JP4079831B2 - 能動型騒音低減装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジン回転に伴なって車室内に発生する不快なエンジンこもり音に対し、逆位相かつ等振幅の信号を干渉させることでこのエンジンこもり音を低減する能動型騒音低減装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンこもり音はエンジン回転によって発生した起振力が車体に伝達され、閉空間である車室が一定の条件下で共振を起こすことにより発生する放射音であることから、エンジンの回転数に同期した顕著な周期性を有する。
【０００３】
このような不快なエンジンこもり音を低減させる従来の能動型騒音低減装置としては、適応ノッチフィルタを利用したフィードフォワード適応制御を行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。図１０は、前記特許文献１に記載された従来の能動型騒音低減装置の構成を示すものである。
【０００４】
図１０において、能動型騒音低減装置を実現するための離散演算はＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の離散演算処理装置１７にて処理される。まず、波形整形器１でエンジンパルスに重畳したノイズ等が除去されるとともに波形整形される。この波形整形器１の出力信号は余弦波発生器２及び正弦波発生器３に加えられ、参照信号としての余弦波と正弦波が作られる。余弦波発生器２の出力信号である参照余弦波信号は、適応ノッチフィルタ４のうち、第１の１タップ適応フィルタ５のフィルタ係数Ｗ０と乗算される。同じく、正弦波発生器３の出力信号である参照正弦波信号は、適応ノッチフィルタ４のうち、第２の１タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ１と乗算される。第１の１タップ適応フィルタ５の出力信号と第２の１タップ適応フィルタ６の出力信号は加算器７で加算され２次騒音発生器８に入力される。２次騒音発生器８にて２次騒音を発生させ、エンジンパルスに基づく騒音と干渉させることでうち消す。この際、騒音抑制部にて消音しきれなかった残留信号は誤差信号ｅとして適応制御アルゴリズムに使用される。
【０００５】
一方、エンジンの回転数から求められた消音すべきノッチ周波数において、２次騒音発生器８から騒音抑制部までの伝達特性を模擬したＣ０を有する伝達要素９に参照余弦波信号を入力し、同じく２次騒音発生器８から騒音抑制部までの伝達特性を模擬したＣ１を有する伝達要素１０に参照正弦波信号を入力し、伝達要素９と伝達要素１０の出力信号を加算器１３にて加算した模擬余弦波信号ｒ０と誤差信号ｅとを適応制御アルゴリズム演算器１５に入力し、適応制御アルゴリズム、例えば最急降下法の一種であるＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムに基づいて適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０を更新していく。
【０００６】
同様にエンジンの回転数から求められた消音すべきノッチ周波数において、２次騒音発生器８から騒音抑制部までの伝達特性を模擬したＣ０を有する伝達要素１１に参照正弦波信号を入力し、同じく２次騒音発生器８から騒音抑制部までの伝達特性を模擬した（−Ｃ１）を有する伝達要素１２に参照余弦波信号を入力し、伝達要素１１と伝達要素１２の出力信号を加算器１４にて加算した模擬正弦波信号ｒ１と誤差信号ｅとを適応制御アルゴリズム演算器１６に入力し、適応制御アルゴリズム、例えばＬＭＳアルゴリズムに基づいて適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ１を更新していく。
【０００７】
このようにして、再帰的に適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１は誤差信号ｅが小さくなるように、言い換えれば騒音抑制部での騒音を減少させるように最適値に収束していく。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−９９０３７号公報（７頁、第８図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に係る能動型騒音低減装置では、経時による２次騒音発生器の特性変化や窓の開閉、乗員数増減等の車室内環境の変化により、適応ノッチフィルタの出力から適応制御アルゴリズム演算器までの現在の伝達特性が、その特性を模擬する伝達要素の特性を決定した時点と異なっている場合がある。この時、能動型騒音低減装置を動作させると、適応ノッチフィルタの動作が不安定になり、理想的な騒音低減効果が得られないだけでなく、かえって騒音を増大してしまう発散状態に陥るという問題点を有していた。
【００１０】
また、荒れた路面の走行時や窓の開放時のように、外部からの雑音の混入が著しい条件下においても、フィルタ係数の更新が適切に行われず適応ノッチフィルタの動作が不安定になり、最悪の場合には発散による異常音を発生させ乗員に著しい不快感を与えてしまう恐れがあるという問題点を有していた。さらに、騒音抑制部の騒音レベルと乗員の耳位置での騒音レベルに差がある場合、乗員の耳位置での騒音低減効果が少なくなってしまう過補償状態となるという問題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、２次騒音発生器から課題となる騒音の抑制部までの現在の伝達特性がその特性を模擬する伝達要素の特性を決定した時点の特性と著しく変化する場合や、外部からの雑音の混入が著しい条件下においても、発散を抑制しながら安定的に適応ノッチフィルタのフィルタ係数を更新させるとともに、過補償を抑制して乗員が理想的な騒音低減効果を得ることができる能動型騒音低減装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものであり、その特徴部分について列挙する。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の本発明は、エンジン等の騒音源から発生した周期性を有する課題となる騒音の周波数に同期した余弦波信号を発生する余弦波発生器と、同じく前記課題となる騒音の周波数に同期した正弦波信号を発生する正弦波発生器と、前記余弦波発生器からの出力信号である参照余弦波信号が入力される第１の１タップ適応フィルタと、同じく前記正弦波発生器からの出力信号である参照正弦波信号が入力される第２の１タップ適応フィルタと、前記第１の１タップ適応フィルタからの出力信号と前記第２の１タップ適応フィルタからの出力信号を加算する加算器と、この加算器からの出力信号によって駆動され前記課題となる騒音を打ち消す２次騒音を発生する２次騒音発生手段と、前記２次騒音と前記課題となる騒音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出手段と、前記参照余弦波信号及び前記参照正弦波信号が入力され前記２次騒音発生手段から前記残留信号検出手段までの間の伝達特性を模擬した特性で補正した模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を出力する模擬信号発生手段と、前記加算器からの出力信号と同一の信号を前記２次騒音発生手段から前記残留信号検出手段までの間の伝達特性を模擬した特性で補正した補正信号を出力する補正信号発生手段とを備え、前記残留信号検出手段からの出力信号と前記補正信号とを加算した信号と前記模擬信号発生手段からの出力信号とで前記第１の１タップ適応フィルタ及び前記第２の１タップ適応フィルタのフィルタ係数を更新することによって前記残留信号検出手段の位置での前記課題となる騒音を減少させることを特徴とする。
【００１４】
上記構成による能動型騒音低減装置は、残留信号検出手段からの出力信号と模擬信号発生手段からの出力信号に加え、補正信号発生手段からの出力信号に基づいて１タップ適応フィルタのフィルタ係数の更新が行われるという特徴を有しており、これにより過補償が抑制されるとともに、現在の２次騒音発生手段から残留信号検出手段までの間の伝達特性が、その特性を模擬する伝達要素の特性を決定した時点の特性から著しく変化した場合でも、適応制御アルゴリズムでその変化量を吸収するように作用するため、発散を抑制して安定的な騒音低減効果を得ることができるという作用効果が得られる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、補正信号発生手段として加算器からの出力信号と同一の信号を２次騒音発生手段から残留信号検出手段までの間の伝達特性を模擬した特性に所定の定数を乗算した特性で補正した補正信号を出力するという特徴を有しており、これにより２次騒音発生手段から残留信号検出手段までの間の伝達特性が、その特性を模擬する伝達要素の特性を決定した時点から現在までに変化した割合や車室内の騒音レベル分布に応じて補正信号のレベルを調整できるため、過補償がより最適に抑制されるとともに、より安定性が向上した理想的な騒音低減効果を得ることができるという作用効果が得られる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、補正信号発生手段として第１の１タップ適応フィルタ及び第２の１タップ適応フィルタのそれぞれの所定時間過去から現在までのフィルタ係数更新毎の変化量の累積値の少なくとも一方が所定値以上の場合に補正信号を出力するという特徴を有しており、これにより１タップ適応フィルタのフィルタ係数の値が大きく変動している場合のみに補正信号をフィルタ係数更新のための演算に利用できるため、外部からの雑音の混入が著しい場合でも、発散を抑制しながら安定的な騒音低減効果を得ることができるという作用効果が得られる。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の発明は、補正信号発生手段として第１の１タップ適応フィルタ及び第２の１タップ適応フィルタのそれぞれの現在の値と所定の時間過去の値との変化量の少なくとも一方が所定値以上の場合に補正信号を出力するという特徴を有しており、これによりフィルタ係数の変化量をより簡易的に判断することができ、演算アルゴリズムを簡素化できるためプログラムの作成が容易になるという作用効果が得られる
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、添付図面に従って本発明の実施の形態について説明する。なお、従来技術において示した従来の能動型騒音低減装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。また、本発明を例えば車両等に搭載しエンジン振動に起因して車室内に発生した騒音を低減させる場合について説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態１における能動型騒音低減装置の構成をブロック図として示す。図１において、エンジン２１は課題となる騒音を発生させる騒音源であり、この能動型騒音低減装置はエンジン２１から放射される周期性を有する騒音を低減するように動作する。
【００２０】
エンジン２１の回転に同期した電気信号であるエンジンパルスは、波形整形器１に入力され、重畳しているノイズ等が除去されるとともに波形整形される。このエンジンパルスとしては、ＴＤＣセンサ（上死点センサ）の出力信号やタコパルスを利用することが考えられる。特にタコパルスはタコメータの入力信号等として既に車両側に具備されている場合が多く、特別な装置を別に設置する必要はない。
【００２１】
この波形整形器１の出力信号は余弦波発生器２及び正弦波発生器３に加えられ、エンジン２１の回転数から求められた消音すべきノッチ周波数（以下、単にノッチ周波数と記す）に同期した参照信号としての余弦波と正弦波が作られる。余弦波発生器２の出力信号である参照余弦波信号は、適応ノッチフィルタ４のうち、第１の１タップ適応フィルタ５のフィルタ係数Ｗ０と乗算される。同じく、正弦波発生器３の出力信号である参照正弦波信号は、適応ノッチフィルタ４のうち、第２の１タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ１と乗算される。そして、第１の１タップ適応フィルタ５の出力信号と第２の１タップ適応フィルタ６の出力信号は加算器７で加算され、２次騒音発生手段としての電力増幅器２２とスピーカ２３に入力される。
【００２２】
適応ノッチフィルタ４の出力である加算器７の出力信号は、電力増幅器２２で電力増幅され、課題となる騒音を打ち消すための２次騒音としてスピーカ２３より放射される。この際、２次騒音と課題となる騒音との干渉により消音しきれなかった騒音抑制部の残留信号は、残留信号検出手段としてのマイクロフォン２４により検出され、誤差信号ｅとして適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１を更新するための適応制御アルゴリズムに使用される。
【００２３】
ノッチ周波数における電力増幅器２２からマイクロフォン２４までの伝達特性（以下、単に伝達特性と記す）を模擬する模擬信号発生手段は、伝達要素９，１０，１１，１２と加算器１３，１４とから構成される。まず、伝達要素９に参照余弦波信号を入力し、同じく伝達要素１０に参照正弦波信号を入力する。さらに、伝達要素９と伝達要素１０の出力信号を加算器１３にて加算して模擬余弦波信号ｒ０を発生させる。この模擬余弦波信号ｒ０は、適応制御アルゴリズム演算器１５に入力され、第１の１タップ適応フィルタ５のフィルタ係数Ｗ０を更新するための適応制御アルゴリズムに使用される。同様に、伝達要素１１に参照正弦波信号を入力し、同じく伝達要素１２に参照余弦波信号を入力する。さらに、伝達要素１１と伝達要素１２の出力信号を加算器１４にて加算して模擬正弦波信号ｒ１を発生させる。この模擬正弦波信号ｒ１は、適応制御アルゴリズム演算器１６に入力され、第２の１タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ１を更新するための適応制御アルゴリズムに使用される。
【００２４】
上記のように、参照余弦波信号及び参照正弦波信号と伝達要素９，１０，１１，１２を用いて、模擬余弦波信号ｒ０及び模擬正弦波信号ｒ１を発生させる様子を図２により説明する。ノッチ周波数において、伝達要素９，１０，１１，１２を設定する時点での伝達特性が、利得：Ｘ、位相：−α（ｄｅｇ）であったとする（以降、この伝達特性を初期伝達特性と記す）。この場合、直交関数である参照余弦波信号と参照正弦波信号の合成を用いて初期伝達特性を模擬する模擬余弦波信号ｒ０及び模擬正弦波信号ｒ１を発生させるには、伝達要素９，１０，１１，１２の値を図２に示すように設定すればよいことは容易に理解できる。即ち、伝達要素９にはＣ０、伝達要素１０にはＣ１、伝達要素１１にはＣ０、伝達要素１２には（−Ｃ１）が設定される。
【００２５】
さて一般的には、従来の技術にも示したように、適応制御アルゴリズムとしては、最急降下法の一種であるＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムに基づいて適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１を更新する。この時、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０（ｎ＋１）及びＷ１（ｎ＋１）は次式で求められる。
【００２６】
Ｗ０（ｎ＋１）＝Ｗ０（ｎ）−μ・ｅ（ｎ）・ｒ０（ｎ） …（１）
Ｗ１（ｎ＋１）＝Ｗ１（ｎ）−μ・ｅ（ｎ）・ｒ１（ｎ） …（２）
但し、μは、ステップサイズパラメータである。
【００２７】
このようにして、再帰的に適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１は誤差信号ｅが小さくなるように、言い換えれば騒音抑制部であるマイクロフォン２４での騒音を減少させるように最適値に収束していく。
【００２８】
上記のＬＭＳアルゴリズムに基づいた一般的な手法は、伝達特性の変化が発生しない場合に有効である。例えば、現在の伝達特性が初期伝達特性から少しだけ変化し、利得：Ｘ’，位相：−α’（ｄｅｇ）なる時、第１の１タップ適応フィルタ５の出力がこの伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号（現在の音響伝達信号）を図3に示す。図3では、参照余弦波信号が入力される第1の１タップ適応フィルタ５からの出力信号を基準として表記している。これは、図2の模擬余弦波信号ｒ０との比較を容易にするためで、以降も同様な表記とする。図２と図3から分かるように、模擬参照信号ｒ０と現在の音響伝達信号の位相特性は少し変化しているがほぼ等しいと言える。このような環境下では、能動型騒音低減装置は安定的な騒音低減効果を発揮する。
【００２９】
しかし、実際に能動型騒音低減装置が使用される環境下においては、スピーカ２３及びマイクロフォン２４の特性が経時変化を発生したり、車室内の乗員数変化や窓の開閉等により伝達特性が大きく変化する場合が多い。この時、とりわけ位相特性が初期伝達特性から大きく変化する場合には安定的な適応制御が行われない。特に、現在の伝達特性の位相特性が初期伝達特性の位相特性から９０（ｄｅｇ）以上変化するような場合には、スピーカ２３より放射された２次騒音によりかえって騒音を増幅してしまい、適応ノッチフィルタ４が発散に陥る可能性が一層強くなる。例えば、現在の伝達特性が初期伝達特性から変化し、利得：Ｙ，位相：−β（ｄｅｇ）なる時、第１の１タップ適応フィルタ５の出力がこの伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号（現在の音響伝達信号）を図4に示す。図2と図４から分かるように、模擬参照信号ｒ０と現在の音響伝達信号の位相特性は大きく異なる。ここでは、現在の伝達特性の位相：−β（ｄｅｇ）は、初期伝達特性の位相：−α（ｄｅｇ）より９０（ｄｅｇ）以上特性が変化している。この様な環境下では、（１）式及び（２）式に示したＬＭＳアルゴリズムで適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１を更新すると、発散に陥る可能性が非常に強い。
【００３０】
そこで、現在の伝達特性が初期伝達特性から大きく変化する場合でも適応ノッチフィルタ４の動作を安定的に保ち、発散等の異常動作を抑制する必要がある。
【００３１】
本実施の形態１は、適応ノッチフィルタ４の出力が初期伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号を数値演算的に発生させ、これを補正信号とする。この補正信号とマイクロフォン２４の出力信号を加算した信号を適応制御アルゴリズムに使用する。これにより、伝達特性の変化、特に安定性に対する影響の大きい位相特性の変化を演算的に減少させ、適応ノッチフィルタ４の発散を抑制して安定的な騒音低減効果を得るものである。
【００３２】
上記補正信号を発生させるための補正信号発生手段は、伝達要素２５，２６，２７，２８と加算器２９，３０，３３と係数乗算器３１，３２とから構成される。まず、ノッチ周波数における初期伝達特性を模擬したＣ０を有する伝達要素２５に参照余弦波信号を入力し、同じくＣ１を有する伝達要素２６に参照正弦波信号を入力し、伝達要素２５と伝達要素２６の出力信号を加算器２９にて加算する。
【００３３】
さらに、この加算器２９の出力信号と適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０を、係数乗算器３１で乗算して補正余弦波信号ｇ０を発生させる。同様に、初期伝達特性を模擬したＣ０を有する伝達要素２７に参照正弦波信号を入力し、同じく（−Ｃ１）を有する伝達要素２８に参照余弦波信号を入力し、伝達要素２７と伝達要素２８の出力信号を加算器３０にて加算する。さらに、この加算器３０の出力信号と適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ１を係数乗算器３２で乗算して補正正弦波信号ｇ１を発生させる。上記補正余弦波信号ｇ０と補正正弦波信号ｇ１を加算器３３で加算することで補正信号ｈを得る。ここで、この補正信号ｈは、適応ノッチフィルタ４の出力が初期伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号を数値演算的に求めたものである。また、同じく補正余弦波信号ｇ０は、第１の１タップ適応フィルタ５の出力が初期伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号と等価であり、同じく補正正弦波信号ｇ１は、第２の１タップ適応フィルタ６の出力が初期伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号と等価である。
【００３４】
次に、この補正信号ｈとマイクロフォン２４の出力信号（誤差信号ｅ）とを加算器３４で加算した信号を適応制御アルゴリズム演算器１５及び１６に入力し、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１を更新するための適応制御アルゴリズムに使用する。
【００３５】
補正信号ｈと誤差信号ｅとを加算した信号を補正誤差信号ｅ’とした場合、この補正誤差信号ｅ’は次式で表される。
【００３６】
ｅ’（ｎ）＝ｅ（ｎ）＋ｈ（ｎ） …（３）
この補正誤差信号ｅ’と模擬余弦波信号ｒ０及び模擬正弦波信号ｒ１をＬＭＳアルゴリズムに適用した場合、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０（ｎ＋１）及びＷ１（ｎ＋１）は次式で求められる。
【００３７】
Ｗ０（ｎ＋１）＝Ｗ０（ｎ）−μ・ｅ’（ｎ）・ｒ０（ｎ） …（４）
Ｗ１（ｎ＋１）＝Ｗ１（ｎ）−μ・ｅ’（ｎ）・ｒ１（ｎ） …（５）
但し、μは、ステップサイズパラメータである。
【００３８】
このようにして、再帰的に適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１は誤差信号ｅ’が小さくなるように、言い換えれば騒音抑制部であるマイクロフォン２４での騒音を減少させるように最適値に収束していく。ここで、補正信号ｈがＬＭＳアルゴリズムに使用されるということは、補正余弦波信号ｇ０が第１の１タップ適応フィルタ５のフィルタ係数Ｗ０を更新するために使用され、同じく補正正弦波信号ｇ１が第２の１タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ１を更新するために使用されるということである。このことは、（４）式及び（５）式より理解される。
【００３９】
さて、（３）式に示した補正誤差信号ｅ’を適応制御アルゴリズムに使用する場合について、図５及び図６を用いて説明する。まず、一例として、現在の伝達特性が初期伝達特性から全く変化せず、利得：Ｘ，位相：−α（ｄｅｇ）なる時、第１の１タップ適応フィルタ５の出力がこの伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号（現在の音響伝達信号）と補正余弦波信号ｇ０、さらにこの２つの信号の加算信号を図5に示す。図2と図5から分かるように、模擬余弦波信号ｒ０とこの加算信号は位相特性が等しい。よって、現在の伝達特性のが初期伝達特性から全く変化をしていない場合、この加算信号を適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０を更新する適応制御アルゴリズムに使用しても、（１）式及び（２）式に示した一般的なＬＭＳアルゴリズムと同様に、能動型騒音低減装置は安定的な騒音低減効果を発揮することができる。
【００４０】
しかし、上記（４）式及び（５）式に示したＬＭＳアルゴリズムは、補正誤差信号ｅ’をゼロにするように動作するため、騒音低減効果量は（１）式及び（２）式に示した一般的なＬＭＳアルゴリズムより減少する傾向にある。このことを以下に説明する。ここでは上記と同様に、現在の伝達特性が初期伝達特性から全く変化していないとする。エンジン２１からの課題となる騒音をＮとすると、誤差信号ｅは適応ノッチフィルタ４の出力が現在の伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号と騒音Ｎとの和となる。さらに、この場合、適応ノッチフィルタ４の出力が現在の伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号は数値演算的に発生させた補正信号ｈと等しいので、
ｅ（ｎ）＝Ｎ（ｎ）＋ｈ（ｎ） …（６）
となる。よって、

と表せる。（４）式及び（５）式に示したＬＭＳアルゴリズムはこのｅ’（ｎ）をゼロにするように動作するので、
Ｎ（ｎ）＋２・ｈ（ｎ）＝０ …（９）
∴ｈ（ｎ）＝−Ｎ（ｎ）／２ …（１０）
となる。
【００４１】
（１０）式は、適応ノッチフィルタ４の出力が現在の伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号が騒音Nと逆位相であり、且つその振幅が騒音Nの１／２であることを示している。つまり、騒音抑制部であるマイクロフォン２４において、課題となる騒音を最大でも半分にしか低減しないということを意味している。これは、騒音低減効果量という面から見ると効果が減少していることとなるが、実際に車両等に能動型騒音低減装置を搭載する場合には有効な手段となる。
【００４２】
その理由を以下に説明する。実際の使用環境では、マイクロフォン２４は乗員の耳位置から離れた場所、例えばインパネの裏側やシート下等に配置されることが多い。そして、これらの場所での騒音の音圧レベルは乗員の耳位置での騒音の音圧レベルよりも圧倒的に大きいことが多い。このような場合、（１）式及び（２）式に示した一般的なＬＭＳアルゴリズムでマイクロフォン２４の位置での騒音をゼロにしようとすると、乗員の耳位置では過補償となってしまい、騒音低減効果が少なくなったり、かえって騒音を増加させてしまう。
【００４３】
しかし、（４）式及び（５）式に示したＬＭＳアルゴリズムでは、マイクロフォン２４の位置では騒音がゼロにならないものの、このことにより過補償が抑制されるため、乗員の耳位置では充分な騒音低減効果を得ることができるようになる。
【００４４】
次に、一例として、現在の伝達特性が初期伝達特性から変化し、利得：Ｙ，位相：−β（ｄｅｇ）なる時、第１の１タップ適応フィルタ５の出力がこの伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号（現在の音響伝達信号）と補正余弦波信号ｇ０、さらにこの２つの信号の加算信号を図６に示す。図2と図６から分かるように、模擬参照信号ｒ０と現在の音響伝達信号の位相特性は大きく異なる。ここでは、現在の伝達特性の位相：−β（ｄｅｇ）は、初期伝達特性の位相：−α（ｄｅｇ）より９０（ｄｅｇ）以上特性が変化している。
【００４５】
このような環境下では、（１）式及び（２）式に示した一般的なＬＭＳアルゴリズムを用いると適応ノッチフィルタ４が発散に陥る可能性が強い。ここで、補正余弦波信号ｇ０と現在の音響伝達信号の加算信号に着目する。図2と図６より、この加算信号の位相：−γ（ｄｅｇ）は、現在の音響伝達信号の位相：−β（ｄｅｇ）と比較すると、模擬余弦波信号ｒ０の位相：−α（ｄｅｇ）に大幅に近づいていることがわかる。
【００４６】
よって、この加算信号を適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０を更新する適応制御アルゴリズムに使用することで、制御の安定性が大幅に向上する。適応制御アルゴリズムから見ると、実際には９０（ｄｅｇ）以上ある現在の伝達特性と初期伝達特性の位相差が、補正余弦波信号ｇ０と現在の音響伝達信号の加算信号を用いることで９０（ｄｅｇ）以下に改善されるため、発散に陥る危険性が大幅に解消される。よって、このように現在の伝達特性が初期伝達特性から大きく変化する場合でも、能動型騒音低減装置は安定的な騒音低減効果を発揮することが可能となる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１に示す能動型騒音低減装置は、適応ノッチフィルタの出力が初期伝達特性でマイクロフォンへ音響伝達される信号を数値演算的に発生させ、この信号とマイクロフォンの出力信号を加算した信号を適応制御アルゴリズムに使用することで過補償が抑制されるとともに、初期伝達特性からの特性の変化を適応アルゴリズムが吸収するように作用するので、発散を抑制して安定的な騒音低減効果を得ることができるという効果を奏する。
【００４８】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、補正信号ｈとマイクロフォン２４からの出力信号（誤差信号ｅ）の加算信号を適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１を更新する適応制御アルゴリズムに用いることで、過補償が抑制されるとともに制御の安定性が向上することを述べた。本実施の形態２では、さらに過補償の抑制量を調整する手法について説明する。
【００４９】
図７は、本実施の形態２における能動型騒音低減装置の構成をブロック図として示す。なお、上記実施の形態１において示した能動型騒音低減装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００５０】
図７において、図１との相違点は補正信号発生手段に係数乗算器３５が加わったことのみである。ここで、加算器３３の出力信号である補正信号ｈは係数乗算器３５に入力され、係数Ｋが乗じられる。この係数乗算器３５の出力信号Ｋ・ｈとマイクロフォン２４の出力信号（誤差信号ｅ）を加算器３４で加算した信号を適応制御アルゴリズム演算器１５及び１６に入力し、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１を更新するための適応制御アルゴリズムに使用する。
【００５１】
係数乗算器３５で係数Ｋが乗じられた補正信号Ｋ・ｈを新たな補正信号とし、誤差信号ｅとを加算した信号を新たな補正誤差信号ｅ’とした場合、この補正誤差信号ｅ’は次式で表される。
【００５２】
ｅ’（ｎ）＝ｅ（ｎ）＋Ｋ・ｈ（ｎ） …（１１）
この新たな補正誤差信号ｅ’と模擬余弦波信号ｒ０及び模擬正弦波信号ｒ１を上記（４）式及び（５）式に示したＬＭＳアルゴリズムに適用し、誤差信号ｅ’が小さくなるように適応ノッチフィルタ４の係数Ｗ０及びＷ１を最適値に収束させてマイクロフォン２４での騒音を減少させる。ここで、新たな補正信号Ｋ・ｈがＬＭＳアルゴリズムに使用されるということは、補正余弦波信号ｇ０に係数Ｋを乗じたＫ・ｇ０が第１の１タップ適応フィルタ５のフィルタ係数Ｗ０を更新するために使用され、同じく補正正弦波信号に係数Ｋを乗じたＫ・ｇ１が第２の１タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ１を更新するために使用されるということである。これは（４）式及び（５）式より理解できる。
【００５３】
さて、この時の騒音低減効果量について説明する。ここでは実施の形態１と同様に、現在の伝達特性が初期伝達特性と全く変化していない場合を考える。エンジン２１からの課題となる騒音をＮとすると、（６）式と（１１）式より、

と表せる。（４）式及び（５）式に示したＬＭＳアルゴリズムはこのｅ’（ｎ）をゼロにするように動作するので、
Ｎ（ｎ）＋（１＋Ｋ）・ｈ（ｎ）＝０ …（１４）
∴ｈ（ｎ）＝−Ｎ（ｎ）／（１＋Ｋ） …（１５）
となる。
【００５４】
（１５）式は、適応ノッチフィルタ４の出力が現在の伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達される信号が騒音Nと逆位相であり、且つその振幅が騒音Nの１／（１＋Ｋ）であることを示している。つまり、係数乗算器３５の係数Ｋを調整することで、騒音抑制部であるマイクロフォン２４における騒音低減効果量を制御できることを意味している。即ち、マイクロフォン２４が配置された場所の騒音の音圧レベルと乗員の耳位置での騒音の音圧レベルとのレベル差に応じて係数Ｋの値を調整することで、過補償をより最適に抑制することができるようになる。また、現在の伝達特性と初期伝達特性の変化の割合に応じて係数Ｋの値を調整することで、制御の安定性をより最適にすることが可能となる。
【００５５】
このことを図８により説明する。例えば、現在の伝達特性が初期伝達特性から少しだけ変化し、利得：Ｘ’，位相：−α’（ｄｅｇ）なる時、第１の１タップ適応フィルタ５の出力がこの伝達特性でマイクロフォン２４へ音響伝達された信号（現在の音響伝達信号）と係数Ｋが乗じられた補正余弦波信号Ｋ・ｇ０、さらにこの２つの信号の加算信号を示す。ここでは係数Ｋの値を１以下の値に設定している。これにより、この加算信号の利得：Ｚで過補償の抑制量をより最適に調整するとともに、−α’（ｄｅｇ）に変化してしまった位相特性を−γ（ｄｅｇ）に修正して安定性を向上させることが可能となる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態２に示す能動型騒音低減装置は、補正信号ｈに係数Ｋを乗じた信号とマイクロフォン２４の出力信号（誤差信号ｅ）を加算した信号を適応制御アルゴリズムに使用することで、現在の伝達特性が初期伝達特性から変化した割合や、マイクロフォン２４の位置と乗員の耳位置での騒音レベルの差に応じ、より最適な補正信号を発生できるので、より安定性が向上した理想的な騒音低減効果を得ることができるという効果を奏する。
【００５７】
（実施の形態３）
図９は、本実施の形態３における能動型騒音低減装置の構成をブロック図として示す。なお、上記実施の形態１または実施の形態２において示した能動型騒音低減装置と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００５８】
図９において、図７との相違点は、補正信号発生手段に出力制御部３６が加わったことのみである。ここで、係数乗算器３５の出力信号Ｋ・ｈは出力制御部３６に入力される。この出力制御部３６は、所定時間過去（例えば、フィルタ係数更新２０回前）から現在まで、第1の1タップ適応フィルタ５のフィルタ係数Ｗ０が更新される毎にその値を記憶する記憶領域を備え、その変化量の累積値を演算する。また、同じく所定時間過去（例えば係数更新２０回前）から現在まで、第２の1タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ１が更新される毎にその値を記憶する記憶領域を備え、その変化量の累積値を演算する。そして、これらの累積値のうち、少なくともどちらか一方が設定した閾値を超えた場合のみ、入力された係数乗算器３５の出力信号Ｋ・ｈを出力させる。これらは離散演算処理装置１７において、メモリとプログラムにより実現される。
【００５９】
実際に車両等に能動型騒音低減装置を搭載する場合、荒れた路面を走行する時や窓の開放する時、適応制御アルゴリズムが外部雑音の影響を受けて制御が不安定になる。例えば、マイクロフォン２４を乗員の耳位置に近い車室内に設けた場合、路面からの走行騒音や窓から車室内に入る風圧、風切り音等の外部雑音の影響を大きく受ける。この時、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１は大きく変動し、最悪の場合、発散状態に陥ることもある。そこで、出力制御部３６を設け、所定時間過去から現在までの、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１の変化量の累積値を監視する。これにより、適応ノッチフィルタ４の挙動を的確に捉えることができる。これらの累積値のうち、少なくともどちらか一方が設定した閾値を超える場合には、外部雑音の影響を受けて適応制御が不安定になっていると判断し、補正信号を適応制御アルゴリズムに使用して安定性を向上させる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態３に示す能動型騒音低減装置は、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１の変化量の累積値を監視し、その値が閾値を越えた場合のみ補正信号を適応制御アルゴリズムに加えることにより、外部からの雑音の混入が著しい環境下でも、発散を抑制しながら安定且つ理想的な騒音低減効果を得ることができるという効果を奏する。
【００６１】
なお、本実施の形態３で示した出力制御部３６は、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１における、それぞれの所定時間過去から現在までの変化量の累積値を用いる場合を示した。しかしこれは、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１における、それぞれの現在の値と所定時間過去の値との変化量を用いても構わない。この場合、出力制御部３６は、所定時間過去（例えば、フィルタ係数更新２０回前）から現在まで、第1の1タップ適応フィルタ５のフィルタ係数Ｗ０が更新される毎にその値を記憶する記憶領域を備え、所定時間過去の値と現在の値との変化量を演算する。また、同じく所定時間過去（例えば係数更新２０回前）から現在まで、第２の1タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ１が更新される毎にその値を記憶する記憶領域を備え、所定時間過去の値と現在の値との変化量を演算する。そして、これらの変化量のうち、少なくともどちらか一方が設定した閾値を超えた場合のみ、入力された係数乗算器３５の出力信号Ｋ・ｈを出力させる。この場合、上記実施の形態3の効果に加え、適応ノッチフィルタ４のフィルタ係数Ｗ０及びＷ１の挙動をより簡易的に捉えることができ、演算アルゴリズムも簡素化できるため演算処理装置１７のプログラムの作成が容易になるという効果を奏する。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明のように本発明によれば、適応ノッチフィルタの出力が初期伝達特性でマイクロフォンへ音響伝達される信号を数値演算的に発生させ、この信号とマイクロフォンの出力信号を加算した信号を適応制御アルゴリズムに使用することで、現在の伝達特性が初期伝達特性から著しく変化した場合や、外部からの雑音の混入で適応ノッチフィルタのフィルタ係数が大きく変動する場合でも、適応アルゴリズムが安定性を向上するように作用して発散を抑制するとともに、乗員の耳位置における過補償を抑制して理想的な騒音低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る能動型騒音低減装置の構成を示すブロック図
【図２】同実施の模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号の発生を示す図
【図３】同実施の現在の音響伝達信号（利得：Ｘ’，位相：−α’）を示す図
【図４】同実施の現在の音響伝達信号（利得：Ｙ，位相：−β）を示す図
【図５】同実施の現在の音響伝達信号（利得：Ｘ，位相：−α）及び補正余弦波信号、この２つの信号の加算信号を示す図
【図６】同実施の現在の音響伝達信号（利得：Ｙ，位相：−β）及び補正余弦波信号、この２つの信号の加算信号を示す図
【図７】同実施の形態２に係る能動型騒音低減装置の構成を示すブロック図
【図８】同実施の現在の音響伝達信号（利得：Ｘ’，位相：−α’）及び係数が乗じられた補正余弦波信号、この２つの信号の加算信号を示す図
【図９】同実施の形態３に係る能動騒音低減装置の構成を示すブロック図
【図１０】従来の能動騒音低減装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 波形整形器
２ 余弦波発生器
３ 正弦波発生器
４ 適応ノッチフィルタ
５ 第１の１タップ適応フィルタ
６ 第２の１タップ適応フィルタ
７ 加算器
９，１０，１１，１２ 伝達要素（模擬信号発生手段）
１５，１６ 適応制御アルゴリズム演算器
１７ 離散信号処理装置
２１ エンジン
２２ 電力増幅器（２次騒音発生手段）
２３ スピーカ（２次騒音発生手段）
２４ マイクロフォン（残留信号検出手段）
２５，２６，２７，２８ 伝達要素（補正信号発生手段）
３１，３２ 係数乗算器（補正信号発生手段）

Claims (4)

1. エンジン等の騒音源から発生した周期性を有する課題となる騒音の周波数に同期した余弦波信号を発生する余弦波発生器と、同じく前記課題となる騒音の周波数に同期した正弦波信号を発生する正弦波発生器と、前記余弦波発生器からの出力信号である参照余弦波信号が入力される第１の１タップ適応フィルタと、同じく前記正弦波発生器からの出力信号である参照正弦波信号が入力される第２の１タップ適応フィルタと、前記第１の１タップ適応フィルタからの出力信号と前記第２の１タップ適応フィルタからの出力信号を加算する加算器と、この加算器からの出力信号によって駆動され前記課題となる騒音を打ち消す２次騒音を発生する２次騒音発生手段と、前記２次騒音と前記課題となる騒音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出手段と、前記参照余弦波信号及び前記参照正弦波信号が入力され前記２次騒音発生手段から前記残留信号検出手段までの間の伝達特性を模擬した特性で補正した模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を出力する模擬信号発生手段と、前記加算器からの出力信号と同一の信号を前記２次騒音発生手段から前記残留信号検出手段までの間の伝達特性を模擬した特性で補正した補正信号を出力する補正信号発生手段とを備え、前記残留信号検出手段からの出力信号と前記補正信号とを加算した信号と前記模擬信号発生手段からの出力信号とで前記第１の１タップ適応フィルタ及び前記第２の１タップ適応フィルタのフィルタ係数を更新することによって前記残留信号検出手段の位置での前記課題となる騒音を減少させることを特徴とする能動型騒音低減装置。
2. 補正信号発生手段は、加算器からの出力信号と同一の信号を２次騒音発生手段から残留信号検出手段までの間の伝達特性を模擬した特性に所定の定数を乗算した特性で補正した補正信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の能動型騒音低減装置。
3. 補正信号発生手段は、第１の１タップ適応フィルタ及び第２の１タップ適応フィルタのそれぞれの所定時間過去から現在までのフィルタ係数更新毎の変化量の累積値の少なくとも一方が所定値以上の場合に補正信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の能動型騒音低減装置。
4. 補正信号発生手段は、第１の１タップ適応フィルタ及び第２の１タップ適応フィルタのそれぞれの現在の値と所定の時間過去の値との変化量の少なくとも一方が所定値以上の場合に補正信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の能動型騒音低減装置。

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