、少なくとも複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の重ね合わせに基づいて、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成するようにさらにプログラムされ得る。
実施態様は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含み得る。各重みは、現在の車両状況に基づいて個々のフィルタリングされた推定ノイズ信号に適用するために導出される複数の重みから選択され得る。現在の車両状況はエンジン次数ノイズの周波数を含み得、各重みは少なくとも周波数に基づいて変化する。各仮想経路フィルタは有限インパルス応答フィルタであり得る。複数の推定ノイズ信号のそれぞれは、第1の信号経路及び第2の信号経路を含む2つの信号経路に分割され得、第2の信号経路の出力は、複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を含む。これに関して、仮想場所ノイズ推定器は、複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、現在の車両状況に基づいて選択される重みを使用して、第1の信号経路における各推定ノイズ信号に適応的に重み付けするようにさらにプログラムされ得る。また、仮想場所ノイズ推定器は、第1の信号経路からの複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、第2の信号経路からの複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との重ね合わせに基づいて、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成するようにプログラムされ得る。仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応する、複数のエラーマイクロフォンから離れた空間内の固定点であり得る。
1つまたは複数の追加の実施形態は、EOCシステムのための仮想マイクロフォン場所におけるノイズを推定する方法を対象とし得る。この方法は、複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取ることであって、各推定ノイズ信号は、複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づく、受け取ることを含み得る。この方法は、第1の信号経路及び第2の信号経路に沿って各推定ノイズ信号を送ることをさらに含み得る。この方法は、複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、第1の信号経路における各推定ノイズ信号に重みを適用することであって、各重みは、現在の車両状況に基づいて個別に選択及び変更される、適用することをさらに含み得る。この方法は、複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、第2の信号経路における各推定ノイズ信号をフィルタリングすることをさらに含み得る。この方法は、複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、第2の信号経路におけるフィルタリングされた各推定ノイズ信号に重みを適用することであって、各重みは、現在の車両状況に基づいて個別に選択及び変更される、適用することをさらに含み得る。この方法は、第1の信号経路からの複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、第2の信号経路からの複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との重ね合わせに基づいて、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することをさらに含み得る。
実施態様は、以下の特徴のうちの1つまたは複数を含み得る。重ね合わせにおいて適用される各信号の割合は、現在の車両状況に基づいて、対応する重みによって適応的に制御され得る。各重みが少なくともエンジン次数ノイズの周波数に基づいて個別に選択及び変更されるように、現在の車両状況がその周波数を含み得る。仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応し得る。
本発明は、例えば以下を提供する。
(項目1)
エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムのための仮想マイクロフォン場所におけるノイズを推定する方法であって、
複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取ることであって、各推定ノイズ信号は、前記複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づく、前記受け取ることと、
複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と前記仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、各推定ノイズ信号をフィルタリングすることと、
複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、現在の車両状況に基づいて変化する重みを使用して、フィルタリングされた各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすることと、
少なくとも前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することと、
を含む、前記方法。
(項目2)
各仮想経路フィルタは有限インパルス応答フィルタである、上記項目に記載の方法。
(項目3)
各重みは、ルックアップテーブルに記憶され、前記現在の車両状況に基づいて個々のフィルタリングされた推定ノイズ信号に適用するために導出される複数の重みから選択される、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目4)
前記仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応する、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目5)
適応フィルタコントローラにおいて前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を受け取ることと、
前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号に部分的に基づいて適応フィルタの適応的伝達特性を調整することと、
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目6)
各重みが少なくともエンジン次数ノイズの周波数に基づいて変化するように、前記現在の車両状況が前記周波数を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目7)
各重みがさらにエンジン負荷及び車両速度のうちの少なくとも1つに基づいてさらに選択されるように、前記現在の車両状況が前記エンジン負荷及び前記車両速度のうちの少なくとも1つをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目8)
前記複数の推定ノイズ信号のそれぞれは、第1の信号経路及び第2の信号経路を含む2つの信号経路に分割され、前記第2の信号経路の出力は、前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を含み、前記方法は、
複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、前記現在の車両状況に基づいて選択される重みを使用して、前記第1の信号経路における各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすること
をさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目9)
少なくとも前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の前記重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することは、
前記第1の信号経路からの前記複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、前記第2の信号経路からの前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成すること
を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目10)
エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムは、
適応的伝達特性と、参照信号発生器から受け取った参照信号とに基づいて、アンチノイズ信号を生成するように構成される少なくとも1つの適応フィルタであって、前記少なくとも1つの適応フィルタの前記適応的伝達特性は、フィルタ係数のセットによって特徴付けられる、前記少なくとも1つの適応フィルタと、
前記参照信号と、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号とに基づいて、前記フィルタ係数のセットを適応させるようにプログラムされるプロセッサ及びメモリを含む適応フィルタコントローラと、
少なくとも前記適応フィルタコントローラと通信する仮想場所ノイズ推定器と、
を備え、前記仮想場所ノイズ推定器は、
複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取ることであって、各推定ノイズ信号は、前記複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づく、前記受け取ることと、
複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と前記仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、各推定ノイズ信号をフィルタリングすることと、
複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、現在の車両状況に基づいて選択及び変更される重みを使用して、フィルタリングされた各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすることと、
少なくとも前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することと、
を行うようにプログラムされるプロセッサ及びメモリを含む、前記システム。
(項目11)
各重みは、前記現在の車両状況に基づいて個々のフィルタリングされた推定ノイズ信号に適用するために導出される複数の重みから選択される、上記項目のいずれかに記載のシステム。
(項目12)
前記現在の車両状況はエンジン次数ノイズの周波数を含み、各重みは少なくとも前記周波数に基づいて変化する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
(項目13)
各仮想経路フィルタは有限インパルス応答フィルタである、上記項目のいずれかに記載のシステム。
(項目14)
前記複数の推定ノイズ信号のそれぞれは、第1の信号経路及び第2の信号経路を含む2つの信号経路に分割され、前記第2の信号経路の出力は、前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を含み、前記仮想場所ノイズ推定器は、
複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、前記現在の車両状況に基づいて選択される重みを使用して、前記第1の信号経路における各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすること
を行うようにさらにプログラムされる、上記項目のいずれかに記載のシステム。
(項目15)
前記仮想場所ノイズ推定器は、前記第1の信号経路からの前記複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、前記第2の信号経路からの前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との前記重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成するようにプログラムされる、上記項目のいずれかに記載のシステム。
(項目16)
前記仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応する、前記複数のエラーマイクロフォンから離れた空間内の固定点である、上記項目のいずれかに記載のシステム。
(項目17)
エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムのための仮想マイクロフォン場所におけるノイズを推定する方法であって、
複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取ることであって、各推定ノイズ信号は、前記複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づく、前記受け取ることと、
第1の信号経路及び第2の信号経路に沿って各推定ノイズ信号を送ることと、
複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、前記第1の信号経路における各推定ノイズ信号に重みを適用することであって、各重みは、現在の車両状況に基づいて個別に選択及び変更される、前記適用することと、
複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と前記仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、前記第2の信号経路における各推定ノイズ信号をフィルタリングすることと、
複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、前記第2の信号経路におけるフィルタリングされた各推定ノイズ信号に重みを適用することであって、各重みは、現在の車両状況に基づいて個別に選択及び変更される、前記適用することと、
前記第1の信号経路からの前記複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、前記第2の信号経路からの前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することと、
を含む、前記方法。
(項目18)
前記重ね合わせにおいて適用される各信号の割合は、前記現在の車両状況に基づいて、対応する重みによって適応的に制御される、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目19)
各重みが少なくともエンジン次数ノイズの周波数に基づいて個別に選択及び変更されるように、前記現在の車両状況が前記周波数を含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目20)
前記仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応する、上記項目のいずれかに記載の方法。
(摘要)
エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムの性能を向上させるために、音響空間における乗員の耳の位置などの仮想マイクロフォン場所におけるエンジンノイズを正確に推定するためのシステム及び方法を提供する。周波数、負荷、及び速度などの様々な車両パラメータに依存する重みのセット及び伝達関数を使用して、物理マイクロフォンが存在しない位置におけるノイズを推定し得る。仮想的な場所の近くに配置されていない場合がある、車室などの音響空間内の様々な場所に取り付けられたマイクロフォンで測定されたフィルタリングされた誤差信号とフィルタリングされていない誤差信号との周波数依存の加重和を使用することにより、乗員の耳の位置などの仮想的な場所におけるエンジンノイズの正確な推定が実現され得る。
本開示の1つまたは複数の実施形態による、エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムを有する車両の環境ブロック図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による、図1に示す参照信号発生器の詳細図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による、仮想場所ノイズ推定器を含むEOCシステムを表す概略ブロック図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による、図3に示す仮想場所ノイズ推定器の拡大ブロック図である。 本開示の1つまたは複数の実施形態による、乗員の耳に近接する場所におけるノイズを推定するための方法を示す例示的なフローチャートである。
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態を本明細書に開示するが、開示した実施形態が、様々な形態及び代替の形態で具現化され得る本発明の例にすぎないことは理解されよう。図は必ずしも縮尺通りではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化され得る。したがって、本明細書に開示する特定の構造的詳細及び機能的詳細は、限定的なものと解釈されるべきではなく、単に、本発明を様々に用いるように当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。
図1は、参照信号発生器108を有する車両102のエンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システム100を示す環境図である。参照信号発生器108は、車両エンジン及び排気システム110から発生する各エンジン次数の可聴エンジン次数ノイズに対応する参照信号x[n]を生成し得る。EOCシステム100は、1つまたは複数のマイクロフォン112を使用した参照信号発生器108からの参照信号x[n]の適応フィルタリングによってアンチノイズを生成するフィードフォワード及びフィードバックアクティブノイズコントロール(ANC)フレームワークまたはシステム104と統合され得る。アンチノイズ信号y[n]は次いで、1つまたは複数のスピーカー124から再生され得る。S(z)は単一のスピーカー124と単一のマイクロフォン112との間の伝達関数を表す。図1には、単純化のみの目的で、単一の参照信号発生器108、マイクロフォン112、及びスピーカー124を示しているが、典型的なEOCシステムは、複数のエンジン次数ノイズ参照信号発生器108、ならびに複数のスピーカー124(たとえば、4~8個)、及び複数のマイクロフォン112(たとえば、最大8個)を含むことができることに留意されたい。
図2を参照すると、参照信号発生器108は、RPMセンサ242を含み得、RPMセンサ242は、エンジン回転速度を示すエンジンドライブシャフトまたは他の回転シャフトの回転を示すRPM信号244(たとえば、方形波信号)を提供し得る。いくつかの実施形態では、RPM信号244は、コントローラエリアネットワーク(CAN)バスなどの車両ネットワークバス(図示せず)から取得され得る。放射されるエンジン次数はドライブシャフトのRPMに正比例するので、RPM信号244は、エンジン及び排気システムを含む駆動系によって発生する周波数を表す。したがって、RPMセンサ242からの信号を使用して、車両の各エンジン次数に対応する参照エンジン次数信号を生成し得る。それに応じて、RPM信号244は、エンジン次数周波数対RPMのルックアップテーブル246と共に使用され得る。
より具体的には、ルックアップテーブル246を使用して、RPM信号244を1つまたは複数のエンジン次数周波数に変換し得る。ルックアップテーブル246から取り出された、検知されたRPMにおける所与のエンジン次数の周波数を周波数発生器248に供給することによって、所与の周波数の正弦波が生成され得る。この正弦波は、所与のエンジン次数のエンジン次数ノイズを示す参照信号x[n]を表す。周波数発生器248は、直交発振器などの発振器、またはエンジン次数ノイズを示す正弦波参照信号を生成するための任意の類似のデバイスであり得る。複数のエンジン次数が存在し得るので、EOCシステム100は、RPM信号244に基づいて各エンジン次数の参照信号x[n]を生成するための複数の参照信号発生器108及び/または周波数発生器248を含み得る。
1800RPMの速度で回転するエンジンは、30Hz(1800/60=30)で動作していると言うことができ、これは基本または一次エンジン次数周波数に対応する。4気筒エンジンの場合、各クランク回転中に2気筒が点火されて、60Hz(30×2=60)の卓越周波数が発生し、これによって1800RPMにおける4気筒エンジンの音が決まる。4気筒エンジンでは、周波数がエンジン回転速度の周波数の2倍であるので、「2次のエンジン次数」とも呼ばれる。1800RPMでは、4気筒エンジンの他の卓越したエンジン次数は、120Hzの4次、及び180Hzの6次である。6気筒エンジンでは、点火周波数によって3次のエンジン次数が卓越し、V-10では、卓越しているのは5次のエンジン次数である。RPMが増加すると、それに比例して点火周波数が上昇する。前述のように、EOCシステム100は、RPM信号244に基づいて各エンジン次数の参照信号x[n]を生成するための複数の参照信号発生器108及び/または周波数発生器248を含み得る。さらに、EOCシステム100内のANCフレームワーク104(たとえば、適応フィルタ118、適応フィルタコントローラ120、二次経路フィルタ122)は、これらの複数のエンジン次数のそれぞれを低減またはキャンセルするように拡張され得る。たとえば、2次、4次、及び6次のエンジン次数を低減するEOCシステムには、エンジン次数ごとに1つずつ、3つのANCフレームワークまたはサブシステム104が必要である。エラーマイクロフォン112及びアンチノイズスピーカー124などの特定のシステム構成要素は、全てのシステムまたはサブシステムに共通であり得る。
図1に戻ると、エンジン及び排気システム110から発生するノイズ及び振動の特性周波数は、任意選択により参照信号発生器108に含まれる1つまたは複数のRPMセンサ242によって検知され得る。参照信号発生器108は、特定のエンジン次数周波数を表す信号である参照信号x[n]を出力し得る。前述のように、参照信号x[n]は、関心のある様々なエンジン次数において可能である。また、これらの参照信号は、別々に使用され得、または当業者に知られている様々な方法で組み合わせられ得る。参照信号x[n]は、二次経路フィルタ122によって二次経路(すなわち、アンチノイズスピーカー124とエラーマイクロフォン112との間の伝達関数)を推定するモデル化された伝達特性S’(z)でフィルタリングされ得る。
駆動系ノイズ(たとえば、エンジン、ドライブシャフト、または排気ノイズ)は、機械的及び/または音響的に車室に伝達され、車両102内の1つまたは複数のマイクロフォン112によって受け取られる。1つまたは複数のマイクロフォン112は、図1に示すように、たとえば、シート116のヘッドレスト114に配置され得る。あるいは、1つまたは複数のマイクロフォン112は、車両102のヘッドライナー115、または車両102内の乗員に聞こえる音響ノイズ場を検知するための他の適切な場所に配置され得る。エンジン、ドライブシャフト、及び/または排気ノイズは、一次経路(すなわち、実際のノイズ源とエラーマイクロフォンとの間の伝達関数)を表す伝達特性P(z)に従ってマイクロフォン112に伝達される。
マイクロフォン112は、マイクロフォン112によって検出された車両102の車室に存在するノイズを表す誤差信号e[n]を出力し得る。EOCシステム100において、適応フィルタ118の適応的伝達特性W(z)は、適応フィルタコントローラ120によって制御され得る。適応フィルタコントローラ120は、誤差信号e[n]及び参照信号x[n]に基づいて、知られている最小二乗平均(LMS)アルゴリズムに従って動作し得、参照信号x[n]は、任意選択によりフィルタ122によって、モデル化された伝達特性S’(z)でフィルタリングされる。適応フィルタ118は、Wフィルタと呼ばれることがよくある。LMS適応フィルタコントローラ120は、誤差信号e[n]に基づいて伝達特性W(z)フィルタ係数を更新し得る。ノイズキャンセルを改善する、W(z)を適応させるまたは更新する処理は収束と呼ばれる。収束とは、誤差信号e[n]を最小化する適応フィルタの作成を指し、これは、所与の入力信号に対する適応速度を調節するステップサイズによって制御される。ステップサイズは、適応フィルタ118の各更新に基づいて、適応フィルタ係数の大きさの変化を抑制することによって、アルゴリズムが収束してe[n]が最小になる速さを決定付けるスケーリング係数である。
アンチノイズ信号y[n]は、適応フィルタ118及び適応フィルタコントローラ120によって形成される適応フィルタによって、同定された伝達特性W(z)と、参照信号または参照信号の組み合わせx[n]とに基づいて生成され得る。アンチノイズ信号y[n]は、理想的には、スピーカー124を介して再生されると、車室内の乗員に聞こえるエンジン次数ノイズと実質的に逆位相であって大きさが同一であるアンチノイズが、乗員の耳及びマイクロフォン112の近くで生成されるような波形を有する。スピーカー124からのアンチノイズは、車室内のマイクロフォン112付近のエンジン次数ノイズと組み合わさって、この場所においてエンジン次数ノイズによって引き起こされる音圧レベル(SPL)が低下し得る。特定の実施形態では、EOCシステム100は、音響エネルギーセンサ、音響強度センサ、または音響粒子速度もしくは加速度センサなどの、車室内の他の音響センサからセンサ信号を受信して、誤差信号e[n]を生成し得る。
車両は、エンジンのRPMに対して他の速度で回転する他のシャフトを有することがよくある。たとえば、ドライブシャフトは、トランスミッションによって設定された現在のギア比によってエンジンに関連する速度で回転する。ドライブシャフトは、ある程度の偏心を有し得るので、完全な回転バランスを有さない場合がある。回転すると、偏心により回転の不均衡が生じて車両に揺動力が加わり、これらの振動によって車室内に音響音が聞こえ得る。エンジンとは異なる速度で回転する他の回転シャフトには、ディファレンシャルのギア比によって設定された速度で回転するハーフシャフトまたはアクセルが含まれる。特定の実施形態では、参照信号発生器108は、ドライブシャフトまたはハーフシャフトなどの異なる回転シャフト上にRPMセンサを有することができる。
車両102が動作している間、プロセッサ128は、参照信号発生器108内のRPMセンサ242及びマイクロフォン112からデータを収集し、任意選択によりそれを処理して、車両102によって使用されるデータ及び/またはパラメータを含むデータベースまたはマップを構築し得る。収集されたデータは、車両102による将来の使用のために、ストレージ130にローカルに、またはクラウドに記憶され得る。ストレージ130にローカルに記憶すると有用であり得るEOCシステム100に関連するデータのタイプの例には、RPM履歴、マイクロフォンスペクトルまたは時間依存信号、マイクロフォンベースの音響性能データ、EOCチューニングパラメータ、運転モードに基づく卓越したエンジン次数などが含まれるが、これらに限定されない。さらに、プロセッサ128は、RPMセンサ及びマイクロフォンのデータを分析し、主要な特徴を抽出して、EOCシステム100に適用されるパラメータのセットを決定し得る。パラメータのセットは、イベントがきっかけになったときに選択され得る。1つまたは複数の実施形態では、プロセッサ128及びストレージ130は、適応フィルタコントローラ120などの1つまたは複数のEOCシステムコントローラと統合され得る。
図1に示す簡略化したEOCシステムの概略図では、各スピーカー124と各マイクロフォン112との間にS(z)で表した1つの二次経路を示している。前述のように、EOCシステムは、典型的には、複数のスピーカー、マイクロフォン、及び参照信号発生器を有する。したがって、6個のスピーカー及び6個のマイクロフォンのEOCシステムは、合計36個(すなわち、6×6)の二次経路を有する。これに対応して、6個のスピーカー及び6個のマイクロフォンのEOCシステムは、同じく36個のS’(z)フィルタ(すなわち、二次経路フィルタ122)を有し得、これらは各二次経路の伝達関数を推定する。図1に示すように、EOCシステムはまた、参照信号発生器108からの各参照信号x[n]と各スピーカー124との間に1つのW(z)フィルタ(すなわち、適応フィルタ118)を有する。したがって、5個の参照信号発生器及び6個のスピーカーのEOCシステムは、30個のW(z)フィルタを有し得る。あるいは、6個の周波数発生器248及び6個のスピーカーのEOCシステムは、36個のW(z)フィルタを有し得る。
前に論じたように、狭帯域エンジンノイズキャンセルシステムは、車両のヘッドライナーまたは他の場所に取り付けられた複数のエラーマイクロフォンを使用して、適応アルゴリズムにフィードバックを提供し得る。従来のシステムでは、アルゴリズムは、乗員の耳の位置ではなく、エラーマイクロフォン場所でノイズをキャンセルするためのアンチノイズを生成する。特定の車両の製造及び設計の要件または制約により、使用できるエラーマイクロフォンの数、及びそれらが配置される場所は、最適ではない場合がある。自動車メーカーは、最適な配置の要件が異なる複数の機能のためのマイクロフォンを車室に配置する。たとえば、ノイズキャンセルマイクロフォンの最適な配置は、電話をかけるためのマイクロフォンなどのハンズフリー音声通話マイクロフォンの最適な配置と一致しない場合がある。ノイズキャンセルマイクロフォンは、乗員の場所から波長の1/10以内に配置される傾向があるので、乗員の頭の真上またはヘッドレスト内に配置されることが多い。サンルーフまたはムーンルーフが存在するなどの設計上の制約により、しばしば、最適なEOCエラーマイクロフォンの配置が妨げられる場合がある。一方、ハンズフリー電話の音声通話マイクロフォンは、話者の声を最適に検出するように配置される。これらのマイクロフォンは、通常は乗員の頭の前に直に配置され、典型的にはバックミラーまたはダッシュボードなどの車内の固定の場所に配置される。
ノイズキャンセル(エラー)マイクロフォンの場所は、EOCの性能に影響を与え得る。従来のノイズキャンセルアルゴリズムは、エラーマイクロフォン場所におけるキャンセルが、最も近い乗員の場所に密接に関係しているという仮定に依存している。しかしながら、この関係は周波数に依存する。耳の位置及びエラーマイクロフォンにおけるノイズ信号間の相関は、ノイズの周波数及び位置間の距離が増加するにつれて低下する。したがって、使用できるエラーマイクロフォンの数、及びそれらが配置される場所が最適ではない場合があるシナリオでは、乗員の耳の位置でのノイズを正確に推定することによって、EOCの性能が損なわれないように支援し得る。
乗員の耳の位置におけるノイズの推定値を取得するための既存の技術は、周波数ノイズが定常的な単純な音響空間(たとえば、実験室条件)には適切であり得るが、周波数ノイズ及び音響特性が動的な自動車用途に適用される場合には信頼性が低くなり得る。本開示の1つまたは複数の実施形態は、車室などの複雑な音響環境において、耳の位置における非定常な狭帯域のエンジン次数ノイズをより正確に予測するためのシステム及び方法を対象とする。本開示に記載の技術は、物理エラーマイクロフォン場所からの信号に基づいて、仮想マイクロフォン場所と呼ぶ、乗員の耳の位置におけるノイズのより信頼性の高い推定を可能にし得る。これらの技術は、周波数、負荷、及び速度などの様々な車両パラメータまたは状況に依存する重みのセット及び伝達関数を使用して、マイクロフォンが存在しない乗員の耳の位置におけるノイズを推定し得る。
本開示のシステム及び方法は、車室などの非常に反響の多い環境における音響特性をモデル化する。前述のように、エンジンノイズは、典型的には車両の吸気及び排気から発生する。音波は、直接経路と、乗員の耳の場所で合計される前に多くの反射を起こし得る経路との両方で車室内を伝播する。次いで、キャンセル性能を最適化するために、物理エラーマイクロフォンの信号を音響モデルと一緒に使用して、乗員の耳の位置に近似する場所など、物理エラーマイクロフォンから離れた仮想マイクロフォン場所の信号を推定することができる。この関係は、エラーマイクロフォン、すなわち、物理的な場所(P)から乗員の耳の位置、すなわち、仮想的な場所(V)までの経路としてモデル化され得る。
図3は、本開示の1つまたは複数の実施形態によるEOCシステム300を表す概略ブロック図である。EOCシステム300は、当業者には理解される修正Filtered-x最小二乗平均(MFxLMS:Modified Filtered-x Least Mean Squares)EOCシステムであり得る。EOCシステム300は、それに対応して、狭帯域エンジンノイズキャンセルのためにMFxLMS適応アルゴリズムを使用し得る。しかしながら、Filtered-x最小二乗平均(FxLMS:Filtered-x Least Mean Squares)システムなどの他のタイプのLMSベースのEOCシステムを使用する本開示の1つまたは複数の態様が使用され得る。
EOCシステム300は、図1の環境図に関連して図示及び説明したEOCシステム100と同様の要素を含み得る。たとえば、EOCシステム300は、エンジン・排気システム310から発生するノイズ及び振動の周波数特性を有する正弦波エンジン次数ノイズ参照信号x[n]を生成するための、少なくともRPMセンサ342及び周波数発生器348(発振器として図示)を含む参照信号発生器308を含み得る。図1と同様に、説明を容易にするために、1つの参照信号発生器308、1つのエラーマイクロフォン312、及び1つのスピーカー324を有するEOCシステム300を示している。実用に際しては、EOCシステム300は、複数のエンジン次数、複数のスピーカー出力、及び複数のエラーマイクロフォンで動作するスケーラブルな多入力多出力(MIMO)システムであり得る。EOCシステム300はまた、以下でより詳細に説明するように、複数の仮想マイクロフォン場所(たとえば、乗員の耳の位置)におけるノイズ信号を推定するように拡張され得る。
図3の概略ブロック図では、エラーマイクロフォン312は、加算器(または総和演算子/要素)として示している。さらに、実際の一次経路P(z)及び実際の二次経路S(z)の伝達関数は、それぞれ要素350及び352を使用してブロック形式で表している。図3はまた、説明の目的で、音響領域354と電気領域356との間の要素の分割を示している。
参照信号x[n]は、第1の二次経路フィルタ358によってフィルタリングされ得る。第1の二次経路フィルタ358は、アンチノイズスピーカー324と、乗員の耳の位置を表す仮想マイクロフォン場所との間の二次経路(すなわち、伝達関数)を推定するモデル化された伝達特性
Figure 2022075543000001

を使用して、参照信号x[n]をフィルタリングすることによって、フィルタリングされた参照信号x’[n]を生成し得る。EOCシステム100と同様に、EOCシステム300は、第1の適応フィルタ318及び適応フィルタコントローラ320を含み得る。第1の適応フィルタ318の適応的伝達特性W(z)は、フィルタリングされた参照信号x’[n]に部分的に基づいて、LMSベースの適応アルゴリズムに従って適応フィルタコントローラ320により制御され得る。適応フィルタコントローラ320は、ノイズキャンセルを改善するために、第1の適応フィルタ318のフィルタ係数を能動的に更新し得る。第1の適応フィルタ318のフィルタ係数を能動的フィルタ係数と呼び得る。EOCシステム300は、フィルタ係数のセットによって特徴付けられる適応的伝達特性W(z)を同じく有する第2の適応フィルタ360を含み得る。第2の適応フィルタ360は、第1の適応フィルタ318のコピーであり得る。そのため、第2の適応フィルタ360のフィルタ係数を受動的フィルタ係数と呼び得る。
図示のように、参照信号x[n]は、第2の適応フィルタ360によってもフィルタリングされて、実際のアンチノイズ信号y[n]を生成し得る。適応フィルタコントローラ320によってフィルタ係数のセットを介して制御される第2の適応フィルタ360は、適応アルゴリズムに従ってアンチノイズ信号y[n]を生成し得る。音響領域では、アンチノイズ信号y[n]は、スピーカー324を介して音に変換され得る。前述のように、ブロック352で示す実際の二次経路S(z)は、スピーカー324とエラーマイクロフォン312との間の伝達関数を表す。信号y’[n]は、実際のエラーマイクロフォンアンチノイズy’[n]と呼ぶ、実際の二次経路S(z)によってフィルタリングされた、物理エラーマイクロフォン312における可聴アンチノイズを表す。実際のエラーマイクロフォンアンチノイズy’[n]は、エラーマイクロフォン312において、実際の一次経路P(z)(ブロック350で図示)によってフィルタリングされた、エンジン及び排気システム310からの一次ノイズd[n]と組み合わせられ得る。エラーマイクロフォン312は、車室内に存在する残留エンジンノイズ(すなわち、アンチノイズでキャンセルされなかったノイズ)を示す誤差信号e[n]を出力し得る。
電気領域では、アンチノイズ信号y[n]は、第2の二次経路フィルタ362によってフィルタリングされて、推定アンチノイズ信号
Figure 2022075543000002

を生成し得る。第2の二次経路フィルタ362は、アンチノイズスピーカー324及びエラーマイクロフォン312との間の二次経路(すなわち、伝達関数)を推定するモデル化された伝達特性
Figure 2022075543000003

を使用して、アンチノイズ信号y[n]をフィルタリングし得る。したがって、推定アンチノイズ信号
Figure 2022075543000004

は、エラーマイクロフォン312の物理的な場所における推定アンチノイズを示し得る。推定アンチノイズ信号
Figure 2022075543000005

は、図示のように、加算器364において誤差信号e[n]から減算されて、エラーマイクロフォン312における推定ノイズ信号、または単に、推定ノイズ信号
Figure 2022075543000006

を生成し得る。推定ノイズ信号
Figure 2022075543000007

は、物理エラーマイクロフォン場所におけるエンジンノイズの推定値を提供し得る。
乗員の耳の位置などの仮想マイクロフォン場所におけるエンジンノイズを推定するために、EOCシステム300は、仮想場所ノイズ推定器366をさらに含み得る。仮想場所ノイズ推定器366は、物理マイクロフォン場所からの信号、すなわち、推定ノイズ信号
Figure 2022075543000008

に基づいて、乗員の耳の位置を表す場所などの仮想マイクロフォン場所におけるノイズの改善された推定を提供する音響モデルを含み得る。したがって、仮想場所ノイズ推定器366は、エラーマイクロフォン312の1つまたは複数の物理的な場所から乗員の耳の位置を表す仮想的な場所までの経路をモデル化する。結果として、仮想場所ノイズ推定器366は、仮想マイクロフォン場所(たとえば、乗員の耳の場所)におけるエンジンノイズの推定値を提供する推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000009

を出力し得る。前に論じたように、車室のような複雑で動的な音響環境において、乗員の耳の位置などの仮想的な場所における非定常な狭帯域のノイズを正確に予測することは困難である。本開示の1つまたは複数の実施形態によれば、仮想場所ノイズ推定器366は、周波数、負荷及び速度などの様々な車両パラメータまたは状況に依存する重みのセット及び伝達関数を使用して、乗員の耳の位置(すなわち、仮想マイクロフォン場所)におけるエンジンノイズを推定し得る。そのため、図示のように、参照信号発生器308におけるRPM信号またはRPM信号から導出される周波数は、仮想場所ノイズ推定器366に提供され得る。
図4は、本開示の1つまたは複数の実施形態による、仮想場所ノイズ推定器366の拡大ブロック図である。比較的広い周波数範囲が複数の周波数ビンに分けられ得、各周波数ビンは比較的狭い周波数範囲を構成する。図4に示す仮想場所ノイズ推定器366の例示的な実施態様は、4つの物理エラーマイクロフォンからのノイズ信号を使用して、1つのエンジン次数及び1つの周波数ビンについて、単一の仮想マイクロフォン場所(たとえば、乗員の耳の場所)におけるノイズの推定を示している。しかしながら、この概念は、任意の数の物理マイクロフォン及び仮想マイクロフォン(たとえば、耳の位置)をサポートすることができ、複数のエンジン次数及び周波数ビンを考慮するようにさらに拡張することができる。
図示のように、図4の仮想場所ノイズ推定器366は、4つの物理エラーマイクロフォンP、P、P、Pで測定された推定ノイズ信号
Figure 2022075543000010

に基づいて、第1の仮想マイクロフォン場所Vにおける推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000011

を提供し得る。仮想場所ノイズ推定器366は、各物理マイクロフォンと各仮想マイクロフォンとの間で信号に適用される、Wpvと表す第1の重みのセット410を含み得る。4つの物理エラーマイクロフォン(P,P1,2,)で測定された推定ノイズ信号
Figure 2022075543000012

は、2つの信号経路に分割され得る。第1の信号経路412の推定ノイズ信号
Figure 2022075543000013

は、第1の重みのセット410(たとえば、W00、W10、W20、W30)への直接入力として使用されて、重み付けされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000014

を生成し得る。
仮想場所ノイズ推定器366は、各物理エラーマイクロフォン(P)から、乗員の耳の位置を表す各仮想マイクロフォン(V)への伝達関数を一般的に表す、Hpv[p][v]と表す仮想経路フィルタのセット414をさらに含み得る。仮想経路フィルタ414は、有限インパルス応答(FIR)フィルタであり得、逆畳み込み処理を使用して設計され得る。たとえば、特定の車両環境に対する設計及び較正処理中に、まず、エラーマイクロフォン位置と、乗員の耳の近似位置とにおける実際のマイクロフォンからの信号を測定し得、次いで、逆畳み込み処理を使用して、各物理エラーマイクロフォン場所と各耳位置(仮想マイクロフォン場所)との間の伝達関数Hpv[p][v]を求め得る。伝達関数Hpv[p][v]は最終的にデジタルFIRフィルタに変換され、そして、EOCシステム300及び対応する適応アルゴリズムにおいて、仮想場所ノイズ推定器366における仮想経路フィルタ414として使用され得る。第2の信号経路416の推定ノイズ信号
Figure 2022075543000015

は、4つの物理エラーマイクロフォン(P,P1,2,)のそれぞれについて、仮想経路フィルタのセット414によってフィルタリングされて、フィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000016

を生成し得る。
各仮想マイクロフォン場所は、エラーマイクロフォン312などの物理マイクロフォンまたはセンサから離れた空間内の所定の固定点であり得る。仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置の場所に対応し得る。いくつかの実施形態では、仮想マイクロフォン場所は、平均的な搭乗者の場合の乗員の耳の位置を表し得る。他の特定の実施形態では、各仮想マイクロフォン場所は、異なるタイプの搭乗者及び/または異なる車両構成に対応するように調整され得る。たとえば、仮想マイクロフォン場所は、乗員設定を使用して、胴体の高さなどの乗員の特徴、ならびに座席位置設定に基づいて、乗員の耳の位置をより良好に推定するようにカスタマイズされ得る。他の例として、自動運転用に構成された車両など、より柔軟な車室構成を有する車両では、車両が自動運転モードであるか否かに基づいて、1つまたは複数の仮想マイクロフォン場所が調整され得る。
1つまたは複数の実施形態によれば、仮想マイクロフォン場所は、乗員の頭部追跡に基づいて選択される仮想マイクロフォン場所のセットから決定され得る。たとえば、乗員の頭の位置が検知され、仮想マイクロフォン場所が現在の頭の位置に基づいて調整され得る。仮想マイクロフォン場所を調整され得る実施形態では、対応する仮想経路フィルタ414も同様に、各エラーマイクロフォン場所から調整可能な各仮想マイクロフォン場所への適切な伝達関数を表すように適応または修正され得る。一例として、仮想経路フィルタ414は、各エラーマイクロフォン312と各乗員に関連付けられた複数の仮想マイクロフォン場所との間の経路に対して、設計、較正、及び記憶され得る。次いで、適切な仮想経路フィルタ414は、乗員によってシステム設定を介して選択されるか、頭部位置追跡を介して検知されるかにかかわらず、現在の仮想マイクロフォン場所に基づいて選択され得る。
仮想場所ノイズ推定器366は、フィルタリングされた各物理マイクロフォンと各仮想マイクロフォンとの間で信号に適用され得る、Rpvと表す第2の重みのセット418をさらに含み得る。フィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000017

は、第2の重みのセット418(たとえば、R00、R10、R20、R30)への直接入力として使用されて、重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000018

を生成し得る。
1つまたは複数の実施形態によれば、第1の仮想マイクロフォン場所Vにおける最終的な推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000019

は、加算器420における2つの信号経路の全ての信号(すなわち、フィルタリングされたノイズ信号及びフィルタリングされていないノイズ信号)の重ね合わせから生成され得る。重ね合わせにおいて適用される各信号の割合は、それぞれ重みWpv及びRpvによって制御され得る。EOCシステム300は、周波数などの車両パラメータまたは状況に基づいてこれらの重みを適応的に調整し得る。たとえば、エンジンノイズによる励振に対する車室の音響応答は、周波数によって変化する。さらに、EOCシステム及び適応アルゴリズムはトーンノイズに対処し、トーンノイズでは、広帯域ノイズとは異なり、信号統計が周波数と共に急激に変化する。そのため、一緒に合計されるノイズ信号の大きさ及び位相の変動を考慮するために、仮想場所ノイズ推定器366によって適用される重み410及び418も周波数に関して変化し得る。
選択可能な周波数依存の重みは、システム設計及び較正中に導出され得る。エラーマイクロフォン及び仮想マイクロフォン場所の組み合わせごとに、エラーマイクロフォンと、仮想マイクロフォン場所(たとえば、乗員の耳の場所)とで測定された信号は、所定の範囲の周波数ビンのテーブル内のエントリに分割され得る。たとえば、各周波数ビンは3Hzの幅であり得る。次いで、各周波数ビンのWpv及びRpvの両方の重みが、LMSなどの適応アルゴリズムを使用して計算され得る。この方法を使用して、残余誤差が定義した閾値を下回る値に最小化されるまで最適化された周波数依存の重みのセットが導出され得る。したがって、仮想場所ノイズ推定器366は、エラーマイクロフォン及び仮想マイクロフォン場所の組み合わせごとの重みWpv及びRpvのルックアップテーブル422をさらに含み得、各重みのエントリは、周波数ビンによって分けられている。ルックアップテーブル422は、エンジン次数ノイズの周波数値424を受け取り、周波数に基づいてフィルタリングされていない推定ノイズ信号及びフィルタリングされた推定ノイズ信号のそれぞれに適応的に適用される適切な重みWpv及びRpvを出力し得る。エンジン次数ノイズの周波数は、図3に示すように、参照信号発生器308から発生し得る。EOCの動作中に、エンジンノイズ周波数が変化すると、ルックアップテーブル422に従って適切な周波数ビンから重みが選択され、仮想場所ノイズ推定器366によって適用され得る。1つまたは複数の代替の実施態様では、適応的な重みはまた、周波数の代わりに、または周波数に加えて、エンジン負荷、車両速度、及び他の車両パラメータまたは状況に応じたものとすることができる。
フィルタリングされたエラーマイクロフォン信号とフィルタリングされていないエラーマイクロフォン信号とを混合し、周波数、負荷、及び/または速度などの現在の車両パラメータに基づいてそれらに適応的に重み付けすることによって、車室内などの複雑で動的な音響環境において、仮想マイクロフォン場所(たとえば、乗員の耳の位置)における非定常な狭帯域のノイズの正確で信頼性の高い推定値が提供され得る。あるいは、仮想マイクロフォン場所における最終的な推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000020

は、重み付けされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000021

のみの重ね合わせ、すなわち、第1の信号経路412に沿ったノイズ信号の重ね合わせから生成され得る。さらに他の実施形態によれば、仮想マイクロフォン場所における最終的な推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000022

は、重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000023

のみの重ね合わせ、すなわち、第2の信号経路416に沿ったノイズ信号の重ね合わせから生成され得る。
図3に戻ると、推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000024

は、適応フィルタコントローラ320へのフィードバックとして与えられ得、次いで、これを使用して、適応フィルタ318及び360のフィルタ係数を適応的に更新する。1つまたは複数の実施形態によれば、EOCシステム300は、LMSベースの適応フィルタコントローラ320のための内部エラーループ368を含み得る。そのような場合、推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000025

は、加算器370において内部アンチノイズ信号
Figure 2022075543000026

と組み合わせられて、内部誤差信号g[n]を生成し得る。内部誤差信号g[n]は次いで、適応フィルタコントローラ320へのフィードバックとして与えられ得る。内部エラーループ368をMFxLMSシステムにおいて用いることにより、比較的単純なLMSアルゴリズムを使用して適応フィルタ318を適応させ得、これにより、他のLMSベースのシステムによって導入される遅延を回避することによって、収束を早めることができる。たとえば、内部エラーループ368は、他のLMSアルゴリズムと比較して、より大きいステップサイズでの処理を可能にし、それによって、より速い収束が実現し得る。
図5は、EOCシステム300などのEOCシステムのための仮想マイクロフォン場所におけるノイズを推定する方法500を示すフローチャートである。仮想的な場所におけるノイズを推定するためのステップのうちの1つまたは複数は、仮想場所ノイズ推定器366によって実行され得る。たとえば、仮想場所ノイズ推定器366は、ステップ510に提供されるように、複数の推定ノイズ信号
Figure 2022075543000027

を受け取り得る。各推定ノイズ信号
Figure 2022075543000028

は、複数のエラーマイクロフォン312のそれぞれからの誤差信号e[n]に少なくとも部分的に基づき得る。本開示の1つまたは複数の実施形態によれば、ステップ520に提供されるように、複数の推定ノイズ信号
Figure 2022075543000029

は、2つの信号経路に分割され得、それによって、各推定ノイズ信号
Figure 2022075543000030

が、第1の信号経路412及び第2の信号経路416の両方に沿って送られ得る。
ステップ530において、第1の信号経路における複数の推定ノイズ信号のうちの各推定ノイズ信号
Figure 2022075543000031

に重みが適用され得る。たとえば、第1の重みのセット410(Wpv)が、複数の推定ノイズ信号
Figure 2022075543000032

に適用されて、複数の重み付けされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000033

を生成し得る。前述のように、第1の重みのセット410の各重みは、エンジン次数周波数などの現在の車両パラメータまたは状況に基づいて、対応する推定ノイズ信号
Figure 2022075543000034

に対して個別に選択され、適応的に適用され得る。
ステップ540において、第2の信号経路における各推定ノイズ信号
Figure 2022075543000035

は、対応する各エラーマイクロフォン場所(P,P1,2,)と、仮想マイクロフォン場所(V)との間の伝達関数Hpv[p][v]に従ってモデル化される仮想経路フィルタ414を使用してフィルタリングされて、複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000036

を生成し得る。ステップ550において、第2の信号経路における複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000037

のそれぞれに重みが適用され得る。たとえば、第2の重みのセット418(Rpv)が、複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000038

に適用されて、複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000039

を生成し得る。前述のように、第2の重みのセット418内の各重みは、エンジン次数周波数などの現在の車両パラメータまたは状況に基づいて、対応するフィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000040

に対して個別に選択され、適応的に適用され得る。
ステップ560において、第1の信号経路412からの(すなわち、フィルタリングされていない)各信号と、第2の信号経路416からの(すなわち、フィルタリングされた)各信号とが組み合わせられて、第1の仮想マイクロフォン場所Vにおけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000041

を生成し得る。たとえば、仮想場所ノイズ推定器366は、第1の信号経路412からの複数の重み付けされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000042

と、第2の信号経路416からの複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号
Figure 2022075543000043

との重ね合わせに基づいて、推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000044

を生成し得る。フィルタリングされた信号とフィルタリングされていない信号とのそれぞれに適用される重みは、現在の車両状況に基づいて、最終的な重ね合わせにおける対応する各信号の割合を適応的に調整して、推定仮想マイクロフォンノイズ信号
Figure 2022075543000045

を取得し得る。
物理マイクロフォンが存在しない仮想的な場所におけるノイズの正確な推定を提供することに加えて、EOCシステム300は、複雑で動的な音響環境において、異なる周波数範囲での仮想的な場所におけるノイズを高い信頼性で推定し得る。さらに、EOCシステム300は、車室内の最終的な物理マイクロフォン個数を削減することを可能にし得る。多くの従来のEOCシステムは、専用のマイクロフォンが乗員の耳の場所付近にあることに依存している。これらの専用のEOCマイクロフォンは、一部の車両が音声認識及びハンズフリー通信に利用する複数のマイクロフォンに追加されるものであり、マイクロフォンは合計で7個以上にもなり得る。フィルタリングされたマイクロフォン信号及び/またはフィルタリングされていないマイクロフォン信号に適応的に重み付けし、これらの信号の少なくとも一部を混合して、物理マイクロフォンから離れた仮想マイクロフォン場所におけるノイズの正確な推定値を提供することにより、EOCシステムは、他の車両マイクロフォンをEOCの目的で利用することが可能になり得る。したがって、本開示のシステム及び方法はまた、少なくともいくつかの既存の音声マイクロフォンをEOCの目的で再利用することによって、車両のマイクロフォンの総数を削減し得る。これにより、さらにコストを削減することができ、設計要件によって、より少数のマイクロフォンが、従来はEOCに最適ではなかった場所に配置されることが指示されている状況で有用である。
本明細書に記載のコントローラまたはデバイスのうちの任意の1つまたは複数は、様々なプログラミング言語及び/または技術を使用して作成されたコンピュータプログラムからコンパイルまたは解釈され得るコンピュータ実行可能命令を含む。一般に、(マイクロプロセッサなどの)プロセッサは、たとえば、メモリ、コンピュータ可読媒体などから命令を受け取り、命令を実行する。処理ユニットは、ソフトウェアプログラムの命令を実行することが可能な非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。コンピュータ可読記憶媒体は、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光学記憶デバイス、電磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、またはこれらの任意の適切な組み合わせであり得るが、これらに限定されない。
当業者は、機能的に等価な処理ステップを時間領域または周波数領域のいずれかで実施できることを理解する。したがって、図中の各信号処理ブロックに関して明示的には述べていないが、信号処理は、時間領域、周波数領域、またはこれらの組み合わせのいずれかで行われ得る。さらに、様々な処理ステップをデジタル信号処理の典型的な用語で説明しているが、本開示の範囲から逸脱することなく、アナログ信号処理を使用して等価なステップが実行され得る。
例示的な実施形態を上述したが、これらの実施形態が本発明の全ての可能な形態を記載することは意図していない。むしろ、本明細書で使用した単語は限定ではなく説明のための単語であり、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々な変更が成され得ることが理解される。さらに、様々な実装する実施形態の特徴は組み合わせられて、本発明のさらなる実施形態を形成し得る。

Claims (20)

  1. エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムのための仮想マイクロフォン場所におけるノイズを推定する方法であって、
    複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取ることであって、各推定ノイズ信号は、前記複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づく、前記受け取ることと、
    複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と前記仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、各推定ノイズ信号をフィルタリングすることと、
    複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、現在の車両状況に基づいて変化する重みを使用して、フィルタリングされた各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすることと、
    少なくとも前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することと、
    を含む、前記方法。
  2. 各仮想経路フィルタは有限インパルス応答フィルタである、請求項1に記載の方法。
  3. 各重みは、ルックアップテーブルに記憶され、前記現在の車両状況に基づいて個々のフィルタリングされた推定ノイズ信号に適用するために導出される複数の重みから選択される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応する、請求項1に記載の方法。
  5. 適応フィルタコントローラにおいて前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を受け取ることと、
    前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号に部分的に基づいて適応フィルタの適応的伝達特性を調整することと、
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  6. 各重みが少なくともエンジン次数ノイズの周波数に基づいて変化するように、前記現在の車両状況が前記周波数を含む、請求項1に記載の方法。
  7. 各重みがさらにエンジン負荷及び車両速度のうちの少なくとも1つに基づいてさらに選択されるように、前記現在の車両状況が前記エンジン負荷及び前記車両速度のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記複数の推定ノイズ信号のそれぞれは、第1の信号経路及び第2の信号経路を含む2つの信号経路に分割され、前記第2の信号経路の出力は、前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を含み、前記方法は、
    複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、前記現在の車両状況に基づいて選択される重みを使用して、前記第1の信号経路における各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすること
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  9. 少なくとも前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の前記重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することは、
    前記第1の信号経路からの前記複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、前記第2の信号経路からの前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成すること
    を含む、請求項8に記載の方法。
  10. エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムは、
    適応的伝達特性と、参照信号発生器から受け取った参照信号とに基づいて、アンチノイズ信号を生成するように構成される少なくとも1つの適応フィルタであって、前記少なくとも1つの適応フィルタの前記適応的伝達特性は、フィルタ係数のセットによって特徴付けられる、前記少なくとも1つの適応フィルタと、
    前記参照信号と、仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号とに基づいて、前記フィルタ係数のセットを適応させるようにプログラムされるプロセッサ及びメモリを含む適応フィルタコントローラと、
    少なくとも前記適応フィルタコントローラと通信する仮想場所ノイズ推定器と、
    を備え、前記仮想場所ノイズ推定器は、
    複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取ることであって、各推定ノイズ信号は、前記複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づく、前記受け取ることと、
    複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と前記仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、各推定ノイズ信号をフィルタリングすることと、
    複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、現在の車両状況に基づいて選択及び変更される重みを使用して、フィルタリングされた各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすることと、
    少なくとも前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号の重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することと、
    を行うようにプログラムされるプロセッサ及びメモリを含む、前記システム。
  11. 各重みは、前記現在の車両状況に基づいて個々のフィルタリングされた推定ノイズ信号に適用するために導出される複数の重みから選択される、請求項10に記載のシステム。
  12. 前記現在の車両状況はエンジン次数ノイズの周波数を含み、各重みは少なくとも前記周波数に基づいて変化する、請求項10に記載のシステム。
  13. 各仮想経路フィルタは有限インパルス応答フィルタである、請求項10に記載のシステム。
  14. 前記複数の推定ノイズ信号のそれぞれは、第1の信号経路及び第2の信号経路を含む2つの信号経路に分割され、前記第2の信号経路の出力は、前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を含み、前記仮想場所ノイズ推定器は、
    複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、前記現在の車両状況に基づいて選択される重みを使用して、前記第1の信号経路における各推定ノイズ信号に適応的に重み付けすること
    を行うようにさらにプログラムされる、請求項10に記載のシステム。
  15. 前記仮想場所ノイズ推定器は、前記第1の信号経路からの前記複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、前記第2の信号経路からの前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との前記重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す前記推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成するようにプログラムされる、請求項14に記載のシステム。
  16. 前記仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応する、前記複数のエラーマイクロフォンから離れた空間内の固定点である、請求項15に記載のシステム。
  17. エンジンオーダーキャンセレーション(EOC)システムのための仮想マイクロフォン場所におけるノイズを推定する方法であって、
    複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれの場所におけるノイズを示す複数の推定ノイズ信号を受け取ることであって、各推定ノイズ信号は、前記複数のエラーマイクロフォンのうちのそれぞれからの誤差信号に少なくとも部分的に基づく、前記受け取ることと、
    第1の信号経路及び第2の信号経路に沿って各推定ノイズ信号を送ることと、
    複数の重み付けされた推定ノイズ信号を生成するために、前記第1の信号経路における各推定ノイズ信号に重みを適用することであって、各重みは、現在の車両状況に基づいて個別に選択及び変更される、前記適用することと、
    複数のフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、対応する各エラーマイクロフォン場所と前記仮想マイクロフォン場所との間の伝達関数に従ってモデル化される仮想経路フィルタを使用して、前記第2の信号経路における各推定ノイズ信号をフィルタリングすることと、
    複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号を生成するために、前記第2の信号経路におけるフィルタリングされた各推定ノイズ信号に重みを適用することであって、各重みは、現在の車両状況に基づいて個別に選択及び変更される、前記適用することと、
    前記第1の信号経路からの前記複数の重み付けされた推定ノイズ信号と、前記第2の信号経路からの前記複数の重み付けされたフィルタリングされた推定ノイズ信号との重ね合わせに基づいて、前記仮想マイクロフォン場所におけるノイズを示す推定仮想マイクロフォンノイズ信号を生成することと、
    を含む、前記方法。
  18. 前記重ね合わせにおいて適用される各信号の割合は、前記現在の車両状況に基づいて、対応する重みによって適応的に制御される、請求項17に記載の方法。
  19. 各重みが少なくともエンジン次数ノイズの周波数に基づいて個別に選択及び変更されるように、前記現在の車両状況が前記周波数を含む、請求項18に記載の方法。
  20. 前記仮想マイクロフォン場所は、乗員の耳の位置に対応する、請求項17に記載の方法。
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