JP4802929B2 - 能動騒音低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両などの空間において、適応ノッチフィルタを用いて車室内の騒音を能動的に低減する能動型騒音低減装置に関するものである。

車室内の騒音を低減するために、騒音と逆位相の制御音をスピーカより発生させて干渉を起こす事によって騒音を低減する能動騒音制御が実用化されており、車室内だけでなく、空調機のファン騒音の低減などにも実用可能である。

従来の１タップ式能動騒音低減装置は、例えば特許文献１のようなものがある。
特開２００４−３６１７２１号公報

図８は、従来の適応ノッチフィルタを用いた１タップ式能動騒音低減装置の構成を概念図で示したものである。

従来の１タップ式能動騒音低減装置では、記憶装置に予め格納された一周期の正弦波信号を、前回処理時に参照したデータから制御周波数の値だけ離れたデータを読み出す事で、参照余弦波信号および参照正弦波信号を生成する。

そのため、制御周波数の算出結果が小数点以下の数を含んでいた場合、その周波数算出結果に最も近い整数で近似した値を制御周波数として、参照正弦波信号および参照余弦波信号を生成していたので、実際に制御すべき周波数と参照信号の周波数に誤差が生じるという課題があった。

また、制御周波数算出結果が小数点以下の数を含んでいた場合、その周波数算出結果に最も近い整数の周波数に近似せず、整数のｘ倍の精度で正弦波参照信号及び余弦波参照信号を生成するためには、予め記憶装置に格納される一周期の正弦波信号の要素数は、基準動作周期の逆数のｘ倍の要素数が必要となるため、記憶装置の領域が占有されてしまうという課題があった。

本発明は、予め記憶装置に格納される一周期の正弦波信号の要素数を増加させる事なく、整数のｘ倍精度の周波数を持つ第１適応ノッチフィルタ及び第２適応ノッチフィルタにそれぞれに入力される余弦波信号および正弦波信号を生成し、制御対象となる振動騒音の制御周波数と、余弦波参照信号および正弦波参照信号の周波数との誤差を少なくし、精度の高い消音効果を有する能動騒音低減装置を実現する事を目的とする。

本発明の能動騒音低減装置は、振動騒音源から発生する周期性を有する振動騒音を能動的に打ち消すための能動騒音低減動作を周期時間ごとに行うために動作周期を生成する動作周期生成手段と、一周期分の正弦波信号が基準動作周期の逆数と同数の要素数で構成されたデータとして格納された記憶装置と、前記周期性を有する振動騒音に同期した信号から制御対象となる振動騒音の周波数を算出し、制御周波数を出力する制御周波数算出手段と、この制御周波数算出手段の出力が入力されるとともに、前記記憶装置に格納された前記データを前記動作周期毎に読み出すことによって、正弦波参照信号と余弦波参照信号を生成する参照信号生成手段と、前記正弦波参照信号が入力される第１の適応ノッチフィルタと、前記余弦波参照信号が入力される第２の適応ノッチフィルタと、前記第１の適応ノッチフィルタから出力される余弦波制御信号と前記第２の適応ノッチフィルタから出力される正弦波制御信号を加算する加算器と、前記加算器からの出力信号によって駆動され前記制御対象となる振動騒音を相殺する消音波を発生する消音波出力手段と、前記制御対象となる振動騒音と前記消音波との加算値を検出し誤差信号として出力する誤差信号検出手段と、前記正弦波参照信号及び前記余弦波参照信号が入力され、前記消音波出力手段から前記誤差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正弦波模擬信号及び余弦波模擬信号を出力する模擬信号生成手段と、前記誤差信号と前記模擬信号生成手段からの出力信号に基づいて前記誤差信号が最小となるように前記第１の適応ノッチフィルタ及び前記第２の適応ノッチフィルタのフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新手段とを備えており、前記参照信号生成手段では、前記制御周波数の小数点以下の値を除いた整数値を算出するとともに、前回読み出したデータから数えて、前記整数値の個数だけ離れたデータを前記記憶装置から読み出すとともに、前記動作周期生成手段では、前記制御周波数が整数値でない場合に前記基準動作周期の値を基準にして動作周期を変化させるものである。

また、動作周期生成手段は、制御周波数算出手段が算出した制御周波数が整数値でない場合に、前記制御周波数の値と前記制御周波数の小数点以下の値を除いた整数値の比に比例して基準動作周期を変更した値を動作周期として生成することを特徴とする。

上記のように、制御周波数が整数でない場合でも、制御周波数の値と制御周波数の小数点以下の値を除いた整数値の比に比例して動作周期を変更することにより、実際に算出された制御周波数と参照信号の誤差が少なくなり、精度の高い参照信号の生成が実現できるため、より消音性能の高い能動騒音制御装置の実現が可能となる。

以下、本発明にかかる能動騒音制御装置を、実施の一形態によって説明する。

図１は本発明の実施の一形態にかかる能動騒音制御装置の構成をブロック図で示したものである。

本発明の実施の一形態にかかる能動騒音低減装置では、車室内の主騒音であるエンジンのこもり音を低減する場合を例に説明する。

本能動騒音低減装置は、エンジン出力軸の回転をエンジンパルスとして検出し、制御周波数算出手段により、課題となるエンジンこもり音の周波数を算出する。

制御周波数算出手段で算出された周波数は参照信号生成手段に入力され、能動騒音低減装置の動作周期と、算出された制御周波数を基に、予め記憶装置に格納された一周期の正弦波から、１３ａで示す余弦波発生器および１３ｂで示す正弦波発生器により参照余弦波信号および参照正弦波信号を生成する。

ここで、正弦波発生器１３ｂは、能動騒音低減装置の動作周期毎に、予め記憶装置に格納された一周期の正弦波信号を、前回動作時に検出したデータから、算出した制御周波数の小数部分を取り除いた値だけ離れたデータを読み出す事により、課題となるエンジンこもり音の周波数を有する参照正弦波信号を生成する。

また、同様に、余弦波発生器１３ａは、参照正弦波信号が読み取る記憶装置のデータから、記憶装置中の正弦波信号の、１／４周期ずらしたデータを読み取る事で、課題となるエンジンこもり音の周波数を有する参照余弦波信号を生成する。

図３に、動作周期の逆数（サンプリング周波数）が３０００［Ｈｚ］の場合の、予め記憶装置に格納される一周期の正弦波を示す。

図３に示されるように、記憶装置に格納される一周期の正弦波は、基準となるサンプリング周波数と同数の要素数によって構成される。

余弦波発生器から出力される余弦波参照信号は、第１適応ノッチフィルタ１７ａおよび、消音波出力手段から誤差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余弦波模擬信号を出力する模擬信号生成手段１５ａに入力される。

同様に、正弦波発生器から出力させる正弦波参照信号は、第２適応ノッチフィルタ１７ｂおよび、模擬信号生成手段１５ｂに入力される。第１適応フィルタおよび第２適応フィルタに入力された余弦波参照信号および正弦波参照信号は、それぞれの適応フィルタのフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新手段１６ａおよび１６ｂにより更新された適応フィルタ係数で補正され、余弦波制御信号および正弦波制御信号として出力され、加算器により加算される。

加算器によって加算された余弦波制御信号および正弦波制御信号は、課題となる発生振動騒音を打ち消すための消音波として、消音波出力手段としてのスピーカ１８から出力される。

一方、車室内には、発生振動騒音と消音波の和を、車室内の残留騒音として検出し、誤差信号として出力する誤差検出手段としてのマイクロフォンが設けられており、マイクロフォンの出力は第１適応ノッチフィルタおよび第２適応ノッチフィルタの係数更新を行うそれぞれのフィルタ係数更新手段１６ａおよび１６ｂに入力される。

ここで、第１適応ノッチフィルタのフィルタ係数および第２適応ノッチフィルタのフィルタ係数を逐次更新する係数更新手段は、ＬＭＳアルゴリズム（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）によって次式に基づいて更新される。

Ｗｃ（ｎ＋１）＝Ｗｃ（ｎ）＋μ・ｅ・Ｃ０＾・Ｃｏｓ（ω・ｔ（ｎ））・・・（１）
Ｗｓ（ｎ＋１）＝Ｗｓ（ｎ）＋μ・ｅ・Ｃ１＾・Ｓｉｎ（ω・ｔ（ｎ））・・・（２）
ここで、Ｗｃ、Ｗｓは第１適応ノッチフィルタおよび第２適応ノッチフィルタのフィルタ係数、μは適応演算のステップを決定するステップサイズパラメータ、ｅは誤差信号検出手段としてのマイクロフォンから出力される誤差信号、Ｃ０、Ｃ１はスピーカからマイクロフォンまでの間の伝達特性を模擬した特性で補正するための正弦波模擬特性値および余弦波模擬特性値、ωは参照信号周波数である。

また、本発明の能動騒音低減装置において、余弦補正値および正弦補正値は基準信号の周波数に対応して予め記憶装置に格納されていて、基準信号の周波数に対応して読み出される。

読み出された余弦補正値および正弦補正値と基準余弦波信号および基準正弦波信号とが乗算され、乗算結果が加算されて参照信号を得る事が出来る。

また、本発明にかかる能動騒音低減装置において、記憶手段に格納される同一周波数の基準信号に対する余弦補正値および正弦補正値は、振動伝達特性中の予め定めた周波数の測定ゲインを予め定めた所定値に補正し、補正したゲインと測定位相特性とに基づいて求めた値とする。

さらにまた、本発明にかかる能動騒音低減装置は、制御周波数算出手段が算出した制御周波数が整数値でない場合に、記憶装置に予め格納された一周期の正弦波信号を、前回処理時に参照したデータから制御周波数の小数点以下の数値を除いた整数値だけ離れたデータを読み出し、かつ制御周波数の値と、制御周波数の小数点以下の値を除いた整数値の比に比例して基準動作周期を変更した値を動作周期として生成する事で、記憶装置に格納される一周期の正弦波の要素数を増やすことなく、整数のｘ倍の精度の周波数成分を持つ参照信号の生成が可能となる。

例えば、能動騒音低減装置のサンプリング周波数が３０００Ｈｚでの動作時に、制御周波数算出手段が１００．１Ｈｚを認識した場合を例にとって説明する。

従来の適応ノッチフィルタを用いた１タップ式の能動騒音低減装置では、制御周波数算出手段の算出結果が１００．１であった場合、最も近い整数、すなわちこの場合は１００に近似し、記憶装置に予め格納した一周期の正弦波信号中の、前回処理時に参照したデータから１００だけ離れたデータを読み出す、という動作を３０００Ｈｚで繰り返す事で図４に示すような１００Ｈｚの参照信号を生成していた。

図５は図４に示す参照信号のスペクトルを示したものであり、参照信号周波数が１００Ｈｚで生成されている事を示している。

本発明における能動騒音低減装置では、制御周波数算出手段の算出結果が１００．１であった場合、最も近い整数、すなわちこの場合は１００に近似し、記憶装置に予め格納した一周期の正弦波信号中の、前回処理時に参照したデータから１００だけ離れたデータを読み出し、かつ制御周波数の値と、制御周波数の小数点以下の値を除いた整数値の比に比例して基準動作周期を変更した値を動作周期として生成する。

すなわち、
３０００×１００．１／１００＝３００３［Ｈｚ］ ・・・（３）
を新たなサンプリング周波数として、上記動作を繰り返す事によって図６のような１００．１Ｈｚの参照信号を生成する。

図７は図６に示す参照信号のスペクトルを示したものであり、参照信号周波数が１００．１Ｈｚで生成されている事を示している。

この様に、記憶装置に格納される一周期の正弦波の要素数を増やすことなく、整数の１０倍の精度で参照信号が生成される。

式（３）を一般的に記述すると、算出した制御周波数をｆ、ｆの小数点を除いた整数部分をｆｉ、基準となるサンプリング周波数をｆｓ、新たなサンプリング周波数をｆｓ’とすると、
ｆｓ’＝ｆｓ×ｆ／ｆｉ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
となる。

上記のように、記憶装置に格納される一周期の正弦波の要素数を増やすことなく、整数のｘ倍の精度の周波数成分を持つ参照信号の生成が可能となる。

本発明による能動騒音低減装置を車室内に適用した場合の例を、図２に模式的に示す。能動騒音低減装置２０はマイクロコンピュータなどの、演算処理を行うＣＰＵや、周辺ディジタル回路、入出力Ｉ／Ｆ回路、フィルタ回路などで構成され、車内に設置される。エンジンパルスはエンジンＥＣＵ２１から取得し、騒音を打ち消す消音波は予め自動車に備え付けられたスピーカ３０から出力され、車室内の振動騒音と消音波の和を、天井に取り付けられたマイクロフォン２８により検出し、上記のように車内の騒音を精度よく、能動的に低減する。

本発明の能動騒音低減装置は、制御すべき騒音周波数と、消音波の周波数の誤差が少なくなるため、より高い消音性能を有する能動騒音低減装置が実現できる。

さらに、安価でかつシステム構築が容易なマイクロコンピュータなどを用いて実現可能であるため、車両への適用や、マンション、オフィス等の居住空間での空調機や印刷機のファン騒音の低減などへの適用が期待できる。

本発明の実施の形態による能動騒音低減装置の構成を示す概念図 本発明の実施の形態において能動騒音低減装置を車両に適用した場合の一例によるブロック図 本発明の実施の形態による予め記憶装置に格納されている一周期の正弦波信号を示す図 本発明の実施の形態による制御周波数が整数（１００Ｈｚ）である場合の参照正弦波信号の例を示す図 本発明の実施の形態による制御周波数が整数（１００Ｈｚ）である場合の参照正弦波信号のスペクトル図 本発明の実施の形態による制御周波数が小数を含む（１００．１Ｈｚ）場合に動作周期を変化させた場合の参照正弦波信号の例を示す図 本発明の実施の形態による制御周波数が小数を含む（１００．１Ｈｚ）場合に動作周期を変化させた場合の参照正弦波信号のスペクトル図 特許文献１の能動騒音低減装置の動作を模式的に示した概念図

符号の説明

１０ 能動騒音低減装置
１１ 制御周波数算出手段
１２ 動作周期生成手段
１３ 参照信号生成手段
１３ａ 余弦波発生器
１３ｂ 正弦波発生器
１４ 記憶装置
１５ａ 余弦波信号の模擬信号生成手段
１５ｂ 正弦波信号の模擬信号生成手段
１６ａ 第１適応ノッチフィルタのフィルタ係数更新手段
１６ｂ 第２適応ノッチフィルタのフィルタ係数更新手段
１７ａ 第１適応ノッチフィルタ
１７ｂ 第２適応ノッチフィルタ
１８ 消音波出力手段
１９ 誤差信号検出手段
２０ 車両に適用した場合の能動騒音低減装置
２１ エンジンＥＣＵ
２２ 制御周波数算出手段
２３ 動作周期生成手段
２４ 参照信号生成手段
２５ 模擬信号生成手段
２６ 適応ノッチフィルタ
２７ 係数更新手段
２８ マイクロフォン
２９ 車両
３１ 制御周波数算出手段
３２ 参照信号生成手段
３２ａ 余弦波発生器
３２ｂ 正弦波発生器
３３ 記憶装置
３４ａ 余弦波信号の模擬信号生成手段
３４ｂ 正弦波信号の模擬信号生成手段
３５ａ 第１適応ノッチフィルタのフィルタ係数更新手段
３５ｂ 第２適応ノッチフィルタのフィルタ係数更新手段
３６ａ 第１適応ノッチフィルタ
３６ｂ 第２適応ノッチフィルタ
３７ 消音波出力手段
３８ 誤差信号検出手段

Claims (2)

1. 振動騒音源から発生する周期性を有する振動騒音を能動的に打ち消すための能動騒音低減動作を周期時間ごとに行うために動作周期を生成する動作周期生成手段と、
   一周期分の正弦波信号が基準動作周期の逆数と同数の要素数で構成されたデータとして格納された記憶装置と
   前記周期性を有する振動騒音に同期した信号から制御対象となる振動騒音の周波数を算出し、制御周波数を出力する制御周波数算出手段と、
   この制御周波数算出手段の出力が入力されるとともに、前記記憶装置に格納された前記データを前記動作周期毎に読み出すことによって、正弦波参照信号と余弦波参照信号を生成する参照信号生成手段と、
   前記正弦波参照信号が入力される第１の適応ノッチフィルタと、
   前記余弦波参照信号が入力される第２の適応ノッチフィルタと、
   前記第１の適応ノッチフィルタから出力される余弦波制御信号と前記第２の適応ノッチフィルタから出力される正弦波制御信号を加算する加算器と、
   前記加算器からの出力信号によって駆動され前記制御対象となる振動騒音を相殺する消音波を発生する消音波出力手段と、
   前記制御対象となる振動騒音と前記消音波との加算値を検出し誤差信号として出力する誤差信号検出手段と、
   前記正弦波参照信号及び前記余弦波参照信号が入力され、前記消音波出力手段から前記誤差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正弦波模擬信号及び余弦波模擬信号を出力する模擬信号生成手段と、
   前記誤差信号と前記模擬信号生成手段からの出力信号に基づいて前記誤差信号が最小となるように前記第１の適応ノッチフィルタ及び前記第２の適応ノッチフィルタのフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新手段と、
   を備えており、
   前記参照信号生成手段では、前記制御周波数の小数点以下の値を除いた整数値を算出するとともに、前回読み出したデータから数えて、前記整数値の個数だけ離れたデータを前記記憶装置から読み出すとともに、
   前記動作周期生成手段では、前記制御周波数が整数値でない場合に前記基準動作周期を基準にして動作周期を変化させることを特徴とする能動騒音低減装置。
2. 動作周期生成手段は、制御周波数算出手段が算出した制御周波数が整数値でない場合に、前記制御周波数の値と前記制御周波数の小数点以下の値を除いた整数値の比に比例して基準動作周期を変更した値を動作周期として生成することを特徴とする請求項１記載の能動騒音低減装置。

Images