JP3439229B2 - 騒音キャンセル方式 - Google Patents

騒音キャンセル方式

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JP3439229B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車内の所定位置(観
測点)におけるエンジン音をキャンセルする騒音キャン
セル方式に係わり、特にエンジン音に含まれるエンジン
回転数の高次調波成分のうちレベルの大きな2以上の高
次調波成分をキャンセルして快適な自動車の車室内環境
を提供できる騒音キャンセル方式に関する。
【0002】
【従来の技術】騒音対策としては、従来より吸音材を用
いる方法(パッシブ制御)が知られている。しかし、吸
音材を用いる方法では、騒音が小さい静音エリアを形成
するのが面倒であると共に、低音を効果的に消せない問
題がある。特に、自動車の車室内の騒音を防止するに
は、自動車の重量が増大すると共に、騒音を効果的に消
せない問題がある。このため、騒音と逆位相の騒音キャ
ンセル音をスピ−カから放射して騒音を低減する方法
(アクティブ制御)が脚光を浴び、工場やオフィスなど
の室内空間の一部に実用化されつつある。又、自動車の
車室内においてもアクティブ制御により騒音を低減する
方式が提案されている。
【0003】図4は従来の騒音キャンセルを実現する装
置の構成図であり、11は騒音源であるエンジン、12
はエンジン回転数Rを検出する回転数センサ、13はエ
ンジン回転数Rに応じた周波数を有する一定振幅の正弦
波信号を参照信号SNとして発生する参照信号発生部で
ある。騒音源がエンジンの場合、エンジン回転により発
生するノイズは周期性を有し(周期性ノイズ)、その周
波数はエンジン回転数に依存する。例えば、4気筒エン
ジンの場合、車室内に発生する周期性ノイズはエンジン
回転数の2次高調波が支配的であり、回転数が600r
pm(10rps)の時、車室内に発生するノイズの周
波数は20Hz、回転数が6000rpm(100rp
s)の時、車室内に発生するノイズの周波数は200H
zである。参照信号発生部13は、2次高調波の正弦波
データをROMに記憶しておき、そのデータを必要に応
じて読み出して出力することにより参照信号SNを生成
する。尚、このデータの読み出し/出力タイミングはエ
ンジン回転数Rに応じてコントロールされ、これにより
エンジン回転数Rに応じて発生する周期性ノイズの周波
数を有する参照信号が出力されるようになっている。
【0004】14は騒音キャンセルコントローラであ
り、参照信号発生部13から発生する参照信号SNを入
力されると共に、車室内の騒音キャンセル位置(観測点
であり例えば運転者の耳元近傍)における騒音Sn1とキ
ャンセル音Sc1の合成音信号をエラ−信号Erとして入
力され、該エラ−信号が最小となるように適応信号処理
を行って騒音キャンセル信号NCDを出力する。騒音キャ
ンセルコントローラ14は、適応信号処理部14aと、
デジタルフィルタ構成の適応フィルタ14bと、参照信
号SNにスピーカから騒音キャンセル点までのキャンセ
ル音伝搬系の伝搬特性(伝達関数)を畳み込んでフィル
タードX信号(信号処理用参照信号)SN′を作成する
フィルタ14cを有している。15は適応フィルタ出力
(騒音キャンセル信号NCD)をアナログの騒音キャンセ
ル信号に変換するDAコンバータ、16は騒音キャンセ
ル信号を増幅するパワ−アンプ、17は騒音キャンセル
音Sc1を放射するキャンセルスピ−カ、18は騒音キャ
ンセル点に配置され、騒音Sn1とキャンセル音Sc1の合
成音を検出し、合成音信号をエラ−信号Erとして出力
するエラ−マイク、19はエラー信号Erを増幅するア
ンプ、20は周期性ノイズの帯域外の騒音信号を除去す
るローパスフィルタ、20′はローパスフィルタ出力を
デジタルに変換するADコンバータである。
【0005】適応信号処理部14aは騒音キャンセル点
におけるエラー信号Erとフィルタ14cを介して入力
される信号処理用参照信号SN′を入力され、これら信
号を用いて騒音キャンセル点における騒音をキャンセル
するように適応信号処理を行って適応フィルタ14bの
係数を決定する。例えば適応信号処理部14aは周知の
LMS(Least Mean Square)適応アルゴリズムに従っ
て、エラ−マイク18から入力されたエラ−信号Erが
最小となるように適応フィルタ14bの係数を決定す
る。適応フィルタ14bは適応信号処理部14aにより
決定された係数に従って参照信号SNにデジタルフィル
タ処理を施して騒音キャンセル信号NDCを出力する。
尚、参照信号SNは、消去したい騒音Sn1と相関の高い
信号でなくてはならず、参照信号と相関のない音は消去
されない。エンジン11が回転すると、その回転数Rは
回転数センサ12により検出され、参照信号発生部13
はエンジン回転数Rに応じた周波数の参照信号SN(図
5(a)参照)を発生し、騒音キャンセルコントローラ1
4に入力する。この時、エンジン11から発生した周期
性を有するエンジン音(周期性ノイズ)は、所定の伝達
関数を有する騒音伝搬系(一次音伝搬系)を有する空中を
伝播して騒音キャンセル点に至る。従って、該騒音キャ
ンセル点における騒音(エンジン音)Sn1はレベルが若
干弱まり、かつ若干遅延して図5(b)に示すようにな
る。
【0006】最初、騒音キャンセルコントローラ14は
例えば参照信号SNと位相が逆の騒音キャンセル信号N
CDを出力し、キャンセルスピ−カ16より図5(c)に示
すキャンセル音Sc1を出力する。しかし、騒音Sn1のレ
ベルと位相がずれているため、キャンセル音Sc1により
騒音はキャンセルされず、エラ−信号Erが発生する。
騒音キャンセルコントローラ14は該エラ−信号Erが
最小となるように適応信号処理を行って適応フィルタ1
4bの係数を決定し、理想的な場合、最終的に図5(d)
に示すようにキャンセル音Sc1の位相を騒音Sn1の位相
と逆相にし、かつレベルを一致させ騒音をキャンセルす
る。
【0007】以上は説明を簡単にするために、騒音源を
1個、キャンセル音発生源(スピーカ)を1個、騒音キ
ャンセル点(観測点)を1箇所とした例である。しか
し、実際には騒音源は1以上存在し、又、騒音をキャン
セルしたい地点(観測点)も複数存在し、このため1つ
のスピーカ、マイクでは各観測点の騒音をキャンセルで
きず、スピーカ、マイクも複数存在する。図6は騒音源
がK個、スピーカがM個、観測点がL箇所の場合におけ
る従来の騒音キャンセル装置の構成図である。21は各
観測点における騒音をキャンセルするように動作するD
SP(デジタル・シグナル・プロセッサ)構成の騒音キ
ャンセルコントローラ、22は各騒音源(図示せず)か
ら各観測点まで騒音が伝搬する系を表現した一次音仮想
伝搬系(騒音伝搬系)、23はスピーカの特性を含め、
各スピーカから各観測点までのキャンセル音が伝搬する
系を表現する二次音伝搬系(キャンセル音伝搬系)、2
4は各観測点におけるマイクの機能を表現する信号合成
部で、加算部241〜241′は第1観測点におけるマイ
クに相当し、加算部242〜242′は第2観測点におけ
るマイクに相当し、・・・加算部24L〜24L′は第L
観測点におけるマイクに相当する。dd1n〜ddLnは各観
測点におけるキャンセル対象でない外部雑音である。
尚、DAコンバ−タ、ADコンバータ等は省略してい
る。
【0008】騒音キャンセルコントローラ21はDSP
で構成され、多入力−多出力適応フィルタ(以後単に適
応フィルタと言う)21aと、フィルタードX信号(信
号処理用参照信号)作成用のフィルタ21bと、適応信
号処理部21cとに分けられる。適応フィルタ21aは
参照信号発生部(図示せず)から入力された参照信号x
a1n〜xaKnに所定のフィルタリング処理を施して騒音キ
ャンセル信号ya1n〜yaMnを発生し、該騒音キャンセル
信号を各スピーカに入力する。フィルタードX信号作成
用フィルタ21bは参照信号xa1n〜xaKnに二次音伝搬
系23の伝達関数マトリックスの各要素(伝搬要素)を
畳み込んで信号処理用参照信号r111n〜rLMKnを出力す
る。適応信号処理部21cは各観測点におけるエラー信
号e1n〜eLnとフィルタ21bから出力されるフィルタ
ードX信号r111n〜rLMKnを入力され、これら信号を用
いて各観測点における騒音をキャンセルするように適応
信号処理を行って適応フィルタ21aの係数を決定す
る。
【0009】図7は一次音仮想伝搬系22の説明図であ
り、図7(a)に示すようにK個の各騒音源NG1〜NGK
から発生する騒音は所定の周波数・位相特性を有する一
次音伝搬系22を伝搬して各観測点に設けたマイク(M
IC1〜MICL)に到達する。従って、第i番目の騒音
源NGiからの騒音が第j番目のマイクMICjに到る伝
搬系の伝達特性をHjiとすると、一次音仮想伝搬系22
は図7(b)に示すように表現され、その伝達関数マトリ
ックス(H)は以下のようになる。
【0010】
【数1】
【0011】伝達関数マトリックス(H)の各要素Hij
図8に示すFIR型デジタルフィルタによりモデル化さ
れる。すなわち、入力信号を順次1サンプリング時間遅
延する遅延要素DLと、各遅延要素出力に係数h0
1,h2,・・・を乗算する乗算部MLと、乗算部出力
を加算する加算部ADより成るデジタルフィルタでモデ
ル化される。図9は二次音伝搬系23の説明図であり、
図9(a)に示すように各スピーカSP1〜SPMから発生
する騒音キャンセル音は所定の周波数・位相特性を有す
る二次音伝搬系23を伝搬して各観測点に設けたマイク
MIC1〜MICLに到達する。従って、第i番目の騒音
キャンセル信号yainに基づくキャンセル音が第j番目
のマイクMICjに到る二次音伝搬系の伝達特性をCji
とすると、二次音伝搬系23は図9(b)に示すようにモ
デル化され、その伝達関数マトリックス(C)は以下のよ
うになる。
【0012】
【数2】
【0013】伝達関数マトリックス(C)の各要素は一次
音仮想伝搬系22の場合と同様に、図8に示すFIR型
デジタルフィルタによりモデル化される。すなわち、入
力信号を順次1サンプリング時間遅延する遅延要素DL
と、各遅延要素出力に係数c 0,c1,c2,・・・を乗
算する乗算部MLと、各乗算部出力を加算する加算部A
Dより成るデジタルフィルタでモデル化される。図10
は二次音伝搬系23の伝達関数マトリックス(C)の各要
素Cijを用いて作成したフィルタードX信号作成用フィ
ルタ21bの構成図である。適応信号処理部21cは参
照信号xa1n〜xaKnと、各観測点における騒音とキャン
セル音との合成信号(エラー信号)e1n〜eLnとに基づ
いて適応信号処理を実行して適応フィルタの係数を更新
し、適応フィルタ21aは参照信号xa1n〜xaKnを入力
されて騒音キャンセル信号ya1n〜yaMnを発生してスピ
ーカに入力し、各観測点の騒音をキャンセルする。
【0014】ところで、適応フィルタ21aから出力さ
れる騒音キャンセル信号ya1n〜ya Mnは観測点にそのま
ま到達するのでなく、二次音伝搬系23の周波数・位相
特性の影響を受けて到達する。このため、適応信号処理
部21cは、参照信号xa1n〜xaKnをそのまま使用せ
ず、参照信号に二次音伝搬系23の特性を付加した信号
を用いるフィルタードX LMS(MEFX LMS)ア
ルゴリズムを採用し、より高度な騒音キャンセル制御を
行っている。すなわち、フィルタードX LMSアルゴ
リズムでは、参照信号xa1n〜xaKnをフィルタ21bに
よりフィルタリングした信号(フィルタードX信号)と
各観測点におけるエラー信号とを用いて適応フィルタ2
1aの係数更新を行う。
【0015】図10において、Cijは二次音伝搬系23
における伝達関数マトリックス(C)の各要素Cij(図
10参照)を実現するFIR型デジタルフィルタであ
る。フィルタ21bは各参照信号xa1n〜xaKnに全ての
伝搬要素の特性を畳み込んで(全ての伝搬要素に対応す
るフィルタを通過させて)フィルタードX信号r111n
LMKnを出力するようになっている。すなわち、参照信
号xa1nに第1番目のスピーカから全観測点までの伝搬
要素C11〜CL1を作用させてフィルタードX信号r111n
〜rL11nを出力し、参照信号xa1nに第2番目のスピー
カから全観測点までの伝搬要素C12〜CL2を作用させて
フィルタードX信号r121n〜rL21nを出力し、・・・参
照信号xa1nに第M番目のスピーカから全観測点までの
伝搬要素C1 M〜CLMを作用させてフィルタードX信号r
1M1n〜rLM1nを出力し、以下同様に、参照信号xa2n
aKnに全ての伝搬要素を作用させる。尚、 R11=(r111n,r211n,・・・rL11n) R21=(r121n,r221n,・・・rL21n) ・・・ RM1=(r1M1n,r2M1n,・・・rLM1n) ・・・ RMK=(r1MKn,r2MKn,・・・rLMKn) と表現する。
【0016】図11は多入力−多出力の適応フィルタ2
1aの構成図であり、一次音仮想伝搬系22や二次音伝
搬系23と同様の構造を有している。A11n〜AMKnはF
IR型デジタルフィルタで構成され、例えば、入力信号
を順次1サンプリング時間遅延する遅延要素DL1、D
l2・・と、各遅延要素出力に係数a0,a1,a2・・
を乗算する乗算部ML1,ML2,ML3・・と、各乗
算部出力を加算する加算部AD1,AD2・・で実現さ
れる。各参照信号xa1n〜xaKnをデジタルフィルタA
11n〜A1Knに入力して加算することにより第1番目のス
ピーカに入力する騒音キャンセル信号ya1nが得られ、
各参照信号xa1n〜xaKnをデジタルフィルタA21n〜A
2Knに入力して加算することにより第2番目のスピーカ
に入力する騒音キャンセル信号ya2nが得られ、・・・
・各参照信号xa1n〜xaKnをデジタルフィルタAM1n
MKnに入力して加算することにより第M番目のスピー
カに入力する騒音キャンセル信号yaMnが得られる。
【0017】適応フィルタ21aにおける各FIR型デ
ジタルフィルタA11n〜AMKnを3個の係数(2段遅延)
で構成する時、適応信号処理部21cは各FIR型デジ
タルフィルタA11n〜AMKnの3つの係数毎に適応信号処
理を行って係数値を決定する。すなわち、1つのFIR
型デジタルフィルタAijの係数a0,a1,a2について
以下に示す係数更新式の演算を行って係数a0,a1,a
2を決定する。
【0018】
【数3】
【0019】(1)式において、(n)は現サンプリング時刻
の値、(n-1)は1サンプリング時刻前の値、(n-2)は2サ
ンプリング時刻前の値、(n+1)は現時刻から次サンプリ
ング時刻までの値を意味している。従って、Rij(n-2)は
2サンプリング時刻前の参照信号に応じたフィルタ21
bの出力を意味し、Rij(n-1)は1サンプリング時刻前の
参照信号に応じたフィルタ出力であり、Rij(n)は現時刻
の参照信号に応じたフィルタ出力である。又、μは適応
フィルタの係数を更新するステップを決める1以下の定
数(ステップサイズパラメータ)であり、騒音キャンセ
ルシステムに応じて適当な値に設定される。尚、ステッ
プサイズパラメータμの値は大きい程適応フィルタの係
数が最適値に近ずく速度が早くなり追従性が良くなる
が、近ずいてからオーバシュートが発生して安定性が低
下する。又、ステップサイズパラメータμの値は小さい
程最適係数値に近ずく速度が遅くなり追従性が悪くなる
が、最適値に近ずいてからのオーバシュートが小さく安
定性が良好となる。enはL個の各観測点における騒音
とキャンセル音の合成音信号であり、Rij,enはそれ
ぞれ以下のように表現される。 Rij=(r1ijn,r2ijn,・・・rLijn) Rij(n) =(C1i,C2i,C3i,・・・,CLi)xajn(n) Rij(n-1)=(C1i,C2i,C3i,・・・,CLi)xajn(n-1) Rij(n-2)=(C1i,C2i,C3i,・・・,CLi)xajn(n-2)
【0020】
【数4】
【0021】かかる騒音キャンセル装置によれば、適応
信号処理部21cはフィルタ21bの出力であるフィル
タードX信号r111n〜rLMKnと、各観測点における騒音
とキャンセル音との合成音信号(エラー信号)e1n〜e
Lnとに基づいて適応信号処理を実行して適応フィルタ2
1aを構成する各FIR型デジタルフィルタA11n〜A
MKnの係数を決定し、適応フィルタ21aは参照信号x
a1n〜xaKnを入力されて騒音キャンセル信号ya1n〜y
aMnを発生してスピーカSP1〜SPM(図9)に入力
し、各スピーカはキャンセル音を発生して各観測点の騒
音をキャンセルするように作用する。
【0022】図12は騒音源数K=1、スピーカ数M=
2、観測点数(マイク数)L=2の場合の具体的な騒音
キャンセル装置の構成図であり、例えば、自動車の前の
2つの座席(運転席と助手席)におけるエンジン音をキ
ャンセルするために用いられるものである。21aは2
つのFIR型デジタルフィルタA11n,A21nで構成され
た適応フィルタ、21bは二次音伝搬系の伝達関数マト
リックス(C)の各伝搬要素C11,C21,C12,C22
デジタルフィルタで構成したフィルタードX信号作成用
フィルタ、21c-1〜21c-2は適応信号処理部(MEFX
LMSアルゴリズム)、SP 1,SP2は各座席の下方に
設けたスピーカ、MC1,MC2は各観測点(搭乗者の耳
元近傍)に設置されたマイクである。各適応信号処理
部、適応フィルタ、フィルタードX信号作成用フィルタ
の演算は1つのDSP(デジタル・シグナル・プロセッ
サ)により実行される。
【0023】図13は騒音源数K=1、スピーカ数M=
4、観測点数(マイク数)L=4の場合の具体的な従来
の騒音キャンセル装置の構成図であり、自動車の前後左
右4座席におけるエンジン音をキャンセルするものであ
る。21aは4つのFIR型デジタルフィルタA11n
21n,A12n,A22nで構成された適応フィルタ、21
bは二次音伝搬系の伝達関数マトリックス(C)の各伝
搬要素C11〜C41,C12〜C42,C13〜C43,C14〜C
44をデジタルフィルタで構成したフィルタードX信号作
成用フィルタ、21c-1〜21c-4は適応信号処理部(MEF
X LMSアルゴリズム)、SP1,SP2,SP3,S
4はスピーカ、MC1,MC2,MC3,MC4は観測点
に設置されたマイクである。各適応信号処理部、適応フ
ィルタ、フィルタードX信号作成用フィルタの演算は1
つのDSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)により
実行される。
【0024】通常、エンジン音をキャンセルする場合、
該エンジン音に含まれる2次高調波成分のみをキャンセ
ルするものであった。しかし、図14に示すように4気
筒エンジンの場合、エンジン音には2次高調波成分以外
に、レベルは小さくなるが4次、6次・・・の高調波成
分が含まれている。尚、車種によっては奇数次高調波成
分も発生する。このため、2次高調波のみをキャンセル
する方式では聴感上の消音効果が十分でないという問題
があった。そこで、エンジン音に含まれる高次調波成分
のうち比較的レベルの大きい高次調波成分(例えば2
次、4次、6次高調波成分)毎に別個に適応信号処理を
行って各高次調波成分をキャンセルして消音効果を向上
することが考えられる。
【0025】図15はエンジン音に含まれる2次、4
次、6次高調波成分をキャンセルする従来の騒音キャン
セル装置の構成図であり、図4と同一部分には同一符号
を付している。図4と異なる部分は、 キャンセルしたい各高次調波成分毎に2次高調波用の
騒音キャンセルコントローラ14-1、4次高調波用の騒音
キャンセルコントローラ14-2、6次高次調波用の騒音キ
ャンセルコントローラ14-3が設けられている点、 参照信号発生部13よりエンジン回転数の2次、4
次、6次高調波の参照信号SN2,SN4,SN6を発生し
て、それぞれ対応する高次調波の騒音キャンセルコント
ローラ14-1,14-2,14-3に入力する点、 加算器14-4,14-5を設け、各騒音キャンセルコントロ
ーラの出力NCD2,NC D4,NCD6を加算して騒音キャン
セル信号NCDとして出力する点、 エラーマイク18により検出された合成音信号(エラ
ー信号)Erを各騒音キャンセルコントローラ14-1,14-
2,14-3にフィードバックしている点である。
【0026】各高次調波の騒音キャンセルコントローラ
14-1,14-2,14-3は、それぞれ参照信号SN2,SN4,S
N6と合成音信号Erとステップサイズパラメータμを用
いて(1)式の係数更新式により前述の適応信号処理を行
い、それぞれの適応フィルタ(図示せず)の係数を決定
し、参照信号SN2,SN4,SN6を該適応フィルタに入力
して騒音キャンセル信号NCD2,NCD4,NCD6を出力す
る。加算器14-4,14-5は各騒音キャンセルコントローラ
出力NCD2,NCD4,NCD6を加算して騒音キャンセル信
号NCDとしてDAコンバータ15に入力し、DAコンバ
ータ15はアナログの騒音キャンセル信号に変換してス
ピーカに入力して騒音キャンセル音を出力する。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】複数の高次調波成分を
キャンセルする従来方法では、高次調波成分毎にDSP
構成の騒音キャンセルコントローラが必要になり、ハー
ドウェア構成が大型化すると共にコストアップとなる。
又、1つの騒音キャンセルコントローラで各高次調波成
分毎の適応信号処理を行うようにするとDSPの演算量
が非常に多くなり、フィルタードX信号作成用フィルタ
や適応フィルタのタップ数(段数)を少なくしなければ
ならず、追従性を満足するように騒音キャンセル信号を
出力できない問題がある。
【0028】そこで、1つの騒音キャンセルコントロー
ラに全高次調波成分の参照信号を合成して入力し、騒音
キャンセルコントローラでて適応信号処理を一括して行
うことも考えられる。しかし、かかる方式ではレベルの
大きな高調波成分が主にキャンセルされ、レベルの低い
高次調波成分のキャンセル量が不十分となり、レベルの
低い高次調波成分が耳につくようになる問題がある。以
上から、本発明の目的は1つの騒音キャンセルコントロ
ーラでレベルの低い高次調波成分も効果的にキャンセル
できる騒音キャンセル方式を提供することである。
【0029】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、エンジン音に含まれるエンジン回転数の高次調波成
分のうちレベルの大きな2以上の高次調波成分のそれぞ
れに対応して参照信号を発生する参照信号発生部と、レ
ベルの小さな高次調波成分に対応する参照信号ほどその
振幅を大きくする振幅制御手段と、各高次調波成分に対
応する参照信号を合成したものを適応信号処理に用いる
参照信号として発生する合成手段と、該参照信号と合成
音信号を用いて騒音キャンセル点におけるエンジン音を
キャンセルするように適応信号処理を行う騒音キャンセ
ルコントローラとにより達成される。
【0030】
【作用】エンジン音に含まれるエンジン回転数の高次調
波成分のうちレベルの大きな2次以上の高次調波成分の
それぞれに対応して参照信号を発生すると共に、レベル
の小さな高次調波成分に対応する参照信号ほどその振幅
を大きくし、各高次調波成分に対応する参照信号を合成
したものを適応信号処理に用いる参照信号とし、該参照
信号と合成音信号を用いて騒音キャンセル点におけるエ
ンジン音をキャンセルするように適応信号処理を行う。
このようにすれば、レベルの小さな高次調波成分のステ
ップサイズパラメータμが大きくなったと等価になり、
レベルの低い高次調波成分のキャンセル量を大きくで
き、しかも追従性良くキャンセルでき、レベルの低い高
次調波成分の騒音が耳につくことがなくなる。又、各高
次調波成分に応じた参照信号のレベルをエンジン回転数
に応じて制御することにより、全エンジン回転数におい
てレベルの低い高次調波成分のキャンセル量を大きくで
き、しかも追従性良くキャンセルすることができる。
【0031】
【実施例】全体の構成 図1は本発明の実施例構成図である。図中、31は騒音
源であるエンジン、32はエンジン回転数Rを検出する
回転数センサ、33はエンジン回転数R(rps)の2次、
4次、6次高調波の正弦波状の参照信号SN2,SN4,S
N6を発生する参照信号発生部、342,344,346
ゲイン可変のアンプ、35は回転数Rに応じて各アンプ
342,344,346のゲインを制御して2次、4次、
6次高調波の参照信号SN2,SN4,SN6の振幅を制御す
るゲイン制御部、36は各アンプ出力を加算して参照信
号SNとして後段の騒音キャンセルコントローラに入力
する加算器である。
【0032】37は車室内の騒音キャンセル位置(観測
点)におけるエンジン音をキャンセルするための適応信
号処理を行うDSP構成の騒音キャンセルコントローラ
であり、加算器36から発生する参照信号SNを入力さ
れると共に、車室内の騒音キャンセル点における騒音S
n1とキャンセル音Sc1の合成音信号をエラ−信号Erと
して入力され、該エラ−信号が最小となるように適応信
号処理を行って騒音キャンセル信号NCDを出力する。騒
音キャンセルコントローラ37は、適応信号処理部37
aと、デジタルフィルタ構成の適応フィルタ37bと、
スピーカから騒音キャンセル点までのキャンセル音伝搬
系(二次音伝搬系)の伝達関数に基づいて作成され、参
照信号SNが入力されるフィルタードX信号作成用フィ
ルタ37cを有している。
【0033】38は適応フィルタ出力(騒音キャンセル
信号NCD)をアナログの騒音キャンセル信号に変換する
DAコンバータ、39は騒音キャンセル信号を増幅する
パワ−アンプ、40は騒音キャンセル音Sc1を放射する
キャンセルスピ−カ、41は騒音キャンセル点に配置さ
れ、騒音Sn1とキャンセル音Sc1の合成音を検出し、合
成音信号をエラ−信号Erとして出力するエラ−マイ
ク、42はマイクアンプ、43は周期性ノイズの帯域外
の騒音信号を除去するローパスフィルタ、44はローパ
スフィルタ出力をデジタルデータに変換してDSP構成
の騒音キャンセルコントローラ37に入力するADコン
バータである。
【0034】ゲイン制御部 ゲイン制御部35はエンジン音に含まれる高次調波成分
のうちレベルの小さな高次調波成分に対応する参照信号
ほどその振幅が大きくなるようにエンジン回転数Rに基
づいてアンプ342,344,346のゲインを制御す
る。エンジン音に含まれる2次、4次、6次の高調波成
分は図14に示すようになり、直線近似すると図2に示
すようになる。最大レベル(2次高調波成分のレベル)
あるいは該最大レベルに近いレベル(点線参照)まで他
の高次調波成分レベルを増大させるに必要なゲインをg
4i,g6iとすれば、ゲイン制御部35はアンプ342
ゲインをg2i(=1)、アンプ344のゲインをg4i
アンプ346のゲインをg6iに設定する。これにより、
レベルの小さな高次調波成分に対応する参照信号ほどそ
の振幅が大きくなるように制御される。実際には、エン
ジン回転数Rに応じて各高次調波成分レベルは図2に示
すように変化するから、予め回転領域RPS1〜RPS8
毎に最大レベルまたはそれに近いレベルまで他の高次調
波成分レベルを増大させるに必要なゲインg2i,g4i
6i(i=1,2,・・・8)を求めてゲイン制御部3
5内蔵のメモリに記憶しておく。図3はメモリのゲイン
記憶例である。エンジンが回転すれば、エンジン回転数
Rに応じた回転領域のゲインg2i,g4i,g6iをメモリ
から読み出して各アンプ342,344,346に設定す
る。
【0035】適応信号処理部 適応信号処理部37aは、騒音キャンセル点におけるエ
ラー信号Erと信号処理用参照信号(フィルタードX信
号)SN′とを入力され、これら信号及びステップサイ
ズパラメータμを用いて(1)式に従った適応信号処理を
行い適応フィルタ37bの係数を決定する。適応フィル
タ37bは適応信号処理部37aにより決定された係数
に従って加算器36から出力される参照信号SNにデジ
タルフィルタ処理を施してDAコンバータ38より騒音
キャンセル信号NCDを出力する。
【0036】全体の動作 エンジン31が回転すると、その回転数Rは回転数セン
サ32により検出され、参照信号発生部33はエンジン
回転数Rに応じた2次、4次、6次高調波成分に応じた
周波数の参照信号SN2,SN4,SN6を発生する。ゲイン
制御部35はエンジン回転数Rに応じた各アンプのゲイ
ンg2i,g4i,g6iをメモリから読み出して各アンプ3
2,344,346に設定する。これにより、各アンプ
は入力された参照信号SN2,SN4,SN6を設定されたゲ
インで増幅して信号SN2′,SN4′,SN6′を出力す
る。尚、エンジン音に含まれる2次、4次、6次高調波
成分のうちレベルが小さいものほど信号SN2′,
N4′,S N6′の振幅が大きくなっている。
【0037】加算器36は各アンプの出力信号SN2′,
N4′,SN6′を加算して適応信号処理に用いる参照信
号SNを騒音キャンセルコントローラ37に入力する。
尚、信号SN2′,SN4′,SN6′を各高次調波の参照信
号成分という。以上と並行して、エンジン31から発生
した周期性を有するエンジン音(周期性ノイズ)は、所
定の伝達関数を有する騒音伝搬系(一次音伝搬系)を有す
る空中を伝播して騒音キャンセル点に至り、エラーマイ
ク41は騒音キャンセル点における騒音とキャンセル音
の合成音をエラー信号Erとして検出し、マイクアンプ
42、ローパスフィルタ43、ADコンバータ44を介
して騒音キャンセルコントローラ37に入力する。
【0038】騒音キャンセルコントローラ37のフィル
タードX信号作成用フィルタ37cは参照信号SNを入
力され、LMS適応信号処理に用いる信号処理用参照信
号(フィルタードX信号)SN′を生成して適応信号処
理部37aに入力する。適応信号処理部37aはエラー
信号とフィルタードX信号を用いて(1)式に従ってLM
S適応信号処理を行い、適応フィルタ37bの係数を決
定する。適応フィルタ37bは適応信号処理部37aに
より決定された係数に従って参照信号SNにデジタルフ
ィルタ処理を施して騒音キャンセル信号NCDをDAコン
バータ38に入力する。DAコンバータ38は騒音キャ
ンセル信号NCDをDA変換してパワーアンプ39を介し
てスピーカ40に入力する。これにより、スピーカ40
から騒音キャンセル音が出力され、二次音伝搬系を介し
て騒音キャンセル点に到り、騒音をキャンセルするよう
に作用する。以後、上記動作が繰り返されて騒音は速や
かにキャンセルされる。
【0039】以上においては、エンジン音に含まれる高
次調波のうちレベルが小さいものに対応する参照信号成
分ほど振幅が大きくなっている。このため、(1)式の係
数更新式において、レベルの低い高次調波成分のステッ
プサイズパラメータμが等価的に大きくなったように信
号処理が行われる。この結果、レベルが小さな高次調波
成分のキャンセル量が増大し、追従性良く該高次調波成
分をキャンセルできる。尚、最大レベルに一致するよう
にゲインg4i,g6i(図2参照)を決定する場合には全
高次調波成分が略均等に消音される。又、最大レベル以
下であって、それに近いレベル(図2点線参照)に一致
するようにゲインg4i,g6iを決定する場合には最大レ
ベルの高調波成分のキャンセル量を最も大きくし、かつ
レベルの小さな高調波成分のキャンセル量を騒音が気に
ならない程度に十分な量にすることができる。以上、本
発明を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲に
記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であり、
本発明はこれらを排除するものではない。
【0040】
【発明の効果】以上本発明によれば、エンジン音に含ま
れるエンジン回転数の高次調波成分のうちレベルの大き
な2以上の高次調波成分のそれぞれに対応して参照信号
を発生すると共に、レベルの小さな高次調波成分に対応
する参照信号ほどその振幅を大きくし、各高次調波成分
に対応する参照信号を合成したものを適応信号処理に用
いる参照信号とし、該参照信号と合成音信号を用いて騒
音キャンセル点におけるエンジン音をキャンセルするよ
うに適応信号処理を行うようにしたから、レベルの小さ
な高次調波成分のステップサイズパラメータが等価的に
大きくなったようになり、レベルの低い高次調波成分の
キャンセル量を大きくでき、しかも追従性良くキャンセ
ルでき、レベルの低い高次調波成分の騒音が耳につくこ
とがなくなる。又、本発明によれば、各高次調波成分に
対応する参照信号のレベルをエンジン回転数に応じて制
御するようにしたから、全エンジン回転数においてレベ
ルの低い高次調波成分のキャンセル量を大きくでき、し
かも追従性良くキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例構成図である。
【図2】エンジン音に含まれる高次調波成分を直線近似
した説明図である。
【図3】エンジン回転数範囲と各アンプゲインの対応説
明図表である。
【図4】従来の騒音キャンセル装置の構成図である。
【図5】騒音キャンセル動作説明用波形図である。
【図6】騒音源、スピーカ、観測点が複数存在する場合
の従来の騒音キャンセル装置の構成図である。
【図7】一次音仮想伝搬系の説明図である。
【図8】伝達関数マトリックスの各要素を実現するデジ
タルフィルタの構成図である。
【図9】二次音伝搬系の説明図である。
【図10】フィルタードX信号作成用フィルタの構成図
である。
【図11】適応フィルタの構成図である。
【図12】騒音源が1個、スピーカ、マイクが2個存在
する場合の騒音キャンセル装置の構成図である。
【図13】騒音源が1個、、スピーカ、マイクが4個存
在する場合の騒音キャンセル装置の構成図である。
【図14】エンジン音に含まれる高次調波成分の説明図
である。
【図15】エンジン音に含まれる各高次調波成分をキャ
ンセルする従来の騒音キャンセル装置の構成図である。
【符号の説明】
32・・回転数センサ 33・・参照信号発生部 342,344,346・・ゲイン可変のアンプ 35・・ゲイン制御部 36・・加算器 37・・騒音キャンセルコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 邦夫 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平2−306845(JP,A) 特開 平4−272416(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10K 11/178 F01N 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 騒音キャンセル点におけるエンジン音を
    キャンセルするためにキャンセル音を出力するキャンセ
    ル音発生源と、騒音キャンセル点における騒音とキャン
    セル音との合成音を検出するセンサと、エンジンから発
    生するエンジン音に応じた参照信号を発生する参照信号
    発生部と、騒音キャンセル点における合成音信号と参照
    信号を入力され、これら信号を用いて騒音キャンセル点
    におけるエンジン音をキャンセルするように適応信号処
    理を行って騒音キャンセル信号を発生し、該騒音キャン
    セル信号をキャンセル音発生源に入力する騒音キャンセ
    ルコントローラを備えた騒音キャンセル装置の騒音キャ
    ンセル方式において、 エンジン音に含まれるエンジン回転数の高次調波成分の
    うちレベルの大きな2以上の高次調波成分のそれぞれに
    対応して参照信号を発生すると共に、レベルの小さな高
    次調波成分に対応する参照信号ほどその振幅を大きく
    し、 各高次調波成分に対応する参照信号を合成したものを適
    応信号処理に用いる参照信号とし、該参照信号と合成音
    信号を用いて騒音キャンセル点におけるエンジン音をキ
    ャンセルするように適応信号処理を行うことを特徴とす
    る騒音キャンセル方式。
  2. 【請求項2】 前記各参照信号のレベルをエンジン回転
    数に応じて制御することを特徴とする請求項1記載の騒
    音キャンセル方式。
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