JP3499574B2 - 能動型騒音制御装置 - Google Patents
能動型騒音制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車の車室や航空
機の客室等の騒音を能動的に低減する能動型騒音制御装
置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の能動型騒音制御装置とし
ては、例えば英国公開特許公報第２１４９６１４号記載
の図４に示すようなものがある。 【０００３】この従来装置は航空機の客室やこれに類す
る閉空間に適用されるもので、閉空間１０１内にラウド
スピーカ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよびマイクロ
ホン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄを備えて
おり、ラウドスピーカ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに
よって騒音に干渉させる制御音を発生し、マイクロホン
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄによって残差
信号（残留騒音）を測定するようになっている。 【０００４】これらのラウドスピーカ１０３ａ、１０３
ｂ、１０３ｃ、マイクロホン１０５ａ、１０５ｂ、１０
５ｃ、１０５ｄは信号処理機１０７に接続されており、
信号処理機１０７は基本周波数測定手段によって測定し
た騒音源の基本周波数とマイクロホン１０５ａ、１０５
ｂ、１０５ｃ、１０５ｄからの入力信号とを受けとり、
閉空間１０１内の音圧レベルを最小にするようにラウド
スピーカ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに駆動信号を出
力するものである。 【０００５】ここで閉空間１０１内には、３個のラウド
スピーカ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃと４個のマイク
ロホン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄとが設
けられているが、説明を単純化するため、それぞれ１０
３ａ、１０５ａの一個ずつ設けられているものとする。
今騒音源からマイクロホン１０５ａまでの伝達関数をＨ
とし、ラウドスピーカ１０３ａからマイクロホン１０５
ａまでの伝達関数をＣとし、騒音源が発生する音源情報
をＸp とすると、マイクロホン１０５ａで観測される残
留騒音としてのノイズ信号Ｅは、 Ｅ＝Ｘp ・Ｈ＋Ｘp ・Ｇ・Ｃ となる。ここでＧは、消音するために必要な伝達関数で
ある。消音対象点（マイクロホン１０５ａの位置）にお
いて、騒音が完全に打ち消されたとき、Ｅ＝０となる。
このときＧは、 Ｇ＝−Ｈ／Ｃ となる。このフィルタ係数は、マイク検出信号Ｅが最小
となるＧを求め、このＧに基づいて信号処理機１０７内
のフィルタ係数を適応的に更新するようにしている。マ
イク検出信号Ｅを最小にするようフィルタ係数を求める
手法として、最急降下方の一種であるＬＭＳアルゴリズ
ム（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）などがあ
る。 【０００６】また、図４のように、マイクロホンが複数
設置されている場合には、例えば各マイクロホン１０５
ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄで検出した信号の総
和が最小となるように制御され、消音効果を得ることが
できる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
制御効果を見ると図５のようになっていることが出願人
の実験によって判明した。なお、同図において横軸は騒
音源がエンジンの場合の回転速度（ｒｐｍ）、縦軸は車
室内の音圧レベルである。また制御無しの車室内の音圧
レベルを点線で示し、制御有りの車室内の音圧レベルを
実線で示した。 【０００８】また、同図において、回転速度Ｒ1 （約25
00rpm ）〜Ｒ2 （約6000rpm ）の間における制御有りと
制御無しとの間が制御代であり、回転速度Ｒ1 （約2500
rpm ）以下及び回転数Ｒ2 （約6000rpm ）以上における
制御有りと制御無しの間が悪化代である。 【０００９】この実験結果によれば、回転速度Ｒ1 （約
2500rpm ）〜Ｒ2 （約6000rpm ）の間では、制御無しの
音圧レベルより制御有りの音圧レベルが小さく、車室内
の音圧（騒音）が少ないことが分かる。また、回転速度
Ｒ1 以下では、制御無しの音圧レベルは制御有りの音圧
レベルより小さく、この回転速度Ｒ1 以下では制御効果
が悪化していることが分かる。また、同図において回転
速度Ｒ2 以上でも同様に、制御無しの音圧レベルは制御
有りの音圧レベルより小さく、この回転速度Ｒ2 以上で
は制御効果が悪化していることが分かる。 【００１０】上記実験結果において、回転速度Ｒ1 （約
2500rpm ）以下及び回転速度Ｒ2 （約6000rpm ）以上で
制御が悪化しているのは次のような理由である考えられ
る。 【００１１】すなわち、図６に示すように周波数に対す
る音圧レベルでみるスピーカの出力特性では、スピーカ
の立ち上がり時すなわち低周波領域において、スピーカ
が能力不足となり、必要な音圧レベル（出力）を得るこ
とが出来ない。 【００１２】一方、車室内に配置されて制御音を出力す
るスピーカは、シートの下部やドア部等の狭い空間に配
置されるため、車室内に配置されるスピーカの大きさに
は限度があり、大口径のスピーカを搭載することが出来
ない。このため、低周波領域においては、能力不足のス
ピーカで必要な音圧レベルを得ようとして、過剰電圧を
スピーカにかけると図７に示す如く出力波形が歪んでし
まい、異なる周波数の音まで発生して、それも消音しよ
うとするためにさらに電圧を印加するため、図６のよう
に変化すると考えられ、最悪の場合にはスピーカのエッ
ヂ部が破損する恐れがある。 【００１３】また、騒音の周波数がある周波数になる
と、閉空間である車室６内で図８のような定在波を生じ
ることがある。この場合スピーカ１０３ａ（図８には他
のスピーカ１０３ｂ〜１０３ｄは省略）が定在波２２の
節２３の部分に配置されていると、スピーカ１０３ａか
ら出力された音によって車室６内の騒音を相殺すること
が出来ない。このため、スピーカ１０３ａからの音を大
きくして、騒音を相殺しようとし図６のような制御の悪
化を招くと考えられる。そしてこの場合にも過剰な電圧
がスピーカ１０３ａに印加されることとなり、最悪の場
合スピーカ１０３ａのエッヂ部の破損を招く恐れがあ
る。 【００１４】さらに図９に示すようにマイクロホン１０
８ａ（図９には他のマイクロホン１０８ｂ〜１０８ｈは
省略）が、上記定在波２２の節２３の部分に配置されて
いるような場合は、閉空間内の騒音を検出することが出
来ないので、最小の残留信号になっていると判断し、完
全に騒音を消すことが出来ない。 【００１５】そこでこの発明は、制御音源の破壊を招く
ことがなく、より適格な騒音制御が可能な能動型騒音制
御装置の提供を目的とする。 【００１６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、騒音に干渉させる制御音を発
生して評価点の騒音低減を図る制御音源と、前記干渉後
の所定位置の残留騒音を検出する手段と、騒音源の騒音
発生状態に関する信号を検出する手段と、所定のフィル
タ係数により前記信号に基づいて前記制御音源を駆動す
る信号を出力する適応ディジタルフィルタと、前記残留
騒音検出手段の出力信号と騒音発生状態検出手段の出力
信号とに基づき所定の収束係数を有する最急降下アルゴ
リズムを用いて前記適応ディジタルフィルタのフィルタ
係数を変更する制御手段とを備えた能動型騒音制御装置
であって、前記騒音発生状態検出手段の検出信号が所定
の範囲のとき制御する手段と、前記騒音発生状態検出手
段の検出信号が所定の範囲外のとき前記収束係数及び前
記フィルタ係数を”０”にする手段とを備えたことを特
徴としている。 【００１７】 【作用】請求項１に記載の発明によれば、騒音発生状態
検出手段の検出信号が所定の範囲外のとき収束係数及び
フィルタ係数を”０”にする手段によって、制御音源か
らの制御音の出力を”０”にする。 【００１８】 【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。 【００１９】なお説明は車室内空間を例として行う。 【００２０】第１実施例 図１のように車体１は前輪２ａ、２ｂ、後輪２ｃ、２ｄ
によって支持され、前輪２ａ、２ｂは車体１の前部に配
置されたエンジン４によって回転駆動され、いわゆる前
置エンジン前輪駆動車を構成している。 【００２１】前記車室６内の騒音は、例えばエンジン４
が騒音源となっており、騒音発生状態検出手段として
は、例えばクランク角センサ５が用いられている。そし
てクランク角センサ５からエンジン騒音に相関しクラン
ク角に対応するパルス検出信号ｘが出力されるようにな
っている。このパルス検出信号ｘは例えばレシプロ４気
筒の場合は１８０°回転する毎に１つである。 【００２２】なお、騒音発生状態検出手段は、騒音源の
騒音発生状態に関する信号を検出できれば良く、エンジ
ンを騒音源とした場合、信号としては、例えばエンジン
外装面に設けられた振動センサの出力信号、エンジンの
点火パルス信号、クランク軸の回転速度、回転速度セン
サで検出した回転速度信号等を用いることもできる。 【００２３】また、車体１の音響閉空間としての車室６
内には制御音源としてラウドスピーカ７ａ、７ｂ、７ｃ
及び７ｄがそれぞれ前席Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に対向
するドア部に配置されている。 【００２４】さらに各座席Ｓ１〜Ｓ４のヘッドレスト位
置にそれぞれ残留騒音検出手段としてのマイクロホン８
ａ〜８ｈが配設されている。 【００２５】これらマイクロホン８ａ〜８ｈに入力され
る車室６内の残留騒音は、その音圧に応じた電気信号と
してノイズ信号ｅ1 〜ｅ8 が出力される構成となってい
る。 【００２６】前記クランク角センサ５及びマイクロホン
８ａ〜８ｈの出力信号は制御手段としてのコントローラ
１０に個別に供給されるように構成されている。このコ
ントローラ１０から出力される駆動信号ｙ1 〜ｙ4 は個
別にラウドスピーカ７ａ〜７ｄに供給され、これらのス
ピーカ７ａ〜７ｄから車室６内に音響信号（制御音）が
出力される構成となっている。 【００２７】コントローラ１０は図２に示すように、第
一ディジタル１２、第二ディジタルフィルタ（適応ディ
ジタルフィルタ）１３、マイクロプロセッサ１６を備え
ている。そしてクランク角センサ５から入力されるパル
ス検出信号Ｘは周波数−電圧変換回路１１によってディ
ジタル信号に変換され、基準信号ｘとして第一ディジタ
ルフィルタ１２及び第二ディジタルフィルタ１３に入力
される構成となっている。 【００２８】また、前記マイクロホン８ａ〜８ｈの出力
信号であるノイズ信号ｅ1 〜ｅ8 は、アンプ１４ａ〜１
４ｈによって増幅され、Ａ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｈに
よってＡ／Ｄ変換され、前記第一ディジタルフィルタ１
２の出力信号と共に前記マイクロプロセッサ１６に入力
される構成となっている。前記第二ディジタルフィルタ
１３から入力される駆動信号ｙ1 〜ｙ4 はＤ／Ａ変換器
１７ａ〜１７ｄによってＤ／Ａ変換され、アナログスイ
ッチ２８ａ〜２８ｄ及びアンプ１８ａ〜１８ｄを介して
ラウドスピーカー７ａ〜７ｄに出力される構成となって
いる。 【００２９】ここで、前記第一ディジタルフィルタ１２
は、基準信号Ｘを入力し、前記マイクロホン８ａ〜８ｈ
及びスピーカ７ａ〜７ｄ間の伝達関数の組合せ数に応じ
てフィルタ処理された基準信号ｒlm（後述する式
（４）、式（５））を生成するものである。 【００３０】前記第二ディジタルフィルタ１３は機能的
にはスピーカ７ａ〜７ｄへの出力チャンネル数に応じた
フィルタを個々に有し、基準信号ｘを入力し、その時点
で設定されているフィルタ係数（後述する式（５））に
基づき適応信号処理を行ってスピーカ駆動信号ｙ1 〜ｙ
4 を出力するものである。 【００３１】前記マクロプロセッサ１６は前記ノイズ信
号ｅ1 〜ｅ8 並びにフィルタ処理された基準信号ｒlmを
入力し、第二ディジタルフィルタ１３のフィルタ係数を
最急降下法の一種であるＬＭＳアルゴリズムを用いて変
更する構成となっている。 【００３２】前記フィルタ処理された基準信号ｒlmには
ラウドスピーカ７ａ〜７ｂとマイクロホン８ａ〜８ｈと
の間の伝達関数をディジタルフィルタのフィルタ係数
（インパルス応答関数）として表したＣlmが含まれてお
り、マイクロプロセッサ１６は制御音源を駆動する信号
を出力する構成となっている。以下、説明において、Ｃ
lmを伝達関数とも称す。 【００３３】ここで、コントローラ１０の騒音低減制御
原理を一般式を用いて説明する。 【００３４】今、一番目のマイクロホンが検出したノイ
ズ信号をｅpl（ｎ）、ラウドスピーカー７ａ〜７ｄから
の制御音（二次音）が無いときの一番目のマイクロホン
が検出した残留騒音検出信号をｅl （ｎ）、ｍ番目のラ
ウドスピーカーと一番目のマイクロホンとの間の伝達関
数（ＦＩＲ（有限インパルス関数）ＨlmのＪ番目（Ｊ＝
０，１，２，…，Ｉc -1）［Ｉc は定数］に対応するフ
ィルタ係数をＣlmj 、基準信号をＸ（ｎ）、基準信号を
入力しｍ番目のラウドスピーカーを駆動する適応フィル
タのｉ番目（ｉ＝０，１，…，Ｉk -1）［Ｉk は定数］
の係数をＷmiとすると、 【数１】 が成立する。 【００３５】次いで、評価関数（最小にすべき変数）Ｊ
ｅを、 【数２】 とおく。 【００３６】そして、評価関数Ｊｅを最小にするフィル
タ係数Ｗm を求めるために、ＬＭＳアルゴリズムを採用
する。つまり、評価関数Ｊｅを各フィルタ係数Ｗmiにつ
いて偏微分した値で当該フィルタ係数Ｗmiを更新する。 【００３７】そこで、（２）式より 【数３】 となるが、（１）式より 【数４】 となるから、この（４）式の右辺をｒ1m（ｎ−ｉ）とお
けば、フィルタ係数の書き替え式は、以下の（５）式の
ＬＭＳアルゴリズムにより得られる。 【００３８】 【数５】ここで、αは収束係数であり、フィルタが最適に収束す
る速度や、その際の安定性に関与する。なお、収束係数
αを本実施例では一つの定数のように扱っているが、各
フィルタ毎に異なる収束係数（αmi）とすることもでき
るし、重み係数γl を一緒に取り込んだ係数（αl ）と
して演算することもできる。 このように第二
ディジタルフィルタ１３のフィルタ係数Ｗmi（ｎ＋１）
をマイクロホン８ａ〜８ｈから出力されるノイズ信号ｅ
1 （ｎ）〜ｅ8 （ｎ）の出力とクランク角センサ５から
の出力に基づく基準信号ｘ（ｎ）とに基づいてＬＭＳ
（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）適応アルゴリ
ズムに従って順次更新することにより入力されるノイズ
信号ｅ1 （ｎ）〜ｅ8 （ｎ）の自乗和と駆動信号ｙm
（ｎ）の自乗和との和が常に最小となるように駆動信号
ｙ1 （ｎ）〜ｙ4 （ｎ）が形成され、これがラウドス
ピーカ７ａ〜７ｄに供給され、出力される制御音によっ
て車室６内の騒音が相殺される。 【００３９】一方、この本実施例では、騒音が発生する
環境すなわち閉空間である車室内の環境の状態を検出す
る環境状態検出手段と、この環境状態検出手段の検出状
態が所定の状態であるとき上記騒音制御を行なう手段を
備えている。 【００４０】上記環境状態検出手段としては騒音発生状
態検出手段であり、この騒音発生状態検出手段としては
クランク角センサ５を用いている。またクランク角セン
サ５が検出した騒音状態に関する信号を騒音源からの騒
音の周波数ｘ（基準信号の周波数）とし、この周波数ｘ
が所定の範囲（ｆmin 〜ｆmax ）内のときに上記騒音制
御手段が消音制御を行う。 【００４１】次に、本実施例の騒音制御について図３に
示すフローチャートに従い説明する。図３に示すよう
に、ステップＳ31で周波数ｘが所定の範囲（ｆmin 〜ｆ
max ）内にあるか否かが判定され、周波数ｘが所定の範
囲（ｆmin 〜ｆmax ）内にある場合にはステップＳ32で
上記消音作業が行われる。周波数ｘが所定の範囲（ｆmi
n 〜ｆmax ）内にない場合には、適応フィルタ係数Ｗ
を”０”にし、収束係数αも”０”にして、スピーカか
ら音が出ないようにする。ここで、適応フィルタ係数Ｗ
を”０”にすることにより、スピーカの出力は”０”に
なる。また収束係数αを”０”にすることにより、適応
フィルタ係数Ｗ＝０が保たれる。 【００４２】ここで、収束係数及び適応フィルタ係数Ｗ
を”０”にする場合、収束係数αを”０”にし、適応フ
ィルタ係数Ｗを徐々に小さくすれば、乗員に急な変化に
よる違和感を与えることがない。 【００４３】なお、本実施例において、騒音制御を行う
手段は上述した如くコントローラ１０であり、騒音発生
状態検出手段としてのクランク角センサ５が検出した騒
音状態に関する信号が所定の範囲外のとき、フィルタ係
数α及び適応ディジタルフィルタＷを”０”にする手段
もコントローラ１０が兼ねている。 【００４４】このように本実施例によれば、環境状態が
所定の状態であるときスピーカに電圧を与えて騒音制御
を行ない、所定の状態でない場合にはスピーカに電圧を
印加することがないので、スピーカに過剰電圧を与える
ことがない。これにより、スピーカの破損を招くことな
く、より適格な騒音制御が可能となる。 【００４５】また、環境状態が所定の状態であるときス
ピーカに電圧を与えて騒音制御を行ない、所定の状態で
ない場合にはスピーカに電圧を印加することがないの
で、過剰電圧をスピーカに与えることがなくなり、小型
のスピーカを用いることが出来る。 【００４６】また、本実施例によれば、環境の状態に関
する信号を検出するための手段（本実施例では、クラン
ク角センサ５）を特別に設ける必要がなく、またスピー
カの出力を”０”にする手段（本実施例は、コントロー
ラ１０）も特別に設ける必要がない。 【００４７】 【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明では、騒音発生状態検出手段の検出信号が所定の範囲
外のとき収束係数及びフィルタ係数を”０”にすること
により、制御音源からの制御音の出力を”０”にする。
これにより、環境の条件に関する信号を検出するための
手段を特別に設ける必要がなく、また制御音源の出力
を”０”にする手段も特別に設ける必要がない。
機の客室等の騒音を能動的に低減する能動型騒音制御装
置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の能動型騒音制御装置とし
ては、例えば英国公開特許公報第２１４９６１４号記載
の図４に示すようなものがある。 【０００３】この従来装置は航空機の客室やこれに類す
る閉空間に適用されるもので、閉空間１０１内にラウド
スピーカ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃおよびマイクロ
ホン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄを備えて
おり、ラウドスピーカ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに
よって騒音に干渉させる制御音を発生し、マイクロホン
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄによって残差
信号（残留騒音）を測定するようになっている。 【０００４】これらのラウドスピーカ１０３ａ、１０３
ｂ、１０３ｃ、マイクロホン１０５ａ、１０５ｂ、１０
５ｃ、１０５ｄは信号処理機１０７に接続されており、
信号処理機１０７は基本周波数測定手段によって測定し
た騒音源の基本周波数とマイクロホン１０５ａ、１０５
ｂ、１０５ｃ、１０５ｄからの入力信号とを受けとり、
閉空間１０１内の音圧レベルを最小にするようにラウド
スピーカ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに駆動信号を出
力するものである。 【０００５】ここで閉空間１０１内には、３個のラウド
スピーカ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃと４個のマイク
ロホン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄとが設
けられているが、説明を単純化するため、それぞれ１０
３ａ、１０５ａの一個ずつ設けられているものとする。
今騒音源からマイクロホン１０５ａまでの伝達関数をＨ
とし、ラウドスピーカ１０３ａからマイクロホン１０５
ａまでの伝達関数をＣとし、騒音源が発生する音源情報
をＸp とすると、マイクロホン１０５ａで観測される残
留騒音としてのノイズ信号Ｅは、 Ｅ＝Ｘp ・Ｈ＋Ｘp ・Ｇ・Ｃ となる。ここでＧは、消音するために必要な伝達関数で
ある。消音対象点（マイクロホン１０５ａの位置）にお
いて、騒音が完全に打ち消されたとき、Ｅ＝０となる。
このときＧは、 Ｇ＝−Ｈ／Ｃ となる。このフィルタ係数は、マイク検出信号Ｅが最小
となるＧを求め、このＧに基づいて信号処理機１０７内
のフィルタ係数を適応的に更新するようにしている。マ
イク検出信号Ｅを最小にするようフィルタ係数を求める
手法として、最急降下方の一種であるＬＭＳアルゴリズ
ム（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）などがあ
る。 【０００６】また、図４のように、マイクロホンが複数
設置されている場合には、例えば各マイクロホン１０５
ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄで検出した信号の総
和が最小となるように制御され、消音効果を得ることが
できる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
制御効果を見ると図５のようになっていることが出願人
の実験によって判明した。なお、同図において横軸は騒
音源がエンジンの場合の回転速度（ｒｐｍ）、縦軸は車
室内の音圧レベルである。また制御無しの車室内の音圧
レベルを点線で示し、制御有りの車室内の音圧レベルを
実線で示した。 【０００８】また、同図において、回転速度Ｒ1 （約25
00rpm ）〜Ｒ2 （約6000rpm ）の間における制御有りと
制御無しとの間が制御代であり、回転速度Ｒ1 （約2500
rpm ）以下及び回転数Ｒ2 （約6000rpm ）以上における
制御有りと制御無しの間が悪化代である。 【０００９】この実験結果によれば、回転速度Ｒ1 （約
2500rpm ）〜Ｒ2 （約6000rpm ）の間では、制御無しの
音圧レベルより制御有りの音圧レベルが小さく、車室内
の音圧（騒音）が少ないことが分かる。また、回転速度
Ｒ1 以下では、制御無しの音圧レベルは制御有りの音圧
レベルより小さく、この回転速度Ｒ1 以下では制御効果
が悪化していることが分かる。また、同図において回転
速度Ｒ2 以上でも同様に、制御無しの音圧レベルは制御
有りの音圧レベルより小さく、この回転速度Ｒ2 以上で
は制御効果が悪化していることが分かる。 【００１０】上記実験結果において、回転速度Ｒ1 （約
2500rpm ）以下及び回転速度Ｒ2 （約6000rpm ）以上で
制御が悪化しているのは次のような理由である考えられ
る。 【００１１】すなわち、図６に示すように周波数に対す
る音圧レベルでみるスピーカの出力特性では、スピーカ
の立ち上がり時すなわち低周波領域において、スピーカ
が能力不足となり、必要な音圧レベル（出力）を得るこ
とが出来ない。 【００１２】一方、車室内に配置されて制御音を出力す
るスピーカは、シートの下部やドア部等の狭い空間に配
置されるため、車室内に配置されるスピーカの大きさに
は限度があり、大口径のスピーカを搭載することが出来
ない。このため、低周波領域においては、能力不足のス
ピーカで必要な音圧レベルを得ようとして、過剰電圧を
スピーカにかけると図７に示す如く出力波形が歪んでし
まい、異なる周波数の音まで発生して、それも消音しよ
うとするためにさらに電圧を印加するため、図６のよう
に変化すると考えられ、最悪の場合にはスピーカのエッ
ヂ部が破損する恐れがある。 【００１３】また、騒音の周波数がある周波数になる
と、閉空間である車室６内で図８のような定在波を生じ
ることがある。この場合スピーカ１０３ａ（図８には他
のスピーカ１０３ｂ〜１０３ｄは省略）が定在波２２の
節２３の部分に配置されていると、スピーカ１０３ａか
ら出力された音によって車室６内の騒音を相殺すること
が出来ない。このため、スピーカ１０３ａからの音を大
きくして、騒音を相殺しようとし図６のような制御の悪
化を招くと考えられる。そしてこの場合にも過剰な電圧
がスピーカ１０３ａに印加されることとなり、最悪の場
合スピーカ１０３ａのエッヂ部の破損を招く恐れがあ
る。 【００１４】さらに図９に示すようにマイクロホン１０
８ａ（図９には他のマイクロホン１０８ｂ〜１０８ｈは
省略）が、上記定在波２２の節２３の部分に配置されて
いるような場合は、閉空間内の騒音を検出することが出
来ないので、最小の残留信号になっていると判断し、完
全に騒音を消すことが出来ない。 【００１５】そこでこの発明は、制御音源の破壊を招く
ことがなく、より適格な騒音制御が可能な能動型騒音制
御装置の提供を目的とする。 【００１６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、騒音に干渉させる制御音を発
生して評価点の騒音低減を図る制御音源と、前記干渉後
の所定位置の残留騒音を検出する手段と、騒音源の騒音
発生状態に関する信号を検出する手段と、所定のフィル
タ係数により前記信号に基づいて前記制御音源を駆動す
る信号を出力する適応ディジタルフィルタと、前記残留
騒音検出手段の出力信号と騒音発生状態検出手段の出力
信号とに基づき所定の収束係数を有する最急降下アルゴ
リズムを用いて前記適応ディジタルフィルタのフィルタ
係数を変更する制御手段とを備えた能動型騒音制御装置
であって、前記騒音発生状態検出手段の検出信号が所定
の範囲のとき制御する手段と、前記騒音発生状態検出手
段の検出信号が所定の範囲外のとき前記収束係数及び前
記フィルタ係数を”０”にする手段とを備えたことを特
徴としている。 【００１７】 【作用】請求項１に記載の発明によれば、騒音発生状態
検出手段の検出信号が所定の範囲外のとき収束係数及び
フィルタ係数を”０”にする手段によって、制御音源か
らの制御音の出力を”０”にする。 【００１８】 【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。 【００１９】なお説明は車室内空間を例として行う。 【００２０】第１実施例 図１のように車体１は前輪２ａ、２ｂ、後輪２ｃ、２ｄ
によって支持され、前輪２ａ、２ｂは車体１の前部に配
置されたエンジン４によって回転駆動され、いわゆる前
置エンジン前輪駆動車を構成している。 【００２１】前記車室６内の騒音は、例えばエンジン４
が騒音源となっており、騒音発生状態検出手段として
は、例えばクランク角センサ５が用いられている。そし
てクランク角センサ５からエンジン騒音に相関しクラン
ク角に対応するパルス検出信号ｘが出力されるようにな
っている。このパルス検出信号ｘは例えばレシプロ４気
筒の場合は１８０°回転する毎に１つである。 【００２２】なお、騒音発生状態検出手段は、騒音源の
騒音発生状態に関する信号を検出できれば良く、エンジ
ンを騒音源とした場合、信号としては、例えばエンジン
外装面に設けられた振動センサの出力信号、エンジンの
点火パルス信号、クランク軸の回転速度、回転速度セン
サで検出した回転速度信号等を用いることもできる。 【００２３】また、車体１の音響閉空間としての車室６
内には制御音源としてラウドスピーカ７ａ、７ｂ、７ｃ
及び７ｄがそれぞれ前席Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に対向
するドア部に配置されている。 【００２４】さらに各座席Ｓ１〜Ｓ４のヘッドレスト位
置にそれぞれ残留騒音検出手段としてのマイクロホン８
ａ〜８ｈが配設されている。 【００２５】これらマイクロホン８ａ〜８ｈに入力され
る車室６内の残留騒音は、その音圧に応じた電気信号と
してノイズ信号ｅ1 〜ｅ8 が出力される構成となってい
る。 【００２６】前記クランク角センサ５及びマイクロホン
８ａ〜８ｈの出力信号は制御手段としてのコントローラ
１０に個別に供給されるように構成されている。このコ
ントローラ１０から出力される駆動信号ｙ1 〜ｙ4 は個
別にラウドスピーカ７ａ〜７ｄに供給され、これらのス
ピーカ７ａ〜７ｄから車室６内に音響信号（制御音）が
出力される構成となっている。 【００２７】コントローラ１０は図２に示すように、第
一ディジタル１２、第二ディジタルフィルタ（適応ディ
ジタルフィルタ）１３、マイクロプロセッサ１６を備え
ている。そしてクランク角センサ５から入力されるパル
ス検出信号Ｘは周波数−電圧変換回路１１によってディ
ジタル信号に変換され、基準信号ｘとして第一ディジタ
ルフィルタ１２及び第二ディジタルフィルタ１３に入力
される構成となっている。 【００２８】また、前記マイクロホン８ａ〜８ｈの出力
信号であるノイズ信号ｅ1 〜ｅ8 は、アンプ１４ａ〜１
４ｈによって増幅され、Ａ／Ｄ変換器１５ａ〜１５ｈに
よってＡ／Ｄ変換され、前記第一ディジタルフィルタ１
２の出力信号と共に前記マイクロプロセッサ１６に入力
される構成となっている。前記第二ディジタルフィルタ
１３から入力される駆動信号ｙ1 〜ｙ4 はＤ／Ａ変換器
１７ａ〜１７ｄによってＤ／Ａ変換され、アナログスイ
ッチ２８ａ〜２８ｄ及びアンプ１８ａ〜１８ｄを介して
ラウドスピーカー７ａ〜７ｄに出力される構成となって
いる。 【００２９】ここで、前記第一ディジタルフィルタ１２
は、基準信号Ｘを入力し、前記マイクロホン８ａ〜８ｈ
及びスピーカ７ａ〜７ｄ間の伝達関数の組合せ数に応じ
てフィルタ処理された基準信号ｒlm（後述する式
（４）、式（５））を生成するものである。 【００３０】前記第二ディジタルフィルタ１３は機能的
にはスピーカ７ａ〜７ｄへの出力チャンネル数に応じた
フィルタを個々に有し、基準信号ｘを入力し、その時点
で設定されているフィルタ係数（後述する式（５））に
基づき適応信号処理を行ってスピーカ駆動信号ｙ1 〜ｙ
4 を出力するものである。 【００３１】前記マクロプロセッサ１６は前記ノイズ信
号ｅ1 〜ｅ8 並びにフィルタ処理された基準信号ｒlmを
入力し、第二ディジタルフィルタ１３のフィルタ係数を
最急降下法の一種であるＬＭＳアルゴリズムを用いて変
更する構成となっている。 【００３２】前記フィルタ処理された基準信号ｒlmには
ラウドスピーカ７ａ〜７ｂとマイクロホン８ａ〜８ｈと
の間の伝達関数をディジタルフィルタのフィルタ係数
（インパルス応答関数）として表したＣlmが含まれてお
り、マイクロプロセッサ１６は制御音源を駆動する信号
を出力する構成となっている。以下、説明において、Ｃ
lmを伝達関数とも称す。 【００３３】ここで、コントローラ１０の騒音低減制御
原理を一般式を用いて説明する。 【００３４】今、一番目のマイクロホンが検出したノイ
ズ信号をｅpl（ｎ）、ラウドスピーカー７ａ〜７ｄから
の制御音（二次音）が無いときの一番目のマイクロホン
が検出した残留騒音検出信号をｅl （ｎ）、ｍ番目のラ
ウドスピーカーと一番目のマイクロホンとの間の伝達関
数（ＦＩＲ（有限インパルス関数）ＨlmのＪ番目（Ｊ＝
０，１，２，…，Ｉc -1）［Ｉc は定数］に対応するフ
ィルタ係数をＣlmj 、基準信号をＸ（ｎ）、基準信号を
入力しｍ番目のラウドスピーカーを駆動する適応フィル
タのｉ番目（ｉ＝０，１，…，Ｉk -1）［Ｉk は定数］
の係数をＷmiとすると、 【数１】 が成立する。 【００３５】次いで、評価関数（最小にすべき変数）Ｊ
ｅを、 【数２】 とおく。 【００３６】そして、評価関数Ｊｅを最小にするフィル
タ係数Ｗm を求めるために、ＬＭＳアルゴリズムを採用
する。つまり、評価関数Ｊｅを各フィルタ係数Ｗmiにつ
いて偏微分した値で当該フィルタ係数Ｗmiを更新する。 【００３７】そこで、（２）式より 【数３】 となるが、（１）式より 【数４】 となるから、この（４）式の右辺をｒ1m（ｎ−ｉ）とお
けば、フィルタ係数の書き替え式は、以下の（５）式の
ＬＭＳアルゴリズムにより得られる。 【００３８】 【数５】ここで、αは収束係数であり、フィルタが最適に収束す
る速度や、その際の安定性に関与する。なお、収束係数
αを本実施例では一つの定数のように扱っているが、各
フィルタ毎に異なる収束係数（αmi）とすることもでき
るし、重み係数γl を一緒に取り込んだ係数（αl ）と
して演算することもできる。 このように第二
ディジタルフィルタ１３のフィルタ係数Ｗmi（ｎ＋１）
をマイクロホン８ａ〜８ｈから出力されるノイズ信号ｅ
1 （ｎ）〜ｅ8 （ｎ）の出力とクランク角センサ５から
の出力に基づく基準信号ｘ（ｎ）とに基づいてＬＭＳ
（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）適応アルゴリ
ズムに従って順次更新することにより入力されるノイズ
信号ｅ1 （ｎ）〜ｅ8 （ｎ）の自乗和と駆動信号ｙm
（ｎ）の自乗和との和が常に最小となるように駆動信号
ｙ1 （ｎ）〜ｙ4 （ｎ）が形成され、これがラウドス
ピーカ７ａ〜７ｄに供給され、出力される制御音によっ
て車室６内の騒音が相殺される。 【００３９】一方、この本実施例では、騒音が発生する
環境すなわち閉空間である車室内の環境の状態を検出す
る環境状態検出手段と、この環境状態検出手段の検出状
態が所定の状態であるとき上記騒音制御を行なう手段を
備えている。 【００４０】上記環境状態検出手段としては騒音発生状
態検出手段であり、この騒音発生状態検出手段としては
クランク角センサ５を用いている。またクランク角セン
サ５が検出した騒音状態に関する信号を騒音源からの騒
音の周波数ｘ（基準信号の周波数）とし、この周波数ｘ
が所定の範囲（ｆmin 〜ｆmax ）内のときに上記騒音制
御手段が消音制御を行う。 【００４１】次に、本実施例の騒音制御について図３に
示すフローチャートに従い説明する。図３に示すよう
に、ステップＳ31で周波数ｘが所定の範囲（ｆmin 〜ｆ
max ）内にあるか否かが判定され、周波数ｘが所定の範
囲（ｆmin 〜ｆmax ）内にある場合にはステップＳ32で
上記消音作業が行われる。周波数ｘが所定の範囲（ｆmi
n 〜ｆmax ）内にない場合には、適応フィルタ係数Ｗ
を”０”にし、収束係数αも”０”にして、スピーカか
ら音が出ないようにする。ここで、適応フィルタ係数Ｗ
を”０”にすることにより、スピーカの出力は”０”に
なる。また収束係数αを”０”にすることにより、適応
フィルタ係数Ｗ＝０が保たれる。 【００４２】ここで、収束係数及び適応フィルタ係数Ｗ
を”０”にする場合、収束係数αを”０”にし、適応フ
ィルタ係数Ｗを徐々に小さくすれば、乗員に急な変化に
よる違和感を与えることがない。 【００４３】なお、本実施例において、騒音制御を行う
手段は上述した如くコントローラ１０であり、騒音発生
状態検出手段としてのクランク角センサ５が検出した騒
音状態に関する信号が所定の範囲外のとき、フィルタ係
数α及び適応ディジタルフィルタＷを”０”にする手段
もコントローラ１０が兼ねている。 【００４４】このように本実施例によれば、環境状態が
所定の状態であるときスピーカに電圧を与えて騒音制御
を行ない、所定の状態でない場合にはスピーカに電圧を
印加することがないので、スピーカに過剰電圧を与える
ことがない。これにより、スピーカの破損を招くことな
く、より適格な騒音制御が可能となる。 【００４５】また、環境状態が所定の状態であるときス
ピーカに電圧を与えて騒音制御を行ない、所定の状態で
ない場合にはスピーカに電圧を印加することがないの
で、過剰電圧をスピーカに与えることがなくなり、小型
のスピーカを用いることが出来る。 【００４６】また、本実施例によれば、環境の状態に関
する信号を検出するための手段（本実施例では、クラン
ク角センサ５）を特別に設ける必要がなく、またスピー
カの出力を”０”にする手段（本実施例は、コントロー
ラ１０）も特別に設ける必要がない。 【００４７】 【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明では、騒音発生状態検出手段の検出信号が所定の範囲
外のとき収束係数及びフィルタ係数を”０”にすること
により、制御音源からの制御音の出力を”０”にする。
これにより、環境の条件に関する信号を検出するための
手段を特別に設ける必要がなく、また制御音源の出力
を”０”にする手段も特別に設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る能動型騒音制御装置を車両に適用
した状態の概略ブロック図である。 【図２】実施例の概略制御ブロック図である。 【図３】騒音制御の実施例を示すフローチャートであ
る。 【図４】従来例に係るブロック図である。 【図５】音圧レベルとエンジン回転速度とにより制御効
果を示す線図である。 【図６】スピーカの出力特性を示す線図である。 【図７】スピーカの出力限界を入力信号が越えた時の波
形を示す線図である。 【図８】騒音が閉空間で生じた定在波とスピーカの位置
を示す説明図である。 【図９】騒音が閉空間で生じた定在波とスピーカの位置
及びマイクロホンの位置を示す説明図である。 【符号の説明】 ４ エンジン ５ クランク角センサ（騒音発生状態検出手段） ７ａ〜７ｄ ラウドスピーカ（制御音源） ８ａ〜８ｈ マイクロホン（残留騒音検出手段） １０ コントローラ（制御手段） １６ マイクロプロセッサ １８ スイッチ
した状態の概略ブロック図である。 【図２】実施例の概略制御ブロック図である。 【図３】騒音制御の実施例を示すフローチャートであ
る。 【図４】従来例に係るブロック図である。 【図５】音圧レベルとエンジン回転速度とにより制御効
果を示す線図である。 【図６】スピーカの出力特性を示す線図である。 【図７】スピーカの出力限界を入力信号が越えた時の波
形を示す線図である。 【図８】騒音が閉空間で生じた定在波とスピーカの位置
を示す説明図である。 【図９】騒音が閉空間で生じた定在波とスピーカの位置
及びマイクロホンの位置を示す説明図である。 【符号の説明】 ４ エンジン ５ クランク角センサ（騒音発生状態検出手段） ７ａ〜７ｄ ラウドスピーカ（制御音源） ８ａ〜８ｈ マイクロホン（残留騒音検出手段） １０ コントローラ（制御手段） １６ マイクロプロセッサ １８ スイッチ
フロントページの続き
(72)発明者 土井 三浩
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日
産自動車株式会社内
(72)発明者 浜辺 勉
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日
産自動車株式会社内
(72)発明者 佐藤 憲治
茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会
社日立製作所 自動車機器事業部内
(56)参考文献 特開 平３−36897（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−263079（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−314500（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−94999（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−11291（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−11292（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−282694（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−282695（ＪＰ，Ａ)
実開 平３−70490（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G10K 11/178
B64C 1/40
F01N 1/06
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 騒音に干渉させる制御音を発生して評価
点の騒音低減を図る制御音源と、前記干渉後の所定位置
の残留騒音を検出する手段と、騒音源の騒音発生状態に
関する信号を検出する手段と、所定のフィルタ係数によ
り前記信号に基づいて前記制御音源を駆動する信号を出
力する適応ディジタルフィルタと、前記残留騒音検出手
段の出力信号と騒音発生状態検出手段の出力信号とに基
づき所定の収束係数を有する最急降下アルゴリズムを用
いて前記適応ディジタルフィルタのフィルタ係数を変更
する制御手段とを備えた能動型騒音制御装置であって、
前記騒音発生状態検出手段の検出信号が所定の範囲のと
き制御する手段と、前記騒音発生状態検出手段の検出信
号が所定の範囲外のとき前記収束係数及び前記フィルタ
係数を”０”にする手段とを備えたことを特徴とする能
動型騒音制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22061791A JP3499574B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 能動型騒音制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22061791A JP3499574B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 能動型騒音制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0561482A JPH0561482A (ja) | 1993-03-12 |
| JP3499574B2 true JP3499574B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=16753782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22061791A Expired - Fee Related JP3499574B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 能動型騒音制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3499574B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10403262B2 (en) | 2017-10-27 | 2019-09-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Active noise control device, car, and active noise control method |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0764567A (ja) * | 1993-08-23 | 1995-03-10 | Mitsubishi Electric Corp | 能動騒音制御装置 |
| JP5214340B2 (ja) * | 2008-06-13 | 2013-06-19 | 本田技研工業株式会社 | 車両用能動型振動騒音制御システム |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP22061791A patent/JP3499574B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10403262B2 (en) | 2017-10-27 | 2019-09-03 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Active noise control device, car, and active noise control method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0561482A (ja) | 1993-03-12 |
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