JP3591870B2 - Active noise control system - Google Patents

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JP3591870B2 JP09789394A JP9789394A JP3591870B2 JP 3591870 B2 JP3591870 B2 JP 3591870B2 JP 09789394 A JP09789394 A JP 09789394A JP 9789394 A JP9789394 A JP 9789394A JP 3591870 B2 JP3591870 B2 JP 3591870B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、適応フィルタを用いて自動車、船舶等のエンジン騒音を空間で相殺することにより、当該騒音を低減するアクティブ・ノイズ・コントロール・システム(以下、単にANCと称する)に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、このようなANCにおけるエンジン騒音を低減するキャンセル信号を生成する適応フィルタとしては、前記エンジン騒音に同期したエンジンパルスである参照入力信号及びマイクロホンより抽出されたエラー信号に基づいてキャンセル信号を生成するのである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のANCによれば、前記適応フィルタが前記エンジンパルス及びエラー信号に基づいてキャンセル信号を生成するものであるが、当該エンジンの回転数が急速回転すると、当該適応フィルタのタップ間隔が短くなることにより、前記エンジンパルスが所定間隔よりも短くなって、キャンセル信号に不連続点が発生してノイズが生じるといった問題点があった。
【0004】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの急速回転時に生成されるキャンセル信号の不連続点によるノイズを防止するアクティブ・ノイズ・コントロール・システムを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、エンジン騒音に同期したエンジンパルスにてキャンセル信号を生成する適応フィルタを有し、当該生成されたキャンセル信号に基づいて自動車の車室等における閉空間にて前記エンジン騒音を相殺して低減するシステムであって、前記エンジンパルスが所定間隔よりも短い間隔で入力されると、当該短い間隔で入力された複数のエンジンパルスの内、特定のエンジンパルスについてのみ前記キャンセル信号を生成し、他のエンジンパルスについては前記キャンセル信号を生成することなく読み飛ばすことを特徴とする。
【0006】
【作用】
かかる構成により、急速にエンジン回転数が上がって所定間隔よりも短い間隔でエンジンパルスが入力されると、キャンセル信号を生成する処理がおぼつかなくなって、当該キャンセル信号に発生する不連続点によってノイズが生じるといった事態を打開することができる。
【0007】
【実施例】
以下、本発明に係るアクティブ・ノイズ・コントロール・システムの実施例について説明する。
【0008】
車載用アクティブ・ノイズ・コントロール・システム(Active Noise・Control System;以下、ANCと称する)を例に説明する。これは適用フィルタを応用し、エンジン騒音を空間で相殺することにより乗員の頭部付近の騒音を低減するシステムである。
本システムのANCモードの信号処理上の特徴を列記すると下記のようになる。
【0009】
1)一括更新型SFX−LMSアルゴリズムを考案し演算量を削減した。
【0010】
2)不連続音対策、適応フィルタの発散防止、不要な低周波数音の成長防止用としての係数安定化FIRフィルタ(STF)を採用した。
【0011】
3)回転数、回転状態感応型、STF、ステップサイズ変更方式を採用。
【0012】
4)エンジンパルス割り込みによるサンプリングタイミング調整機能の採用。
【0013】
図1は本実施例の構成を立体的に表わす斜視図である。図1において、エンジン騒音の騒音源であるエンジン100と、該エンジン100の回転状態や回転数を検出するエンジンコントロールユニット200と、当該車内の任意の位置に設置されたスピーカ300と、各座席の上部に設けて当該車内の騒音を収音するマイクロホン400と、該ANC全体を制御するANCコントローラ500とを有している。
【0014】
図2にANCモードのブロック図を示す。SP1〜4はキャンセル音出力用スピーカであり、MIC1〜4はエラーマイクロホンである。
【0015】
C11〜44はスピーカSP1〜4、マイクロホンMIC1〜4間の伝達関数であり、Chat11〜44はシステム同定により推定されたスピーカSP1〜4、マイクロホンMIC1〜4間の伝達関数である。
【0016】
「ADSG1〜4」は適応フィルタ(キャンセル信号発生器)[Adaptive Digital Signal Generator)であり、従来より一般的に使用されているものである。
【0017】
「STF」はADSG係数安定化FIRフィルタ、「UPF」は一括更新型SFX−LMS係数更新用FIRフィルタ、「SS1」はステップサイズ1、各パスごとにかかる固定のステップサイズ、「SS2」はステップサイズ2であり、回転数、回転状態により変化するステップサイズである。
【0018】
W1(n)〜W4(n)は更新前のADSG係数である。11はADSG1〜4から出力された出力値の位相を反転させる位相反転部である。10は監視手段及び制御手段であるエンジン回転数・回転状態判断部である。尚、ENGINEPULSEはADSG1〜4及びエンジン回転数・回転状態判断部10に入力されるエンジン回転数に同期したパルスである。
【0019】
このシステムは図1に示すように1個のエンジン100を騒音源とし、4個のエラーマイクロホン400と4個のスピーカ300を使うCASE(1,4,4)である。
【0020】
では、次に図2に示すブロック図の動作について簡単に説明する。
【0021】
エンジン騒音とスピーカSP1〜4より発せられるキャンセル信号の和を、マイクロホンMIC1〜4で取り込みエラー信号とする。そして、推定した伝達関数(Chat)を逆並べ(Data Reverse)した数値とエラー信号の畳み込み演算を行う。これが一括更新型SFX−LMSの特徴である。このFIRフィルタをUPFと呼ぶ。(このSFX−LMSについての詳細は後述する)。さらに、畳み込んだ値にステップサイズ1を乗算する。
【0022】
ステップサイズ1の乗算した結果を各マイクロホンMIC1〜4入力毎に加算し、エンジン回転数、回転状態に応じたステップサイズ2(SS2)を乗算する。これが、エンジン回転数、回転状態感応型ステップサイズ変更方式である。また、この計算結果が、ADSG係数の更新値である。
【0023】
現在のADSG係数[W1(n)]〜[W4(n)]に更新値を、それぞれ加算する。
【0024】
その加算結果を安定させるために、STFでフィルタリングし、その結果を新しいADSG係数[W1(n+1)]〜[W4(n+1)]とする。STFの特性はエンジン回転数、回転状態により変化する。これが回転数感応型STF変更方式である。
【0025】
さらにADSGから出力された信号の出力値の位相を位相反転部11により反転させる。そして、スピーカSP1〜SP4より出力する。以上がANCモードの基本動作である。
【0026】
次にFiltered−X LMSについて説明する。
【0027】
通常のFiltered−X LMSでは、3次元空間のANCを実現する場合、消音したい信号(騒音)に相関性のある信号を参照信号として取り込む。この場合の信号処理アルゴリズムを図3に示す。これが一般的なFiltered−X LMSのアルゴリズムである。
【0028】
このFiltered−X LMSの係数更新式を(数1)、(数2)に示す。
【0029】
【数1】

Figure 0003591870
【0030】
【数2】
Figure 0003591870
但し、ここでwは適応フィルタ係数、iはフィルタ係数の番号、μはステップサイズ、eはエラー記号、rは伝達関数補正用フィルタ出力信号、Cはマイクロホンとスピーカとの間の伝達関数、Xは参照入力信号、jはCのインパルス応答の番号、kはCのタップ数である。
【0031】
(数2)がFiltered−Xの特徴である空間(スピーカ〜マイクロホン間)の伝達関数Cと入力データXの畳込み演算である。
【0032】
ここで参照入力に次式のようなインパルスを入力したとする。ただし、このインパルスは消音対象ある周期性騒音に同期して繰り返される。
【0033】
X(0)=1
X(i)=0 i<0 i>0
上記式の条件を満たすということは、次式が成り立つ。
【0034】
n=j→X(n−j)=1
n≠j→X(n−j)=0
すると(数2)は次式になる。
【0035】
r(n)=cn
すなわち、r(n)は伝達関数Cのインパスルレスポンスcn を順次出力することであり、畳込み演算を必要としない。フィルタWに関しても、これと同様に畳込み演算をせずにフィルタ係数wiを順次出力すればよく、演算量を大幅に削減できかつ、図3のような通常のFiltered−Xの参照入力にパルスが入力した場合と演算結果は等価である。これがSynchronized Filtered−X(SFX)アルゴリズムである。
【0036】
次に、一括更新型SFX−LMSについて説明する。
【0037】
SFXでは(数1),(数2)は、(数3)になる。
【0038】
【数3】
Figure 0003591870
従来のアルゴリズムでは図3(H部)の様に(数3)をk+1回、1サンプルで更新していた。従って、フィルタWの係数wi の更新が完了するためには、Cのタップ数であるk+1回分更新しなければならない。この説明を図4を使い説明する。(数3)を図式化したものが図4である。縦に並ぶeとcが(数3)の右辺第2項の乗算を示す。これは、Cを8タップ(k=7)とし、参照入力のパルスが22サンプル目に入力した場合の例であり、縦軸がサンプル数(n)、横軸がフィルタWのタップ番号(i)である。P1、P2、P3はポインタの位置を示している。これらポインタについては後で説明する。
【0039】
例えば、11サンプル目のwiを更新する場合を考える。従来型のSFX−LMSアルゴリズムでは(数3)に従い、w19からw12までの8個の係数を更新する(図4の点線で囲んだ部分の演算)。この処理でw12の更新は終了する。
【0040】
次にw12に着目すると、このタップは、4サンプル目から更新が始まり、11サンプル目で更新が終了する。更新が完了したw12´は(数4)の様に示される。
【0041】
【数4】
Figure 0003591870
尚、(wi´)はwiの更新が完了していることを示す。
【0042】
(数4)を一般式に直すと(数5)で表される。
【0043】
【数5】
Figure 0003591870
(数5)式の右辺第2項はエラー信号と伝達関数Cの係数cjを逆並べした係数との畳込み演算である。(図4の実線で囲んだ部分の演算を示す。)(数5)は、従来の(数3)をk+1回演算するのと比べ、乗算、減算ともk+1回削減することができる。
【0044】
また、DSPの特徴として、畳込み演算を得意とするアーキテクチャを採用しいるため、実際は、削減された演算数以上に、演算結果を短縮することができる。
【0045】
これが、一括更新型SFX−LMSアルゴリズムである。図2のUPFがこの一括更新型SFX−LMSによる更新係数演算部であり、処理としては、伝達関数Cを推定したChatのインパルスレスポンスを逆並べした数列を係数とするFIRフィルタである。
【0046】
なお、図4において、P1は係数出力用ポインタである。ポインタはフィルタ係数(w)上をサンプルごとにインクリメントされる。SFXなので畳込み演算を行わず、P1の示すデータwiを出力すればよい。また、このポインタは、参照入力にパルスが入力するとw0 に戻る。すなわち適応フィルタのタップ数が可変である。P2は一括更新する係数wを示す係数更新用ポインタである。P3はSTF出力をADSGに格納するポインタである。
【0047】
次にADSG係数安定化FIRフィルタ(STF)について説明する。
【0048】
本システムの適応フィルタが不安定になる条件としては、次のようなことが考えられる。
【0049】
1)騒音の周波数帯域をスピーカSP1〜4の特性がカバーできない場合、フィルタ係数が発散する。例えば、騒音の周波数が50Hzで、スピーカSP1〜4が50Hzのような低域を発生できない場合、適応フィルタは50Hzの信号を生成するが、エラー信号は減少しないために、適応フィルタが発散してしまう。
【0050】
2)Filtered−X LMSの特性として、高音域が発散しやすい。
【0051】
3)マイクロホンMIC1〜4入力に何かの理由でオフセットがかかった場合、適応フィルタにもDC成分が重畳してしまう。
【0052】
4)エンジン回転数が変化した場合、適応フィルタの出力に不連続点が生じてしまう。
【0053】
これらの問題点を解決する方法として、フィルタ係数安定化フィルタ(STF)を採用した。
【0054】
このフィルタ係数安定化フィルタの原理について説明する。
【0055】
一括更新型SFX−LMSアルゴリズムにより更新される値を直線位相のFIRフィルタでフィルタリングする。このFIRフィルタの特性は基本的にはバンドパスフィルタとし、スピーカSP1〜4の再生できない低音域と、空間で消音できない高音域の更新をカットする。このフィルタにより、低音域や高音域の発散を防止し、また、エンジン回転数が変化した場合の不連続音の発生を減少させることができる。
【0056】
STFに直線位相のFIRフィルタを使うことで、位相状態は保たれたまま周波数のフィルタリングが可能となる。このSTFによる遅延はタップ数の半分のサンプル数となるため、その時間経過後に、適応フィルタの更新を行わなければならない。
【0057】
この説明を図4を使い説明する。STFを7タップのFIRフィルタとした場合、フィルタリングされた結果は、3サンプル後に出力される。従って、(数5)の結果であるwi´(n+1)をフィルタリングした値は、3サンプル後に更新すれば良い。P3が更新されるアドレスである。
【0058】
次に回転数、回転状態感応型ステップサイズ、STF変更方式について説明する。
【0059】
SFXアルゴリズムの欠点として、その構造上、エラー信号の影響が直接出力信号に反映される。言い換えると、エラー信号に参照入力と相関性のない信号が入力した場合、出力信号にその相関性のない信号が重畳されてしまっていた。
【0060】
本システムのようなANCの場合、エラーマイクロホンに向かって声を発する等のことを行うと、スピーカよりエコーが発生する場合がある。このような対策として、ステップサイズを小さくし、更新量を小さくすることでエコーを抑える方法があるが、この処理は、システムの性能を劣化させてしまう。
【0061】
従来は、これらのバランスを考えてステップサイズを決定していた。その結果、エンジンの加減速に追従する性能を出すことができなかった。
【0062】
また、もう一つの問題として、アルゴリズムの構成上、加減速時にキャンセル信号に不連続点が発生する場合がある。その対策として、STFを付加したが、単一の特性では効果的に不連続音を低減させることができなかった。
【0063】
そこで、本実施例においてはエンジン回転数、回転状態を監視し、これによりステップサイズ、STFを変更することで、前記の問題点が緩和させた。
【0064】
この方式の原理について説明する。
【0065】
エンジン回転数、回転状態をDSPを使い監視し、それにより、ステップサイズ、STFを制御させた。回転数は低回転、中回転、高回転の3段階に、回転状態は、定常回転、加速、減速、急減速の4段階に分け、これらの組み合わせの計12通りの場合分けを行い、夫々に最適なステップサイズ、STFの係数を図示せぬ記憶手段であるメモリに記憶しておき、当該メモリから夫々を選択した。
【0066】
図5にエンジン回転数、回転状態に対するステップサイズ、STFの例を、図6にSTFの周波数特性を示す。例えば、加減速時は、不連続点が発生しやすいため、ローパス・フィルタのカットオフ周波数を低く設定する。この時のカットオフ周波数は、200〜400Hzが適当である。また騒音の変化に対する追従性を上げるため、ステップサイズを大きく設定する。
【0067】
対して、定常回転時は、なるべく高い周波数まで消音するため、ローパス・フィルタのカットオフ周波数を高くし、エコーを抑えるために、ステップサイズを小さくする。ギアチェンジ等の急減速時は、適応処理が追従できないとして、ADSGの係数をすべてクリアする。なお、図5、図6は説明のための例であり、この値にとらわれるものではない。
【0068】
次にエンジンパルス割り込みによるサンプリングタイミング調整機能について説明する。
【0069】
本システムのアルゴリズム(一括更新型SFX−LMS)は適応フィルタのタップ長をエンジン回転数により変化させる可変タップアルゴリズムである。適応フィルタのタップ長はエンジン二回転の周期に一致させるのであるが、これは、サンプリング周期を単位として離散的になる。従って、従来の方法では騒音の周期とキャンセル音の周期を正確に一致させることができず、ビート音を発生するという問題があった。
【0070】
そこで、この対策として、エンジンパルスをサンプリング周期の基準とし、強制的に騒音の周期とキャンセル音の周期とを一致させる。この動作を図6に示す。
【0071】
具体的には、エンジンパルスをDSPの外部割り込みに入力し、エンジンパルスにサンプリング周期(AD,DAコンバータのタイミング)を同期させる。エンジンパルスが入力されると、図7のN番目のサンプルの処理を中断し、新たなサンプリングを開始する。これにより、エンジンパルス入力時のみ疑似的にサンプリング周波数が高くなることになり、ビート音の発生を抑えることができる。
【0072】
また、先に前記フィルタ係数安定化フィルタ(STF)の原理説明にて説明したように、いかなる場合であれ、図4に示すように係数出力用ポインタP1と係数更新用ポインタP2との間隔は、FIRフィルタ(UPF)のタップ数分であり、係数更新用ポインタP2とSTFの出力結果をADSGに格納するポンイタP3との間隔は、前記STFのタップ数の半分であり、このような各ポインタ間の間隔におけるSTF及UPFのタップ数における因果律は不変である。
【0073】
また、前記係数出力用ポインタP1から係数を出力した結果、係数更新用ポインタP2の係数が算出され、当該係数更新用ポインタP2の係数をSTFに入力した結果、ポインタP3にて前記算出された値がADSGに格納される。
【0074】
ところが、エンジンの回転数が上がると、当該エンジン回転数に同期したエンジンパルスの間隔が短くなり、係数出力用ポインタP1がポインタP3を追い抜いてしまう場合が発生する。この場合には、先に説明した各ポインタ間の間隔におけるSTF及びUPFのタップ数における因果律が満たせなくなり、正確な適応が行えなくなって、ノイズが発生するといった問題があった。
【0075】
そこで、本発明のアクティブ・ノイズ・コントロール・システムによれば、このような場合に限り、エンジンパルスを一つ無視して、つまり当該一つのエンジンパルスを読み飛ばすことにより、係数出力用ポインタP1がポインタP3を追い抜いてしまうといった事態の発生を無くすようにしたので、ノイズの発生を防止することができる。
【0076】
また、エンジンパルス間隔で、騒音が繰り返されるので、キャンセル音も繰り返される。そこで、はじめのエンジンパルス間隔分のキャンセル信号を読み飛ばされたエンジンパルス以降に複写することにより、不連続音に対しより一層の効果を上げることができる。
【0077】
【発明の効果】
上記のように構成された本発明のアクティブ・ノイズ・コントロールシステムによれば、急速にエンジン回転数が上がって所定間隔よりも短い間隔でエンジンパルスが入力されると、キャンセル信号を生成する処理がおぼつかなくなって、キャンセル信号に発生した不連続点によってノイズが発生するといった事態を打開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の構成を立体的に表わした斜視図である。
【図2】ANCモードの概略を示すブロック図である。
【図3】SFX−LMSの基本的なアルゴリズムを示すブロック図である。
【図4】一括更新型SFX−LMSを図式化した説明図である。
【図5】エンジン回転数、回転状態のチューニング結果を示す説明図である。
【図6】STFの係数と特性を示す説明図である。
【図7】エンジンパルス割り込み状態を示す概念図である。
【符号の説明】
SP1〜4 キャンセル音出力用スピーカ
MIC1〜4 エラーマイクロホン
C11〜44 伝達関数
Chat11〜44 伝達関数
ADSG1〜4 適応フィルタ
STF ADSG係数安定化フィルタ
UPF 一括更新型SFX−LMS係数更新用FIRフィルタ
MYU2 R ステップサイズ2
ENGINE PULSE エンジンパルス
10 エンジン回転数・回転状態判断部[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an active noise control system (hereinafter simply referred to as ANC) for reducing engine noise of an automobile, a ship, or the like by spatially canceling the noise by using an adaptive filter.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an adaptive filter for generating a cancel signal for reducing engine noise in such an ANC, a cancel signal is generated based on a reference input signal which is an engine pulse synchronized with the engine noise and an error signal extracted from a microphone. You do it.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above-described conventional ANC, the adaptive filter generates a cancel signal based on the engine pulse and the error signal. However, when the engine speed is rapidly rotated, the tap interval of the adaptive filter is reduced. When the length is shortened, the engine pulse becomes shorter than a predetermined interval, and there is a problem that a discontinuous point occurs in the cancel signal and noise occurs.
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an active noise control system that prevents noise due to discontinuous points of a cancel signal generated at the time of rapid rotation of an engine. Is to do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has an adaptive filter that generates a cancel signal with an engine pulse synchronized with engine noise, and based on the generated cancel signal, in a closed space in a vehicle compartment or the like based on the generated cancel signal. A system for canceling and reducing the engine noise, wherein, when the engine pulse is input at an interval shorter than a predetermined interval, only a specific engine pulse among a plurality of engine pulses input at the short interval. The cancel signal is generated, and the other engine pulses are skipped without generating the cancel signal.
[0006]
[Action]
With this configuration, when the engine speed is rapidly increased and the engine pulse is input at an interval shorter than the predetermined interval, the process of generating the cancel signal is not obscured, and noise is generated due to a discontinuous point generated in the cancel signal. The situation that arises can be overcome.
[0007]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of an active noise control system according to the present invention will be described.
[0008]
An active noise control system (hereinafter, referred to as ANC) for a vehicle will be described as an example. This is a system in which an applied filter is applied to reduce the noise near the occupant's head by canceling the engine noise in space.
The signal processing characteristics of the ANC mode of the present system are listed below.
[0009]
1) The batch update SFX-LMS algorithm was devised to reduce the amount of calculation.
[0010]
2) A coefficient stabilizing FIR filter (STF) for preventing discontinuous sounds, preventing the divergence of the adaptive filter, and preventing the growth of unnecessary low-frequency sounds is employed.
[0011]
3) A rotation speed, rotation state sensitive type, STF, and step size change method are adopted.
[0012]
4) Adoption of sampling timing adjustment function by engine pulse interruption.
[0013]
FIG. 1 is a perspective view three-dimensionally illustrating the configuration of the present embodiment. In FIG. 1, an engine 100 which is a noise source of engine noise, an engine control unit 200 which detects a rotation state and the number of rotations of the engine 100, a speaker 300 installed at an arbitrary position in the vehicle, and It has a microphone 400 provided at an upper part for collecting noise in the vehicle, and an ANC controller 500 for controlling the entire ANC.
[0014]
FIG. 2 shows a block diagram of the ANC mode. SP1 to SP4 are cancellation sound output speakers, and MIC1 to MIC4 are error microphones.
[0015]
C11 to C44 are transfer functions between the speakers SP1 to SP4 and the microphones MIC1 to MIC4, and Chat11 to C44 are transfer functions between the speakers SP1 to SP4 and the microphones MIC1 to MIC4 estimated by system identification.
[0016]
“ADSG1 to 4” are adaptive digital signal generators (cancellation signal generators), which have been generally used conventionally.
[0017]
"STF" is an ADSG coefficient stabilizing FIR filter, "UPF" is a batch update type SFX-LMS coefficient updating FIR filter, "SS1" is a step size 1, a fixed step size applied to each pass, and "SS2" is a step. Size 2 is a step size that changes depending on the number of rotations and the rotation state.
[0018]
W1 (n) to W4 (n) are ADSG coefficients before updating. Reference numeral 11 denotes a phase inverting unit that inverts the phases of the output values output from the ADSGs 1 to 4. Reference numeral 10 denotes an engine speed / rotation state determination unit that is a monitoring unit and a control unit. ENGINEPULSE is a pulse synchronized with ADSG1 to ADSG4 and the engine speed input to the engine speed / rotation state determination unit 10.
[0019]
As shown in FIG. 1, this system is a CASE (1, 4, 4) using one engine 100 as a noise source and using four error microphones 400 and four speakers 300.
[0020]
Next, the operation of the block diagram shown in FIG. 2 will be briefly described.
[0021]
The sum of the engine noise and the cancel signal generated from the speakers SP1 to SP4 is captured by the microphones MIC1 to MIC4 and used as an error signal. Then, a convolution operation of the error signal and a numerical value obtained by rearranging (Data Reverse) the estimated transfer function (Chat) is performed. This is a feature of the batch update type SFX-LMS. This FIR filter is called UPF. (Details of the SFX-LMS will be described later). Further, the convolved value is multiplied by a step size of 1.
[0022]
The result of the multiplication by the step size 1 is added for each of the microphones MIC1 to MIC4 input, and the result is multiplied by a step size 2 (SS2) according to the engine speed and the rotation state. This is an engine speed and rotation state sensitive type step size changing method. The calculation result is the updated value of the ADSG coefficient.
[0023]
The updated values are respectively added to the current ADSG coefficients [W1 (n)] to [W4 (n)].
[0024]
In order to stabilize the addition result, filtering is performed by the STF, and the result is set as new ADSG coefficients [W1 (n + 1)] to [W4 (n + 1)]. The characteristics of the STF change depending on the engine speed and the rotation state. This is the rotation speed sensitive STF changing method.
[0025]
Further, the phase of the output value of the signal output from the ADSG is inverted by the phase inverting unit 11. Then, the signals are output from the speakers SP1 to SP4. The above is the basic operation of the ANC mode.
[0026]
Next, the Filtered-X LMS will be described.
[0027]
In normal Filtered-X LMS, when implementing ANC in a three-dimensional space, a signal correlated with a signal (noise) to be silenced is taken in as a reference signal. FIG. 3 shows a signal processing algorithm in this case. This is a general Filtered-XLMS algorithm.
[0028]
The equation for updating the coefficient of the Filtered-X LMS is shown in (Equation 1) and (Equation 2).
[0029]
(Equation 1)
Figure 0003591870
[0030]
(Equation 2)
Figure 0003591870
Here, w is an adaptive filter coefficient, i is a filter coefficient number, μ is a step size, e is an error symbol, r is a transfer function correction filter output signal, C is a transfer function between a microphone and a speaker, X Is the reference input signal, j is the number of the C impulse response, and k is the number of C taps.
[0031]
(Equation 2) is a convolution operation of the transfer function C in space (between the speaker and the microphone) and the input data X, which is a feature of Filtered-X.
[0032]
Here, it is assumed that an impulse represented by the following equation is input to the reference input. However, this impulse is repeated in synchronization with the periodic noise to be silenced.
[0033]
X (0) = 1
X (i) = 0 i <0 i> 0
Satisfying the condition of the above expression satisfies the following expression.
[0034]
n = j → X (n−j) = 1
n ≠ j → X (n−j) = 0
Then, (Equation 2) becomes the following equation.
[0035]
r (n) = cn
That is, r (n) means to sequentially output the impulse response cn of the transfer function C, and does not require a convolution operation. Similarly, for the filter W, the filter coefficient wi may be sequentially output without performing the convolution operation, so that the amount of operation can be greatly reduced, and a pulse is input to the reference input of the ordinary Filtered-X as shown in FIG. Is equivalent to the operation result. This is the Synchronized Filtered-X (SFX) algorithm.
[0036]
Next, the batch update type SFX-LMS will be described.
[0037]
In SFX, (Equation 1) and (Equation 2) become (Equation 3).
[0038]
(Equation 3)
Figure 0003591870
In the conventional algorithm, (Equation 3) is updated k + 1 times with one sample as shown in FIG. 3 (part H). Therefore, in order to complete the update of the coefficient wi of the filter W, it must be updated by k + 1 times, which is the number of taps of C. This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram of Equation (3). The e and c arranged vertically indicate the multiplication of the second term on the right side of (Equation 3). This is an example in which C is set to 8 taps (k = 7) and the reference input pulse is input at the 22nd sample. The vertical axis represents the number of samples (n), and the horizontal axis represents the tap number (i) of the filter W. ). P1, P2, and P3 indicate the positions of the pointers. These pointers will be described later.
[0039]
For example, consider a case where the wi of the eleventh sample is updated. In the conventional SFX-LMS algorithm, eight coefficients from w19 to w12 are updated in accordance with (Equation 3) (operation in a portion surrounded by a dotted line in FIG. 4). This process ends the update of w12.
[0040]
Next, focusing on w12, this tap starts updating from the fourth sample, and ends updating at the eleventh sample. The updated w12 'is shown as (Equation 4).
[0041]
(Equation 4)
Figure 0003591870
Note that (wi ') indicates that the update of wi has been completed.
[0042]
(Equation 4) can be expressed by (Equation 5) when converted into a general equation.
[0043]
(Equation 5)
Figure 0003591870
The second term on the right side of the expression (5) is a convolution operation of the error signal and the coefficient obtained by rearranging the coefficient cj of the transfer function C. (The operation of the portion surrounded by the solid line in FIG. 4 is shown.) (Equation 5) can reduce k + 1 times for both multiplication and subtraction compared to the conventional (Equation 3) which is operated k + 1 times.
[0044]
Further, as a feature of the DSP, an architecture that is good at convolution operation is adopted, so that the operation result can be actually shortened more than the reduced number of operations.
[0045]
This is the batch update type SFX-LMS algorithm. The UPF in FIG. 2 is an update coefficient calculation unit based on the batch update type SFX-LMS, and the processing is an FIR filter that uses a sequence of reversely arranged Chat impulse responses for which the transfer function C is estimated as coefficients.
[0046]
In FIG. 4, P1 is a coefficient output pointer. The pointer is incremented for each sample on the filter coefficient (w). Since it is SFX, the convolution operation is not performed, and the data wi indicated by P1 may be output. This pointer returns to w0 when a pulse is input to the reference input. That is, the number of taps of the adaptive filter is variable. P2 is a coefficient update pointer indicating the coefficient w to be updated collectively. P3 is a pointer for storing the STF output in ADSG.
[0047]
Next, an ADSG coefficient stabilized FIR filter (STF) will be described.
[0048]
The following are conceivable conditions for making the adaptive filter of the present system unstable.
[0049]
1) When the characteristics of the speakers SP1 to SP4 cannot cover the frequency band of the noise, the filter coefficient diverges. For example, when the frequency of the noise is 50 Hz and the speakers SP1 to SP4 cannot generate a low band such as 50 Hz, the adaptive filter generates a signal of 50 Hz. However, since the error signal does not decrease, the adaptive filter diverges. I will.
[0050]
2) As a characteristic of the Filtered-XLMS, a high-frequency range is easily diverged.
[0051]
3) When an offset is applied to the inputs of the microphones MIC1 to MIC4 for some reason, the DC component is also superimposed on the adaptive filter.
[0052]
4) When the engine speed changes, a discontinuous point occurs in the output of the adaptive filter.
[0053]
As a method for solving these problems, a filter coefficient stabilizing filter (STF) is employed.
[0054]
The principle of this filter coefficient stabilizing filter will be described.
[0055]
The value updated by the batch update type SFX-LMS algorithm is filtered by a linear phase FIR filter. The characteristics of the FIR filter are basically band-pass filters, and cut off the updating of the low sound range that cannot be reproduced by the speakers SP1 to SP4 and the high sound range that cannot be silenced in space. With this filter, it is possible to prevent divergence in the low frequency range and the high frequency range, and to reduce the occurrence of discontinuous sounds when the engine speed changes.
[0056]
By using a linear phase FIR filter for the STF, frequency filtering can be performed while the phase state is maintained. Since the delay due to the STF is half the number of samples of the number of taps, the adaptive filter must be updated after the elapse of the time.
[0057]
This will be described with reference to FIG. If the STF is a 7-tap FIR filter, the filtered result is output after three samples. Therefore, the value obtained by filtering wi ′ (n + 1), which is the result of Equation 5, may be updated after three samples. P3 is the address to be updated.
[0058]
Next, a description will be given of a rotation speed, a rotation state-sensitive step size, and an STF changing method.
[0059]
As a disadvantage of the SFX algorithm, due to its structure, the effect of the error signal is directly reflected on the output signal. In other words, when a signal having no correlation with the reference input is input to the error signal, the signal having no correlation is superimposed on the output signal.
[0060]
In the case of an ANC such as the present system, if a voice is uttered toward an error microphone, an echo may be generated from a speaker. As a countermeasure for this, there is a method of suppressing echo by reducing the step size and the update amount, but this processing degrades the performance of the system.
[0061]
Conventionally, the step size is determined in consideration of these balances. As a result, it was not possible to achieve the performance of following the acceleration / deceleration of the engine.
[0062]
As another problem, a discontinuity point may occur in the cancel signal during acceleration / deceleration due to the configuration of the algorithm. As a countermeasure, STF was added, but discontinuous sounds could not be effectively reduced with a single characteristic.
[0063]
Therefore, in the present embodiment, the above-mentioned problems were alleviated by monitoring the engine speed and the rotation state, and thereby changing the step size and the STF.
[0064]
The principle of this method will be described.
[0065]
The engine speed and the rotation status were monitored using a DSP, thereby controlling the step size and STF. The number of rotations is divided into three stages: low rotation, medium rotation, and high rotation, and the rotation state is divided into four stages: steady rotation, acceleration, deceleration, and rapid deceleration. The optimal step size and the STF coefficient were stored in a memory, which is a storage unit (not shown), and each was selected from the memory.
[0066]
FIG. 5 shows an example of the engine speed, the step size for the rotation state, and the STF, and FIG. 6 shows the frequency characteristics of the STF. For example, at the time of acceleration / deceleration, the cutoff frequency of the low-pass filter is set low because discontinuous points are likely to occur. The cutoff frequency at this time is suitably 200 to 400 Hz. In addition, the step size is set to be large in order to improve the followability to the change in noise.
[0067]
On the other hand, at the time of steady rotation, the cutoff frequency of the low-pass filter is increased to mute the sound as high as possible, and the step size is reduced to suppress echo. At the time of sudden deceleration such as a gear change, the adaptive processing cannot be followed, and all ADSG coefficients are cleared. FIGS. 5 and 6 are examples for explanation, and are not limited to these values.
[0068]
Next, a sampling timing adjustment function by an engine pulse interrupt will be described.
[0069]
The algorithm of the present system (batch update type SFX-LMS) is a variable tap algorithm that changes the tap length of the adaptive filter according to the engine speed. The tap length of the adaptive filter is made to coincide with the cycle of two engine revolutions, which is discrete with the sampling cycle as a unit. Therefore, the conventional method cannot accurately match the cycle of the noise with the cycle of the cancel sound, and has a problem that a beat sound is generated.
[0070]
Therefore, as a countermeasure, the engine pulse is used as a reference for the sampling cycle, and the cycle of the noise and the cycle of the cancel sound are forcibly made to match. This operation is shown in FIG.
[0071]
More specifically, an engine pulse is input to an external interrupt of the DSP, and a sampling cycle (timing of the AD and DA converters) is synchronized with the engine pulse. When the engine pulse is input, the processing of the N-th sample in FIG. 7 is interrupted, and a new sampling is started. As a result, the sampling frequency is artificially increased only at the time of inputting the engine pulse, and the generation of the beat sound can be suppressed.
[0072]
In any case, as described in the principle of the filter coefficient stabilizing filter (STF), the interval between the coefficient output pointer P1 and the coefficient update pointer P2 is, as shown in FIG. The number of taps of the FIR filter (UPF) is equal to the number of taps, and the interval between the coefficient update pointer P2 and the ponita P3 for storing the output result of the STF in the ADSG is half the number of taps of the STF. The causality in the number of taps of the STF and the UPF in the interval is constant.
[0073]
Further, as a result of outputting the coefficient from the coefficient output pointer P1, the coefficient of the coefficient updating pointer P2 is calculated. As a result of inputting the coefficient of the coefficient updating pointer P2 to the STF, the calculated value is calculated by the pointer P3. Is stored in ADSG.
[0074]
However, when the engine speed increases, the interval between engine pulses synchronized with the engine speed decreases, and the coefficient output pointer P1 may overtake the pointer P3. In this case, the causality in the tap numbers of the STF and the UPF in the interval between the pointers described above cannot be satisfied, so that accurate adaptation cannot be performed and noise occurs.
[0075]
Therefore, according to the active noise control system of the present invention, only in such a case, by ignoring one engine pulse, that is, by skipping the one engine pulse, the coefficient output pointer P1 Since the occurrence of the situation of overtaking the pointer P3 is eliminated, it is possible to prevent the occurrence of noise.
[0076]
Further, since the noise is repeated at the engine pulse intervals, the cancel sound is also repeated. Therefore, by copying the cancel signal for the first engine pulse interval after the skipped engine pulse, it is possible to further improve the effect of the discontinuous sound.
[0077]
【The invention's effect】
According to the active noise control system of the present invention configured as described above, when the engine speed is rapidly increased and an engine pulse is input at an interval shorter than a predetermined interval, a process of generating a cancel signal is performed. It is possible to overcome a situation in which noise is generated due to a discontinuous point generated in the cancel signal when the signal becomes unclear.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view three-dimensionally illustrating the configuration of the present embodiment.
FIG. 2 is a block diagram schematically showing an ANC mode.
FIG. 3 is a block diagram showing a basic algorithm of SFX-LMS.
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically illustrating a batch update type SFX-LMS.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing tuning results of an engine speed and a rotation state.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing STF coefficients and characteristics.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an engine pulse interrupt state.
[Explanation of symbols]
SP1 to 4 Cancel sound output speakers MIC1 to 4 Error microphones C11 to 44 Transfer functions Chat11 to 44 Transfer functions ADSG1 to 4 Adaptive filters STF ADSG coefficient stabilization filter UPF Batch update type SFX-LMS coefficient update FIR filter MYU2 R Step size 2
ENGINE PULSE Engine pulse 10 Engine speed / rotation status judgment unit

Claims (2)

エンジン騒音に同期したエンジンパルスにてキャンセル信号を生成する適応フィルタを有し、当該生成されたキャンセル信号に基づいて自動車の車室等における閉空間にて前記エンジン騒音を相殺して低減するシステムであって、
前記エンジンパルスが所定間隔よりも短い間隔で入力されると、当該短い間隔で入力された複数のエンジンパルスの内、特定のエンジンパルスについてのみ前記キャンセル信号を生成し、他のエンジンパルスについては前記キャンセル信号を生成することなく読み飛ばすことを特徴とするアクティブ・ノイズ・コントロール・システム。
A system that has an adaptive filter that generates a cancel signal with an engine pulse synchronized with the engine noise, and that cancels and reduces the engine noise in a closed space in a vehicle compartment or the like based on the generated cancel signal. So,
When the engine pulse is input at an interval shorter than a predetermined interval, among the plurality of engine pulses input at the short interval, the cancel signal is generated only for a specific engine pulse, and for other engine pulses, the cancel signal is generated. An active noise control system characterized by skipping without generating a cancel signal.
前記読み飛ばされたエンジンパルスには、当該読み飛ばされたエンジンパルス直前に生成されたキャンセル信号を複写することを特徴とする請求項1記載のアクティブ・ノイズ・コントロール・システム。2. The active noise control system according to claim 1, wherein a cancel signal generated immediately before the skipped engine pulse is copied to the skipped engine pulse.
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