JP7157831B2 - 能動騒音制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、振動源から伝達される騒音と、騒音を打ち消すためにスピーカから出力される相殺音との合成音に応じて変化する誤差信号に基づいて、スピーカを制御する能動騒音制御を行う能動騒音制御装置に関する。
下記特許文献1では、プロペラシャフトの回転周波数に基づく基準信号を生成し、基準信号を適応フィルタによる信号処理を行って、プロペラシャフトから車内に伝達される騒音を打ち消すための相殺音を、スピーカから出力させる制御信号を生成するものが開示されている。車内に設けられたマイクロフォンにより出力される誤差信号と、基準信号を補正値により補正して生成される参照信号とに基づいて、適応フィルタが更新される。
特開2008-239098号公報
上記特許文献1では、スピーカとマイクロフォンとの間の相殺音の伝達特性をあらかじめ測定し、測定された伝達特性を補正値として用いているため、伝達特性が変化すると騒音を低減できないおそれがある。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、伝達特性が変化しても騒音を低減できる能動騒音制御装置を提供することを目的とする。
本発明の態様は、振動源から伝達される騒音と、前記騒音を打ち消すためにスピーカから出力される相殺音との合成音に応じて変化する誤差信号に基づいて、前記スピーカを制御する能動騒音制御を行う能動騒音制御装置であって、制御対象周波数に応じた基準信号を生成する基準信号生成部と、前記基準信号を適応ノッチフィルタである制御フィルタにより信号処理して、前記スピーカを制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、前記基準信号を適応ノッチフィルタである一次経路フィルタにより信号処理して、推定騒音信号を生成する推定騒音信号生成部と、前記制御信号を適応ノッチフィルタである二次経路フィルタにより信号処理して、第1推定相殺信号を生成する第1推定相殺信号生成部と、前記誤差信号、前記第1推定相殺信号及び前記推定騒音信号から第1仮想誤差信号を生成する第1仮想誤差信号生成部と、前記制御信号及び前記第1仮想誤差信号に基づいて、前記第1仮想誤差信号の大きさが最小となるように前記二次経路フィルタの係数を遂次適応更新する二次経路フィルタ係数更新部と、前記二次経路フィルタの係数の初期値を、周波数に対応付けてテーブル形式で記憶する初期値テーブルと、を有し、前記二次経路フィルタ係数更新部は、前記二次経路フィルタの係数の更新の前に、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接するか否かを判定し、近接すると判定した場合には、前記初期値を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行い、近接しないと判定した場合には、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の更新後の前記二次経路フィルタの係数を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行う。
本発明の能動騒音制御装置は、伝達特性が変化しても騒音を低減できる。
能動騒音制御装置において実行される能動騒音制御の概要を説明する図である。 本発明者等が提案済みの手法が用いられた能動騒音制御装置のブロック図である。 能動騒音制御装置のブロック図である。 複素平面上の二次経路フィルタを示す図である。 複素平面上の二次経路フィルタを示す図である。 テーブルについて説明する図である。 フィルタ係数の更新処理の流れを示すフローチャートである。 実際の二次経路伝達特性の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタの位相特性を示すグラフである。 能動騒音制御を行わなかったときと、更新値使用時の二次経路フィルタを用いて能動騒音制御を行ったときの車室内の騒音の音圧レベルを示すグラフである。 能動騒音制御を行わなかったときと、更新値使用時の二次経路フィルタを用いて能動騒音制御を行ったときの車室内の騒音の音圧レベルを示すグラフである。
〔第1実施形態〕
図1は、能動騒音制御装置10において実行される能動騒音制御の概要を説明する図である。
能動騒音制御装置10は、車両12の車室14内に設けられたスピーカ16から相殺音を出力させて、エンジン18の振動に起因して車室14内の乗員に伝わるエンジン篭り音(以下、騒音と称す)を低減する。能動騒音制御装置10は、車室14内のシート20のヘッドレスト20aに設けられたマイクロフォン22から出力される誤差信号eと、エンジン回転数センサ24が検出したエンジン回転数Neとに基づいて、スピーカ16に相殺音を出力させるための制御信号u0を生成する。誤差信号eは、相殺音と騒音との合成音(以下、相殺誤差騒音と称する)を検出したマイクロフォン22から相殺誤差騒音に応じて出力される信号である。
[従来の能動騒音制御装置について]
従来から演算処理量の少ない適応ノッチフィルタ(例えば、SAN(Single-frequency Adaptive Notch)フィルタ)を利用した能動騒音制御装置が提案されている。
従来の能動騒音制御装置では、まず、消音しようとする騒音の周波数(制御対象周波数)を有する基準信号xを生成する。生成された基準信号xを適応ノッチフィルタである制御フィルタWで信号処理することにより制御信号u0を生成して、この制御信号u0によりスピーカ16を制御して、スピーカ16から騒音を打ち消すための相殺音を出力させる。
制御フィルタWは、マイクロフォン22から出力される誤差信号eが最小となるように適応アルゴリズム(例えば、LMS(Least Mean Square)アルゴリズム)により更新される。
しかし、スピーカ16からマイクロフォン22への音の伝達経路には、伝達特性Cが存在するため、制御フィルタWの更新にはこの伝達特性Cを考慮する必要がある。なお、伝達特性Cには、スピーカ16やマイクロフォン22の電子回路特性等も含まれる。そこで、事前に伝達特性CをフィルタC^として同定し、フィルタC^で補正された基準信号xが、制御フィルタWの更新に用いられる。このような制御系は、Filtered-X型と呼ばれている。
フィルタC^は事前に同定された固定フィルタであるため、伝達特性Cに変化が生じた場合、フィルタC^の位相特性と伝達特性Cの位相特性とが大きくずれることがある。その場合、更新により制御フィルタWが発散し、スピーカ16から出力される相殺音により騒音の増幅や異音の発生のおそれがある。
そこで、本発明者等は、事前に伝達特性Cの同定を必要とせず、能動騒音制御中に伝達特性Cの変化にフィルタC^が追従できる手法を提案した。本発明は、本発明者等が提案済みの手法を、更に改良したものである。以下の本発明者等が提案済みの手法を用いた能動騒音制御装置100について概略を説明する。
図2は、本発明者等が提案済みの手法が用いられた能動騒音制御装置100のブロック図である。エンジン18からマイクロフォン22への音の伝達経路を以下では一次経路と称する。また、スピーカ16からマイクロフォン22への音の伝達経路を以下では二次経路と称する。
能動騒音制御装置100は、基準信号生成部26、制御信号生成部28、第1推定相殺信号生成部30、推定騒音信号生成部32、参照信号生成部34、第2推定相殺信号生成部36、一次経路フィルタ係数更新部38、二次経路フィルタ係数更新部40及び制御フィルタ係数更新部42を有している。
基準信号生成部26は、エンジン回転数Neに基づいて基準信号xc、xsを生成する。基準信号生成部26は、周波数検出回路26a、余弦信号発生器26b及び正弦信号発生器26cを有している。
周波数検出回路26aは、制御対象周波数fを検出する。制御対象周波数fは、エンジン回転数Neに基づいて検出されるエンジン18の振動周波数である。余弦信号発生器26bは、制御対象周波数fの余弦信号である基準信号xc(=cos(2πft))を生成する。正弦信号発生器26cは、制御対象周波数fの正弦信号である基準信号xs(=sin(2πft))を生成する。ここで、tは時間を示す。
制御信号生成部28は、基準信号xc、xsに基づいて制御信号u0、u1を生成する。制御信号生成部28は、第1制御フィルタ28a、第2制御フィルタ28b、第3制御フィルタ28c、第4制御フィルタ28d、加算器28e及び加算器28fを有している。
制御信号生成部28では、制御フィルタWとしてSANフィルタが用いられている。制御フィルタWは、基準信号xcに対するフィルタW0、基準信号xsに対するフィルタW1を有している。後述する制御フィルタ係数更新部42において、フィルタW0の係数W0、及び、フィルタW1の係数W1とが更新されることにより、制御フィルタWが最適化される。
第1制御フィルタ28aは、フィルタ係数W0を有している。第2制御フィルタ28bは、フィルタ係数W1を有している。第3制御フィルタ28cは、フィルタ係数-W0を有している。第4制御フィルタ28dは、フィルタ係数W1を有している。
第1制御フィルタ28aにおいて補正された基準信号xcと、第2制御フィルタ28bにおいて補正された基準信号xsとが、加算器28eにおいて加算されて制御信号u0が生成される。第3制御フィルタ28cにおいて補正された基準信号xsと、第4制御フィルタ28dにおいて補正された基準信号xcとが、加算器28fにおいて加算されて制御信号u1が生成される。
制御信号u0は、デジタル-アナログ変換器17によりアナログ信号に変換されてスピーカ16に出力される。スピーカ16は制御信号u0に基づいて制御され、スピーカ16から相殺音が出力される。
第1推定相殺信号生成部30は、制御信号u0、u1に基づいて第1推定相殺信号y1^を生成する。第1推定相殺信号生成部30は、第1二次経路フィルタ30a、第2二次経路フィルタ30b及び加算器30cを有している。
第1推定相殺信号生成部30では、二次経路フィルタC^としてSANフィルタが用いられている。後述する二次経路フィルタ係数更新部40において、二次経路フィルタC^の係数(C0^+iC1^)が更新されることにより二次経路伝達特性Cが二次経路フィルタC^として同定される。
第1二次経路フィルタ30aは、二次経路フィルタC^の係数の実部であるフィルタ係数C0^を有している。第2二次経路フィルタ30bは、二次経路フィルタC^の係数の虚部であるフィルタ係数C1^を有している。第1二次経路フィルタ30aにおいて補正された制御信号u0と、第2二次経路フィルタ30bにおいて補正された制御信号u1とが、加算器30cにおいて加算されて第1推定相殺信号y1^が生成される。第1推定相殺信号y1^は、マイクロフォン22に入力される相殺音yに相当する信号の推定信号である。
推定騒音信号生成部32は、基準信号xc、xsに基づいて推定騒音信号d^を生成する。推定騒音信号生成部32は、第1一次経路フィルタ32a、第2一次経路フィルタ32b及び加算器32cを有している。
推定騒音信号生成部32では、一次経路フィルタH^としてSANフィルタが用いられている。後述する一次経路フィルタ係数更新部38において、一次経路フィルタH^の係数(H0^+iH1^)が更新されることにより一次経路の伝達特性H(以下、一次経路伝達特性Hと称す)が一次経路フィルタH^として同定される。
第1一次経路フィルタ32aは、一次経路フィルタH^の係数の実部であるフィルタ係数H0^を有している。第2一次経路フィルタ32bは、一次経路フィルタH^の係数の虚部の極性を反転させたフィルタ係数-H1^を有している。第1一次経路フィルタ32aにおいて補正された基準信号xcと、第2一次経路フィルタ32bにおいて補正された基準信号xsとが、加算器32cにおいて加算されて推定騒音信号d^が生成される。推定騒音信号d^は、マイクロフォン22に入力される騒音dに相当する信号の推定信号である。
参照信号生成部34は、基準信号xc、xsに基づいて参照信号r0、r1を生成する。参照信号生成部34は、第3二次経路フィルタ34a、第4二次経路フィルタ34b、第5二次経路フィルタ34c、第6二次経路フィルタ34d、加算器34e及び加算器34fを有している。
参照信号生成部34では、二次経路フィルタC^としてSANフィルタが用いられている。後述する二次経路フィルタ係数更新部40において、二次経路フィルタC^の係数(C0^+iC1^)が更新されることにより二次経路の伝達特性C(以下、二次経路伝達特性Cと称す)が二次経路フィルタC^として同定される。
第3二次経路フィルタ34aは、二次経路フィルタC^の係数の実部であるフィルタ係数C0^を有している。第4二次経路フィルタ34bは、二次経路フィルタC^の係数の虚部の極性を反転させたフィルタ係数-C1^を有している。第5二次経路フィルタ34cは、二次経路フィルタC^の係数の実部であるフィルタ係数C0^を有している。第6二次経路フィルタ34dは、二次経路フィルタC^の係数の虚部であるフィルタ係数C1^を有している。
第3二次経路フィルタ34aにおいて補正された基準信号xcと、第4二次経路フィルタ34bにおいて補正された基準信号xsとが、加算器34eにおいて加算されて参照信号r0が生成される。第5二次経路フィルタ34cにおいて補正された基準信号xsと、第6二次経路フィルタ34dにおいて補正された基準信号xcとが、加算器34fにおいて加算されて参照信号r1が生成される。
第2推定相殺信号生成部36は、参照信号r0、r1に基づいて第2推定相殺信号y2^を生成する。第2推定相殺信号生成部36は、第5制御フィルタ36a、第6制御フィルタ36b及び加算器36cを有している。
第2推定相殺信号生成部36では、制御フィルタWとしてSANフィルタが用いられている。第5制御フィルタ36aは、フィルタ係数W0を有している。第6制御フィルタ36bは、フィルタ係数W1を有している。
第5制御フィルタ36aにおいて補正された参照信号r0と、第6制御フィルタ36bにおいて補正された参照信号r1とが、加算器36cにおいて加算されて第2推定相殺信号y2^が生成される。第2推定相殺信号y2^は、マイクロフォン22に入力される相殺音yに相当する信号の推定信号である。
アナログ-デジタル変換器44は、マイクロフォン22から出力された誤差信号eをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
誤差信号eは、加算器46に入力される。推定騒音信号生成部32で生成された推定騒音信号d^は、反転器48により極性が反転されて、加算器46に入力される。第1推定相殺信号生成部30で生成された第1推定相殺信号y1^は、反転器50により極性が反転されて、加算器46に入力される。加算器46において、第1仮想誤差信号e1が生成される。加算器46は、本発明の第1仮想誤差信号生成部に相当する。
推定騒音信号生成部32で生成された推定騒音信号d^は、加算器52に入力される。第2推定相殺信号生成部36で生成された第2推定相殺信号y2^は、加算器52に入力される。加算器52において、第2仮想誤差信号e2が生成される。加算器52は、本発明の第2仮想誤差信号生成部に相当する。
一次経路フィルタ係数更新部38は、LMSアルゴリズムに基づいて、第1仮想誤差信号e1の大きさが最小となるように一次経路フィルタH^の係数を遂次適応更新する。一次経路フィルタ係数更新部38は、第1一次経路フィルタ係数更新部38a及び第2一次経路フィルタ係数更新部38bを有している。
第1一次経路フィルタ係数更新部38a及び第2一次経路フィルタ係数更新部38bは、次の式に基づいてフィルタ係数H0^、H1^を更新する。式中のnは時間ステップ(n=0、1、2、…)を示し、μ0及びμ1はステップサイズパラメータを示す。
Figure 0007157831000001
一次経路フィルタ係数更新部38において、フィルタ係数H0^、H1^の更新が繰り返されることによって、一次経路伝達特性Hが一次経路フィルタH^として同定される。SANフィルタを用いた能動騒音制御装置100では、一次経路フィルタH^の係数の更新式は四則演算で構成されており、畳み込み演算が含まれないため、フィルタ係数H0^、H1^の更新処理による演算負荷を抑制できる。
二次経路フィルタ係数更新部40は、LMSアルゴリズムに基づいて、第1仮想誤差信号e1の大きさが最小となるように二次経路フィルタC^の係数を遂次適応更新する。二次経路フィルタ係数更新部40は、第1二次経路フィルタ係数更新部40a及び第2二次経路フィルタ係数更新部40bを有している。
第1二次経路フィルタ係数更新部40a及び第2二次経路フィルタ係数更新部40bは、次の式に基づいてフィルタ係数C0^、C1^を更新する。式中のμ2及びμ3はステップサイズパラメータを示す。
Figure 0007157831000002
二次経路フィルタ係数更新部40において、フィルタ係数C0^、C1^の更新が繰り返されることによって、二次経路伝達特性Cが二次経路フィルタC^として同定される。SANフィルタを用いた能動騒音制御装置100では、フィルタ係数C0^、C1^の更新式は四則演算で構成されており、畳み込み演算が含まれないため、フィルタ係数C0^、C1^の更新処理による演算負荷を抑制できる。
制御フィルタ係数更新部42は、LMSアルゴリズムに基づいて、第2仮想誤差信号e2の大きさが最小となるように制御フィルタWの係数W0、W1を遂次適応更新する。制御フィルタ係数更新部42は、第1制御フィルタ係数更新部42a及び第2制御フィルタ係数更新部42bを有している。
第1制御フィルタ係数更新部42a及び第2制御フィルタ係数更新部42bは、次の式に基づいてフィルタ係数W0、W1を更新する。式中のμ4及びμ5はステップサイズパラメータを示す。
Figure 0007157831000003
制御フィルタ係数更新部42において、フィルタ係数W0、W1の更新が繰り返されることによって、制御フィルタWが最適化される。SANフィルタを用いた能動騒音制御装置100では、フィルタ係数W0、W1の更新式は四則演算で構成されており、畳み込み演算が含まれないため、フィルタ係数W0、W1の更新処理による演算負荷を抑制できる。
[改良点について]
上記の本発明者等が提案済みの手法が用いられた能動騒音制御装置100に対する本発明の改良点について説明する。
図3は、本実施形態の能動騒音制御装置10のブロック図である。本実施形態の能動騒音制御装置10では、本発明者等が提案済みの手法が用いられた能動騒音制御装置100を信号処理部54として有している。能動騒音制御装置10は、更に、初期値テーブル56、更新値テーブル58、結果値テーブル60、初期値テーブル操作部62、更新値テーブル操作部64、結果値テーブル操作部66及び終了状態判定部68を有している。
能動騒音制御装置10は、図示しない演算処理装置及びストレージを有している。演算処理装置は、例えば、中央処理装置(CPU)、マイクロプロセッシングユニット(MPU)等のプロセッサ、及び、ROMやRAM等の非一時的又は一時的な有形のコンピュータ可読記録媒体からなるメモリを有している。ストレージは、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ等の非一時的な有形のコンピュータ可読記録媒体である。能動騒音制御装置10はストレージを有さず、能動騒音制御装置10とクラウド上のストレージとの間で通信を介してデータを送受信するようにしてもよい。信号処理部54、初期値テーブル操作部62、更新値テーブル操作部64、結果値テーブル操作部66及び終了状態判定部68は、ストレージに記憶されたプログラムを演算処理装置が実行することにより実現される。
初期値テーブル56は、ROMに設けられたテーブル形式のメモリ領域であって、後述する二次経路フィルタC^のフィルタ係数C0^、C1^の初期値が保存される。更新値テーブル58は、RAMに設けられたテーブル形式のメモリ領域であって、フィルタ係数C0^、C1^の更新値が保存される。結果値テーブル60は、ROMに設けられたテーブル形式のメモリ領域であって、フィルタ係数C0^、C1^の結果値が保存される。
初期値テーブル操作部62は、初期値テーブル56に初期値の書き込み等を行う。更新値テーブル操作部64は、更新値テーブル58に更新値の書き込み等を行う。結果値テーブル操作部66は、結果値テーブル60に結果値の書き込み等を行う。
終了状態判定部68は、能動騒音制御の終了原因を判定する。能動騒音制御は、エンジン18が停止したとき、能動騒音制御に異常が発生したとき、又は、能動騒音制御が発散したときに終了する。終了状態判定部68は、能動騒音制御の終了の原因が、エンジン18が停止することである正常終了、能動騒音制御に異常が発生したことである異常終了、能動騒音制御が発散したことである発散終了を判定する。
本実施形態の二次経路フィルタ係数更新部40におけるフィルタ係数C0^、C1^の更新処理は、前述の能動騒音制御装置100の二次経路フィルタ係数更新部40におけるフィルタ係数C0^、C1^の更新処理と一部相違する。
まず、本実施形態では、二次経路フィルタ係数更新部40は、今回のフィルタ係数C0^、C1^を更新する前に、前回の更新後のフィルタ係数C0^、C1^を係数としたときの二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値テーブル58に記憶されている制御対象周波数fに対応する更新値を係数としたときの二次経路フィルタC^の位相特性とが近接するか否かを判定する。以下、前回の更新後のフィルタ係数C0^、C1^を係数としたときの二次経路フィルタC^を、前回値使用時の二次経路フィルタC^と称する。また、更新値テーブル58に記憶されている制御対象周波数fに対応する更新値を係数としたときの二次経路フィルタC^を、更新値使用時の二次経路フィルタC^と称する。
二次経路フィルタ係数更新部40は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性の位相差θが15°未満である場合に、両者の位相特性は近接すると判定する。二次経路フィルタ係数更新部40は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性の位相差θが15°以上である場合に、両者の位相特性は近接しないと判定する。
図4は、複素平面上の二次経路フィルタC^を示す図である。点Pは、前回値使用時の二次経路フィルタC^を示す。点Q及び点Rは、更新値使用時の二次経路フィルタC^を示す。位相差θは次の式に基づき求めることができる。
Figure 0007157831000004
上記の式におけるC0^、C1^には、二次経路フィルタ係数更新部40において、前回の更新後のフィルタ係数C0^、C1^が入力される。上記の式におけるC0^(f)_u、C1^(f)_uには、更新値テーブル58に記憶されている制御対象周波数fに対応する更新値が入力される。
例えば、更新値使用時の二次経路フィルタC^が図4に示す点Qであるときには、前回値使用時の二次経路フィルタC^との位相差θqが15°未満である。そのため、二次経路フィルタ係数更新部40は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接すると判定する。
例えば、更新値使用時の二次経路フィルタC^が図4に示す点Rであるときには、前回値使用時の二次経路フィルタC^との位相差θrが15°以上である。そのため、二次経路フィルタ係数更新部40は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接しないと判定する。
前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接するか否かを判定は、次のように行われてもよい。
図5は、複素平面上の二次経路フィルタC^を示す図である。図5に示すように、複素平面は、所定角度30°毎にS1~S12までの12個の領域に分割されている。
更新値使用時の二次経路フィルタC^が、前回値使用時の二次経路フィルタC^と同じ領域にあるときには、二次経路フィルタ係数更新部40は、両者の位相特性とが近接すると判定する。更新値使用時の二次経路フィルタC^が、前回値使用時の二次経路フィルタC^と異なる領域にあるときには、二次経路フィルタ係数更新部40は、両者の位相特性とが近接しないと判定する。
例えば、更新値使用時の二次経路フィルタC^が図5に示す点Qであるときには、点Qは、前回値使用時の二次経路フィルタC^を示す点Pと同じ領域s2にある。そのため、二次経路フィルタ係数更新部40は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接すると判定する。
例えば、更新値使用時の二次経路フィルタC^が図5に示す点Rであるときには、点Rは、前回値使用時の二次経路フィルタC^を示す点Pと異なる領域s1にある。そのため、二次経路フィルタ係数更新部40は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接しないと判定する。
位相特性が近接すると判定された場合には、本実施形態の能動騒音制御装置10の信号処理部54の二次経路フィルタ係数更新部40では、第1二次経路フィルタ係数更新部40a及び第2二次経路フィルタ係数更新部40bにおいて、次の式に基づいてフィルタ係数C0^、C1^を更新する。
Figure 0007157831000005
上記の式では、更新式の前回値(右辺の第1項)として、更新値テーブル58に記憶されている、今回(時間ステップn+1)の更新時の制御対象周波数fに対応する更新値が用いられる。つまり、制御対象周波数fにおいて更新された直近の更新後のフィルタ係数C0^(f)_u、C1^(f)_uが更新式の前回値として用いられる。すなわち、この場合、更新式の前回値は、前回(時間ステップn)で更新された値とは限らない。
位相特性が近接しないと判定された場合には、本実施形態の能動騒音制御装置10の信号処理部54の二次経路フィルタ係数更新部40では、提案済みの手法が用いられた能動騒音制御装置100の二次経路フィルタ係数更新部40と同様に、第1二次経路フィルタ係数更新部40a及び第2二次経路フィルタ係数更新部40bにおいて、次の式に基づいてフィルタ係数C0^、C1^を更新する。
Figure 0007157831000006
上記の式では、更新式の前回値(右辺の第1項)として、前回(時間ステップn)において更新後のフィルタ係数C0^、C1^が用いられている。つまり、前回(時間ステップn)の更新から今回(時間ステップn+1)の更新までの間に、制御対象周波数fが変化しても、前回の更新後のフィルタ係数C0^、C1^が更新式の前回値として用いられる。
二次経路フィルタ係数更新部40は、更新されたフィルタ係数C0^、C1^を、参照信号生成部34の第3二次経路フィルタ34a、第4二次経路フィルタ34b、第5二次経路フィルタ34c及び第6二次経路フィルタ34dにコピーする。
[二次経路フィルタのフィルタ係数の更新]
図6は、テーブルについて説明する図である。図6に示すように、初期値テーブル56は、周波数に対応付けて初期値C0^(f)_i、C1^(f)_iをテーブル形式で記憶している。更新値テーブル58は、周波数に対応付けて更新値C0^(f)_u、C1^(f)_uをテーブル形式で記憶している。また、結果値テーブル60は、周波数に対応付けて結果値C0^(f)_r、C1^(f)_rをテーブル形式で記憶している。
初期値テーブル56に記憶されている各周波数に対応する初期値は、以下の(i)~(v)のいずれかに設定される。
(i)周波数毎の二次経路伝達特性Cの測定値
(ii)周波数毎の二次経路伝達特性Cの測定値の位相情報
(iii)代表的な周波数の二次経路伝達特性Cを測定し、測定値から補完された二次経路伝達特性Cの推定値、又は、二次経路伝達特性Cの推定値の位相情報
(iv)次の式で推定された二次経路伝達特性Cの推定値
Figure 0007157831000007
ここで、Tは音がスピーカ16からマイクロフォン20に届くまでの時間、aは振幅定数である。
(v)都合のよい小さな値(システム設定の効率等の便宜上、初期値を特に設定しない場合)
図7は、フィルタ係数C0^、C1^の更新処理の流れを示すフローチャートである。フィルタ係数C0^、C1^の更新処理は、能動騒音制御が実施される度に実行される。
ステップS1において、更新値テーブル操作部64は、初期値テーブル56の各周波数に対応する初期値を、更新値テーブル58の各周波数に対応する更新値に書き込んで(図6の(A))、ステップS2へ移行する。
ステップS2において、信号処理部54の周波数検出回路26aは制御対象周波数fを検出して、ステップS3へ移行する。
ステップS3において、二次経路フィルタ係数更新部40は、制御対象周波数fに対応する更新値を読み込んで(図6の(B))、ステップS4へ移行する。
ステップS4において、二次経路フィルタ係数更新部40は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接するか否かを判定する。両者が近接すると判定された場合にはステップS5へ移行し、両者が近接しないと判定された場合にはステップS6へ移行する。
ステップS5において、二次経路フィルタ係数更新部40は、更新式の前回値として、今回の更新時の制御対象周波数fに対応する更新値を用いて、フィルタ係数C0^、C1^の更新を行い、ステップS7へ移行する。
ステップS6において、二次経路フィルタ係数更新部40は、更新式の前回値として、前回の更新後のフィルタ係数C0^、C1^を用いて、フィルタ係数C0^、C1^の更新を行い、ステップS7へ移行する。
ステップS7において、更新値テーブル操作部64は、制御対象周波数fに対応する更新値に、更新後のフィルタ係数C0^、C1^を書き込んで(図6の(C))、ステップS8へ移行する。
ステップS8において、終了状態判定部68は、能動騒音制御が終了したか否かを判定する。能動騒音制御が終了していない場合にはステップS2に戻り、能動騒音制御が終了した場合にはステップS9へ移行する。
ステップS9において、終了状態判定部68は、能動騒音制御が正常終了したか否かを判定する。能動騒音制御が正常終了したと判定された場合にはステップS10へ移行し、能動騒音制御が異常終了又は発散終了したと判定された場合にはステップS12へ移行する。
ステップS10において、初期値テーブル操作部62は初期値テーブル56の初期値の書き換えが許可されているか否かを判定する。初期値テーブル56の書き換えが許可されている場合にはステップS11へ移行し、初期値テーブル56の書き換えが許可されていない場合にはフィルタ係数C0^、C1^の更新処理を終了する。
ステップS11において、初期値テーブル操作部62は、初期値テーブル56の各周波数に対応する初期値を、更新値テーブル58の各周波数に対応する更新値に書き換えて(図6の(D))、フィルタ係数C0^、C1^の更新処理を終了する。
ステップS12において、結果値テーブル操作部66は、更新値テーブル58の各周波数に対応する更新値を、結果値テーブル60の各周波数に対応する結果値に書き込んで(図6の(E))、フィルタ係数C0^、C1^の更新処理を終了する。
初期値テーブル56及び結果値テーブル60は、車両12に接続されたパソコン等にコピーが可能である。そのため、能動騒音制御に異常又は発散が発生した場合には、初期値テーブル56に記憶されている更新値と、結果値テーブル60に記憶されている結果値とを比較することで、能動騒音制御の異常又は発散の発生の原因を検証できる。
[作用効果]
本実施形態では、初期値テーブル56及び更新値テーブル58が設けられることにより、能動騒音制御装置10は、周波数毎にフィルタ係数C0^、C1^の初期値を設定し、また、周波数毎にフィルタ係数C0^、C1^の更新を行うことが可能となる。これにより、能動騒音制御装置10は、特に能動騒音制御開始後、初期の消音性能を大幅に向上させることができる。しかし、更新値テーブル58の更新値が実際の二次経路伝達特性Cと大きく異なる場合、消音性能の低下、スピーカ16からの異音の出力等の問題が生じるおそれがある。
図8は、実際の二次経路伝達特性Cの位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性を示すグラフである。図8において、太線は実際の二次経路伝達特性Cの位相特性を示し、細線は更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性を示す。図8に示す更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性は、各周波数において1回目のフィルタ係数C0^、C1^の更新が行われる前の二次経路フィルタC^の位相特性を示す。すなわち、図8の更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性は、初期値を係数とする二次経路フィルタC^の位相特性と同じである。
図9は、能動騒音制御を行わなかったときと、更新値使用時の二次経路フィルタC^を用いて能動騒音制御を行ったときの車室14内の騒音の音圧レベルを示すグラフである。図9において、太線は能動騒音制御を行わなかったときの音圧レベルを示し、細線は更新値使用時の二次経路フィルタC^を用いて能動騒音制御を行ったときの騒音の音圧レベルを示す。ここで能動騒音制御に用いられる更新値使用時の二次経路フィルタC^は、各周波数において1回目のフィルタ係数C0^、C1^の更新が行われる前の二次経路フィルタC^である。すなわち、能動騒音制御に用いられる更新値使用時の二次経路フィルタC^は、初期値を係数とする二次経路フィルタC^と同じである。
例えば、図8に示すように、すべての周波数において、二次経路フィルタC^の位相特性が0°になるように更新値が設定されている場合、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性は、周波数が66[Hz]付近、100[Hz]付近、及び、130[Hz]付近で、実際の二次経路伝達特性Cの位相特性との位相差が180°となる。このような更新値が入力された二次経路フィルタC^を用いて能動騒音制御を行った場合、図9に示すように、周波数66[Hz]に相当するエンジン回転数2000[RPM]付近、周波数100[Hz]に相当するエンジン回転数3000[RPM]付近、及び、周波数130[Hz]に相当するエンジン回転数3800[RPM]付近で、能動騒音制御を行わなかった場合よりも、騒音の音圧レベルが高くなる。
図8に示すように、実際の二次経路伝達特性Cは、周波数の変化に対して連続的に変化する。二次経路伝達特性Cは、例えば、周波数が1[Hz]変化した場合に、位相特性が10°以上変化することはない。そこで、本実施形態の能動騒音制御装置10では、二次経路フィルタ係数更新部40は、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接するか否かを判定する。そして、両者が近接すると判定された場合には、二次経路フィルタ係数更新部40は、更新値テーブル58の更新値をフィルタ係数C0^、C1^の更新式の前回値として用いて、フィルタ係数C0^、C1^を更新する。一方、両者が近接しないと判定された場合には、二次経路フィルタ係数更新部40は、前回において更新後のフィルタ係数C0^、C1^を更新式の前回値として用いて、フィルタ係数C0^、C1^を更新する。
図10は、能動騒音制御を行わなかったときと、本実施形態の能動騒音制御を行ったときの車室14内の騒音の音圧レベルを示すグラフである。図10において、太線は能動騒音制御を行わなかったときの音圧レベルを示し、細線は本実施形態の能動騒音制御を行ったときの騒音の音圧レベルを示す。
本実施形態の能動騒音制御では、フィルタ係数C0^、C1^の更新式の前回値に、実際の二次経路伝達特性Cから大きく異なるフィルタ係数C0^、C1^が用いられることを抑制できる。これにより、図10に示すように、本実施形態の能動騒音制御では、能動騒音制御を行わなかった場合よりも、騒音の音圧レベルが高くなることを抑制できる。
本実施形態の能動騒音制御装置10は、能動騒音制御の収束性能を向上させることが可能となる。よって、本実施形態の能動騒音制御装置10は、能動騒音制御開始後、初期の消音性能を向上させるとともに、二次経路フィルタC^が収束していない状態でも、車室14内に異音が発生することを抑制できる。更に、本実施形態の能動騒音制御装置10は、二次経路フィルタC^が収束した後には、車室14内の静粛性を向上させることができる。
また、本実施形態の能動騒音制御装置10では、二次経路フィルタ係数更新部40において、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性の位相差θが15°未満である場合に、両者の位相特性は近接すると判定する。これにより、本実施形態の能動騒音制御装置10では、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接するか否かの判定を高精度に行うことができる。
また、本実施形態の能動騒音制御装置10では、二次経路フィルタ係数更新部40において、複素平面上において、更新値使用時の二次経路フィルタC^と前回値使用時の二次経路フィルタC^とが同じ領域にあるときには、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接すると判定する。これにより、本実施形態の能動騒音制御装置10は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、更新値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性とが近接するか否かの判定を簡略化できる。
〔他の実施形態〕
第1実施形態では、能動騒音制御装置10は、初期値テーブル56と更新値テーブル58を有していたが、更新値テーブル58を有さないようにしてもよい。この場合、二次経路フィルタ係数更新部40は、前回値使用時の二次経路フィルタC^の位相特性と、初期値テーブル56に記憶されている制御対象周波数fに対応する初期値を係数としたときの二次経路フィルタC^の位相特性とが近接するか否かを判定する。両者が近接すると判定された場合には、二次経路フィルタ係数更新部40は、初期値テーブル56の初期値をフィルタ係数C0^、C1^の更新式の前回値として用いて、フィルタ係数C0^、C1^を更新する。両者が近接しないと判定された場合には、二次経路フィルタ係数更新部40は、前回において更新後のフィルタ係数C0^、C1^を、フィルタ係数C0^、C1^の更新式の前回値として用いて、フィルタ係数C0^、C1^を更新する。そして、初期値テーブル操作部62は、フィルタ係数C0^、C1^の更新が行われる度に、初期値テーブル56の初期値を、更新後のフィルタ係数C0^、C1^に書き換える。
〔実施形態から得られる技術的思想〕
上記実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
振動源から伝達される騒音と、前記騒音を打ち消すためにスピーカ(16)から出力される相殺音との合成音に応じて変化する誤差信号に基づいて、前記スピーカを制御する能動騒音制御を行う能動騒音制御装置(10)であって、制御対象周波数に応じた基準信号を生成する基準信号生成部(26)と、前記基準信号を適応ノッチフィルタである制御フィルタにより信号処理して、前記スピーカを制御する制御信号を生成する制御信号生成部(28)と、前記基準信号を適応ノッチフィルタである一次経路フィルタにより信号処理して、推定騒音信号を生成する推定騒音信号生成部(32)と、前記制御信号を適応ノッチフィルタである二次経路フィルタにより信号処理して、第1推定相殺信号を生成する第1推定相殺信号生成部(30)と、前記誤差信号、前記第1推定相殺信号及び前記推定騒音信号から第1仮想誤差信号を生成する第1仮想誤差信号生成部(46)と、前記制御信号及び前記第1仮想誤差信号に基づいて、前記第1仮想誤差信号の大きさが最小となるように前記二次経路フィルタの係数を遂次適応更新する二次経路フィルタ係数更新部(40)と、前記二次経路フィルタの係数の初期値を、周波数に対応付けてテーブル形式で記憶する初期値テーブル(56)と、を有し、前記二次経路フィルタ係数更新部は、前記二次経路フィルタの係数の更新の前に、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接するか否かを判定し、近接すると判定した場合には、前記初期値を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行い、近接しないと判定した場合には、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の更新後の前記二次経路フィルタの係数を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行う。
上記の能動騒音制御装置であって、前記二次経路フィルタ係数更新部は、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性の位相差が所定角未満である場合に、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接すると判定してもよい。
上記の能動騒音制御装置であって、複素平面を所定角で複数の領域に分割し、前記複素平面上において、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが、同一の前記領域にある場合に、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接すると判定してもよい。
上記の能動騒音制御装置であって、前記二次経路フィルタの係数の更新値を、前記周波数に対応付けてテーブル形式で記憶する更新値テーブル(58)と、能動騒音制御開始時に、前記初期値テーブルの前記初期値を前記更新値として前記更新値テーブルに書き込むとともに、能動騒音制御中に前記二次経路フィルタ係数更新部において更新後の前記二次経路フィルタの係数を前記更新値として前記更新値テーブルに書き込む更新値テーブル操作部(64)と、を有し、前記二次経路フィルタ係数更新部は、前記二次経路フィルタの係数の更新の前に、前記更新値テーブルの前記周波数に対応する前記更新値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接するか否かを判定し、近接すると判定した場合には、前記更新値を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行い、近接しないと判定した場合には、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の更新後の前記二次経路フィルタの係数を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行ってもよい。
上記の能動騒音制御装置であって、前記能動騒音制御の終了時に、前記初期値テーブルの前記初期値を、前記更新値テーブルの前記更新値に書き換える初期値テーブル操作部(62)を有してもよい。
上記の能動騒音制御装置であって、前記基準信号を前記二次経路フィルタにより信号処理して、参照信号を生成する参照信号生成部(34)と、前記参照信号を前記制御フィルタにより信号処理して、第2推定相殺信号を生成する第2推定相殺信号生成部(36)と、前記第2推定相殺信号及び前記推定騒音信号から第2仮想誤差信号を生成する第2仮想誤差信号生成部(52)と、前記参照信号及び前記第2仮想誤差信号に基づいて、前記第2仮想誤差信号の大きさが最小となるように前記制御フィルタの係数を遂次適応更新する制御フィルタ係数更新部(42)と、前記基準信号及び前記第1仮想誤差信号に基づいて、前記第1仮想誤差信号の大きさが最小となるように前記一次経路フィルタの係数を遂次適応更新する一次経路フィルタ係数更新部(38)と、を有してもよい。
10…能動騒音制御装置 16…スピーカ
26…基準信号生成部 28…制御信号生成部
30…第1推定相殺信号生成部 32…推定騒音信号生成部
34…参照信号生成部 36…第2推定相殺信号生成部
38…一次経路フィルタ係数更新部 40…二次経路フィルタ係数更新部
46…加算器(第1仮想誤差信号生成部) 52…加算器(第2仮想誤差信号生成部)
56…初期値テーブル 58…更新値テーブル
60…結果値テーブル 64…更新値テーブル操作部
66…結果値テーブル操作部

Claims (6)

  1. 振動源から伝達される騒音と、前記騒音を打ち消すためにスピーカから出力される相殺音との合成音に応じて変化する誤差信号に基づいて、前記スピーカを制御する能動騒音制御を行う能動騒音制御装置であって、
    制御対象周波数に応じた基準信号を生成する基準信号生成部と、
    前記基準信号を適応ノッチフィルタである制御フィルタにより信号処理して、前記スピーカを制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
    前記基準信号を適応ノッチフィルタである一次経路フィルタにより信号処理して、推定騒音信号を生成する推定騒音信号生成部と、
    前記制御信号を適応ノッチフィルタである二次経路フィルタにより信号処理して、第1推定相殺信号を生成する第1推定相殺信号生成部と、
    前記誤差信号、前記第1推定相殺信号及び前記推定騒音信号から第1仮想誤差信号を生成する第1仮想誤差信号生成部と、
    前記制御信号及び前記第1仮想誤差信号に基づいて、前記第1仮想誤差信号の大きさが最小となるように前記二次経路フィルタの係数を遂次適応更新する二次経路フィルタ係数更新部と、
    前記二次経路フィルタの係数の初期値を、周波数に対応付けてテーブル形式で記憶する初期値テーブルと、
    を有し、
    前記二次経路フィルタ係数更新部は、
    前記二次経路フィルタの係数の更新の前に、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接するか否かを判定し、
    近接すると判定した場合には、前記初期値を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行い、
    近接しないと判定した場合には、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の更新後の前記二次経路フィルタの係数を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行う、能動騒音制御装置。
  2. 請求項1に記載の能動騒音制御装置であって、
    前記二次経路フィルタ係数更新部は、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性の位相差が所定角未満である場合に、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接すると判定する、能動騒音制御装置。
  3. 請求項1に記載の能動騒音制御装置であって、
    複素平面を所定角で複数の領域に分割し、前記複素平面上において、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが、同一の前記領域にある場合に、前記初期値テーブルの前記周波数に対応する前記初期値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接すると判定する、能動騒音制御装置。
  4. 請求項1~3のいずれか1項に記載の能動騒音制御装置であって、
    前記二次経路フィルタの係数の更新値を、前記周波数に対応付けてテーブル形式で記憶する更新値テーブルと、
    能動騒音制御開始時に、前記初期値テーブルの前記初期値を前記更新値として前記更新値テーブルに書き込むとともに、能動騒音制御中に前記二次経路フィルタ係数更新部において更新後の前記二次経路フィルタの係数を前記更新値として前記更新値テーブルに書き込む更新値テーブル操作部と、
    を有し、
    前記二次経路フィルタ係数更新部は、
    前記二次経路フィルタの係数の更新の前に、前記更新値テーブルの前記周波数に対応する前記更新値を前記二次経路フィルタの係数としたときの前記二次経路フィルタの位相特性と、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の係数更新後の前記二次経路フィルタの位相特性とが近接するか否かを判定し、
    近接すると判定した場合には、前記更新値を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行い、
    近接しないと判定した場合には、前記二次経路フィルタ係数更新部において前回の更新後の前記二次経路フィルタの係数を前回値として用いて前記二次経路フィルタの係数の更新を行う、能動騒音制御装置。
  5. 請求項4に記載の能動騒音制御装置であって、
    前記能動騒音制御の終了時に、前記初期値テーブルの前記初期値を、前記更新値テーブルの前記更新値に書き換える初期値テーブル操作部を有する、能動騒音制御装置。
  6. 請求項1~5のいずれか1項に記載の能動騒音制御装置であって、
    前記基準信号を前記二次経路フィルタにより信号処理して、参照信号を生成する参照信号生成部と、
    前記参照信号を前記制御フィルタにより信号処理して、第2推定相殺信号を生成する第2推定相殺信号生成部と、
    前記第2推定相殺信号及び前記推定騒音信号から第2仮想誤差信号を生成する第2仮想誤差信号生成部と、
    前記参照信号及び前記第2仮想誤差信号に基づいて、前記第2仮想誤差信号の大きさが最小となるように前記制御フィルタの係数を遂次適応更新する制御フィルタ係数更新部と、
    前記基準信号及び前記第1仮想誤差信号に基づいて、前記第1仮想誤差信号の大きさが最小となるように前記一次経路フィルタの係数を遂次適応更新する一次経路フィルタ係数更新部と、
    を有する、能動騒音制御装置。
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