JP6074693B2 - アクティブノイズ制御装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力源の駆動制御信号から制御対象音の周波数特性を推定し、推定周波数に制御対象を絞り込んで追従性および騒音低減効果を向上させ、音質調整機能を備えたマイクロフォンのようなセンサーレスのアクティブノイズ制御装置およびその制御方法に関する。

動力源から発生する音の騒音対策技術の１つに、アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）技術がある。このＡＮＣ技術は、取り除きたい音に同振幅・逆位相の波長を干渉させることにより騒音低減を図る技術である。

既存のＡＮＣ技術にＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを備えたアクティブノイズ制御装置がある。このアクティブノイズ制御装置は、図１に示すように、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１を備え、エンジン２側マイクロフォン２ａと制御対象領域３側のエラーマイクロフォン３ａの間に、ＤＳＰ１で生成された出力信号（制御信号）ｙを増幅させる増幅器５と制御音ｚを発生させるアクチュエータ・スピーカ６とから構成される。

そして、エンジン２側マイクロフォン２ａから得た参照信号（入力信号）ｘを用いて適応フィルタ７でフィルタ係数Ｗｉを変えてフィルタリングし、制御信号ｙを生成している。適応フィルタ７のフィルタ係数Ｗｉは、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズム８を用いて自動的に最適化している。ＬＭＳアルゴリズム８には、制御対象領域３にあるエラーマイクロフォン３ａで得られる誤差信号ｅがＡ／Ｄ変換されて入力され、収束係数μを用いたＬＭＳアルゴリズム８を用いて誤差信号ｅが小さくなるように最適化してＡＤＦ７を構成する係数Ｗｉを更新している。

ＤＳＰ１のＡＤＦ７でフィルタリングされ、出力された制御信号ｙは、Ｄ／Ａ変換され、アナログ波形信号となって増幅器５で増幅され、アクチュエータ・スピーカ６から制御音ｚを制御対象領域３に出力される。この制御音ｚはエンジン騒音からの制御対象音ｄと干渉することにより、結果的に騒音低減を行なうことになる。

このように、ＡＮＣ技術は、エンジン騒音からの制御対象音ｄに対して、アクチュエータ・スピーカ６から同振幅・逆位相の制御音ｚを出力し、制御対象領域３での騒音を低減させている。

ＡＮＣ技術は、図２に示すように、制御対象領域３のエラーマイクロフォン３ａによって制御対象音ｄと制御音ｚとから検出された誤差信号ｅがＤＳＰ１にＡＮＣフィードバック制御され、誤差信号ｅが小さくなるように収束係数μを用いてＬＭＳアルゴリズム８で信号処理し、発生したフィルタ信号Ｗで適応フィルタ７のフィルタ係数Ｗｉを最適に変化させ、制御している。ＡＮＣ技術では、スピーカ６からマイク３ａに至る誤差経路の伝達関数Ｇ（ｚ）をモデル化したプラントモデルＧ_Ｍ（ｚ）を予め配慮した「Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ」ＬＭＳアルゴリズム９の制御が行なわれており、この「Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ」ＬＭＳアルゴリズム９の制御で、入力信号ｘを適応フィルタ７でフィルタリングしている。

特開平８−２８６６７５号公報 特開平６−２５９０８３号公報 特開平３−２７５９１７号公報

特許文献１および２には、ＤＳＰの適応フィルタを備えたアクティブ騒音制御装置が記載されている。この騒音制御装置は、制御対象領域に誤差（エラー）信号を観測するエラーマイクロフォンを備えている。

しかし、エラーマイクロフォンは、熱や水に弱く、熱劣化が生じ易く、設置場所の制約も大きく、コストや耐久性の問題もある。

また、従来のアクティブ騒音制御装置では、制御対象音に対して全周波数範囲で低減させる制御を行なっているが、全帯域に対して収束係数を１つに設定しなければならず、制御対象音に対して騒音低減効果を発揮する周波数が周波数領域で最も大きいピーク値に影響され限定的であり、騒音低減効果が限定的になっていた。

さらに、特許文献３には、フィードバックループを持たないマイクレスのアクティブ消音システムが記載されているが、フィードバック系を持たないマイクレスのアクティブ消音システムでは、センサ一で制御対象領域の制御対象音の位置推定が極めて重要な技術となるが、このセンサ位置における制御対象領域の位置推定技術に関して一切考慮されていない。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、動力源からの駆動制御信号により、制御対象音の周波数特性を推定し、この推定周波数を制御対象に絞り込んで、制御の高速化を図り、追従性および騒音低減効果を向上させたマイクレスのアクティブノイズ制御装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、制御対象音の周波数特性を動力源の駆動制御信号から推定し、推定された制御対象周波数毎に周波数ピークを分解して音量調整して音質を調整し、聴覚的な違和感を防止できるアクティブノイズ制御装置およびその制御方法を提供するにある。

本発明に係るアクティブノイズ制御装置は、上述した課題を解決するために、動力源を駆動制御する駆動源の制御装置と、前記動力源からの発生音が制御対象音として伝達される制御対象領域と、前記動力源の駆動制御信号を入力信号として信号処理するＤＳＰと、このＤＳＰからの出力信号を増幅させる増幅器と、増幅された出力信号から制御音を前記制御対象領域に出力するアクチュエータ・スピーカとを有するマイクレスのアクティブノイズ制御装置であって、前記ＤＳＰは、前記入力信号から前記制御対象音の周波数特性を推測し、基本周波数と基本周波数から推定される次数成分の制御対象周波数を算出する信号処理回路と、算出された制御対象周波数の次数成分の周波数毎に個別の収束係数を用いてＡＮＣ制御を行なうＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムと、前記動力源からの制御対象音と前記アクチュエータ・スピーカからの制御音との誤差信号を、前記動力源の駆動制御信号から推定して生成する振幅位相推定部とを備え、前記振幅位相推定部で生成された誤差信号は各次数成分毎の収束係数が個別に設定されて前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムに送られ、前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムからの出力信号を受けて前記アクチュエータ・スピーカは制御音を前記制御対象領域に出力することを特徴とするものである。

また、本発明に係るアクティブノイズ制御方法、上述した課題を解決するために、動力源からの発生音を制御対象音として制御対象領域に伝達し、前記動力源の駆動制御信号を入力信号としてＤＳＰで信号処理し、前記ＤＳＰからの出力信号を増幅してアクチュエータ・スピーカに入力し、前記アクチュエータ・スピーカから前記制御対象領域の制御対象音に制御音として出力する、マイクレスのアクティブノイズ制御方法であって、前記動力源の駆動制御信号から制御対象音の周波数特性を推測して前記制御対象音の基本（一次）周波数および次数成分周波数の制御対象周波数を信号処理回路で算出し、算出された次数成分制御対象周波数を次数毎に分配してＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムにそれぞれ入力させてＡＮＣ制御を行ない、さらに、前記動力源の駆動制御信号からＤＳＰの振幅位相推定部により動力源からの制御対象音とアクチュエータ・スピーカからの制御音との誤差信号を推定し、前記振幅位相推定部からの誤差信号を用いてＬＭＳアルゴリズムは前記誤差信号を最小にする適応フィルタのフィルタ係数を求め、前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムのＡＮＣ制御により出力された制御信号を前記ＤＳＰからの出力信号としてアクチュエータ・スピーカに入力しており、前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムは、前記次数成分制御対象周波数から各次数毎に適応フィルタでフィルタリング処理することを特徴とする制御方法である。

本発明に係るアクティブノイズ制御装置およびその制御方法は、発生源の駆動制御信号から制御対象音の基本周波数を推定し、この基本周波数の次数成分の制御対象周波数を算出し、次数成分の制御対象周波数を各次数成分毎に分配してＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムにより、ＡＮＣ制御が行なわれ、制御対象周波数の周波数領域が減少してＡＮＣ制御が高速化して追従性が向上するとともに、ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムは次数成分の制御対象周波数を各次数成分毎に最適収束係数を設定してフィルタリング処理するために、騒音低減効果が向上する。また、各次数成分の制御対象周波数は、ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムにより各次数毎に減音・増音の設定が可能となるために、音量・音質制御が可能となる。

さらに、アクティブノイズ制御装置およびその制御方法は、動力源の駆動制御信号から振幅位相推定部で制御対象音と制御音の誤差信号を予測することにより、マイクロフォンを不要としてマイクレスのアクティブノイズ制御装置を提供することができ、熱や温度に弱く耐久性の低いマイクロフォンを不要にしてコストダウンを図ることができる。

「Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳアルゴリズム」を備えた既存のアクティブノイズ制御装置を示す構成図。 既存のアクティブノイズ制御装置に備えられる「Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳアルゴリズム」の概略図。 本発明に係るアクティブノイズ制御装置の第１の実施形態を示す構成図。 本発明に係るアクティブノイズ制御装置の作用例を説明するフローチャート。 （Ａ）は本発明に係るアクティブノイズ制御装置におけるＡＮＣ制御の騒音低減効果を示すグラフ、（Ｂ）は既存のアクティブノイズ制御装置におけるＡＮＣ制御の騒音低減効果を示すグラフ。 本発明に係るアクティブノイズ制御装置と既存のアクティブノイズ制御装置における追従性を比較して示すグラフ。 （Ａ）は本発明に係るアクティブノイズ制御装置を搭載した車両の定常走行時のＡＮＣ制御ＯＮ／ＯＦＦ時における音質・音量制御例を示すグラフ、（Ｂ）は同じく車両加速時におけるＡＮＣ制御ＯＮ／ＯＦＦ時における音質・音量制御例を示すグラフ。 本発明に係るアクティブノイズ制御装置の第２の実施形態を示す構成図。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図３は、アクティブノイズ制御装置の第１の実施形態を示す構成図である。このアクティブノイズ制御装置１０は、動力源の制御装置１１で駆動制御されるエンジン１２と、動力源の駆動制御信号として、エンジン１２の状態をセンシングするエンジンセンサ信号を入力信号ｘとして信号処理するＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１３と、ＤＳＰ１３からの出力信号ｙを増幅する増幅器１４と、増幅された出力信号ｙ_ｎの制御信号から制御音ｚ_ｎを発生させて出力するアクチュエータ・スピーカ１５とから主に構成される。アクチュエータ・スピーカ１５は制御対象領域１６に配置され、この制御対象領域１６でエンジン１２からのエンジン騒音である制御対象音ｄ_ｎに制御音ｚ_ｎを干渉音として出力している。

ＤＳＰ１３は、動力源の駆動制御信号であるエンジン１２からエンジンセンサ信号（波形信号、パルス信号）を入力してＡ／Ｄ変換器１７でデジタル信号に変換されて信号処理回路１８の基本周波数（基本周期）抽出部１９に送られる。基本周期抽出部１９では、制御対象音ｄ_ｎの基本（一次）周波数ｘ_１が演算による信号処理で抽出され、制御対象音ｄ（ｎ）の基本（一次）周波数ｘ_１が推定される。推定された基本周波数ｘ_１から任意の信号分である基本周波数の任意のｎ次（ｎは整数以外の倍数も含む）の次数成分周波数（ｘ_２，ｘ_３，…，ｘ_ｎ）が算出される。この基本（一次）周波数と次数成分周波数信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎは分配されて各次数分のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０（２０_１，２０_２，…，２０_ｎ）にそれぞれ入力される。エンジンの種類によっては、Ｖツインエンジン等のように次数成分ｎは整数以外、例えば０．５次数成分等も存在する。

このように、基本周期抽出部１９は、基本周波数ｘ_１を抽出し、この基本周波数ｘ_１から次数成分周波数ｘ_２，ｘ_３，…，ｘ_ｎを計算している。基本周波数ｘ_１は点火パルスなどのエンジンセンサ信号から計算でき、また、次数成分周波数ｘ_２，ｘ_３，…，ｘ_ｎは基本周波数をｎ倍することにより容易に求めることができる。いずれにしても、次数成分周波数ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎの信号は正弦波信号を生成している。

ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０（２０_１，２０_２，…，２０_ｎ）は、適応フィルタ（ＡＤＦ）２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）とＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）とを組み合せて構成され、各次数分周波数の入力信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎを適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）のフィルタ係数を用いてフィルタリング処理し、各次数分の周波数成分の入力信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎをｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎに対応する各次数成分周波数毎の出力信号ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_ｎをそれぞれ出力している。適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）は、ＡＤＦ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）であり、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）を用いて、フィルタ係数ｗ_１，ｗ_２，…，ｗ_ｎを時々刻々と更新してゆく。適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）では、各次数成分周波数の入力信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎが時々刻々と更新されるフィルタ係数と積和演算されてフィルタリング信号処理され、処理結果が各次数分周波数の出力信号（制御信号）ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_ｎとして個々に出力される。

また、ＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）は、既知の最適化手法の１つであり、最急降下法の演算量低減のために、勾配ベクトルの瞬時値を用いたアルゴリズムである。ＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）では、適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）に最適フィルタ係数を付与するために、振幅位相推定部３０でエンジンセンサ信号から制御対象音ｄ_ｎの周波数特性が推測され、エンジン騒音からの制御対象音ｄ_ｎとアクチュエータ・スピーカ１５からの制御音ｚ_ｎとの間の誤差信号ｅ_ｎに、各次数分毎の収束係数μ_１，μ_２，…，μ_ｎが個別に設定されてＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）に送られる。

このＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）では、誤差信号ｅ_ｎが最小となるようフィルタ信号ｗ_１，ｗ_２，…，ｗ_ｎを更新し、適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）の新しい係数としてセットされ、畳み込み演算を行なうことにより、ＡＮＣ制御される。フィルタ信号ｗ_１，ｗ_２，…，ｗ_ｎを入力する適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）では時々刻々変化する最適フィルタ係数が与えられてフィルタリング信号処理される。このようにして、ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０（２０_１，２０_２，…，２０_ｎ）は、適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）でそれぞれ最適フィルタ係数を用いて各次数成分周波数の入力信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎをフィルタリング処理して入力信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎに応じた各次数成分周波数の出力信号ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_ｎが制御信号ｙとして出力される。

ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０（２０_１，２０_２，…，２０_ｎ）で生成された各次数成分の制御信号（出力信号）ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_ｎは加算器２５で加算されて１つの制御信号ｙとなり、Ｄ／Ａ変換器２６により、アナログ波形信号となってＤＳＰ１３から出力される。ＤＳＰ１３から出力されたアナログ波形信号（制御信号ｙ）は、増幅器１４で増幅された後、アクチュエータ・スピーカ１５から制御音ｚ_ｎとして制御対象領域１６に出力される。制御音ｚ_ｎはエンジン騒音の制御対象音ｄ_ｎに対して干渉音として干渉させられる。

また、アクティブノイズ制御装置１０では、エンジン１２からのエンジンセンサ信号は誤差（エラー）信号ｅ_ｎを取得するために、Ａ／Ｄ変換器２９を経て振幅位相推定部３０に入力され、この振幅位相推定部３０でエンジン騒音の制御対象音ｄ_ｎとアクチュエータ・スピーカ１５からの制御音ｄ_ｎとの差に相当する誤差信号ｅ_ｎが得られる。この誤差信号ｅ_ｎは既存のアクティブノイズ制御装置のエラーマイクロフォン３ａ（図１，２参照）で得られた誤差信号ｅに相当するものである。

第１の実施形態のアクティブノイズ制御装置１０は、ＤＳＰ１３に振幅位相推定部３０を備えて、エンジン１２の状態をセンシングするエンジンセンサ信号を入力する振幅位相推定部３０で制御対象音ｄ_ｎの周波数特性を推定し、誤差信号ｅ_ｎを取得している。この推定によりエラーマイクロフォンを用いることなく、マイクロフォンを不要にしたマイクレスの騒音制御が可能となった。

また、振幅位相推定部３０で既存のエラーマイクロフォンからの信号ｅに相当する誤差信号ｅ_ｎを取得している。振幅位相推定部３０からの誤差信号ｅ_ｎに各次数成分毎の収束係数μ_１，μ_２，…，μ_ｎが個別に設定されてＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）に入力され、このＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）で誤差信号ｅ_ｎが小さくなるように収束係数μ_１，μ_２，…，μ_ｎを用いて信号処理され、適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）で時々刻々変化する最適なフィルタ信号ｗ_１，ｗ_２，…，ｗ_ｎがそれぞれ更新される。

一方、ＤＳＰ１３は、各次数成分周波数の振幅を調整し、音質を調整する音質調整回路３３（３３_１，３３_２，…，３３_ｎ）が備えられる。音質調整回路３３（３３_１，３３_２，…，３３_ｎ）は、各次数分の周波数入力信号ｘ_１，ｘ_２…，ｘ_ｎに増幅値ａ_１，ａ_２…，ａ_ｎを付与する増幅器３４（３４_１，３４_２，…，３４_ｎ）と、増幅値ａ_１，ａ_２…，ａ_ｎが付与された各次数分の周波数入力信号ｘ_１，ｘ_２…，ｘ_ｎを振幅位相推定部３０からの誤差信号ｅ_ｎに加算する加算器３５（３５_１，３５_２，…，３５_ｎ）とを備えて構成される。

音質調整回路３３（３３_１，３３_２，…，３３_ｎ）は、増幅値ａが付与された各次数分周波数の入力信号ｘ_１，ｘ_２…，ｘ_ｎが加算器３５（３５_１，３５_２，…，３５_ｎ）で振幅位相推定部３０からの誤差信号ｅ_ｎに加算され、各次数成分の周波数を所望の誤差信号ｅ_ｎが小さくなる振幅に制御することができる。

ＤＳＰ１３では、制御対象音の周波数特性をエンジンセンサ信号を入力した基本周期抽出部１９で基本（一次）周波数を抽出し、周波数ピークを分解し、各次数成分の周波数を制御対象周波数としている。そして、各次数成分の周波数信号ｘ_１，ｘ_２…，ｘ_ｎ毎に、音質調整回路３３（３３_１，３３_２，…，３３_ｎ）に案内して、制御対象周波数毎に減音や増音といった増幅値ａ_１，ａ_２…，ａ_ｎを付与することができる。これにより、制御対象周波数の音量調整を制御対象周波数毎や制御対象次数毎に行なうことができ、音質調整を行なうことができる。

［第１の実施形態の作用］
図４は、アクティブノイズ制御装置１０の作用を説明するフローチャートである。

このアクティブノイズ制御装置１０は、エンジン１２から配線を用いてＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１３がエンジンセンサ信号（パルス信号）をステップ１で取得しており、取得されたエンジンセンサ信号は、ＤＳＰ１３の基本周期抽出部１９で基本となる周波数成分が算出される（ステップ２）。制御対象音ｄ_ｎは、基本周波数のｎ倍数、例えば、この基本周波数と次数成分周波数で発生することが知られている。つまり、制御対象音ｄ_ｎは、次数成分の周波数ｘ_１，ｘ_２…，ｘ_ｎで発生することが分かっている。

そこで、制御対象音ｄ_ｎの制御したい次数成分周波数が正弦波（Ｓｉｎ波）をステップ３で入力信号として生成する。各次数成分のＳｉｎ波の入力信号をＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０（２０_１，２０_２，…，２０_ｎ）の適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）に入力させて、フィルタリング処理する（ステップ４）。

一方、エンジンセンサ信号は、制御対象領域１６において、エンジン騒音からの制御対象音ｄ_ｎとアクチュエータ・スピーカ１５からの制御音ｚ_ｎとの間の誤差信号を取得するために、ＤＳＰ１３の振幅位相推定部３０に入力される。振幅位相推定部３０は、エンジンセンサ信号を取得して各次数成分周波数の振幅位相を推定し、制御対象領域１６における誤差信号を取得するものである（ステップ５）。振幅位相推定部３０で取得された誤差信号ｅ_ｎは、ステップ６で音質調整回路３３（３３_１，３３_２，…，３３_ｎ）で増幅値ａ_１，ａ_２…，ａ_ｎが各次数成分の周波数の入力信号に加算されてＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）に送られ、このＬＭＳアルゴリズム２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ）で誤差信号ｅ_ｎが小さくなり、音量や音質を調整するための信号を用いて、適応フィルタ２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ）のフィルタ係数ｗ_１，ｗ_２，…，ｗ_ｎを変化させ、最適値となるようにＡＮＣ制御される。

ＤＳＰ１３の振幅位相推定は、適応フィルタ２１によって行なわれる。適応フィルタ２１は誤差（エラー）信号ｅ_ｎが最小とするようにフィルタ係数を求めている。適応フィルタ２１によるフィルタ係数の最適化は、最急降下法を用いたＬＭＳアルゴリズム２２により、振幅位相推定が最適に行なわれることが保証されている。

このようにして、ＤＳＰ１３は、各次数成分の周波数のＳｉｎ波が入力信号ｘ_１，ｘ_２…，ｘ_ｎとして各適応フィルタ２１_１，２１_２，…，２１_ｎに１つ１つ入力され、各適応フィルタ２１_１，２１_２，…，２１_ｎは、各次数成分の周波数毎に適した収束係数μ_１，μ_２，…，μ_ｎ を用いたＬＭＳアルゴリズム２２_１，２２_２，…，２２_ｎによりフィルタ係数ｗｉが最適化され、フィルタリング処理され、各次数成分の周波数の入力信号ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎに応じた各次数成分の出力信号ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_ｎから制御信号ｙが生成される（ステップ７）。

ステップ７で生成されたＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０の各適応フィルタ２１_１，２１_２，…，２１_ｎからの出力信号（各制御信号）ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_ｎは、加算器２５で加算され、加算された制御信号ｙが出力信号としてＤ／Ａ変換器２６に出力される（ステップ８）。

Ｄ／Ａ変換器２６では、制御信号はアナログ波形信号にステップ９で変換される。

変換されたアナログ波形信号は増幅器１４で増幅され（ステップ１０）、アクチュエータ・スピーカ１５から制御音ｚ_ｎとして制御対象領域１６に出力される（ステップ１１）。

アクチュエータ・スピーカ１５から出力される制御音ｚ_ｎは、制御対象領域１６においてエンジン騒音からの制御対象音ｄ_ｎが所望音となるように調整された制御干渉音である。

また、ＤＳＰ１３のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０は、各ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０_１，２０_２，…，２０_ｎの適応フィルタ２１_１，２１_２，…，２１_ｎが、各次数毎に最も適した収束係数μ_１，μ_２，…，μ_ｎを用いたＬＭＳアルゴリズム２２_１，２２_２，…，２２_ｎにより作成されたフィルタ信号によりフィルタ係数が設定されるため、制御対象領域１６において、制御対象音ｄ_ｎの騒音制御効果を向上させることができる。

なお、図４に付設された左右の波形例の図は、各ステップ１〜８でそれぞれ取得された信号波形例を一例として例示するものである。

本実施形態のアクティブノイズ制御装置１０では、制御対象音ｄ_ｎの周波数特性をエンジンセンサ信号から推測し、周波数ピークを分解してそれぞれを基本（一次）周波数や次数成分周波数として制御対象周波数としている。この制御対象周波数は各周波数毎に個別に収束係数を設定することができ、制御対象周波数の各周波数毎に、ＤＳＰ１３でＡＮＣ制御を行なうことができる。

このため、アクティブノイズ制御装置１０でＤＳＰ１３を用いてＡＮＣ制御することが、図５（Ａ）に実線Ａで示すように、ＤＳＰ１３を用いてＡＮＣ制御するＡＮＣのＯＮ時には、破線Ｂで示すＡＮＣのＯＦＦ時に示すように、各次数成分周波数のピークがそれぞれ低減され、広い周波数範囲に亘って、高い騒音低減効果が得られる。

これに対し、図５（Ｂ）は、図１に示す既存のアクティブノイズ制御装置により得られる騒音低減効果を示すものである。図５（Ｂ）に示すように、既存のアクティブノイズ制御装置では、ＤＳＰ１３の全周波数帯域で１つの収束係数μを設定しなければならないため、ＡＮＣのＯＮ時にも、実線Ｃで示すように、ＡＮＣのＯＦＦ時に破線Ｄで示すように、制御対象音ｄ_ｎに対し騒音低減効果を発揮する周波数は狭く、限定的である。

また、本実施形態のアクティブノイズ制御装置１０では、制御対象音ｄ_ｎの振幅や位相の周波数特性をエンジンセンサ信号から推測し、ＤＳＰ１３の基本周波数抽出部１９で抽出し、基本（一次）周波数やｎ次数の周波数を求め、周波数ピークを分解して制御対象周波数とした。このことにより、各成分毎に収束係数μ_ｎを設定することができ、ＤＳＰ１３のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０によるＡＮＣ制御を図６に符号Ｅで示すように高速化させることができた。図６において、符号Ｆは既存のＤＳＰ１３によるＡＮＣ制御を示すもので、既存のＡＮＣ制御Ｆで騒音レベルを一定レベルまで減少させるのに、約１．３ｓｅｃかかっていたものが、本実施形態のＤＳＰ１３によるＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０のＡＮＣ制御では約０．２５ｓｅｃと５倍の速度分高速化させることができ、高い追従性が得られる。

さらに、本実施形態のアクティブノイズ制御装置１０では、制御対象音ｄ_ｎの振幅と位相の周波数特性をエンジン１２のエンジンセンサ信号から推定し、基本周波数と基本周波数から推定される次数成分周波数を制御対象周波数とし、制御対象周波数毎に減音や増音を設定することができる。

このアクティブノイズ制御装置路１０では、基本（一次）周波数およびｎ次数の周波数である制御対象周波数毎に、音質調整回路３３（３３_１，３３_２，…，３３_ｎ）により減音か増音という音量・音質調整を行なうことができる。

図７（Ａ）は、例えば５０ｋｍ／時の一定速度走行時における車両を、アクティブノイズ制御装置１０を用いて音質調整制御を行なったものである。この音質調整制御では、ＤＳＰ１３のＬＭＳアルゴリズム２２_１，２２_２，…，２２_ｎに、制御対象周波数毎に減音かか増音の設定が可能となるように、音質調整回路３３（３３_１，３３_２，…，３３_ｎ）の増幅器３４_１，３４_２，…，３４_ｎで増幅値ａ_１，ａ_２，…，ａ_ｎを設定し、減音や増音に適したアルゴリズムを作成している。そして、図７（Ａ）は、ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム２０（２０_１，２０_２，…，２０_ｎ）で一定速度走行時における音質制御を行なっている状態（実線Ｇ）と音質制御を行なっていない状態（破線Ｈ）との周波数特性を比較して示すグラフである。実線Ｇで示すように、音質制御を行なうと、制御対象音ｄ_ｎは、広い周波数範囲に亘り、目標の所要音圧となるように、制御対象音ｄ_ｎを減音あるいは増音して音圧レベルをほぼ一定となるように制御できる。

また、図７（Ｂ）は、スクータ車両の加速時における音質制御（音質評価テスト）の一例を示すものである。この音質制御をエンジン回転数に応じて行なうことにより、加速時に、エンジン騒音調整をエンジン回転数の上昇に応じて、実線Ｉで示すように音圧変動が少なく、滑らかな心地よい連続音で繋がるように音量・音質制御している。また、破線Ｊに示すように、音質制御を行なわない時には、エンジン回転数が上昇するに伴い音圧変動が大きく、うなり音が発生し、聴感（聴覚）的な違和音が発生しているが、音質制御を行なうことにより、加速時には振幅変動を防ぎ、心地よい滑らかな連続音で繋がり、聴感的な違和感を防止することができる。

さらに、既存のアクティブノイズ制御装置のエラーマイクロフォン３ａ（図１参照）位置で取得される制御対象音ｄは，参照信号ｘの線形変形された信号となることが予測される．そうすると誤差信号ｅは制御対象信号ｄから適応フィルタ出力に伝達関数Ｇ（ｚ）をたたみ込んだ信号との差分をとることにより求めることができる。つまり、図３における制御対象音ｄ_ｎの信号は、エンジンセンサ信号の各次数成分の信号に伝達関数を畳み込むことにより得られるセンサ入力信号であると表現できる。正弦波すなわち１つの周波数成分に着目すると，その伝達関数はエンジンセンサ信号と制御対象領域１６の制御対象音ｄ_ｎの音信号との振幅比と位相差によって表現される。（便宜上、エンジンセンサ信号ｘとエラーセンサ位置の制御対象信号ｄ_ｎとの伝達関数を伝達関数Ｈ（ｚ）と呼称する。）このため、エンジンセンサ信号から生成された正弦波信号と伝達関数Ｈ（ｚ）を用いて作成された誤差信号を用いることによりセンサレスのアクティブノイズ制御装置１０を得るものである。

伝達関数Ｈ（ｚ）はエンジンセンサ信号を入力、制御対象音の信号を出力とすると、入出力間は１対１の線形出力関係になり一意に定めることができる。伝達関数Ｈ（ｚ）はインパルス応答からなる伝達関数データをしての予め用意された値を持つことにより、エンジンセンサ信号から制御対象音ｄ_ｎの音信号を推定することができる。

したがって、エンジン騒音の制御対象音の周波数特性を推測することにより、マイクロフォンのような物理的なセンサを用いないセンサレスのアクティブノイズ制御装置を得ることができる。

また、アクティブノイズ制御装置１０のＤＳＰ１３における音質制御は、エンジン回転に同期する高長波騒音成分の振幅が時間的に変動し過ぎないことや、車両加速時の適応音質制御における低次の騒音次数成分が小さいことが心地よい快音の１つの指標となっていることを本発明者等は知見した（日本音響学会２０１０年春季研究発表会講演論文集ＣＤＲＯＭ Ｐ８９５−Ｐ８９６参照。）。基本（一次）周波数や二次周波数成分の増幅値ａ_１＝ａ_２＝０とし、三次以上の次数成分の増幅値ａ_３＝ａ_４＝ａ_５＝…＝ａ_ｎ＝定数となるように、音質制御することが考えられる。そこで、制御目的信号として、三次以上の次数成分の増幅値ａ_３，…，ａ_ｎを得ることにより、より好ましい音質制御を行なうことができる。

［第２の実施形態］
図８は、アクティブノイズ制御装置の第２の実施形態を示す構成図である。

第２の実施形態に示されたアクティブノイズ制御装置１０Ａは、騒音低減が必要な周波数はエンジンセンサ信号によって決定されるだけでなく、エンジンセンサ信号に依存しない音も存在することに着目したもので、第１の実施形態に示されたアクティブノイズ制御装置１０と同じ構成・作用には同一符号を付し、重複説明を省略ないし簡略化する。

第２の実施形態に示されたアクティブノイズ制御装置１０Ａは、第１の実施形態のアクティブノイズ制御装置１０に加えて、一定周波数で発生する音も騒音低減対策に加えたもので、一定周波数音の制御も目的としている。

このアクティブノイズ制御装置１０Ａは、ＤＳＰ１３Ａに第１の実施形態で説明したＤＳＰ１３に、一定周波数音を制御するＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム４０を加え、このＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム４０は一定周波数音をフィルタリングする適応フィルタ（ＡＤＦ）４３とＬＭＳアルゴリズム４４とを組み合せて構成される。ＬＭＳアルゴリズム４４は、振幅位相推定部３０からの誤差信号ｅ_ｎ から収束係数μａが設定されて入力され、誤差信号ｅ_ｎが小さくなるように信号処理したフィルタ信号ｗａを適応フィルタ４３に送り、適応フィルタ４３のフィルタ係数を制御している。適応フィルタ４３は、このフィルタ係数で一定周波数音のフィルタリングを行なっている。適応フィルタ４３でフィルタリングされた出力信号（制御信号）ｙ_ａは加算器２５で加算され、制御信号ｙ_ｍ（ｙ＋ｙ_ａ）となってＤ／Ａ変換器２６でアナログ波形信号に変換される。アナログ波形（制御）信号は続いて増幅器１４で増幅され、制御対象領域１６に制御音ｚ_ｍとなって出力される。

［第２の実施形態の作用］
第２の実施形態に示されたアクティブノイズ制御装置１０Ａは、第１の実施形態に示されたアクティブノイズ制御装置１０と同様な作用、機能を奏する他、エンジンセンサ信号に依存しない音、例えば経路長さにより強められる一定周波数の音も発生している。

このため、アクティブノイズ制御装置１０Ａは、騒音低減が必要な周波数だけでなく、エンジンセンサ信号に依存しない一定周波数も騒音低減対策の対象音としている。このアクティブノイズ制御装置１０Ａで追設されたＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム４０の適応フィルタ（ＡＤＦ）４３で一定周波数音の信号をフィルタリングした出力信号（制御信号）ｙ_ａは加算器２５で加算され、制御信号ｙ_ｍ（ｙ＋ｙ_ａ）となって出力され、アナログ波形（制御）信号に変換され、増幅されてアクチュエータ・スピーカ１５から制御音ｚ_ｍとなって出力される。この制御音ｚ_ｍは、エンジン騒音の制御対象音ｄ_ｍに、例えば経路長さにより強められる一定周波数音への騒音低減対策も含めて干渉音として出力される。

第２の実施形態に示すアクティブノイズ制御装置１０Ａでは、エンジン騒音からの制御対象音ｄ_ｍに一定周波数の発生音も対象とし、制御対象周波数を一定とし、位相および振幅のみをエンジンセンサ信号から制御対象音ｄ_ｍとして算出して推定し、一定周波数音への騒音低減対策も対象として実施するものである。

［その他］
本発明の実施形態では、エンジンからのエンジンセンサ信号を入力信号とし、ＤＳＰのＡＮＣ技術で信号処理して騒音低減を図る例について説明したが、入力信号としてエンジンのエンジンセンサ信号は、イグニッションパルス信号（点火信号）やスロットルバルブのスロットル開度信号などの動力源の駆動制御信号を入力信号としてもよい。また、制御対象音として動力源の駆動制御信号の影響を受けない、環境中に存在する一定周波数の発生音を含ませてもよい。

さらに、実施形態では、動力源として内燃機関からの騒音低減制御を対象としたアクティブノイズ制御装置の例を示したが、動力源は、所定の駆動制御入力信号を付与した場合に、再現性のある音響特性を示す音を出力する動力発生源であればよい。例えば、エンジン（内燃機関）の動力発生源だけでなく、電気モータ等の回転電機や、内燃機関と回転電機とを組み合せたハイブリッド車両を動力発生源としてもよい。

付け加えて、本発明は音を制御することを目的としているが、物体の振動抑制制御にも転用して適用可能である。制御対象のエンジン騒音ｄ_ｎをエンジン振動に、アクチュエータ・スピーカ１５を振動子に置き換えることで騒音制御と同様に、振動制御することが可能である。よって、所定の駆動制御入力信号を付与した場合に対して再現性のある振動特性を示す構造物に対する振動低減制御を本発明の目的としてもよい。

加えて、制御対象領域には、車室や、エンジンルーム、モータ室のみならず、さらに吸気系配管や排気系配管、エンジンの周辺機器を制御対象領域に加えてもよい。

１０，１０Ａ アクティブノイズ制御装置
１１ 動力源の制御装置
１２ エンジン
１３，１３Ａ ＤＳＰ
１４ 増幅器
１５ アクチュエータ・スピーカ
１６ 制御対象領域
１７ Ａ／Ｄ変換器
１８ 信号処理回路
１９ 基本周期（周波数）抽出部
２０（２０_１，２０_２，…，２０_ｎ） ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム
２１（２１_１，２１_２，…，２１_ｎ） 適応フィルタ（ＡＤＦ）
２２（２２_１，２２_２，…，２２_ｎ） ＬＭＳアルゴリズム
２５ 加算器
２６ Ｄ／Ａ変換器
２９ Ａ／Ｄ変換器
３０ 振幅位相推定部
３３（３３_１，３３_２，…，３３_ｎ） 音質調整回路
３４（３４_１，３４_２，…，３４_ｎ） 増幅器
３５（３５_１，３５_２，…，３５_ｎ） 加算器
４０ ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズム
４３ 適応フィルタ（ＡＤＦ）
４４ ＬＭＳアルゴリズム

Claims (12)

1. 動力源を駆動制御する駆動源の制御装置と、
   前記動力源からの発生音が制御対象音として伝達される制御対象領域と、
   前記動力源の駆動制御信号を入力信号として信号処理するＤＳＰと、
   このＤＳＰからの出力信号を増幅させる増幅器と、
   増幅された出力信号から制御音を前記制御対象領域に出力するアクチュエータ・スピーカとを有するマイクレスのアクティブノイズ制御装置であって、
   前記ＤＳＰは、前記入力信号から前記制御対象音の周波数特性を推測し、基本周波数と基本周波数から推定される次数成分の制御対象周波数を算出する信号処理回路と、
   算出された制御対象周波数の次数成分の周波数毎に個別の収束係数を用いてＡＮＣ制御を行なうＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムと、
   前記動力源からの制御対象音と前記アクチュエータ・スピーカからの制御音との誤差信号を、前記動力源の駆動制御信号から推定して生成する振幅位相推定部とを備え、
   前記振幅位相推定部で生成された誤差信号は各次数成分毎の収束係数が個別に設定されて前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムに送られ、
   前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムからの出力信号を受けて前記アクチュエータ・スピーカは制御音を前記制御対象領域に出力することを特徴とするアクティブノイズ制御装置。
2. 前記信号処理回路は、前記動力源の駆動制御信号から前記制御対象音の周波数特性を推測し、その基本周波数を推定するとともに次数成分周波数とを算出する基本周期算出部を備え、
   この基本周期算出部で算出された基本（一次）周波数および次数成分周波数から制御対象周波数をそれぞれ分配して前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムに入力させる請求項１に記載のアクティブノイズ制御装置。
3. 前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムは、前記制御対象周波数を次数成分毎に入力させる各次数毎のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムを備え、
   各次数毎のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムは、前記制御対象周波数が次数成分毎個別にＡＮＣ制御された請求項１または２に記載のアクティブノイズ制御装置。
4. 前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムは、各次数毎のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムが最適フィルタとＬＭＳアルゴリズムを組み合せてそれぞれ構成され、
   前記各ＬＭＳアルゴリズムは個々の収束係数が用いられて収束環境が調整されて前記各適応フィルタのフィルタ係数がそれぞれ最適化される請求項３に記載のアクティブノイズ制御装置。
5. 前記ＤＳＰは、前記動力源からの駆動制御信号を入力して前記信号処理回路で得られた制御対象音の基本（一次）周波数および次数成分の制御対象周波数を前記各次数成分毎のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムに入力させる一方、
   前記次数成分のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムから出力される各次数成分毎の出力信号を加算器で加算し、加算された出力信号を増幅器に送るように構成した請求項１に記載のアクティブノイズ制御装置。
6. 前記ＤＳＰは、前記信号処理回路で処理された基本（一次）周波数および次数成分周波数の制御対象周波数から各次数成分の制御対象周波数を個々に案内する音質調整回路を各次数成分毎にそれぞれ備え、
   各次数成分の音質調整回路は、各次数成分の制御対象周波数毎に音量・音質を調整する増幅値を個別に付与して加算器にて前記振幅位相推定部からの誤差信号に加算される請求項１に記載のアクティブノイズ制御装置。
7. 前記ＤＳＰは、制御対象音の基本周波数の次数成分以外の一定周波数音の信号をＡＮＣ制御する追加のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムを備え、
   この追加のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムに前記振幅位相推定部からの誤差信号に収束係数を乗じて適応フィルタのフィルタ係数を最適化させる請求項１または６に記載のアクティブノイズ制御装置。
8. 動力源からの発生音を制御対象音として制御対象領域に伝達し、
   前記動力源の駆動制御信号を入力信号としてＤＳＰで信号処理し、
   前記ＤＳＰからの出力信号を増幅してアクチュエータ・スピーカに入力し、
   前記アクチュエータ・スピーカから前記制御対象領域の制御対象音に制御音として出力する、マイクレスのアクティブノイズ制御方法であって、
   前記動力源の駆動制御信号から制御対象音の周波数特性を推測して前記制御対象音の基本（一次）周波数および次数成分周波数の制御対象周波数を信号処理回路で算出し、
   算出された次数成分制御対象周波数を次数毎に分配してＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムにそれぞれ入力させてＡＮＣ制御を行ない、
   さらに、前記動力源の駆動制御信号からＤＳＰの振幅位相推定部により動力源からの制御対象音とアクチュエータ・スピーカからの制御音との誤差信号を推定し、
   前記振幅位相推定部からの誤差信号を用いてＬＭＳアルゴリズムは前記誤差信号を最小にする適応フィルタのフィルタ係数を求め、
   前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムのＡＮＣ制御により出力された制御信号を前記ＤＳＰからの出力信号としてアクチュエータ・スピーカに入力しており、
   前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムは、前記次数成分制御対象周波数から各次数毎に適応フィルタでフィルタリング処理することを特徴とするアクティブノイズ制御方法。
9. 前記ＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムは各次数成分制御対象周波数から分配される次数成分毎のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムをそれぞれ備え、
   前記次数成分毎のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムは収束係数を個別に備えたＬＭＳアルゴリズムにより適応フィルタのフィルタ係数が個別に最適化される請求項８に記載のアクティブノイズ制御方法。
10. 前記次数成分のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムから各次数成分の出力信号が加算され、制御信号となってアクチュエータ・スピーカに送られる請求項９に記載のアクティブノイズ制御方法。
11. 前記信号処理回路から制御対象音の基本（一次）周波数および次数成分制御対象周波数を分配して各次数分の音質調整回路に入力し、
    前記次数分の音質調整回路は、前記次数成分制御対象周波数の各次数成分毎に音量・音質を調整する増幅値を用いて前記振幅位相推定部からの誤差信号に加算する請求項８に記載のアクティブノイズ制御方法。
12. 前記制御対象音の基本周波数の次数成分以外の一定周波数音の信号を追加のＡＤＦ・ＬＭＳアルゴリズムでＡＮＣ制御を行ない、
    前記振幅位相推定部からの誤差信号に収束係数を乗じて、前記一定周波数音における適応フィルタにフィルタ係数を最適化制御する請求項８または１１に記載のアクティブノイズ制御方法。

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