JP5189307B2 - 能動型騒音制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車室内の騒音を、該騒音に対して逆位相の相殺音によって低減する能動型騒音制御装置に関する。
従来から、車両のエンジン等の振動騒音源から発生する振動騒音に起因し且つエンジン回転に同期して周期的に車室内に発生する周期性騒音（以下、エンジンこもり音又はエンジン騒音ともいう。）や、車両の走行時に、路面（ロード）から受けるタイヤの振動がサスペンションを介して車体に伝わり、車室内に非周期的に発生する非周期性騒音（以下、ドラミングノイズ又はロードノイズともいう。）を低減する能動型騒音制御装置（以下、周波数騒音対応及び非周期性騒音対応のＡＮＣともいう。）が、特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されているＡＮＣでは、サスペンションに取り付けられた加速度センサが路面からの振動に基づく信号を出力し、車室内に配置された複数のマイクロフォンが車室内の騒音と相殺音との差（以下、相殺誤差音ともいう。）に基づく相殺誤差信号をそれぞれ生成して制御手段に出力し、前記制御手段が前記振動に基づく信号と、前記各相殺誤差信号と、エンジンの振動に対応するイグニッションパルス信号とに基づいて前記騒音を相殺するための制御信号を生成し、スピーカが前記制御信号を前記相殺音として前記車室内に出力するフィードフォワード制御により前記騒音を低減している。
特開平６−１０９０６６号公報（図３）
ところで、前述したエンジン騒音は、所定周波数を中心周波数とする狭帯域且つ周期的に発生する騒音であるため、周期性騒音対応のＡＮＣでは、前記所定周波数に応じた制御周波数の制御信号を生成し、スピーカから前記制御周波数の相殺音を車室内に出力することで、前記車室内の騒音を効果的に低減することが可能である。
これに対して、ロードノイズは、車室の共鳴特性から定まる共鳴周波数（例えば、４０［Ｈｚ］）を中心周波数とし且つ非周期的に発生する低周波騒音であり、非周期性騒音対応のＡＮＣは、各共鳴周波数にてそれぞれ共鳴音を低減する必要がある。
しかしながら、非周期性騒音対応のＡＮＣにおいて、フィードフォワード制御により制御信号を生成する場合には、前記各共鳴周波数で畳み込み演算を行うために、制御手段をＦＩＲ型の適応フィルタやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）で構成する必要があり、この結果、前記ＡＮＣの価格が高くなる。また、適応フィルタのフィルタ係数を逐次更新しながら前記各共鳴周波数における制御信号を生成することになるので、前記制御手段における前記制御信号の演算負荷が著しく増大する。
また、非周期性騒音対応のＡＮＣにおいて、フィードバック制御により制御信号を生成する場合には、前記各共鳴周波数で制御信号を生成するために、制御手段は、アナログ回路のフィルタを多数組み合わせて構成する必要がある。この結果、回路規模が大きくなって前記制御手段を含む前記ＡＮＣのユニットが大型化し、車両内において、前記ユニットの配置スペースを確保することが困難となる。さらに、前記ユニットの大型化により、デジタルオーディオユニットとの一体化を図ることも困難となる。
本発明は、このような問題を考慮してなされたものであり、より簡単なデジタル信号処理により制御信号を生成することが可能になると共に、該制御信号の生成に関わる演算負荷の軽減と、より安価な構成とを共に実現することが可能な能動型騒音制御装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、より安定したロードノイズ（第１騒音）及びエンジン騒音（第２騒音）の消音制御を行うことによって前記第１騒音及び前記第２騒音を確実に低減することが可能な能動型騒音制御装置を提供することを目的とする。
この項目では、理解の容易化のために、この明細書中に添付の図面中の参照数字を付けて説明するが、この項目に記載した内容がその参照数字を付けたものに限定して解釈されるものではない。
この発明に係る能動型騒音制御装置（ＡＮＣ）１０は、基本的には、車室１４内の騒音を相殺するための第１制御信号ｙ１（ｎ）を生成する制御手段１００と、前記第１制御信号ｙ１（ｎ）を前記騒音の相殺音として前記車室１４内に出力する音出力手段２２と、騒音と相殺音との相殺誤差音を相殺誤差信号ｅ（ｎ）として前記制御手段１００に出力する相殺誤差信号検出手段１８とを有する。
そして、このＡＮＣ１０では、図１及び図２に示すように、前記制御手段１００は、前記相殺誤差信号ｅ（ｎ）をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換部５９と、前記音出力手段２２と前記相殺誤差信号検出手段１８との間の伝達特性Ｃに対応する（を同定した）補正値Ｃ＾に基づいて前記第１制御信号を補正してデジタル信号のエコーキャンセル信号Ｃ＾・ｙ１（ｎ−１）を生成するエコーキャンセル部５８と、前記デジタル信号に変換された前記相殺誤差信号ｅ（ｎ）から前記エコーキャンセル信号Ｃ＾・ｙ１（ｎ−１）を減算して第１基準信号ｘ１（ｎ）を生成する減算器６０と、前記車室１４の共鳴特性から定まる共鳴周波数ｆの１／４周期に相当する時間Ｚ-nだけ前記第１基準信号ｘ１（ｎ）を遅延させて第２基準信号ｘ２（ｎ）を生成する遅延フィルタ５４と、前記第１基準信号ｘ１（ｎ）と前記第２基準信号ｘ２（ｎ）とを合成して前記第１制御信号ｙ１（ｎ）を生成する第１加算器５６とを有する。
さらに、前記制御手段１００は、車両１２の振動騒音源１６２（例えば、エンジン）から発生する振動騒音の周波数に基づく所定の制御周波数ｆ´の第３基準信号ｘ３（ｎ）を生成する基準信号生成手段１５４と、前記伝達特性Ｃに対応する（を同定した）補正値Ｃ＾´に基づいて前記第３基準信号ｘ３（ｎ）を補正し参照信号ｒ（ｎ）を生成する参照信号生成手段１５６と、前記第３基準信号ｘ３（ｎ）に基づいて、前記騒音を相殺するための第２制御信号ｙ２（ｎ）を生成する適応フィルタ１５８と、前記第１基準信号ｘ１（ｎ）と前記参照信号ｒ（ｎ）とに基づいて、前記第１基準信号ｘ１（ｎ）が最小となるように前記適応フィルタ１５８のフィルタ係数Ｗを逐次更新するフィルタ係数更新手段１６０と、前記第１制御信号ｙ１（ｎ）と前記第２制御信号ｙ２（ｎ）とを加算して第３制御信号ｙ（ｎ）を生成する第２加算器１７０と、前記第３制御信号ｙ（ｎ）をデジタル信号からアナログ信号に変換して前記音出力手段２２に出力するＤＡ変換部６５とを有し、前記音出力手段２２は、前記第３制御信号ｙ（ｎ）を前記相殺音として前記車室１４内に出力することを特徴とする。
ここで、ロードノイズの共鳴音の共鳴周波数ｆは、車室構造により決定される既知の周波数であり、前記ＡＮＣ１０では、この既知の共鳴周波数ｆにおける共鳴音（第１騒音）を低減できることが望ましい。そのためには、前記共鳴周波数ｆを制御周波数とし且つ前記共鳴音に対して逆位相の第１制御信号ｙ１（ｎ）を生成し、この第１制御信号ｙ１（ｎ）を相殺音として前記音出力手段２２から出力する。
そこで、この発明では、制御周波数ｆにおける音の前記音出力手段２２から前記相殺誤差信号検出手段１８までの伝達特性Ｃを同定した補正値Ｃ＾を記憶するエコーキャンセル部５８を備え、前記相殺誤差信号検出手段１８から出力された相殺誤差信号ｅ（ｎ）を、前記補正値Ｃ＾により第１制御信号を補正したエコーキャンセル信号Ｃ＾・ｙ１（ｎ−１）で減算することにより、相殺誤差信号検出手段１８の位置で消音しなければならない残留騒音を推定し、この推定した残留騒音を制御手段１００への入力信号である第１基準信号ｘ１（ｎ）とする。
なお、前記残留騒音とは、前記相殺誤差信号検出手段１８の位置における騒音ｄ（ｎ）と適応フィードフォワード制御により生成された相殺音との残留誤差音である。
また、前記伝達特性Ｃに対応する（を同定した）補正値Ｃ＾、Ｃ＾´とは、音出力手段２２から相殺誤差信号検出手段１８までの音の伝達特性Ｃを含む、第２加算器１７０の出力側から減算器６０の出力側までの信号伝達特性である。但し、前記第１基準信号ｘ１（ｎ）及び前記第２基準信号ｘ２（ｎ）の制御周波数が異なるため、便宜上、前記補正値をＣ＾、Ｃ＾´としている。
この場合、制御手段１００内では、遅延フィルタ５４が、第１基準信号ｘ１（ｎ）を前記制御周波数ｆに基づく所定時間Ｚ-nだけ遅延させて第２基準信号ｘ２（ｎ）を生成し、第１加算器５６が、前記第１基準信号ｘ１（ｎ）と前記第２基準信号ｘ２（ｎ）とを合成して前記第１制御信号ｙ１（ｎ）を生成する。
このように、制御手段１００は、減算器６０にて推定した前記残留騒音に基づいて、相殺誤差信号検出手段１８の位置において消音すべき前記第１騒音を相殺するための第１制御信号ｙ１（ｎ）を、第１基準信号ｘ１（ｎ）と第２基準信号ｘ２（ｎ）とにより生成するので、この発明では、ＦＩＲ型の適応フィルタを用いることなく簡単に且つ正確に前記第１騒音を打ち消す相殺音を生成できると共に、より簡単な構成になって安価なＡＮＣ１０を提供可能となる。
また、前記相殺誤差信号ｅ（ｎ）からエコーキャンセル信号Ｃ＾・ｙ１（ｎ−１）を減算して求めた前記残留騒音を第１基準信号ｘ１（ｎ）とすることにより、前記残留騒音が存在する限り、すなわち、前記相殺誤差信号検出手段１８の位置における騒音ｄ（ｎ）又は前記適応フィードフォワード制御により生成される相殺音が存在する限り、あるいは、フィードバック制御により生成される相殺音以外に他の音源から音が発生している限り、前記第１制御信号ｙ１（ｎ）が生成可能となって前記相殺誤差信号検出手段１８の位置での前記第１騒音に対する消音制御が安定化する。
さらに、前記ＡＮＣ１０では、前記第１基準信号ｘ１（ｎ）及び前記第３基準信号ｘ３（ｎ）に基づいて、前記振動騒音に起因した車室内騒音としてのエンジン騒音（前記第２騒音）を相殺するための第２制御信号ｙ２（ｎ）を生成する。前述したように、前記第１基準信号ｘ１（ｎ）は、前記相殺誤差信号検出手段１８の位置において消音しなければならない前記残留騒音を推定したものであり、前記フィードバック制御がない場合の一般的な能動型騒音制御装置（ＡＮＣ）における相殺誤差信号（残留騒音）に等しい。すなわち、前記適応フィードフォワード制御によって生成された前記第２制御信号に基づいた相殺音と騒音ｄ（ｎ）との相殺誤差信号に相当する。従って、この相殺誤差信号｛前記第１基準信号ｘ１（ｎ）｝を用いて、この相殺誤差信号が最小となるように、前記適応フィルタ１５８のフィルタ係数Ｗが更新されるので、フィードバック制御と適応フィードフォワード制御との複合制御でありながら、適応フィードフォワード制御における消音性能からフィードバック制御の影響を排除できるので、正確な消音効果を、簡単な構成で得ることができる。
従って、この発明によれば、より簡単なデジタル信号処理により、前記第１〜第３制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、ｙ（ｎ）を生成することが可能になると共に、該第１〜第３制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、ｙ（ｎ）の生成に関わる演算負荷の軽減と、より安価なＡＮＣ１０の構成とを共に実現することができる。
この場合、前記制御手段１００は、前記第１基準信号ｘ１（ｎ）を補正して第１補正信号Ａ・ｘ１（ｎ）を生成する第１フィルタ６２と、前記第２基準信号ｘ２（ｎ）を補正して第２補正信号Ｂ・ｘ２（ｎ）を生成する第２フィルタ６４とをさらに有し、前記第１加算器５６は、前記第１補正信号Ａ・ｘ１（ｎ）と前記第２補正信号Ｂ・ｘ２（ｎ）とを合成して前記第１制御信号ｙ１（ｎ）を生成する。
これにより、前記第１制御信号ｙ１（ｎ）を精度良く生成することができるので、前記第１騒音を確実に低減することができる。
また、前記適応フィルタを適応ノッチフィルタとすれば、所定周波数の第２騒音（エンジン騒音）を確実に低減することができる。
また、前記ＡＮＣ１０は、前記相殺誤差信号ｅ（ｎ）のうち、所定周波数以下の信号のみを通過させて前記ＡＤ変換部５９に出力するアンチエイリアシングフィルタ６６をさらに有し、前記所定周波数は、前記第３制御信号ｙ（ｎ）の制御周波数よりも高い周波数であることが好ましい。
これにより、前記制御手段１００をマイクロコンピュータ５２を含んで構成し、デジタル信号処理により前記第３制御信号ｙ（ｎ）を生成する場合に、前記相殺誤差信号ｅ（ｎ）に含まれる前記所定周波数以上の折り返し雑音を除去してから、前記雑音が除去された前記相殺誤差信号ｅ（ｎ）が前記マイクロコンピュータ５２に入力されるので、前記マイクロコンピュータ５２内において前記第１〜第３制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、ｙ（ｎ）を精度良く生成することができる。
また、前記ＡＮＣ１０は、前記ＤＡ変換部６５からの前記第３制御信号ｙ（ｎ）に含まれる高周波成分を除去し、該高周波成分が除去された前記第３制御信号ｙ（ｎ）を前記音出力手段２２に出力するリコンストラクションフィルタ６８をさらに有し、前記高周波成分は、前記第３制御信号ｙ（ｎ）の制御周波数よりも高い周波数の信号成分であることが好ましい。
これにより、前記制御手段１００をマイクロコンピュータ５２を含んで構成し、デジタル信号処理により前記第３制御信号ｙ（ｎ）を生成し、この第３制御信号ｙ（ｎ）をアナログ信号に変換して前記音出力手段２２に出力する場合に、前記アナログ信号に含まれる前記高周波成分を除去することで、前記アナログ信号が時間経過に対して滑らかな波形となり、この結果、前記高周波成分が除去された前記第３制御信号ｙ（ｎ）を前記音出力手段２２から高音質の相殺音として出力することが可能となる。
また、前記ＡＮＣ１０は、前記相殺誤差信号ｅ（ｎ）のうち、前記第３制御信号ｙ（ｎ）の制御周波数を中心周波数とする所定の周波数帯域の信号のみを通過させて前記ＡＤ変換部５９に出力するバンドパスフィルタ７２をさらに有することが好ましい。
これにより、前記制御手段１００をマイクロコンピュータ５２を含んで構成し、デジタル信号処理により前記第３制御信号ｙ（ｎ）を生成する場合に、前記相殺誤差信号ｅ（ｎ）のうち所定周波数帯域の信号のみを通過させ、通過した前記信号が前記マイクロコンピュータ５２に入力されるので、前記マイクロコンピュータ５２内において前記第１〜第３制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、ｙ（ｎ）をより高精度に生成することが可能となる。
この発明によれば、より簡単なデジタル信号処理により、第１〜第３制御信号を生成することが可能になると共に、該第１〜第３制御信号の生成に関わる演算負荷の軽減と、より安価なＡＮＣの構成とを共に実現することができる。
また、相殺誤差信号検出手段の位置において消音しなければならない残留騒音を推定した第１基準信号を用いることにより、フィードバック制御が安定し且つ適応フィードフォワード制御の精度が向上するので、前記相殺誤差信号検出手段の位置での騒音｛第１騒音（ロードノイズ）及び第２騒音（エンジン騒音）｝を確実に低減することができる。
以下、本発明に係る能動型騒音制御装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本実施形態に係る能動型騒音制御装置（以下、ＡＮＣともいう。）１０の概略ブロック図である。
ＡＮＣ１０は、図１に示す車両１２に適用され、マイクロコンピュータ５２（図２参照）を含んだＡＮＣ用電子制御装置２０と、車両１２の車室１４の所定位置、例えば、前座席２４の下方に配置されたスピーカ（音出力手段）２２と、車室１４における図示しない乗員の耳位置近傍、例えば、前座席２４のヘッドレスト２６近傍に配置されたマイクロフォン（音検出手段）１８とから基本的に構成される。なお、図１及び図２は、所定時刻ｔ（ｎ）のサンプリングｎにおけるＡＮＣ１０の動作を示している。
ＡＮＣ用電子制御装置２０は、車室１４内のロードノイズ（第１騒音）及びエンジン騒音（第２騒音）を含む騒音を打ち消す制御信号（第３制御信号）ｙ（ｎ）を生成してスピーカ２２に出力する。スピーカ２２は、第３制御信号ｙ（ｎ）を相殺音として車室１４内に出力する。マイクロフォン１８は、その配置位置における前記騒音と前記相殺音との差（相殺誤差音）を相殺誤差信号ｅ（ｎ）としてＡＮＣ用電子制御装置２０に出力する。
また、エンジン（振動騒音源）１６２のエンジン制御ＥＣＵ（以下、ＥＣＵともいう。）１６４は、エンジン回転信号をＡＮＣ用電子制御装置２０に出力する。なお、前記エンジン回転信号とは、エンジン１６２の出力軸の回転に同期して出力される信号であり、該エンジン１６２から発生する騒音（例えば、エンジン音やエンジン１６２の出力軸の回転によって発生した加振力等に起因した周期性のある騒音）やエンジン１６２の振動等の振動騒音に対して相関性のある信号である。
従って、ＡＮＣ用電子制御装置２０では、入力された相殺誤差信号ｅ（ｎ）及びエンジン回転信号に基づいて前述した第３制御信号ｙ（ｎ）が生成される。
ここで、マイクロフォン１８の位置における騒音は、（１）前述した車両１２のエンジン１６２等の振動騒音源の振動に起因して車室１４内に発生する周期性の騒音｛エンジンこもり音（エンジン騒音）｝と、（２）車両１２の走行時において、複数のタイヤ１９と路面２１との接触に起因して車室１４内に発生する非周期性の低周波騒音｛ドラミングノイズ（ロードノイズ）｝とを含む。
また、（２）のロードノイズは、車室１４の共鳴特性に起因して、所定の共鳴周波数ｆでは、音圧レベルの高い共鳴音（共鳴騒音）となる。この共鳴音は、所定の共鳴周波数ｆ（例えば、４０［Ｈｚ］）を中心周波数とするロードノイズである。すなわち、前記共鳴音は、共鳴室の構造、例えば、車室１４の前後方向又は左右方向の長さにより定まる共鳴周波数ｆにて車室１４内で共鳴するロードノイズをいい、セダン等の乗用自動車の車室１４は、該車室１４内で４０［Ｈｚ］程度の周波数にて共鳴するような音響モードの共鳴特性を有する。従って、前記共鳴周波数ｆは、車室１４の構造により決定される既知の周波数である。
このように、前記ロードノイズは、車室１４の音響モードの影響を強く受けているので、マイクロフォン１８は、車室１４内において、該車室１４の音響モードの腹部分１６ａ（車室１４内における前座席２４の前方部分）に配置してもよい。なお、このような腹部分としては、前述した腹部分１６ａ以外にも、前座席２４と後座席３６との間の腹部分１６ｂや、後座席３６上方及び該後座席３６後方のトランクルーム３８内を含む腹部分１６ｃがある。そのため、前述したマイクロフォン１８以外にも、各腹部分１６ａ〜１６ｃにおいて、前記ロードノイズを検出するために、（１）マイクロフォン３０、３２、３４をルーフ２８付近（図示しないルーフライニング）に配置し、（２）マイクロフォン４０を前座席２４の足元付近に配置し、（３）マイクロフォン４２をトランクルーム３８内に配置して、相殺誤差信号ｅ（ｎ）をＡＮＣ用電子制御装置２０に出力することも可能である。
また、スピーカについても、後座席３６の後方のリアトレイ４３内にスピーカ４４を配置することも可能である。
なお、以下の説明では、車室１４内にマイクロフォン１８及びスピーカ２２を配置した場合について説明する。
図２に示すように、ＡＮＣ用電子制御装置２０は、制御手段１００と、マイクロフォン１８から出力された相殺誤差信号ｅ（ｎ）のうち所定周波数以下の信号を通過させて出力するローパスフィルタ（ＬＰＦ）６６と、ＬＰＦ６６から出力される相殺誤差信号ｅ（ｎ）のうち、第３制御信号ｙ（ｎ）の制御周波数（例えば、４０［Ｈｚ］）を中心周波数とする所定の周波数帯域の信号のみを通過させて制御手段１００に出力するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７２と、制御手段１００から出力された第３制御信号ｙ（ｎ）のうち所定周波数以下の信号を通過させてスピーカ２２に出力するＬＰＦ６８とを有する。
また、制御手段１００は、ＡＤコンバータ（ＡＤ変換部）（以下、ＡＤＣともいう。）５９と、第１制御回路部５０、第２制御回路部１５０及び加算器（第２加算器）１７０から構成され、相殺誤差信号ｅ（ｎ）及び前記エンジン回転信号に基づいて第３制御信号ｙ（ｎ）を生成するマイクロコンピュータ５２と、ＤＡコンバータ（ＤＡ変換部）（以下、ＤＡＣともいう。）６５とを有する。
ＡＤＣ５９は、ＢＰＦ７２からの相殺誤差信号ｅ（ｎ）をアナログ信号からデジタル信号に変換して、マイクロコンピュータ５２に出力する。ＤＡＣ６５は、マイクロコンピュータ５２内で生成された第３制御信号ｙ（ｎ）をデジタル信号からアナログに変換してＬＰＦ６８に出力する。なお、制御手段１００におけるサンプリング周期は、遅延フィルタ５４での遅延時間（例えば、１／１６０［ｓ］）よりも非常に短い周期（例えば、１／３０００［ｓ］）に設定されている。
第１制御回路部５０は、エコーキャンセル部５８と、減算器６０と、所定のフィルタ係数（ゲイン）Ａの第１フィルタ６２と、所定のフィルタ係数（ゲイン）Ｂの第２フィルタ６４と、遅延フィルタ５４と、加算器（第１加算器）５６とから構成される。また、第２制御回路部１５０は、周波数検出回路１５２と、基準信号生成手段１５４と、適応ノッチフィルタとしての適応フィルタ１５８と、参照信号生成手段１５６と、フィルタ係数更新手段１６０とから構成される。
ここで、サンプリング（ｎ−１）の時刻ｔ（ｎ−１）において、マイクロコンピュータ５２内では、マイクロフォン１８の位置での騒音を相殺するためのデジタル信号の第３制御信号ｙ（ｎ−１）を生成し、ＤＡＣ６５は、該第３制御信号ｙ（ｎ−１）をデジタル信号からアナログ信号に変換し、スピーカ２２は、ＬＰＦ６８を通過したアナログ信号の第３制御信号ｙ（ｎ−１）を前記騒音の相殺音として車室１４内に出力したものと仮定する。
この場合、マイクロフォン１８は、サンプリングｎにおいて、前記相殺音と前記騒音との差（相殺誤差音）を相殺誤差信号ｅ（ｎ）としてＡＤＣ５９に出力し、減算器６０には、ＬＰＦ６６及びＢＰＦ７２を通過してＡＤＣ５９においてアナログ信号からデジタル信号に変換された相殺誤差信号ｅ（ｎ）が入力される。
エコーキャンセル部５８は、フィルタ係数が固定のＦＩＲ型のフィルタ又はノッチフィルタ等で構成されており、制御周波数ｆの音におけるスピーカ２２からマイクロフォン１８までの伝達特性Ｃを表わす補正値Ｃ＾により第１制御回路部５０で生成した第１制御信号を補正してエコーキャンセル信号Ｃ＾・ｙ１（ｎ−１）を生成し、減算器６０に出力する。なお、エコーキャンセル信号Ｃ＾・ｙ１（ｎ−１）は、第１制御回路部５０で生成した第１制御信号に基づく相殺音がスピーカ２２から出力され、マイクロフォン１８に到達した相殺音に応じた信号である。
ここで、補正値Ｃ＾とは、スピーカ２２からマイクロフォン１８までの伝達特性Ｃを含む、加算器１７０の出力側から減算器６０の出力側までの信号伝達特性である。
減算器６０は、前記相殺誤差音に応じた相殺誤差信号ｅ（ｎ）から、前記相殺音に応じたエコーキャンセル信号Ｃ＾・ｙ１（ｎ−１）を減算することにより、マイクロフォン１８の位置における残留騒音を推定し第１基準信号ｘ１（ｎ）として第１フィルタ６２、遅延フィルタ５４及び第２制御回路部１５０のフィルタ係数更新手段１６０に出力する。
この場合、第１制御回路部５０内では、第１基準信号ｘ１（ｎ）に基づいて、マイクロフォン１８の位置における次のサンプリング（ｎ＋１）にて消音すべき騒音に対して、該マイクロフォン１８の位置で逆位相且つ同一振幅となるような相殺音Ｃ＾・ｙ１（ｎ）に応じた第１制御信号ｙ１（ｎ）を生成する。
遅延フィルタ５４は、車室１４の共鳴特性から定まる共鳴周波数ｆの１／４周期に相当する時間Ｚ-n（９０［°］）だけ第１基準信号ｘ１（ｎ）を遅延させて、該第１基準信号ｘ１（ｎ）に直交し且つ同一振幅の第２基準信号ｘ２（ｎ）を生成する。
第１フィルタ６２は、上記の第１基準信号ｘ１（ｎ）にフィルタ係数Ａを乗じて第１補正信号Ａ・ｘ１（ｎ）を生成し加算器５６に出力する。第２フィルタ６４は、上記の第２基準信号ｘ２（ｎ）にフィルタ係数Ｂを乗じて第２補正信号Ｂ・ｘ２（ｎ）を生成し加算器５６に出力する。加算器５６は、第１補正信号Ａ・ｘ１（ｎ）と第２補正信号Ｂ・ｘ２（ｎ）とを合成して第１制御信号ｙ１（ｎ）を生成し、加算器１７０に出力する。
一方、第２制御回路部１５０内において、周波数検出回路１５２は、前記エンジン回転信号の周波数を検出して基準信号生成手段１５４に出力する。基準信号生成手段１５４は、周波数検出回路１５２からの前記周波数を基本次数の周波数として所定調波となる制御周波数ｆ´を有する第３基準信号ｘ３（ｎ）を生成する。適応フィルタ１５８は、第３基準信号ｘ３（ｎ）にフィルタ係数Ｗを乗じて信号Ｗ・ｘ３（ｎ）を生成し、加算器１７０に出力する。
加算器１７０は、第１制御回路部５０からの第１制御信号ｙ１（ｎ）と第２制御回路部１５０からの第２制御信号ｙ２（ｎ）とを合成して第３制御信号ｙ（ｎ）を生成してＤＡＣ６５に出力する。従って、スピーカ２２は、第３制御信号ｙ（ｎ）に含まれる第１制御信号ｙ１（ｎ）をマイクロフォン１８の位置における共鳴騒音を相殺するための相殺音として車室１４内に出力すると共に、第２制御信号ｙ２（ｎ）をマイクロフォン１８の位置におけるエンジン騒音を相殺するための相殺音として車室１４内に出力する。そのため、マイクロフォン１８の位置における騒音（ロードノイズ及びエンジン騒音）は、これらの相殺音により低減される。
参照信号生成手段１５６は、制御周波数ｆ´の音におけるスピーカ２２からマイクロフォン１８までの伝達特性Ｃを表わす補正値Ｃ＾´を用いて第３基準信号ｘ３（ｎ）を補正することにより参照信号ｒ（ｎ）を生成し、フィルタ係数更新手段１６０に出力する。フィルタ係数更新手段１６０は、最小二乗法（ＬＭＳ）アルゴリズム演算器から構成され、参照信号ｒ（ｎ）と第１基準信号ｘ１（ｎ）とに基づいて、フィルタ係数Ｗの適応演算処理｛第１基準信号ｘ１（ｎ）が最小となるようなフィルタ係数Ｗを最小二乗法に基づき算出する演算処理｝を行い、この演算結果よりフィルタ係数Ｗを更新する。
前述したように、第１基準信号ｘ１（ｎ）は、マイクロフォン１８の位置において消音しなければならない残留騒音を推定したものであり、第１制御回路部５０によるフィードバック制御がない場合の一般的なＡＮＣにおける相殺誤差信号（残留騒音）に等しい。すなわち、第２制御回路部１５０での適応フィードフォワード制御によって生成された第２制御信号に基づくマイクロフォン１８の位置での相殺音と騒音ｄ（ｎ）との相殺誤差信号に相当する。従って、第２制御回路部１５０では、この相殺誤差信号｛第１基準信号ｘ１（ｎ）｝を用いて、該相殺誤差信号が最小となるように、適応フィルタ１５８のフィルタ係数Ｗを更新する。
このように、本実施形態に係るＡＮＣ１０によれば、第１制御回路部５０は、減算器６０にて推定した残留騒音に基づいて、相殺誤差信号検出手段１８の位置において消音すべきロードノイズ（第１騒音）を相殺するための第１制御信号ｙ１（ｎ）を、第１基準信号ｘ１（ｎ）と第２基準信号ｘ２（ｎ）とにより生成するので、この実施形態では、ＦＩＲ型の適応フィルタを用いることなく簡単に且つ正確に前記ロードノイズを打ち消す相殺音を生成できると共に、より簡単な構成になって安価なＡＮＣ１０を提供可能となる。
また、相殺誤差信号ｅ（ｎ）からエコーキャンセル信号Ｃ＾・ｙ１（ｎ−１）を減算して求めた残留騒音を第１基準信号ｘ１（ｎ）とすることにより、前記残留騒音が存在する限り、すなわち、マイクロフォン１８の位置における騒音ｄ（ｎ）又は第２制御回路部１５０での適応フィードフォワード制御により生成される相殺音が存在する限り、あるいは、第１制御回路部５０でのフィードバック制御により生成される相殺音以外に他の音源から音が発生している限り、第１制御信号ｙ１（ｎ）が生成可能となってマイクロフォン１８の位置でのロードノイズに対する消音制御が安定化する。
さらに、ＡＮＣ１０の第２制御回路部１５０では、第１基準信号ｘ１（ｎ）及び第３基準信号ｘ３（ｎ）に基づいて、エンジン騒音（第２騒音）を相殺するための第２制御信号ｙ２（ｎ）を生成する。前述したように、第１基準信号ｘ１（ｎ）は、マイクロフォン１８の位置において消音しなければならない前記残留騒音を推定したものであり、前記フィードバック制御がない場合の一般的なＡＮＣにおける相殺誤差信号（残留騒音）に等しい。すなわち、前記適応フィードフォワード制御によって生成された第２制御信号に基づいた相殺音と騒音ｄ（ｎ）との相殺誤差信号に相当する。従って、この相殺誤差信号｛第１基準信号ｘ１（ｎ）｝を用いて、この相殺誤差信号が最小となるように、適応フィルタ１５８のフィルタ係数Ｗが更新されるので、第２制御回路部１５０では、フィードバック制御と適応フィードフォワード制御との複合制御でありながら、適応フィードフォワード制御における消音性能からフィードバック制御の影響を排除できるので、正確な消音効果を、簡単な構成で得ることができる。
従って、本実施形態によれば、より簡単なデジタル信号処理により、各制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、ｙ（ｎ）を生成することが可能になると共に、該各制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、ｙ（ｎ）の生成に関わる演算負荷の軽減と、より安価なＡＮＣ１０の構成とを共に実現することができる。
また、マイクロフォン１８の位置において消音しなければならない残留騒音を推定した第１基準信号ｘ１（ｎ）を用いることにより、フィードバック制御が安定し且つ適応フィードフォワード制御の精度が向上するので、マイクロフォン１８の位置での騒音（ロードノイズ及びエンジン騒音）を確実に低減することができる。
また、制御手段１００は、第１基準信号ｘ１（ｎ）を補正して第１補正信号Ａ・ｘ１（ｎ）を生成する第１フィルタ６２と、第２基準信号ｘ２（ｎ）を補正して第２補正信号Ｂ・ｘ２（ｎ）を生成する第２フィルタ６４とをさらに有し、第１加算器５６は、第１補正信号Ａ・ｘ１（ｎ）と第２補正信号Ｂ・ｘ２（ｎ）とを合成して第１制御信号ｙ１（ｎ）を生成するので、簡単に第１制御信号ｙ１（ｎ）を精度良く生成することが可能となり、この結果、演算負荷が少なく安価になると共に、マイクロフォン１８の位置におけるロードノイズを確実に低減することができる。
さらに、適応フィルタ１５８を適応ノッチフィルタとすれば、所定周波数のエンジン騒音を確実に消音することができる。
さらにまた、ＬＰＦ６６は、相殺誤差信号ｅ（ｎ）のうち所定周波数以下の信号のみを通過させて出力するアンチエイリアシングフィルタとしているので、第１制御回路部５０、第２制御回路部１５０及び加算器１７０をマイクロコンピュータ５２で構成し、デジタル信号処理により第３制御信号ｙ（ｎ）を生成する場合に、相殺誤差信号ｅ（ｎ）に含まれる所定周波数以上の折り返し雑音を除去してから、前記雑音が除去された相殺誤差信号ｅ（ｎ）がマイクロコンピュータ５２に入力されるので、マイクロコンピュータ５２内において各制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、ｙ（ｎ）を精度良く生成することができる。
さらにまた、ＬＰＦ６８は、ＤＡ変換部６５からの第３制御信号ｙ（ｎ）に含まれる高周波成分を除去し、該高周波成分が除去された第３制御信号ｙ（ｎ）をスピーカ２２に出力するので、第１制御回路部５０、第２制御回路部１５０及び加算器１７０をマイクロコンピュータ５２で構成し、デジタル信号処理により第３制御信号ｙ（ｎ）を生成する場合に、アナログ信号に含まれる前記高周波成分を除去することで、前記アナログ信号が時間経過に対して滑らかな波形となり、この結果、前記高周波成分が除去された第３制御信号ｙ（ｎ）をスピーカ２２から高音質の相殺音として出力することが可能となる。
さらにまた、ＢＰＦ７２は、相殺誤差信号ｅ（ｎ）のうち、第３制御信号ｙ（ｎ）の制御周波数を中心周波数とする所定の周波数帯域の信号のみを通過させて出力するので、第１制御回路部５０、第２制御回路部１５０及び加算器１７０をマイクロコンピュータ５２で構成し、デジタル信号処理により第３制御信号ｙ（ｎ）を生成する場合に、相殺誤差信号ｅ（ｎ）のうち所定周波数帯域（４０［Ｈｚ］を中心周波数とする所定の帯域幅）の信号のみが通過してマイクロコンピュータ５２に入力されるので、マイクロコンピュータ５２内において、各制御信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、ｙ（ｎ）をより高精度に生成することが可能となる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。
本実施形態に係るＡＮＣの構成を示す概略ブロック図である。 図１のＡＮＣ用電子制御装置の内部構成を示す概略ブロック図である。
符号の説明
１０…ＡＮＣ １２…車両
１４…車室 １６ａ、１６ｂ、１６ｃ…腹部分
１８、３０、３２、３４、４０、４２…マイクロフォン
１９…タイヤ ２０…ＡＮＣ用電子制御装置
２１…路面 ２２、４４…スピーカ
２４…前座席 ２６…ヘッドレスト
２８…ルーフ ３８…トランクルーム
４３…リアトレイ ５０…第１制御回路部
５２…マイクロコンピュータ ５４…遅延フィルタ
５６、１７０…加算器 ５８…エコーキャンセル部
５９…ＡＤＣ ６０…減算器
６２…第１フィルタ ６４…第２フィルタ
６５…ＤＡＣ ６６、６８…ＬＰＦ
７２…ＢＰＦ １００…制御手段
１５０…第２制御回路部 １５２…周波数検出回路
１５４…基準信号生成手段 １５６…参照信号生成手段
１５８…適応フィルタ １６０…フィルタ係数更新手段
１６２…エンジン １６４…ＥＣＵ

Claims (6)

  1. 車室内の騒音を相殺するための制御信号を生成する制御手段と、前記制御信号を前記騒音の相殺音として前記車室内に出力する音出力手段と、前記騒音と前記相殺音との相殺誤差音を相殺誤差信号として前記制御手段に出力する相殺誤差信号検出手段とを有する能動型騒音制御装置において、
    前記車室内の騒音は、前記車室の共鳴特性から定まる所定の共鳴周波数を中心周波数とする非周期性のロードノイズと、車両のエンジン回転数に依存する周期性のエンジン騒音とであり、
    前記制御手段は、
    前記相殺誤差信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
    前記音出力手段と前記相殺誤差信号検出手段との間の伝達特性に対応する補正値に基づいて前記ロードノイズを相殺するための第１制御信号を補正してデジタル信号のエコーキャンセル信号を生成するエコーキャンセル部と、
    前記デジタル信号に変換された前記相殺誤差信号から前記エコーキャンセル信号を減算して第１基準信号を生成する減算器と、
    前記共鳴周波数の１／４周期に相当する時間だけ前記第１基準信号を遅延させて第２基準信号を生成する遅延フィルタと、
    前記第１基準信号と前記第２基準信号とを合成して前記第１制御信号を生成する第１加算器と、
    前記車両のエンジンから発生する振動騒音の周波数に基づく所定の制御周波数の第３基準信号を生成する基準信号生成手段と、
    前記補正値に基づいて前記第３基準信号を補正し参照信号を生成する参照信号生成手段と、
    前記第３基準信号に基づいて、前記エンジン騒音を相殺するための第２制御信号を生成する適応フィルタと、
    前記第１基準信号と前記参照信号とに基づいて、前記第１基準信号が最小となるように前記適応フィルタのフィルタ係数を逐次更新するフィルタ係数更新手段と、
    前記第１制御信号と前記第２制御信号とを加算して第３制御信号を生成する第２加算器と、
    前記第３制御信号をデジタル信号からアナログ信号に変換して前記音出力手段に出力するＤＡ変換部と、
    を有し、
    前記音出力手段は、前記第３制御信号を前記ロードノイズ及び前記エンジン騒音を相殺するための相殺音として前記車室内に出力する
    ことを特徴とする能動型騒音制御装置。
  2. 請求項１記載の能動型騒音制御装置において、
    前記制御手段は、前記第１基準信号を補正して第１補正信号を生成する第１フィルタと、前記第２基準信号を補正して第２補正信号を生成する第２フィルタとをさらに有し、
    前記第１加算器は、前記第１補正信号と前記第２補正信号とを合成して前記第１制御信号を生成する
    ことを特徴とする能動型騒音制御装置。
  3. 請求項１又は２記載の能動型騒音制御装置において、
    前記適応フィルタは、適応ノッチフィルタである
    ことを特徴とする能動型騒音制御装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の能動型騒音制御装置において、
    前記相殺誤差信号のうち、所定周波数以下の信号のみを通過させて前記ＡＤ変換部に出力するアンチエイリアシングフィルタをさらに有し、
    前記所定周波数は、前記第３制御信号の制御周波数よりも高い周波数である
    ことを特徴とする能動型騒音制御装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の能動型騒音制御装置において、
    前記ＤＡ変換部からの前記第３制御信号に含まれる高周波成分を除去し、該高周波成分が除去された前記第３制御信号を前記音出力手段に出力するリコンストラクションフィルタをさらに有し、
    前記高周波成分は、前記第３制御信号の制御周波数よりも高い周波数の信号成分である
    ことを特徴とする能動型騒音制御装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の能動型騒音制御装置において、
    前記相殺誤差信号のうち、前記第３制御信号の制御周波数を中心周波数とする所定の周波数帯域の信号のみを通過させて前記ＡＤ変換部に出力するバンドパスフィルタをさらに有する
    ことを特徴とする能動型騒音制御装置。
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