JP6737142B2 - Noise control device, noise control method, and power machine - Google Patents
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Description
本発明は、騒音制御装置、騒音制御方法及び動力機械に関する。 The present invention relates to a noise control device, a noise control method, and a power machine.
動力源から発生する音の騒音対策の1つとして能動騒音制御(Active Noise Control, ANC)がある。ANCは、制御対象音に対して同振幅、逆位相の制御音を干渉させることにより、消音を行う技術である。ANCは、低域騒音に対して有効であり、設置場所として大きなスペースを必要としない。このため、ANCは、自動車内の車内騒音やエンジンのこもり音の低減などによく用いられている。 Active noise control (ANC) is one of the measures against the noise generated by the power source. ANC is a technique of silencing by interfering control sounds of the same amplitude and opposite phase with the control target sound. The ANC is effective for low frequency noise and does not require a large space as an installation place. For this reason, the ANC is often used for reducing vehicle interior noise and engine muffled noise.
ANCを適用した騒音制御装置として、例えば、特許文献1には、動力源から発生する音に含まれる基本周波数の正弦波信号及びその倍数次の周波数の正弦波信号を参照信号とし、周囲の音を誤差信号とする適応フィルタに入力し、動力源で発生する騒音を制御する騒音制御装置が開示されている。この適応フィルタは、HFxLMS(Harmonic Filtered-xLeast Mean Square)アルゴリズムに従って動作する。
As a noise control device to which ANC is applied, for example, in
動力源が、例えば自動二輪車のエンジン等である場合には、その加減速に伴ってエンジン音の基本周波数が変化する。しかし、適応フィルタは、時間とともにフィルタ特性を徐々に変化させる仕組みを有しているため、加減速によりエンジン音の周波数が変化すると、その変化に対して適応フィルタの更新に遅れが生じてしまうおそれがあった。 When the power source is, for example, an engine of a motorcycle, the fundamental frequency of the engine sound changes with the acceleration/deceleration. However, since the adaptive filter has a mechanism that gradually changes the filter characteristics with time, if the frequency of the engine sound changes due to acceleration/deceleration, the update of the adaptive filter may be delayed in response to the change. was there.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、動力源の基本周波数の変化に対する追従性を高めることができる騒音制御装置、騒音制御方法及び動力機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a noise control device, a noise control method, and a power machine that can improve the followability to changes in the fundamental frequency of the power source.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る騒音制御装置は、
動力源を駆動するパルス信号の基本周波数を算出する基本周波数算出部と、
前記基本周波数の倍数次の周波数のうちの特定次数の周波数の正弦波信号と、前記特定次数の周波数を基準とし前記動力源の駆動周波数の変動特性に基づいて定められた範囲内の複数の異なる周波数の正弦波信号とを生成する信号生成部と、
前記動力源の周囲の音を入力する音声入力部と、
LMSアルゴリズムに従って動作する適応フィルタが、前記信号生成部で生成された複数の正弦波信号各々について設けられ、前記各適応フィルタは、対応する正弦波信号を参照信号として入力し、前記音声入力部で入力された音声信号を誤差信号として入力し、前記各適応フィルタから出力された信号を加算して得られる出力信号を出力する適応フィルタ部と、
前記適応フィルタ部の出力信号に対応する音声を出力する音声出力部と、
を備える。
In order to achieve the above object, the noise control device according to the first aspect of the present invention is
A basic frequency calculation unit that calculates the basic frequency of the pulse signal that drives the power source,
A sine wave signal of a specific order frequency among multiples of the fundamental frequency, and a plurality of different values within a range determined based on the variation characteristic of the driving frequency of the power source with the specific order frequency as a reference. A signal generation unit that generates a sine wave signal of a frequency,
A voice input unit for inputting sounds around the power source;
An adaptive filter that operates according to the LMS algorithm is provided for each of the plurality of sine wave signals generated by the signal generation unit, and each of the adaptive filters inputs the corresponding sine wave signal as a reference signal, and the voice input unit An adaptive filter unit that inputs an input voice signal as an error signal and outputs an output signal obtained by adding the signals output from the respective adaptive filters,
A voice output unit that outputs a voice corresponding to the output signal of the adaptive filter unit;
Equipped with.
この場合、前記信号生成部は、前記基本周波数の正弦波信号とその倍数次の周波数の正弦波信号とのそれぞれの信号について、前記動力源の駆動周波数の変動に基づいて定められ対応する周波数を基準とする範囲における複数の異なる周波数の正弦波信号を生成する、
こととしてもよい。
In this case, the signal generation unit determines, for each signal of the sine wave signal having the fundamental frequency and the sine wave signal having a frequency of a multiple thereof, a corresponding frequency determined based on a variation in the drive frequency of the power source. Generate multiple sinusoidal signals with different frequencies in the reference range,
It may be that.
また、前記動力源はエンジンであり、
前記パルス信号は、前記エンジンの点火のタイミングを示す点火パルス信号である、
こととしてもよい。
Further, the power source is an engine,
The pulse signal is an ignition pulse signal indicating the ignition timing of the engine,
It may be that.
前記各適応フィルタは、並行して動作可能な別々のプロセッサ又はプログラマブルロジック回路に実装されている、
こととしてもよい。
Each of the adaptive filters is implemented in a separate processor or programmable logic circuit that can operate in parallel,
It may be that.
本発明の第2の観点に係る動力機械は、
本発明の騒音制御装置と、
動力源で発生する動力により動作する本体装置と、
を備える。
A power machine according to a second aspect of the present invention is
A noise control device of the present invention;
A main unit that operates by the power generated by the power source,
Equipped with.
本発明の第3の観点に係る騒音制御方法は、
動力源を駆動するパルス信号の基本周波数を算出する基本周波数算出工程と、
前記基本周波数の倍数次の周波数のうちの特定次数の周波数の正弦波信号と、前記特定次数の周波数を基準とし前記動力源の駆動周波数の変動特性に基づいて定められた範囲内の複数の異なる周波数の正弦波信号とを生成する信号生成工程と、
前記動力源の周囲の音を入力する音声入力工程と、
前記信号生成工程で生成された複数の正弦波信号各々について設けられたLMSアルゴリズムに従って動作する複数の適応フィルタが、対応する正弦波信号を参照信号として入力するとともに前記音声入力工程で入力された音声信号を誤差信号として入力し、前記適応フィルタの出力の和に相当する出力信号を出力する適応フィルタ工程と、
前記適応フィルタ工程で出力された出力信号に対応する音声を出力する音声出力工程と、
を繰り返し実行する。
A noise control method according to a third aspect of the present invention is
A fundamental frequency calculating step of calculating a fundamental frequency of a pulse signal for driving the power source,
A sine wave signal of a specific order frequency among multiples of the fundamental frequency, and a plurality of different values within a range determined based on the variation characteristic of the driving frequency of the power source with the specific order frequency as a reference. A signal generation step for generating a sine wave signal of frequency,
A voice input step of inputting a sound around the power source,
The plurality of adaptive filters operating according to the LMS algorithm provided for each of the plurality of sine wave signals generated in the signal generating step inputs the corresponding sine wave signals as reference signals and also the voice input in the voice input step. An adaptive filter step of inputting a signal as an error signal and outputting an output signal corresponding to the sum of outputs of the adaptive filter;
A voice output step of outputting a voice corresponding to the output signal output in the adaptive filter step,
Is repeatedly executed.
本発明によれば、適応フィルタが、動力源を駆動するパルス信号の特定周波数だけでなく、特定周波数を基準とする範囲内の他の周波数の正弦波信号について設けられ、適応フィルタの出力が加算されて騒音を制御するための出力信号が生成される。このようにすれば、動力源の基本周波数が変化しても、変化した基本周波数で収束係数等の内部パラメータが最適化された状態となっているため、基本周波数の変化に迅速に追従することができる。この結果、動力源の基本周波数の変化に対する追従性を高めることができる。 According to the present invention, the adaptive filter is provided not only for the specific frequency of the pulse signal that drives the power source, but also for the sinusoidal wave signals of other frequencies within the range based on the specific frequency, and the outputs of the adaptive filters are added. An output signal for controlling the noise is generated. By doing this, even if the fundamental frequency of the power source changes, internal parameters such as the convergence coefficient are optimized at the changed fundamental frequency, so it is necessary to quickly follow changes in the fundamental frequency. You can As a result, it is possible to improve the followability to changes in the fundamental frequency of the power source.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1について説明する。
First, the first embodiment of the present invention will be described.
本実施の形態に係る騒音制御装置1は、車両本体(本体装置)2に取り付けられている。騒音制御装置1と車両本体2とで動力機械100が構成されている。車両本体2は、エンジン3と、エンジン3を駆動する駆動部4とを備えている。騒音制御装置1は、駆動部4から出力されエンジン3の点火のタイミングを示す点火パルス信号で駆動されるエンジン3から発生する騒音(エンジン音)を制御するのに用いられる。騒音制御装置1は、異なる周波数に対応するデジタルフィルタとしての適応フィルタ20を複数備えることにより、エンジン音の周波数の変化に対応している。このような対応を実現するための騒音制御装置1の詳細な構成について説明する。
The
図1に示すように、騒音制御装置1は、基本周波数算出部10と、信号生成部11と、音声入力部12と、適応フィルタ部13と、音声出力部14と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
基本周波数算出部10は、動力源を駆動するパルス信号の基本周波数を算出する。本実施の形態では、動力源はエンジン3である。パルス信号は、エンジン3の点火のタイミングを示す点火パルス信号である。図2には、点火パルス信号の一例が示されている。図中の矢印は、パルス周期を示している。エンジン3が直列4気筒4サイクルエンジンである場合、パルス周期は、以下の数式で表される。
パルス周期=(エンジン回転数[rpm]/時間[s])−1
直列4気筒4サイクルエンジンは、クランクシャフトが2回転する間に、吸入、圧縮、爆発(点火)、排気を順に行う。4気筒であれば、1回転で2回爆発する。
The basic
Pulse period = (engine speed [rpm]/time [s]) -1
The in-line 4-cylinder 4-cycle engine sequentially performs intake, compression, explosion (ignition), and exhaust while the crankshaft makes two revolutions. If it has four cylinders, it will explode twice in one rotation.
エンジン3の音の周波数特性は、エンジン3の駆動回転数に従って変化する。例えば、エンジン3の回転数が2700rpmから2900rpmに変化した場合、エンジン音の周波数特性は、図3に示すように変化する。騒音制御装置1は、このようなエンジン音の変化に追従する構成を有している。
The frequency characteristic of the sound of the
図1に戻り、信号生成部11は、基本周波数算出部10で算出された基本周波数fbとその倍数次の周波数2fb、3fb、…、すなわち基本周波数fbの倍数次fb、2fb、3fb、…、の周波数のうちの特定次数の特定周波数の正弦波信号を生成する。なお、本明細書では、特定の周波数で変動する信号を、正弦波信号と定義し、その信号は余弦波状のものも含むものとする。また、倍数次の周波数は、例えば1.5次の周波数であってもよい。この正弦波信号はデジタル信号である。このデジタル信号のサンプリング番号をn(nは自然数)とする。本実施の形態では、信号生成部11は、基本周波数fb(図4参照)の正弦波信号x1(n)を生成する。
Returning to FIG. 1, the signal generation unit 11 includes the fundamental frequency f b calculated by the fundamental
さらに、信号生成部11は、特定周波数を基準とする周波数帯域の範囲内の複数の異なる周波数の正弦波信号x2(n)〜xN(n)を生成する。Nは生成される正弦波信号の数である。本実施の形態では、これらの周波数を、fb±1、fb±2、…、fb±m(Hz)(mは自然数)とする。なお、この間隔は0.5などの小数を含む場合もある。 Further, the signal generator 11 generates a plurality of sine wave signals x 2 (n) to x N (n) having different frequencies within the range of the frequency band with the specific frequency as a reference. N is the number of sinusoidal signals generated. In the present embodiment, these frequencies are f b ±1, f b ±2,..., F b ±m (Hz) (m is a natural number). Note that this interval may include a decimal number such as 0.5.
正弦波信号x2(n)〜xN(n)が生成される周波数の範囲は、エンジン3の駆動周波数の変動特性に基づいて定められている。すなわち、エンジン3の駆動周波数の時間変化に対して、許容時間以上の遅れが出ないような範囲に設定されている。また、この範囲から選択される周波数の数は、後述する適応フィルタ部13が実装されるプロセッサ又はプログラマブルロジック回路の能力等によって決定することができる。周波数の間隔が細ければそれだけ高精度な騒音の追従制御が可能となる。
The frequency range in which the sine wave signals x 2 (n) to x N (n) are generated is determined based on the variation characteristic of the drive frequency of the
音声入力部12は、動力源(エンジン3)を含む周囲の音を入力する。音声入力部12としては、例えば小型のマイクロフォンが用いられる。本実施の形態では、音声入力部12で入力されたデジタル音声信号が、騒音制御装置1における誤差信号e(n)となる。
The
図1に戻り、適応フィルタ部13は、信号処理を行うコンピュータ又はプログラマブルロジック回路等に実装されたデジタルフィルタである。コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Sound Processor)等のプロセッサを中心として構成される。プロセッサが、メモリに格納されたLMSアルゴリズムの処理プログラムを実行するか、プログラマブルロジック回路が動作することによって適応フィルタ20の処理が実行される。
Returning to FIG. 1, the
適応フィルタ部13は、LMSアルゴリズムに従って動作する適応フィルタ20を複数備える。LMSアルゴリズムについては後述する。適応フィルタ20は、信号生成部11で生成された複数の正弦波信号x1(n)〜xN(n)各々について設けられている。各適応フィルタ20は、対応する正弦波信号を参照信号xk(n)(k=1〜Nの自然数のいずれか)として入力し、音声入力部12で入力された音声信号を誤差信号e(n)として入力する。
The
図4に示すように、参照信号x1(n)が、基本周波数fb(Hz)の正弦波信号となり、x2(n)、x3(n)が基本周波数fb±Δf1(Hz)の正弦波信号となる。また、x4(n)、x5(n)が基本周波数fb±Δf2(Hz)の正弦波信号となり、xN−1(n)、xN(n)が基本周波数fb±Δfm(Hz)の正弦波信号となる。 As shown in FIG. 4, the reference signal x 1 (n) is a sine wave signal having a fundamental frequency f b (Hz), and x 2 (n) and x 3 (n) are fundamental frequencies f b ±Δf 1 (Hz ) Becomes a sine wave signal. Further, x 4 (n) and x 5 (n) are sine wave signals having a fundamental frequency f b ±Δf 2 (Hz), and x N−1 (n) and x N (n) are fundamental frequencies f b ±Δf It becomes a sine wave signal of m (Hz).
適応フィルタ部13の各適応フィルタ20は、周波数帯域fb−Δfm〜fb+Δfmの範囲内の複数の異なる周波数の正弦波信号xk(n)を参照信号として入力し、対応する周波数に対する適応フィルタ20の演算結果を出力する。
Each
さらに、適応フィルタ部13は、加算部21を備えている。加算部21は、各適応フィルタ20から出力された信号を加算する。適応フィルタ部13は、加算部21で得られた出力信号を出力する。
Further, the
図5に示すように、適応フィルタ部13は、それぞれ周波数帯域fb−Δfm〜fb+Δfmの範囲内の複数の異なる周波数の正弦波信号xk(n)について適応フィルタ20を適用することで、基本周波数fbを中心に制御対象となる周波数帯域をfb−Δfm〜fb+Δfmに拡大している。各適応フィルタ20は、fb−Δfm〜fb+Δfmの範囲内の複数の異なる周波数の正弦波信号xk(n)を入力しつつ、誤差信号e(n)を入力し、後述のように、LMSアルゴリズムに従って動作し、それぞれの出力信号yk(n)を出力する。音声出力部14からは、各適応フィルタ20の出力yk(n)を加算した信号が出力される。すなわち音声出力部14から出力される出力信号は、常に各適応フィルタ20の出力yk(n)を加算した信号となる。各適応フィルタ20は、誤差信号e(n)にしたがって、内部パラメータが最適化される。
As shown in FIG. 5, the
図5に示すように、時刻0〜t1の期間において、エンジン音の周波数がfbで一定である場合、誤差信号e(n)には主として周波数fbの成分が含まれるようになるので、音声出力部14から出力される出力信号に含まれる成分としては、周波数fbの正弦波信号xk(n)を入力する適応フィルタ20の出力yk(n)が最大となるが、その周波数fb周辺の周波数に対応する他の適応フィルタ20も最適化され、出力yk(n)も0にはならず、ある程度の大きさを持つようになっている。すなわち、適応フィルタ部13では、各適応フィルタ20が誤差信号e(n)のフィードバックにより最適化されて動作し、それぞれの出力が重み付けされた状態で、全体でエンジン音を打ち消す出力信号を生成している。
As shown in FIG. 5, in the period from
時刻t1〜t2の期間において、加速によりエンジン音の周波数が高くなり、周波数fb+Δf1に達すると、周波数fbの正弦波信号xk(n)を入力する適応フィルタ20の出力yk(n)は、その周波数の変化に対して遅れが出る。しかしながら、適応フィルタ部13では、周波数fb+Δf1の正弦波信号xk(n)を入力する適応フィルタ20がすでにその周波数で最適化されており、この周波数の変化に対応した出力yk(n)を出力している。この出力yk(n)により、適応フィルタ部13は、単一周波数の正弦波信号を入力とする適応フィルタに対して追従性を高めることができる。
During the period from time t1 to t2, when the frequency of the engine sound increases due to acceleration and reaches the frequency fb+Δf 1 , the output y k (n) of the
同様に、時刻t2〜t3、t3〜t4の期間において、エンジン音の周波数がfb+Δf2〜fb+Δf3、fb+Δf3〜fb+Δfmと高くなった場合でも、それぞれの周波数に対応する適応フィルタ20が対応する周波数ですでに最適化された状態で稼働しているため、対応する周波数の適応フィルタ20の出力yk(n)により、周波数の急激な変化に迅速に対応することができる。
Similarly, the time t2 to t3, during the period of t3 to t4, even when the frequency of the engine sound becomes high as f b + Δf 2 ~f b +
なお、加速に応じて基本周波数算出部10で算出される基本周波数も変化し、各適応フィルタ20に入力される正弦波信号xk(n)の周波数も変化する。しかしながら、適応フィルタ部13では、このような正弦波信号xk(n)の周波数の変化に先んじて、周波数の変化に迅速に追従することができる。以上のことは、エンジン3が減速し、エンジン音の周波数が低下した場合でも同様である。
The basic frequency calculated by the basic
音声出力部14は、適応フィルタ部13の出力信号に対応する音声を出力する。音声出力部14としては、例えばスピーカが用いられる。このスピーカは、例えば、車両本体2のエンジン3の上部であってシートの前側において吸気口からエンジン3に空気を送る配管の近傍に設置される。しかしながら、スピーカの設置場所は、これには限られず、オーディオ用スピーカの共用をはじめ、騒音の因果性を満たす位置が望ましい。
The
次に、騒音を制御する制御系について、適応フィルタ部13を中心に説明する。この制御系における適応フィルタ20の更新式を、以下に示す。
図6に示すように、この制御系では、参照信号x1(n)〜xN(n)が、対応する内部パラメータ(インパルス応答)W1(n)〜WN(n)のフィルタに入力される。フィルタは、x1(n)〜xN(n)とW1(n)〜WN(n)の畳込み演算により、出力y1(n)〜yN(n)を制御信号として出力する。 As shown in FIG. 6, in this control system, the reference signals x 1 (n) to x N (n) are input to the filters of the corresponding internal parameters (impulse response) W 1 (n) to W N (n). To be done. The filter outputs the outputs y 1 (n) to y N (n) as control signals by performing a convolution operation of x 1 (n) to x N (n) and W 1 (n) to W N (n). ..
エンジン3の周囲には、出力y1(n)〜yN(n)を加算した音声信号が出力される。この音声信号が、周囲の空間を伝搬する。図6のG(n)は、この空間の音の伝達関数である。この伝搬される音声信号が上記式(1)の右辺第2項に相当する。この音声信号は、エンジン3からの音(所望信号)d(n)と干渉し合い、上記式(1)に示すように、誤差信号e(n)として取得される。
A sound signal obtained by adding the outputs y 1 (n) to y N (n) is output to the surroundings of the
一方、参照信号x1(n)〜xN(n)は、G(n)のモデリング伝達関数
LMSアルゴリズムは、二乗平均誤差が最小となるようにフィルタの内部パラメータを変化させる。上記式(2)の右辺第2項は、二乗平均誤差が最小となる最適解に近づくための誤差項である。 The LMS algorithm changes the internal parameters of the filter so that the root mean square error is minimized. The second term on the right side of the above equation (2) is an error term for approaching the optimum solution with the minimum mean square error.
LMSアルゴリズムの手順は、概略以下の通りである。
(A)スタート時刻n=0では、Wk(n)に適当な初期値を与える。Wk(n)の要素の初期値はすべて全て0か最適値と考えられる初期値でもよい。
(B)時刻nにおけるフィルタの出力yk(n)を、xk(n)とWk(n)とに基づいて求め、yk(n)の加算値である出力信号を出力する。そして、誤差信号e(n)が得られる。
(C)xk(n)とe(n)を用いて、図6のLMSにおいて上記式(2)を用いてWk(n+1)を求め、適応フィルタに設定する。
(D)nをn+1に更新し、(B)に戻る。
The procedure of the LMS algorithm is as follows.
(A) At start time n=0, an appropriate initial value is given to W k (n). All the initial values of the elements of W k (n) may be 0 or the initial values considered to be optimum values.
(B) The output y k (n) of the filter at time n is obtained based on x k (n) and W k (n), and the output signal that is the added value of y k (n) is output. Then, the error signal e(n) is obtained.
Using (C)x k (n) and e(n), W k (n+1) is obtained using the above equation (2) in the LMS of FIG. 6 and set in the adaptive filter.
(D) Update n to n+1 and return to (B).
適応フィルタ20では、上記処理の繰り返しで、逐次計算によりWk(n)が変更され、誤差信号e(n)が最小となるように内部パラメータWk(n)が最適化される。
In the
次に、騒音制御装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the
図7に示すように、まず、エンジン3が始動するか否かを判定する(ステップS1)。始動していなければ(ステップS1;No)、騒音制御装置1は、エンジン3が始動するまで待つ。
As shown in FIG. 7, first, it is determined whether the
エンジン3が始動すると(ステップS1;Yes)、基本周波数算出部10は、エンジン3を駆動する点火パルス信号の基本周波数fbを算出する(ステップS2;基本周波数算出工程)。
When the
続いて、信号生成部11は、基本周波数fbとその倍数次の周波数とのうちの特定次数の周波数(ここでは1次の周波数)fbの正弦波信号x1(n)と、エンジン3の駆動周波数の変動に基づいて定められ周波数fbを基準とする範囲における複数の異なる周波数(基本周波数fbとその倍音だけでなく、それらの周辺の周波数)fb±Δfm等の正弦波信号x2(n)〜xN(n)とを生成する(ステップS3;信号生成工程)。 Then, the signal generator 11 outputs the sine wave signal x 1 (n) of the specific frequency (here, the first-order frequency) f b of the fundamental frequency f b and its multiple-order frequencies to the engine 3 a plurality of different frequencies in the range relative to the frequency f b is determined based on the fluctuation of the drive frequency (the fundamental frequency f b as well its overtones, their frequencies around) sine wave such as f b ± Δf m The signals x 2 (n) to x N (n) are generated (step S3; signal generation step).
続いて、音声入力部12は、エンジン3の周囲の音を入力する(ステップS4;音声入力工程)。入力された音声信号が、誤差信号e(n)となる。
Subsequently, the
続いて、適応フィルタ部13は、信号生成部11で生成された複数の正弦波信号各々について設けられたLMSアルゴリズムに従って動作する複数の適応フィルタ20が、対応する正弦波信号を参照信号xk(n)として入力するとともに音声入力部12で入力された音声信号を誤差信号e(n)として入力し、適応フィルタ20の出力の和に相当する出力信号を生成して出力する(ステップS5;適応フィルタ工程)。
Subsequently, in the
続いて、音声出力部14は、適応フィルタ部13の出力信号に対応する音声を出力する(ステップS6;音声出力工程)。この音声は、エンジン3の音を打ち消す音となる。
Then, the
続いて、騒音制御装置1は、ステップS1に戻り、エンジンが停止していなければ(ステップS1;Yes)、ステップS2〜S6を繰り返し行う。この繰り返しは、一定のサンプリング間隔で行われ、1回の処理はサンプリング時間の範囲内で行われる。また、ステップS2、S3、S4の実行順は図7に示すものに限られず、ほぼ同時に行われる。
Then, the
定常走行時に得られるエンジン音を模擬的に発生させた環境下での騒音制御装置1の制御結果を図8に示す。図中の破線は制御前の周波数特性を示し、実線は制御中の周波数特性を示している。図8に示すように、騒音制御装置1による制御を実行した場合、制御対象とした100Hz(基本周波数fb)での音圧レベルが25dB以上低減した。また、制御対象の周波数以外での追従性能の悪化も見られず、安定した制御が実現されている。このように、本実施の形態に係る騒音制御装置1は、複数の正弦波信号を入力としつつも、加減速のない定常走行時において、良好にエンジン音を低減している。
FIG. 8 shows the control result of the
図9(A)には、加速走行時の従来のHFxLMSアルゴリズムを用いて制御した場合の制御結果が示されている。また、図9(B)には、加速走行時の本実施の形態に係る騒音制御装置1による制御の結果が示されている。図9(A)と図9(B)とを比較するとわかるように、定常走行時(およそ0〜4秒)では、制御結果にほとんど差がみられない。しかし、加速が始まるとHFxLMSアルゴリズムによる騒音制御では、周波数の変化に追従できず消音できていないのに対し、本実施の形態に係る騒音制御装置1では、周波数の変化に迅速に追従しており、騒音が著しく低減している。
FIG. 9(A) shows a control result when control is performed using the conventional HFxLMS algorithm during acceleration traveling. Further, FIG. 9(B) shows the result of control by the
以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、適応フィルタ20が、エンジン3を駆動する点火パルス信号の特定周波数だけでなく、特定周波数を基準とする範囲内の他の周波数の正弦波信号について設けられ、適応フィルタ20の出力が加算されて騒音を制御するための出力信号が生成される。このようにすれば、エンジン3の基本周波数が変化しても、変化した基本周波数で収束係数等の内部パラメータが最適化された状態となっているため、基本周波数の変化に迅速に追従することができる。この結果、エンジン3の基本周波数の変化に対する追従性を高めることができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
上記実施の形態では、基本周波数fb及びその倍数次の周波数のいずれか1つの周波数の正弦波信号を生成する周波数とした。本実施の形態では、図10に示すように、信号生成部11は、基本周波数fb周辺の正弦波信号だけでなく、基本周波数fbの倍数次の周波数2fb,3fbを有する正弦波信号のそれぞれの信号について、エンジン3の駆動周波数の変動に基づいて定められ周波数を基準とする範囲における複数の異なる周波数の正弦波信号を生成する。
In the above-described embodiment, the frequency is set to generate a sine wave signal having any one of the fundamental frequency f b and the frequencies of multiples thereof. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the signal generation unit 11 uses not only a sine wave signal around the fundamental frequency f b but also sine
より具体的には、信号生成部11は、図11に示すように、基本周波数fb周辺の基本周波数帯域の周波数fb−Δfm〜fb+Δfmの正弦波信号を参照信号x1(n)〜xM(n)として適応フィルタ部13に入力する。さらに、信号生成部11は、2倍の周波数2fb周辺の2倍周波数帯域の周波数2fb−Δfm〜2fb+Δfmの正弦波信号を参照信号xM+1(n)〜x2M(n)として適応フィルタ部13に入力する。さらに、信号生成部11は、3倍の周波数3fb周辺の3倍周波数帯域の周波数3fb−Δfm〜3fb+Δfmの正弦波信号を参照信号x2M+1(n)〜x3M(n)として適応フィルタ部13に入力する。
More specifically, the signal generator 11, as shown in FIG. 11, the fundamental frequency f b of the fundamental frequency band around the frequency f b -Δf m ~f b + Δf reference signal a sine wave signal of m x 1 ( n) to x M (n) are input to the
このように、基本周波数fbの周辺だけでなく。その倍数次の周波数2fb,3fbの周辺の複数の周波数について適応フィルタ20を並列に動作させることにより、さらに加減速に伴う倍数次成分の周波数2fb,3fbの変化にも対応することができる。
Thus, not only around the fundamental frequency f b . By operating the
なお、上記実施の形態では、特定周波数を基準とする周波数帯域の範囲における複数の異なる周波数を、例えば、fb±Δf1、fb±Δf2、…、fb±Δfm(Hz)としたが、本発明はこれには限られない。例えば、これらの周辺の周波数を、0.998fb,0.999fb,1.001fb,1.002fbとしてもよい。周波数の数及び間隔について任意に設定可能である。また、周波数の間隔がすべて同じである必要はない。 In the above embodiment, a plurality of different frequencies in the range of the frequency band with the specific frequency as a reference are defined as, for example, f b ±Δf 1 , f b ±Δf 2 ,..., F b ±Δf m (Hz). However, the present invention is not limited to this. For example, the frequencies around these may be 0.998f b , 0.999f b , 1.001f b , and 1.002f b . The number and interval of frequencies can be set arbitrarily. Also, the frequency intervals need not all be the same.
上記各実施の形態では、エンジン3を直列4気筒4サイクルエンジンとしたが、エンジン3がこれには限られないことは勿論である。
In each of the above embodiments, the
また、上記各実施の形態では、基本周波数を算出するために点火パルス信号を用いたが、本発明はこれには限られない。カム軸の回転位置を検出するカムポジションセンサ信号やクランク軸の回転角を検出するクランクアングルセンサ信号等のエンジンの回転状態を判別することができる他のパルス信号を、単独で、あるいは組み合わせて基本周波数算出に用いることも可能である。 Further, in each of the above embodiments, the ignition pulse signal is used to calculate the fundamental frequency, but the present invention is not limited to this. Other pulse signals, such as a cam position sensor signal that detects the rotational position of the cam shaft and a crank angle sensor signal that detects the rotational angle of the crank shaft, that can determine the engine rotation state, either individually or in combination It can also be used for frequency calculation.
なお、上記各実施の形態では、騒音制御装置1は、車両本体2のエンジン3の騒音を制御するのに用いられたが、本発明はこれには限られない。例えば、自動車の他、各乗り物のエンジンの騒音の制御に用いてもよい。この場合、動力源はエンジンには限られず、モータ等であってもよい。また、本発明が適用されるのは乗り物には限られず、動力源を有する工作機械等の各種動力機械にも適用することができる。例えば、本発明を、エンジンやモータなどの回転機構を有する動力機械に適用することができる。
In each of the above embodiments, the
また、各適応フィルタ20は、並行して動作可能な別々のプロセッサ又はプログラマブルロジック回路に実装されるようにしてもよい。このようにすれば、プロセッサ又はプログラマブルロジック回路の負荷を増大させることなく、適応フィルタ部13の処理能力を高めることができる。
Further, each
その他、適応フィルタ部13(コンピュータ)のハードウエア構成やソフトウエア構成は一例であり、任意に変更および修正が可能である。 In addition, the hardware configuration and software configuration of the adaptive filter unit 13 (computer) are examples, and can be arbitrarily changed and modified.
コンピュータの処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM等)に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行するコンピュータを構成してもよい。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロード等することでコンピュータを構成してもよい。 The central part that performs computer processing can be realized using a normal computer system instead of a dedicated system. For example, a computer program for executing the above operation is stored in a computer-readable recording medium (flexible disk, CD-ROM, DVD-ROM, etc.) and distributed, and the computer program is installed in the computer. A computer may be configured to execute the above processing. Alternatively, the computer program may be stored in a storage device included in a server device on a communication network such as the Internet, and the computer may be configured by being downloaded by an ordinary computer system.
コンピュータの機能を、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションプログラムの分担、またはOSとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。 When the function of the computer is realized by sharing of the OS (operating system) and the application program, or by cooperation between the OS and the application program, only the application program portion may be stored in the recording medium or the storage device.
搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板(BBS, Bulletin Board System)にコンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介してコンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、前記の処理を実行できるように構成してもよい。 It is also possible to superimpose a computer program on a carrier wave and distribute it via a communication network. For example, the computer program may be posted on a bulletin board (BBS, Bulletin Board System) on the communication network, and the computer program may be distributed via the network. Then, the computer program may be started up and executed under the control of the OS in the same manner as other application programs so that the above-described processing can be executed.
この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 The present invention allows various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Further, the above-described embodiments are for explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is shown not by the embodiments but by the scope of the claims. Various modifications made within the scope of the claims and the scope of the invention equivalent thereto are considered to be within the scope of the present invention.
本発明は、動力源から発生する騒音を制御するのに適用することができる。 The present invention can be applied to control the noise generated from a power source.
1 騒音制御装置、2 車両本体、3 エンジン、4 駆動部、10 基本周波数算出部、11 信号生成部、12 音声入力部、13 適応フィルタ部、14 音声出力部、20 適応フィルタ、21 加算部、100 動力機械 1 noise control device, 2 vehicle body, 3 engine, 4 drive unit, 10 basic frequency calculation unit, 11 signal generation unit, 12 audio input unit, 13 adaptive filter unit, 14 audio output unit, 20 adaptive filter, 21 addition unit, 100 power machinery
Claims (6)
前記基本周波数の倍数次の周波数のうちの特定次数の周波数の正弦波信号と、前記特定次数の周波数を基準とし前記動力源の駆動周波数の変動特性に基づいて定められた範囲内の複数の異なる周波数の正弦波信号とを生成する信号生成部と、
前記動力源の周囲の音を入力する音声入力部と、
LMSアルゴリズムに従って動作する適応フィルタが、前記信号生成部で生成された複数の正弦波信号各々について設けられ、前記各適応フィルタは、対応する正弦波信号を参照信号として入力し、前記音声入力部で入力された音声信号を誤差信号として入力し、前記各適応フィルタから出力された信号を加算して得られる出力信号を出力する適応フィルタ部と、
前記適応フィルタ部の出力信号に対応する音声を出力する音声出力部と、
を備える騒音制御装置。 A basic frequency calculation unit that calculates the basic frequency of the pulse signal that drives the power source,
A sine wave signal of a specific order frequency among multiples of the fundamental frequency, and a plurality of different values within a range determined based on the variation characteristic of the driving frequency of the power source with the specific order frequency as a reference. A signal generation unit that generates a sine wave signal of a frequency,
A voice input unit for inputting sounds around the power source;
An adaptive filter that operates according to the LMS algorithm is provided for each of the plurality of sine wave signals generated by the signal generation unit, and each of the adaptive filters inputs the corresponding sine wave signal as a reference signal, and the voice input unit An adaptive filter unit that inputs an input voice signal as an error signal and outputs an output signal obtained by adding the signals output from the respective adaptive filters,
A voice output unit that outputs a voice corresponding to the output signal of the adaptive filter unit;
Noise control device.
請求項1に記載の騒音制御装置。 The signal generation unit uses, as a reference, a corresponding frequency that is determined on the basis of fluctuations in the driving frequency of the power source for each of the sine wave signal having the fundamental frequency and the sine wave signal having a frequency of a multiple thereof Generate multiple sinusoidal signals of different frequencies in the range,
The noise control device according to claim 1.
前記パルス信号は、前記エンジンの点火のタイミングを示す点火パルス信号である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の騒音制御装置。 The power source is an engine,
The pulse signal is an ignition pulse signal indicating the ignition timing of the engine,
The noise control device according to claim 1 or 2, characterized in that.
請求項1から3のいずれか一項に記載の騒音制御装置。 Each of the adaptive filters is implemented in a separate processor or programmable logic circuit that can operate in parallel,
The noise control device according to claim 1.
動力源で発生する動力により動作する本体装置と、
を備える動力機械。 A noise control device according to any one of claims 1 to 4,
A main unit that operates by the power generated by the power source,
Power machine equipped with.
前記基本周波数の倍数次の周波数のうちの特定次数の周波数の正弦波信号と、前記特定次数の周波数を基準とし前記動力源の駆動周波数の変動特性に基づいて定められた範囲内の複数の異なる周波数の正弦波信号とを生成する信号生成工程と、
前記動力源の周囲の音を入力する音声入力工程と、
前記信号生成工程で生成された複数の正弦波信号各々について設けられたLMSアルゴリズムに従って動作する複数の適応フィルタが、対応する正弦波信号を参照信号として入力するとともに前記音声入力工程で入力された音声信号を誤差信号として入力し、前記適応フィルタの出力の和に相当する出力信号を出力する適応フィルタ工程と、
前記適応フィルタ工程で出力された出力信号に対応する音声を出力する音声出力工程と、
を繰り返し実行する騒音制御方法。 A fundamental frequency calculating step of calculating a fundamental frequency of a pulse signal for driving the power source,
A sine wave signal of a specific order frequency among multiples of the fundamental frequency, and a plurality of different values within a range determined based on the variation characteristic of the driving frequency of the power source with the specific order frequency as a reference. A signal generation step for generating a sine wave signal of frequency,
A voice input step of inputting a sound around the power source,
The plurality of adaptive filters operating according to the LMS algorithm provided for each of the plurality of sine wave signals generated in the signal generating step inputs the corresponding sine wave signal as a reference signal and the voice input in the voice input step. An adaptive filter step of inputting a signal as an error signal and outputting an output signal corresponding to the sum of outputs of the adaptive filter;
A voice output step of outputting a voice corresponding to the output signal output in the adaptive filter step,
A noise control method that repeatedly executes.
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