JP3278185B2 - 車両用騒音制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン振動等により
生じる車室内の騒音を低減する車両用騒音制御装置に関
し、詳しくはマイクロホン等により集音した騒音と騒音
振動等に応じたリファレンス信号に基づき、上記騒音を
低減せしめる音をスピーカから出力する車両用騒音制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の室内における騒音は運転者およ
びその他の乗員の疲労を増大させ、また不快感を起こさ
せる。

【０００３】このような車内騒音としては、一般に200H
z 〜300Hz 以下の低周波（こもり音）と、エンジン騒
音、排気系放射量、ロードノイズ、風騒音等の中高波音
とがある。

【０００４】この中でもエンジン騒音は車内の人間にと
って影響が大きく、特にエンジン回転数が増大する加速
時等においては最大の騒音原因となっている。

【０００５】エンジン騒音はエンジンから車内に直接放
射される割合よりもボディ等を伝わって車内に到達する
割合が大であって、遮音部材を利用した防音対策には限
界があり、むしろエンジン騒音とは逆位相の音を出力し
てエンジン騒音を積極的に打ち消し、車内の人間にはあ
たかもエンジン騒音が出ていないように感じさせる、い
わば積極的防音対策が注目されている。

【０００６】このような積極的防音対策に関する従来技
術としては、搭乗者のヘッドレスト付近に取り付けたマ
イクロホンによって集音した騒音と、エンジンの回転数
に同期したリファレンス信号に基づき、車内に取り付け
たスピーカから車内騒音とは逆位相となる音を出力して
このエンジン騒音を打ち消すようにしたものが知られて
いる（特表平1-501344号公報）。

【０００７】すなわち、この公報記載の技術は図６に示
す如く、車室110 内の所定位置に車室内騒音を集音する
複数個のマイクロホン112 と二次音源を構成する２つの
スピーカ111 が設置されている。マイクロホン112 によ
り集音された騒音は電気信号に変換されて制御部113 に
送出される。

【０００８】一方、エンジン102 の回転数に同期したエ
ンジン回転検出信号に基づき、リファレンス信号発生器
115 においてリファレンス信号が発生される。制御部11
3 では入力されたリファレンス信号とマイクロホン112
からの電気信号に応じて適応フィルタ114 のフィルタ常
数を変化させて２つのスピーカ111 から、車室110 内騒
音を打ち消す音（騒音と逆位相となる音）が出力される
ように上記スピーカ111 を駆動する。

【０００９】ところでエンジン騒音は多数の周波数成分
を重畳せしめたものからなっているが、スペクトル分析
を行なうと主にエンジン回転数の整数次成分に分離する
ことができる。

【００１０】そこで、上述した従来技術においては上記
整数次成分のうち騒音に寄与する割合の大きい複数（実
際には例えば数十個）の成分について打ち消しを行なう
べく、これらの複数の成分を含むようなリファレンス信
号を生成する。

【００１１】ところで、上記リファレンス信号発生器11
5 は例えば図７に示す如き構成を有している。すなわ
ち、波形成形されたイグニッションパルス信号（以下、
ＩＧパルス信号と称する）が、まず分周器116 に入力さ
れ、この分周器116 からエンジン回転に一致した周期で
立上りまたは立下りを生じるパルス性の信号がリセット
信号としてカウンタ117 に入力される。このカウンタ11
7 は上記立上りまたは立下り周期の１サイクル期間内に
カウンタクロック信号発生器118 から入力されたクロッ
ク信号のパルス数を計数して各エンジン回転周期を算出
する。この算出値からエンジンの回転角速度ω₀ が求め
られることとなり、さらに余弦関数発生器119 によりco
s(ｎω₀ ）（ｎ：整数、図７の例ではｎ＝２，４の場合
が示されている。）の値が求められる。次いで差分方程
式の形で表わされた２つの正弦波発振器120a，b に各々
cos(２ω₀ ），cos(４ω₀ ）の値が入力され、これらの
正弦波発振器120a，b からは各々２ω₀ ，４ω₀ の角速
度に対応する正弦波信号が出力され、これら２つの正弦
波信号は加算器121 で互いに加算されてエンジン回転周
期に一致したリファレンス信号が生成される。

【００１２】なお、図７中の点線で囲まれた部分122 は
ソフトフェアで実現される部分を示している。

【００１３】したがって、このリファレンス信号は上述
した如き異なる周期の２つの正弦波信号が互いに重畳さ
れた信号として構成される。ここでは便宜上、リファレ
ンス信号を２つの信号成分により構成しているが、実際
には例えば数十個の信号成分を一旦生成し、これを全て
加算することによりリファレンス信号が生成されること
となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た如きリファレンス信号発生器115 によってはエンジン
回転とリファレンス信号の周期をある程度一致させるこ
とができるものの両者の位相関係は必ずしも一致させる
ことができない。

【００１５】例えばエンジン回転速度が大きく変動した
ときには必ず位相関係がずれてしまい、大きく変動した
後に元のエンジン回転速度に戻ったとしても上記位相関
係は元には戻らない。このため、デジタルフィルタＦ₁
〜Ｆ_L のパラメータの調整幅が大きくなり、このパラメ
ータの調整後において再び良好な消音効果が得られるま
で長時間を要することとなる。

【００１６】また、エンジン回転速度が大きく変動しな
い場合においてもエンジン回転とリファレンス信号の位
相のずれ量が蓄積し、長期的には両者の位相のずれがか
なり大きくなってやはり上記問題が発生する。

【００１７】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものであり、エンジン回転速度が大きく変動し
た場合等においてもエンジン回転とリファレンス信号の
位相のずれを速やかに低下させることができ、エンジン
振動に伴う車両騒音を良好に抑制し得る車両用騒音制御
装置を提供することを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の車両用騒音制御
装置は、着座した乗員の耳位置付近に配設された、車室
内騒音を集音する集音手段と、該車室内の騒音を低減し
得る音を出力するスピーカと、エンジン回転に応じた信
号を検出する信号検出手段と、この検出された信号に基
づきリファレンス信号を生成するリファレンス信号生成
手段と、前記集音手段により集音された騒音と前記リフ
ァレンス信号生成手段により生成されたリファレンス信
号に基づき、前記集音手段の配設位置で前記車室内の騒
音を低減すべく前記スピーカから該騒音を打ち消す音が
出力されるようコントロールするコントロール手段とを
備えてなる車両用騒音制御装置において、前記リファレ
ンス信号生成手段が、前記信号検出手段により検出され
た信号の入力数および周期に基づきエンジン回転周期、
および次にこの信号が入力される際のエンジン回転角を
算出し、この算出値に基づき、この後出力されるリファ
レンス信号の周期および位相を算出する演算部を備えて
なることを特徴とするものである。

【００１９】すなわち、リファレンス信号生成手段の演
算部において、エンジン回転に応じた信号の入力数およ
び周期に基づきエンジン回転角とエンジン回転周期を算
出するとともに、この算出値に基づき、この後出力され
るリファレンス信号の周期および位相を算出するように
したものである。

【００２０】

【作用および発明の効果】上記構成によれば、信号検出
手段において検出されたエンジン回転に応じた信号の入
力数および周期に基づき、エンジン回転周期および次に
この信号が入力される際のエンジン回転角とを算出し、
さらに、この算出値に基づきリファレンス信号の周期お
よび位相を算出するようにしている。

【００２１】したがって、エンジン回転速度が大きく変
動する場合においてもエンジン回転とリファレンス信号
の周期のみならず位相のずれ量を小さくすることがで
き、車両騒音制御の性能向上を図ることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００２３】図２は、本発明の実施例に係る車両用騒音
制御装置を自動車の車内に取り付けた様子を示す概略図
である。

【００２４】すなわち、この装置は各座席のヘッドレス
ト１位置に埋め込まれてなるマイクロホン２と、このマ
イクロホン２によって集音された音を変換してなる電気
信号およびイグニッションパルス検出器３（以下、ＩＧ
パルス検出器３と称する）から送出されたイグニッショ
ンパルス信号を入力されるコントローラ４と、コントロ
ーラ４により駆動され、車内の騒音を打ち消す音を出力
するオーディオ用スピーカ（フロント、サイド、リア）
５とからなっている。

【００２５】上記マイクロホン２は各乗員の両耳の位置
と一致する位置に配されており、これによりコントロー
ラ４には、各乗員に実際に聞こえている音に応じた電気
信号が入力されることとなる。

【００２６】また、ＩＧパルス検出器４はエンジン回転
に同期した信号を取り出すもので、例えばクランク軸の
回転検出あるいはイグナイタからのイグニッションタイ
ミング検出等により得られた信号をＩＧパルス信号とし
て出力するものである。

【００２７】さらに、運転席のフロントパネル付近に
は、乗員が本装置のＯＮ／ＯＦＦあるいは打ち消す騒音
の種類の切換えを適宜行なうための操作スイッチ4aが配
設されている。

【００２８】なお、上記スピーカ５はＣＤ、磁気テー
プ、チューナ等からの音声信号を音に変えて出力する一
般のオーディオ用スピーカであって、このような音と上
記騒音の打消し音とを同時に、または一方のみを出力す
るようになっている。

【００２９】図３は上記本装置の概略を示すブロック図
である。

【００３０】すなわち、この図３によれば、ＩＧパルス
検出器３から送出されたＩＧパルス信号と、増幅器６に
より増巾されＡ／Ｄ変換器７によりデジタル変換され
た、マイクロホン２から送出された騒音情報を担持した
電気信号はコントローラ４に入力され、また、コントロ
ーラ４から送出されたスピーカ駆動信号はＤ／Ａ変換器
８によりアナログ変換され、増巾器９により増巾されて
スピーカ５に印加されこのスピーカ５から所望の音を出
力させる。

【００３１】このコントローラ４は図４に示すように、
入力されたＩＧパルス信号からこのＩＧパルス信号に同
期したリファレンス信号を生成するリファレンス信号生
成手段10と、このリファレンス信号生成手段10により生
成されたリファレンス信号およびマイクロホン２から出
力されたマイクロホン出力信号に基づき適切なスピーカ
駆動信号を出力する適応制御手段11を備えている。

【００３２】上記リファレンス信号生成手段10は図１に
示す如く、波形成形されたＩＧパルス信号を入力され、
エンジン回転に一致した周期で立上りまたは立下りを生
じるパルス性の信号を出力する分周器 116Ａと、カウン
タクロック信号を発生するカウンタクロック信号発生器
118Ａと、このパルス性の信号をリセット信号として入
力され、この立上りまたは立下り周期の１サイクル期間
内に入力されるカウンタクロック信号を計数するカウン
タ 117Ａと、上記パルス性の信号および上記計数値に基
づくエンジン回転角θ_e (n) を入力され、所定の計算式
に基づいて、エンジン回転周期Ｔ_e (n) および次にパル
スが入力される際のエンジン回転角θ′_e (n+1) を算出
し、この算出された値に基づき次のリファレンス信号周
期Ｔ′_r (n) 、さらにはリファレンス信号の位相角の増
分Δθ_r (n) を予測演算し、このリファレンス信号の位
相角の増分Δθ_r (n) を出力する第１演算部12と、この
出力されたリファレンス信号の位相角の増分Δθ_r (n)
を入力され、このリファレンス信号の位相角の増分Δθ
_r (n) に基づいてリファレンス信号の位相角θ_r (k) を
求め、これに基づいてリファレンス信号ｘ(k) を算出
し、このリファレンス信号ｘ(k) を出力する第２演算部
13とを備えている。

【００３３】なお、上記第２演算部13で求められたリフ
ァレンス信号の位相角θ_r (k) は第１演算部12にフィー
ドバックされて次のサイクルでリファレンス信号周期
Ｔ′_r (n) を求める際に利用される。

【００３４】上記第１演算部12および上記第２演算部13
は各々ソフトで構成されており、前者はＩＧパルス信号
が入力される度に起動されるプログラムを備え、後者は
コントローラ４からのサンプリングクロック信号が入力
される度に起動されるプログラムを備えている。

【００３５】上記第１演算部12では、まず下記(1) 式を
用いＩＧパルスの周期Ｔ_IG(n) からエンジンの周期Ｔ_e
(n) を求める。

【００３６】

【数１】 Ｔ_e (n) ＝Ｎ・Ｔ_IG(n) …… (1) 但し、Ｎは整数である。例えば４サイクル４気筒エンジ
ンにおいてはＩＧパルスが４回入力する間にエンジンが
２回転するのでＮは２となる。また、ｎは分周器116 Ａ
から第１演算部12へのパルスの入力数である。

【００３７】また、下記(2) 式を用い、エンジンの回転
位相角θ_e (n) に２π／Ｎを加算することで次のＩＧパ
ルス入力時点におけるエンジン回転位相角θ′_e (n+1)
が予測演算される。

【００３８】

【数２】 θ′_e (n+1) ＝θ_e (n) ＋２π／Ｎ …… (2) 次に、(1) 式で求められたエンジン周期Ｔ_e (n) 、(2)
式で予測演算されたエンジン回転位相角θ′_e (n+1) お
よび第２演算部13からフィードバックされたリファレン
ス信号位相角θ_r (k) に基づき、下記(3) 式を用いて次
のリファレンス信号の周期Ｔ′_r (n) を予測演算する。

【００３９】

【数３】

【００４０】但し、ｋは第２演算部13へのサンプリング
クロック信号のパルス入力数である。

【００４１】次に、このリファレンス信号の周期Ｔ′_r
(n) に基づき、下記(4) 式を用いてリファレンス信号の
位相角の増分Δθ_r (n) を算出する。

【００４２】

【数４】

【００４３】但し、ｆ_s はサンプリングクロック信号の
周波数である。

【００４４】また、上記第２演算部13では、まず第１演
算部12から入力されたリファレンス信号の位相角の増分
Δθ_r (n) に基づき、下記式(5) を用いて次のリファレ
ンス信号の位相角θ_r (k) を算出する。

【００４５】

【数５】 θ_r (k) ＝θ_r (k-1) ＋Δθ_r (n) …… (5) なお、θ_r (k-1) は前回のリファレンス信号の位相角を
表わすものである。

【００４６】次に、このリファレンス信号の位相角θ_r
(k) に基づき、下記式(6) を用いて次のリファレンス信
号ｘ(k) を演算する。

【００４７】

【数６】 Ｘ(k) ＝ sin（２θ_r (k) ） ＋ sin（４θ_r (k) ） ＋ sin（６θ_r (k) ） ＋ ………… …… (6) このようにして求められたリファレンス信号ｘ(k) は次
に第１演算部12に入力されるパルスの予測周期および予
測位相角に基づき求められたものであるから、エンジン
回転速度が大きく変動する場合においてもエンジン回転
とリファレンス信号の周期のみならず位相のずれ量を小
さくすることができ、車両騒音制御の性能を向上させる
ことができる。

【００４８】また、上記適応制御手段11は、このリファ
レンス信号に基づき、このリファレンス信号に含まれる
周波数成分がマイクロホン出力信号に含まれなくなるよ
うに、適応フィルタ20において位相調整およびゲイン調
整がなされるようにし、スピーカ５から出力される音を
コントロールすることとなる。

【００４９】すなわち、本実施例装置の適応制御手段11
は、ＬＭＳ方式（Least Mean Square method) を採用し
ており、図５に示す如く、リファレンス信号が入力され
た適応フィルタ20に対し、適応機構21によりマイクロホ
ン出力信号に基づきフィルタ係数の調整を行なう。

【００５０】その際に、下記漸化式を用い偏差Ｊが最小
値をとるように処理する。

【００５１】

【数７】

【００５２】また、このＬＭＳ方式では図５に示される
ように適応機構21はスピーカ５とマイクロホン２の間の
伝達関数Ｈ22を入力され、この伝達関数Ｈ22をも考慮し
て適応フィルタ20の係数を調整するようになっており、
これによりスピーカ５とマイクロホン２の空間的距離が
いわば補間されることとなる。

【００５３】本発明の車両用騒音制御装置としては、上
記実施例のものに限られるものではなく、その他種々の
変更が可能である。

【００５４】例えば、本発明装置の演算部としては、信
号検出手段により検出された信号の入力数および周期に
基づき、エンジン回転周期、および次にこの信号が入力
される際のエンジン回転角を算出し、この算出値に基づ
きリファレンス信号の周期および位相を算出することが
できるものであればよい。

【００５５】また、上記適応制御手段11としてはＬＭＳ
方式を採用しているが、これに代えてシンプレックス(S
implex) 方式あるいはパウエル(Powell)方式を採用する
ことももちろん可能である。

【００５６】また、本実施例装置では全乗員の耳元にセ
ンサ用のマイクロホン２を取り付け、全乗員について騒
音制御をしているが、特定の乗員のみ、例えば運転手あ
るいは運転手と助手席の乗員のみについて騒音制御を行
なうことも可能で、この場合には、この特定の乗員の耳
元のマイクロホン２からの信号をコントローラ４に入力
せしめればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図４に示すリファレンス信号生成手段の内部を
示すブロック図

【図２】本発明の一実施例に係る車両用騒音制御装置の
取付位置を示す概略図

【図３】図２に示す装置の概略を示すブロック図

【図４】図３に示すコントローラの内部を示すブロック
図

【図５】図４に示す適応制御手段の内部を示すブロック
図

【図６】従来技術を説明するためのブロック図

【図７】図６に示す従来技術のリファレンス信号発生器
の動作を説明するためのブロック図

【符号の説明】

２ マイクロホン ３ イグニッションパルス検出器 ４ コントローラ ５ スピーカ 10 リファレンス信号生成手段 11 適応制御手段 12 第１演算部 13 第２演算部 20 適応フィルタ 21 適応機構 116 ， 116Ａ 分周器 117 ， 117Ａ カウンタ 118 ， 118Ａ カウンタクロック信号発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10K 11/178 B60R 11/02 F01N 1/00 F01N 1/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着座した乗員の耳位置付近に配設され
   た、車室内騒音を集音する集音手段と、 該車室内の騒音を低減し得る音を出力するスピーカと、 エンジン回転に応じた信号を検出する信号検出手段と、 この検出された信号に基づきリファレンス信号を生成す
   るリファレンス信号生成手段と、 前記集音手段により集音された騒音と前記リファレンス
   信号生成手段により生成されたリファレンス信号に基づ
   き、前記集音手段の配設位置で前記車室内の騒音を低減
   すべく前記スピーカから該騒音を打ち消す音が出力され
   るようコントロールするコントロール手段とを備えてな
   る車両用騒音制御装置において、 前記リファレンス信号生成手段が、前記信号検出手段に
   より検出された信号の入力数および周期に基づきエンジ
   ン回転周期、および次にこの信号が入力される際のエン
   ジン回転角を算出し、この算出値に基づきリファレンス
   信号の周期および位相を算出する演算部を備えてなるこ
   とを特徴とする車両用騒音制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記演算部が、前記リファレンス信号の位相補正量を演
   算する位相補正量演算手段を備えてなることを特徴とす
   る車両用騒音制御装置。