JP7187713B2 - ノイズキャンセルシステムにおけるアクティブサウンド管理 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年４月１日に出願された「ＡＣＴＩＶＥ ＳＯＵＮＤ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＩＮ ＮＯＩＳＥ ＣＡＮＣＥＬＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ」と題する米国仮特許出願第６２／８２７，５５４号に関連し、その利益を主張するものであり、その全体は、あらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。

例示的なロードノイズキャンセル（road noise cancella、ＲＮＣ）システムが、ロードノイズに対抗するように意図されたオーディオ信号を生成し得、車両内の様々な位置の加速度計を使用して、ロードノイズ基準源を提供し得る。フィードバックマイクロフォンが、車両室内で結果として生じる音響エネルギーを監視し、適応フィードフォワードフィルタなどのロードノイズキャンセルシステムの様々な動作特性を調整し得る。加えて、アクティブサウンド管理（active sound management、ＡＳＭ）システムが、エンジン高調波キャンセル（engine harmonic cancellation、ＥＨＣ）及び／又はエンジン高調波増強（engine harmonic enhancement、ＥＨＥ）（まとめて、ＥＨｘ）などによって、車両の動作の知覚される音を増強するか、さもなければ変更するように動作し得る。様々な実施例では、ＡＳＭシステム又はＲＮＣシステムによって生成される信号は相互作用し得、例えば、いずれかのシステムが、他のシステムに動作を変更させ得る。例えば、ＡＳＭシステムによって生成されたアクティブサウンドは、ＲＮＣシステムによってロードノイズとして知覚され得、それにより、ＲＮＣシステムは、ＡＳＭシステムがアクティブに動作して生成する音を低減しようとし得る。こうした悪影響は、エンジン振動がＲＮＣシステムの加速度計によってとらえられた場合に更に悪化し得る。したがって、ＡＳＭとＲＮＣシステムの相互作用を解決又は低減する必要がある。

本明細書に開示されるシステム及び方法は、ノイズキャンセルシステムによって動作される様々な信号から、エンジンの回転に関連するものなどの選択された信号成分を取り除き、ノイズキャンセルシステムがエンジンに関連する音響音に干渉することなく動作することを可能にするノイズキャンセルシステム、方法、及びアプリケーションを対象とする。

一態様によれば、低減されるべきノイズを表す基準信号を受信することと、その基準信号に基づいてノイズキャンセル信号を提供することと、環境内の残留ノイズを表すフィードバック信号を受信することと、環境に関連付けられた回転機器の回転速度に基づいて、基準信号、ノイズキャンセル信号、又はフィードバック信号のうちの少なくとも１つをフィルタリングすることと、を含む、ノイズキャンセル方法が提供される。

様々な実施例では、回転機器の回転速度に基づいて、基準信号、ノイズキャンセル信号、又はフィードバック信号のうちの少なくとも１つをフィルタリングすることは、回転速度の変化に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む。

いくつかの例は、第１の時間における第１の回転速度を決定することと、第２の時間における第２の回転速度を決定することと、回転速度の変化として第１の回転速度と第２の回転速度との間の差を決定することと、を含む。

特定の実施例では、周波数の帯域幅の範囲は、回転速度の変化の範囲に線形に関連する。

様々な実施例では、回転機器の回転速度に基づいて、基準信号、ノイズキャンセル信号、又はフィードバック信号のうちの少なくとも１つをフィルタリングすることは、回転速度の変化率に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む。

いくつかの実施例では、回転機器の回転速度に基づいて、基準信号、ノイズキャンセル信号、又はフィードバック信号のうちの少なくとも１つをフィルタリングすることは、回転速度に基づいてある周波数を中心とする周波数のノッチをフィルタリングして除去することを含む。周波数は、特定の実施例において、回転速度の高調波であってもよい。

別の態様によれば、環境内で低減されるべきノイズを表す基準信号を提供するように構成されたノイズセンサと、ノイズセンサに結合されて基準信号を受信し、ノイズセンサに結合されて基準信号に基づいてノイズキャンセル信号を提供するコントローラと、コントローラに結合されてノイズキャンセル信号を環境内の音響信号に変換するトランスデューサと、コントローラに結合されたフィルタであって、環境に関連付けられた回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングするフィルタと、を含む、ノイズキャンセルシステムが提供される。

いくつかの実施例は、環境内の残留ノイズを表すフィードバック信号を提供するためのフィードバックセンサを含み、選択された信号は、基準信号、ノイズキャンセル信号、及びフィードバック信号のうちの少なくとも１つである。

様々な実施例では、回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることは、回転速度の変化に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む。

いくつかの実施例では、コントローラは、第１の時間における第１の回転速度を決定し、第２の時間における第２の回転速度を決定し、回転速度の変化として第１の回転速度と第２の回転速度との間の差を決定する。

特定の実施例では、周波数の帯域幅の範囲は、回転速度の変化の範囲に線形に関連する。

様々な実施例では、回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることは、回転速度の変化率に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む。

いくつかの実施例では、回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることは、回転速度に基づいてある周波数を中心とする周波数のノッチをフィルタリングして除去することを含む。

別の態様によれば、格納された命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体が提供され、その命令は、好適なプロセッサによって実行されると、プロセッサに、環境内で低減されるべきノイズを表す基準信号を受信させ、基準信号に基づいてノイズキャンセル信号を提供させ、環境に関連付けられた回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングさせる。

いくつかの実施例では、プロセッサはまた、環境内の残留ノイズを表すフィードバック信号を受信し、選択された信号は、基準信号、ノイズキャンセル信号、及びフィードバック信号のうちの少なくとも１つである。

様々な実施例では、回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることは、回転速度の変化に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む。

いくつかの実施例では、プロセッサは、第１の時間における第１の回転速度を決定し、第２の時間における第２の回転速度を決定し、回転速度の変化として第１の回転速度と第２の回転速度との間の差を決定し得る。

特定の実施例では、周波数の帯域幅の範囲は、回転速度の変化の範囲に線形に関係する。

様々な実施例において、回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることは、回転速度に基づいてある周波数を中心とする周波数のノッチをフィルタリングして除去することを含む。

これらの例示的態様及び例に関する更なる他の態様、例、及び利点を、以下で詳細に考察する。本明細書で開示する例は、本明細書に開示される原理の少なくとも１つと整合する任意の方法で、他の例と組み合わせることができ、更に、「一例（an example）」、「いくつかの実施例（some examples）」、「代替例（an alternate example）」、「様々な実施例（various examples）」、「１つの例（one example）」等への言及は、必ずしも互いに独占的ではなく、説明される特定の特徴、構造、又は特性は、少なくとも１つの例に含まれ得ることを示すよう意図する。本明細書におけるこうした用語の出現は、必ずしも全てが同じ例を示すわけではない。

少なくとも１つの例に関する様々な態様を、添付図面を参照して、以下で考察するが、これらの図面は、縮尺とおりに描かれることを意図しない。図面は、様々な態様及び実施例の図示、及び更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するが、本発明を限定する定義として意図していない。図面において、様々な図面に図示される同一の、又はほぼ同一の構成要素は、同様の参照数字によって表され得る。説明を明瞭にするために、全ての図において、構成要素全てが、必ずしも符号付けされていない場合がある。図中、
例示的なロードノイズキャンセルシステムの概略ブロック図である。 図１のロードノイズキャンセルシステムに関連付けられ得る例示的な信号フローの概略ブロック図である。 例示的なオーディオシステムの概略ブロック図である。 別の例示的なオーディオシステムの概略ブロック図である。 ノッチフィルタの例示的な伝達関数のグラフである。 フィルタポール及びゼロ点の例示的なセットのグラフである。 ΔＲＰＭとノッチフィルタ帯域幅との間の例示的な関連のグラフである。

ノイズキャンセルシステムは、音響空間内の様々な音を音響的に低減（すなわち、「キャンセル」）しようとする。車両では、例えば、ロードノイズキャンセル（ＲＮＣ）システムは、車両の室内のロードノイズを低減、すなわち「後追い」しようとすることがある。エンジン高調波キャンセル（ＥＨＣ）システム及びエンジン高調波増強（ＥＨＥ）システムなどのアクティブサウンド管理（ＡＳＭ）システムは、車両の動作に関連するエンジン（又は他の回転機器）の音を調整しようとする。本開示の態様は、エンジン又は他の回転機器に関連する信号成分など、ノイズキャンセルシステムの選択された信号成分を取り除く、すなわち低減するために車両に使用するのに好適なシステム及び方法を対象とし、それにより、ノイズキャンセルシステムは、選択された信号成分を後追いすることにはならず、すなわち低減しようとすることになる。

例えば、本開示の利益がなければ、ＲＮＣシステムが、室内のエンジン音を変化させるすなわち低減することがあるが、これは望ましくないことがある。ＲＮＣシステム及びＥＨＥシステムが並列に動作するとき、ＲＮＣシステムは、ＥＨＥシステムが生成するエンジン高調波をキャンセルしようとすることがあり、特に、加速度計からの基準信号がこれらの高調波を含む場合がそうである。ＲＮＣシステム及びＥＨＣシステムが並行して動作するとき、両方の適応システムが様々なエンジン高調波をキャンセルしようとするために安定性に負の効果を及ぼすことがある。

本明細書に開示される様々な実施例は、ＲＮＣシステムの様々な信号からエンジン高調波をフィルタリングする（例えば、取り除く）。様々な実施例では、取り除かれるべきエンジン高調波は、ＲＰＭ情報によって及び／又はＥＨｘシステムによって識別され得る。様々な実施例にわたって、こうしたフィルタは、１つ以上の基準信号、１つ以上のスピーカ信号（スピーカコマンド若しくはコマンド信号とも呼ばれる）、例えば、フィードバックマイクロフォンからの１つ以上のエラー若しくはフィードバック信号、又はこれらの任意の組み合わせに直接適用され得る。

本明細書で論じられる方法及び装置の実施例は、以下の記載に述べるか、又は添付の図に示される構成要素の構成及び配列の詳細に適用することに限定されないことが、理解されよう。本発明の方法及び機器は、他の例で実装可能であり、様々な方法で実施又は遂行可能である。具体的な実施例は、例示目的のみのために本明細書で提供され、限定を意図するものではない。具体的には、任意の１つ以上の実施例に関連して論じられる機能、構成要素、素子、及び特徴は、他の任意の実施例において同様の役割から除外されることを意図していない。

本明細書で開示する例は、本明細書に開示される原理の少なくとも１つと整合する任意の方法で、他の例と組み合わせることができ、更に、「一例（an example）」、「いくつかの実施例（some examples）」、「代替例（an alternate example）」、「様々な実施例（various examples）」、「１つの例（one example）」等への言及は、必ずしも互いに独占的ではなく、説明される特定の特徴、構造、又は特性は、少なくとも１つの例に含まれ得ることを示すよう意図する。本明細書におけるこうした用語の出現は、必ずしも全てが同じ例を示すわけではない。

また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明目的のみを目的としており、限定的であるとみなされるべきではない。本明細書において単数で言及されるシステム及び方法の実施例、構成要素、素子、行為、又は機能に対する任意の言及は、複数を含む実施形態をも包含してもよく、本明細書における任意の実施例、構成要素、素子、行為、又は機能に対する任意の言及は、単数のみを含む実施例をも包含してもよい。したがって、単数形又は複数形での言及は、本開示のシステム又は方法、それらの構成要素、行為、又は素子を制限することを意図するものではない。本明細書における「含む（including）」、「含む（comprising）」、「有する（having）」、「含有する（containing）」、「伴う（involving）」、並びに、それらの変形形態の使用は、以下で列挙する項目とその等価物、並びに、他の項目を包含することを意味する。「又は（or）」への言及は、「又は（or）」で記載された全ての用語が、記載された用語の単一、２つ以上、及び、全ての用語のいずれかを示せるよう、包括的であると解釈され得る。前後、左右、上下、上下、及び縦横への言及は、説明の便宜のためであり、本システムと方法、あるいは、それらの構成要素を、何らかの１つの位置的か、又は空間的方向に限定するものではない。

図１は、ノルム計算を実行し得る例示的なノイズキャンセルシステム１００の概略図である。具体的には、ノイズキャンセルシステム１００は、車両室などの所定のボリューム１０４内の少なくとも１つのキャンセルゾーン１０２内の望ましくない音と破壊的に干渉するように構成される。高レベルでは、ノイズキャンセルシステム１００の一実施形態は、基準センサ１０６、フィードバックセンサ１０８、トランスデューサ１１０、及びコントローラ１１２を含み得る。

一実施形態では、基準センサ１０６は、所定の容積１０４内の、望ましくない音、又は望ましくない音の発生源を表す基準信号１１４を生成するように構成されている。例えば、図１に示されるように、基準センサ１０６は、車両構造１１６を通して伝達される振動を検出するように取り付けられ及び構成された加速度計であってもよい。車両構造１１６を通して伝達される振動は、構造によって車両室内の望ましくない音（ロードノイズとして知覚される）に変換され、したがって構造に取り付けられた加速度計は、望ましくない音を表す信号を提供する。図１のノイズキャンセルシステム１００は、単一の基準センサ１０６を有する実施例を示しているに過ぎないが、様々な実施例は、複数の基準センサ１０６を含み得る。

トランスデューサ１１０は、例えば、所定の容積の周囲の別々の位置に分散されたスピーカであってもよい。一例では、４つ以上のスピーカが車両室内に配設されてもよく、４つのスピーカの各々は、車両のそれぞれのドア内に配置され、音を車両室内に投射するように構成される。代替的な実施形態では、スピーカは、ヘッドレスト内、又は車両室内の他の場所に配置されてもよい。

ノイズキャンセル信号１１８は、コントローラ１１２によって生成され、所定の容積内の１つ以上のスピーカに提供されてもよく、スピーカはノイズキャンセル信号１１８を音響エネルギー（すなわち、音波）に変換する。ノイズキャンセル信号１１８の結果として生成される音響エネルギーは、キャンセルゾーン１０２内の望ましくない音と約１８０°位相がずれており、したがって、その望ましくない音と相殺する。ノイズキャンセル信号１１８から生成された音波と所定の容積内の望ましくないノイズとの組み合わせは、キャンセルゾーン内のリスナによって知覚される、望ましくないノイズのキャンセルをもたらす。

所定の容積内に配設されたフィードバックセンサ１０８は、ノイズキャンセル信号１１８から生成された音波とキャンセルゾーン内の望ましくない音との組み合わせから生じる残留ノイズの検出に基づいて、フィードバックセンサ信号１２０を生成する。フィードバック信号１２０は、フィードバックとしてコントローラ１１２に提供され、フィードバック信号１２０は、ノイズキャンセル信号及び他の音響エネルギーによってキャンセルされない残留ノイズを表す。エラーセンサ１０８は、例えば、車両室内に（例えば、ルーフ、ヘッドレスト、ピラー、又は室内の他の場所に）装着された少なくとも１つのマイクロフォンであってもよい。

キャンセルゾーンは、フィードバックセンサ１０８から遠隔に位置決めされてもよいことに留意されたい。この場合、フィードバックセンサ信号１２０は、キャンセルゾーン内の残留ノイズの推定値を表すように変換され得る。

一実施形態では、コントローラ１１２は、非一時的記憶媒体１２２及びプロセッサ１２４を備え得る。一実施形態では、非一時的記憶媒体１２２はプログラムコードを記憶し得、このプログラムコードは、プロセッサ１２４によって実行されると、以下に記載の様々なフィルタ及びアルゴリズムを履行する。コントローラ１１２は、ハードウェア及び／又はソフトウェア内に実装されてもよい。例えば、コントローラは、ＳＨＡＲＣ浮動小数点ＤＳＰプロセッサによって実装されてもよいが、コントローラは、任意の他のプロセッサ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、又は他の好適なハードウェアによって実装され得ることを理解されたい。

図２を参照すると、コントローラ１１２によって実装されるフィルタ構成要素を含む、ノイズキャンセルシステム１００の一実施形態のブロック図が示されている。図示のように、コントローラ１１２は、適応フィルタ１２６及び適応処理モジュール１２８を含む制御システムを画定し得る。

適応フィルタ１２６は、基準センサ１０６の基準信号１１４を受信し、ノイズキャンセル信号１１８を生成するように構成されている。ノイズキャンセル信号１１８は、上述のように、トランスデューサ１１０に入力され、そこで、所定のキャンセルゾーン１０２内の望ましくない音と相殺するノイズキャンセルオーディオ信号に変換される。適応フィルタ１２６は、多入力多出力（multi-input multi-output、ＭＩＭＯ）有限インパルス応答（finite impulse response、ＦＩＲ）フィルタなど、任意の好適な線形フィルタとして実装され得る。適応フィルタ１２６は、基準信号１１４に応答してノイズキャンセル信号１１８を画定する一組の係数を採用し、一組の係数は、ロード入力（又は非車両ノイズキャンセルコンテキストにおける他の入力に対する）に対する車両応答の変化する挙動に適応するように調整され得る。

適応フィルタ１２６の係数に対する調整は、適応処理モジュール１２８によって実行され得、適応処理モジュール１２８は、入力としてフィードバック信号１２０及び基準信号１１４を受信し、これらの入力を使用してフィルタ更新信号１３０を生成する。フィルタ更新信号１３０は、適応フィルタ１２６に実装されるフィルタ係数に対する更新である。更新された適応フィルタ１２６によって生成されるノイズキャンセル信号１１８は、フィードバック信号１２０（又はその突出若しくは変形）を最小限に抑え、その結果、キャンセルゾーン内の望ましくないノイズを低減する。

図３は、例えば、サブシステムとして、ノイズキャンセルシステム１００を含み、更に、アクティブサウンド管理システム３１０をも含み、トランスデューサ１１０によって変換され得る追加のオーディオ信号を提供する、例示的なオーディオシステム３００を示している。様々な実施例は、トランスデューサ１１０によってもトランスデューサによって変換されるオーディオ信号を提供する、娯楽、ナビゲーション、及びドライバ警告システムなど、追加のオーディオ源を含み得る。

アクティブサウンド管理システム３１０は、音響トランスデューサ１１０によってレンダリングされる１つ以上のアクティブサウンド信号３１４を提供し得る。アクティブサウンド管理システム３１０の実施例は、エンジン及び／又は変速機高調波のキャンセル及び／又は増強など、様々な音響の低減システム又は増強システムを含み得る。こうしたシステムは、音を生成して、エンジン及びパワートレイン、連続可変変速機、電気車両などの内部音響シグネチャを増強若しくは低減し、及び／又は、様々な音響特性を模倣若しくはマスクして、車両の動作に関連する異なった音響体験を作成し得る。

様々な実施例では、低減又は増強された音は、エンジン高調波又はドライブトレーン高調波に関連することがあり、こうしたシステムは、一般に、エンジン高調波キャンセル（ＥＨＣ）及び／又はエンジン高調波増強（ＥＨＥ）システムと呼ばれることがある。こうしたシステムはまた、高調波に関連しない車両音を増強若しくは低減するか、又はサウンド発生器などの新しい音を作成して、バックファイヤ、アフターファイヤ、クラックル音効果などの音効果を作成するシステムを指すことがある。また、アクティブサウンド管理システム３１０は、例えば、ガソリン車に似た電気自動車音を生み出すか、又はギアシフトなどに似た連続可変変速機音を生み出すか、又は完全に新しい機械音を生み出すなど、別のものに似たあるものの音を生み出すことを意図した音響環境を作成し得る。

アクティブサウンド管理システムは、任意の数の入力信号３１２を受信してもよい。ＥＨＥ／ＥＨＣシステムの例示的な入力信号３１２は、車両回転機器（エンジン、変速機、車輪など）のいずれかの、毎分回転数（rotations per minute、ＲＰＭ）、トルク、負荷、温度などの表示、又は、増強若しくはキャンセル音を生成するための基準となり得る車両機器のいずれかの他の動作状態（例えば、アクセルペダル若しくは制御の位置、ブレーキペダル若しくは制御の位置、ステアリングホイール位置、ギア及び／若しくはギアチェンジ、又は他のオペレータ制御入力）を含み得る。

様々な実施例では、アクティブサウンド信号３１４は、トランスデューサ１１０によって変換されるべきノイズキャンセル信号１１８と組み合わされる。他の実施例では、アクティブサウンド信号３１４及びノイズキャンセル信号１１８は、別個のトランスデューサ１１０によって変換されてもよい。いずれの場合でも、フィードバックセンサ１０８は、ノイズキャンセル信号１１８及びアクティブサウンド信号３１４のそれぞれによって提供され得る環境内の音響エネルギーを検出する。上述のように、アクティブサウンド信号３１４の成分は、エンジン高調波、及び／又は、ドライブトレーン及び／又は車輪などの車両の回転機器の他の部分の高調波に関連し得る。加えて、基準センサ１０６は、これらの高調波に関連する振動を検出し得、基準信号１１４内の成分をこれらの高調波に関連させる。したがって、ノイズキャンセルシステム１００は、これらの高調波成分が車両室内でのそれらの存在を低減しようとすることに後追いすることがあり、同時に、アクティブサウンド管理システム３１０は、車両室内のこれらの高調波成分を増加しようとすることがある。このように、これらの２つのシステムは、最善の場合でも、互いに対して不利に働き得る。ノイズキャンセルシステム及びアクティブサウンド管理システムのそれぞれはまた、適応動作を含んでもよく、したがって、これらの２つのシステムは、最悪の場合でも、互いに不安定性を引き起こし得る。

図４は、オーディオシステム３００のものからの例示的な変形形態を含む例示的なオーディオシステム４００を示しており、実装に応じて、エンジン又は車両の他の回転機器の音を変更し得るノイズキャンセルシステム１００による作用を解決する。したがって、図４の例示的なオーディオシステム４００はまた、ノイズキャンセルシステム１００とアクティブサウンド管理システム３１０との間の相互作用を解決し得る。様々な実施例では、ＲＰＭ４５０に基づいて構成された１つ以上のノッチフィルタは、フィードバック信号１２０、基準信号１１４、ノイズキャンセル信号１１８、又はこれらの信号の組み合わせのうちの少なくとも１つに対して動作する。例えば、フィルタ４１０を含み、フィードバック信号１２０を修正して、ＲＰＭ４５０に関連する高調波成分を取り除き得る。代替的に又は追加的に、フィルタ４２０を含み、基準信号１１４を修正して、ＲＰＭ４５０に関連する高調波成分を取り除き得る。フィルタ４１０、４２０のいずれか又は両方に加えて、又はその代わりに、フィルタ４３０を含み、ノイズキャンセル信号１１８を修正して、ＲＰＭ４５０に関連する高調波成分を取り除き得る。フィルタ４１０、４２０、４３０のうちの任意の１つ以上は、ＲＰＭ４５０に関連する取り除かれた高調波成分に対するノイズキャンセルシステム１００の効果を低減し得る。

例えば、フィルタ４１０は、フィードバック信号１２０から高調波成分を取り除き、高調波成分を除去していないときに高調波成分を取り除くことが成功したとノイズキャンセルシステム１００に事実上思わせる。フィルタ４２０は、基準信号１１４から高調波成分を取り除き、高調波成分が、作用しているノイズ源ではないとノイズキャンセルシステム１００に事実上思わせる。フィルタ４３０は、ノイズキャンセル信号１１８から高調波成分を取り除き、ノイズキャンセルシステム１００が車両室内の高調波成分に影響を及ぼすのを事実上阻止する。

様々なフィルタ位置のそれぞれは、ノイズキャンセルシステム１００の性能を低下させるか、又は不安定性を引き起こす可能性がある。例えば、基準信号１１４をフィルタリングすることにより、ノイズキャンセルシステム１００が高調波の周波数で適応フィルタ値をブーストすることを促進することができる。ノイズキャンセル信号１１８をフィルタリングすることは、それが二次経路を変更するためにシステムに安定性を引き起こし得る。これらの課題を克服するために、様々な実施例では、高調波フィルタ４１０、４２０、４３０は、所望の成分の取り除きを達成するために可能な限り狭くなるように設計される。

こうしたフィルタリングにおける課題は、ＲＰＭが急速に変化するとき（例えば、性能限界運転シナリオ）に生じ、その間、エンジン高調波が狭帯域の性質により偏差することがあり、したがって狭いノッチフィルタを含まなくてもよい。この偏差が考慮されない場合、ノイズキャンセルシステムはエンジン音を変更し得、これは、例えば、ＲＰＭが急速に変化している急加速中など、増強されたエンジン音が望まれる正確な週間に特に望ましくないことがある。

本明細書に開示されるものによる様々な実施例は、ノイズキャンセルシステム内の１つ以上の信号経路位置において１つ以上のノッチフィルタを調整する。ノッチフィルタの周波数及び帯域幅は、ＲＰＭ、ＲＰＭ変動、及びトルクなどの車両動作パラメータに基づく。フィルタは、例えば、単純なＩＩＲフィルタとすることができ、フィスタのポール及びゼロ点は、エンジンの高調波周波数及びＲＰＭ変化率によって選択される。様々な実施例では、高調波成分のフィルタリングされる低減は、それほど深くする必要はない。例えば、ＲＮＣによって室内で再生される弱化された高調波が、実際のエンジン音及び／又はアクティブサウンド管理システムによってマスクされ得るため、１０ｄＢ以下の低減で十分であり得る。

いくつかの実施例によれば、ノッチフィルタ４３０は、ノイズキャンセル信号１１８によって動作し、ノッチは、安定性の問題が観察されないように十分に狭くされ得、例えば、ノッチフィルタ４３０は、ノイズキャンセルシステムが周波数分解能／粒度のこうしたレベルに適応することができないスペクトルの狭い十分な部分を取り除くように設計され得る。

特定の実施例では、二次経路が知られており、ＲＮＣシステムがこれらの周波数で利得をブーストするのを防止するために、フィルタリングされ除去された信号の突出がフィードバック信号に追加され得る。

様々な実施例では、複数の高調波を取り除くために複数のノッチフィルタがカスケードされ得る。

図５は、例えば、フィルタ４１０、４２０、４３０のいずれかであり得る、例示的なノッチフィルタの伝達関数５００を示している。ノッチフィルタは、中心周波数ｆ_ｃを中心とし、低周波数ｆ_ｌから高周波ｆ_ｈまで延びるノッチ帯域幅５１０を有する狭い範囲の周波数を取り除き（減衰し）、例示的なノッチフィルタでは、この範囲外の周波数における名目０利得から３ｄＢだけ低下して画定される。様々な実施例では、ノッチ帯域幅は、他の量の低減によって画定されてもよく、及び／又は中心周波数の両側に対称応答を有しないことがある。

様々な実施例では、中心周波数はＲＰＭにリンクされ、ノッチ帯域幅５１０は、ＲＰＭ変動率に比例的にリンクされる。ＲＰＭが急速に変化するとき、エンジン高調波は、より広い帯域幅を占有し、多くの場合、より大きくなり得る。ＲＰＭが変化しているとき、ノッチ帯域幅を広げることは、これらの状態時の高調波の適切な緩和を支援する。更に、ノッチ帯域幅を変化させることは、ＲＰＭが実質的に変化していないとき、ＲＮＣ信号における大部分の情報を保存す際の柔軟性を与える。例えば、本質的に一定のＲＰＭで走行しているとき、より狭いノッチはより少ない信号コンテンツを取り除き、こうした場合、ロードノイズは、最有力のノイズ源であり得、ノイズキャンセルシステム１００は、可能な限りノイズスペクトルを追跡することが可能になる。

車両が本質的に一定のＲＰＭで走行しているとき、狭いノッチ帯域幅５１０は、例えば、適応フィルタ１２６の周波数分解能よりも狭いノッチフィルタ帯域幅５１０を有することによって、適応フィルタ１２６がフィルタリングされた高調波レベルに適応することを防止する。これらのシナリオでは、ＲＰＭがゆっくりと変化するとすれば、ノッチフィルタは、様々な実施例において適応フィルタ１２６の分解能よりも数桁狭くされ得る。

車両が加速又は減速しており、ＲＰＭが変化しているとき、より広いノッチ帯域幅５１０は、変化する高調波を受け入れる。様々な実施例では、高次高調波のためのフィルタ伝達関数５００は、低次高調波よりも広い（より広い）ノッチ帯域幅５１０を有し得る。例えば、５番目の高調波は、２番目の高調波より広い帯域幅を示してもよく、５番目の高調波を減衰させることが意図されたフィルタ伝達関数５００は、２番目の高調波を減衰させることを意図したものよりも広いノッチ帯域幅５１０を有し得る。加えて、ノッチフィルタの中心周波数は、ＲＰＭに対して調整され、したがって、こうしたシナリオにおいて変化する。したがって、適応フィルタ１２６は、ノッチフィルタ、例えばフィルタ４１０、４２０及び／又は４３０の任意の特定の動作に適応する時間を有していない。

加えて、フィルタ４１０、４２０及び／又は４３０のいずれかは、それが動作する信号の位相を変更してもよい。したがって、伝達関数５００は、様々な実施例において比較的狭く、それにより、ノッチフィルタは、狭い範囲の位相誤差のみを取り入れる。

図６は、様々な実施例で使用され得る例示的なデジタルフィルタ設計６００を示している。フィルタ設計６００は、回転速度、例えば、ＲＰＭに基づく中心周波数にゼロ点を有し、及び回転速度の変化量又は変化率に基づくゼロ点からオフセットされたポールを有する、二次フィルタを表す。例えば、所与の高調波周波数ｆ_ｎについて、１秒当たりラジアンで表した中心周波数ω_ｏは、等式１にしたがって表され得る。

式中、ｆ_ｓはデジタルシステムにおけるサンプリング周波数であり、ｆ_ｎは対象の高調波周波数であり、それぞれがヘルツなどの同じ単位で表される。それぞれのポールとゼロ点との間のオフセットは、等式２にしたがって表され得る。

式中、帯域幅ＢＷは、上述したノッチ帯域幅であり、Ｈｅｒｔｚなどのサンプリング周波数ｆ_ｓと同じ単位で表される。様々な実施例は、ＲＰＭがどれくらい速く変化しているかの尺度に基づいて帯域幅ＢＷを選択し、そのうちの少なくとも１つの実施例が、図７に関して以下でより詳細に記載される。図６に示されるフィルタ設計６００は、それぞれのゼロ点と原点との間の実質的に線形位置にあるポールを示しているが、実際の実装形態は、図示されるように近似的にのみ配置され得る。フィルタ設計６００は、狭い範囲の周波数を事実上減衰させ得るフィルタ設計の一実施例に過ぎない。

図７は、所与のΔＲＰＭ（ｘ軸）に対する選択されたノッチ帯域幅（ｙ軸）の相関又はマッピング７００の一実施例を示している。この例では、選択されたノッチ帯域幅は、ΔＲＰＭに線形に関連するが、最小帯域幅と最大帯域幅との間に制限される。様々な実施例では、ΔＲＰＭは、例えば、時間に対するＲＰＭの変化率であると理解され得るが、これは、ΔＲＭＰは２つの異なる時間におけるＲＰＭの差であるが、様々な実施例では、時間差ΔＴは一定に保たれてもよいからである。例えば、いくつかの実施例では、ΔＲＰＭの値は、現在のＲＰＭと１００ミリ秒前のＲＰＭ値との間の差として、１００ミリ秒ごとに決定され得る。他の実施例では、ΔＲＰＭの値は、１０ミリ秒ごとに、現在のＲＰＭと１０ミリ秒前のＲＰＭ値との間の差として、１０ミリ秒ごとに決定され得る。様々な実施例では、ΔＲＰＭの値は、１０～１００ミリ秒ごとの範囲で決定され得る。

ＲＰＭ信号又はΔＲＰＭ信号のいくつかのフィルタリングを適用して、その精度又は平滑さを改善し得る。実施例には、平滑化（ノイズ低減のため）、予測（ＲＰＭを報告する際の車両の遅延を補償するため）、補間（ノイズを低減するため）、補外（予測を追加するため）、又はΔＲＰＭの精度を向上させるための任意の他の処理を含む。特定の場合では、ΔＲＰＭは、エンジン回転当たり特定の数のパルスを含む信号などのアナログ信号源から直接計算することができる。

毎分回転数（ＲＰＭ）は、回転速度の測定の従来の単位であり、様々な実施例では、回転速度は、ＲＰＭに基づいて、又は分以外の時間尺度に基づいて、及び／又は他の単位に基づいて測定され得る。回転速度の変化は、正（増加）又は負（減少）であり得る。様々な実施例では、回転速度の変化（又は回転速度の変化率）の絶対値が、ノッチ帯域幅５１０を選択するための基礎として採用され得る。

上述のように、様々な実施例によれば、所与のフィルタ伝達関数５００のためのノッチ帯域幅５１０は、ノッチフィルタがターゲットとするように意図される高調波に依存し得る。したがって、ΔＲＰＭをノッチ帯域幅５１０にマッピングする様々な実施例は、それが向けられる高調波に基づいて変化し得る。加えて、任意の所与の高調波の周波数帯域幅は、高調波の中心周波数に依存し得、例えば、８０Ｈｚの１番目の高調波は、８０Ｈｚの２番目の高調波とは異なる幅を有し得、ノッチ帯域幅５１０が適宜選択され得る。

動作中、様々な実施例は、２つ以上のノッチフィルタをカスケードすることによって、多数の高調波にしたがってなど、多数のノッチをフィルタリングして除去し得る。したがって、様々な実施例では、フィルタ４１０、４２０、４３０のいずれかは、例えば、それ自体の中心周波数及びノッチ帯域幅をそれぞれ有する複数のノッチを減衰又は取り除くフィルタであり得る。

様々な実施例では、ノッチフィルタ周波数及びノッチ帯域幅は、アクティブサウンド管理システム３１０などのアクティブサウンド管理システムによってより直接的に制御され得る。アクティブサウンド管理システムは、どのノッチ及び帯域幅が、アクティブサウンド管理システムが管理している音とノイズキャンセルシステムとの相互作用を低減するのに最も適しているかを判定し得る。アクティブサウンド管理システムは、これらを回転速度に基づかせてもよく、基づかせなくてもよい。

様々な実施例が、主に、車両エンジンに関して上述されてきたが、本明細書のノイズキャンセルシステム及び方法は、電気車両のモータ、ドライブトレーン、変速機、トランスアクスル、車輪などの任意の回転機器に適用されてもよい。

様々な実施例が車両に関して上述されてきたが、本明細書に開示されるノイズキャンセルシステム及び方法は、産業環境、大量輸送機器など、回転機器が、低減することが望ましいことがあるノイズを生成し得る、任意の環境に適用されてもよい。

少なくとも１つの実施例に関するいくつかの態様について述べてきたが、当業者であれば、様々な変更、修正、並びに、改良が容易に思い付くことは、理解されているであろう。こうした変更、修正、及び改善は、本開示の一部であり、本発明の範囲内であることが意図される。したがって、前述の説明及び図面は、例に過ぎず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の適切な構成、並びに、その等価物から判定されるはずである。

１００ ノイズキャンセルシステム
１１０ トランスデューサ
１２０ フィードバックセンサ信号
１３０ フィルタ更新信号
３００ オーディオシステム
３１０ アクティブサウンド管理システム

Claims (20)

1. 環境内のノイズを低減する方法であって、
   低減されるべきノイズを表す基準信号を受信することと、
   前記基準信号に基づいてノイズキャンセル信号を提供することと、
   前記環境内の残留ノイズを表すフィードバック信号を受信することと、
   前記環境に関連付けられた回転機器の回転速度に基づいて、前記基準信号、前記ノイズキャンセル信号、又は前記フィードバック信号のうちの少なくとも１つをフィルタリングすることと、を含む、方法。
2. 前記回転機器の回転速度に基づいて、前記基準信号、前記ノイズキャンセル信号、又は前記フィードバック信号のうちの少なくとも１つをフィルタリングすることが、前記回転速度の変化に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 第１の時間における第１の回転速度を決定することと、第２の時間における第２の回転速度を決定することと、前記回転速度の前記変化として前記第１の回転速度と前記第２の回転速度との間の差を決定することと、を更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記周波数の帯域幅の範囲が、前記回転速度の前記変化の範囲に線形に関連する、請求項２に記載の方法。
5. 回転機器の回転速度に基づいて前記基準信号、前記ノイズキャンセル信号、又は前記フィードバック信号のうちの少なくとも１つをフィルタリングすることが、前記回転速度の変化率に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 回転機器の回転速度に基づいて前記基準信号、前記ノイズキャンセル信号、又は前記フィードバック信号のうちの少なくとも１つをフィルタリングすることが、前記回転速度に基づいてある周波数を中心とする周波数のノッチをフィルタリングして除去することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記ある周波数が、前記回転速度の高調波である、請求項６に記載の方法。
8. ノイズキャンセルシステムであって、
   環境内の低減されるべきノイズを表す基準信号を提供するように構成されたノイズセンサと、
   前記ノイズセンサに結合されて前記基準信号を受信し、前記基準信号に基づいてノイズキャンセル信号を提供するコントローラと、
   前記コントローラに結合され、前記ノイズキャンセル信号を前記環境内の音響信号に変換するトランスデューサと、
   前記コントローラに結合されたフィルタであって、前記環境に関連付けられた回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングする、フィルタと、を含む、ノイズキャンセルシステム。
9. 前記環境内の残留ノイズを表すフィードバック信号を提供するフィードバックセンサを更に備え、前記選択された信号が、前記基準信号、前記ノイズキャンセル信号、及び前記フィードバック信号のうちの少なくとも１つである、請求項８に記載のノイズキャンセルシステム。
10. 回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることが、前記回転速度の変化に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む、請求項８に記載のノイズキャンセルシステム。
11. 前記コントローラが、第１の時間における第１の回転速度を決定し、第２の時間における第２の回転速度を決定し、前記回転速度の前記変化として前記第１の回転速度と前記第２の回転速度との間の差を決定する、請求項１０に記載のノイズキャンセルシステム。
12. 前記周波数の帯域幅の範囲が、前記回転速度の前記変化の範囲に線形に関連する、請求項１０に記載のノイズキャンセルシステム。
13. 回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることが、前記回転速度の変化率に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む、請求項８に記載のノイズキャンセルシステム。
14. 回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることが、前記回転速度に基づいてある周波数を中心とする周波数のノッチをフィルタリングして除去することを含む、請求項８に記載のノイズキャンセルシステム。
15. 記憶された命令を有する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、好適なプロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    環境内の低減されるべきノイズを表す基準信号を受信することと、
    前記基準信号に基づいてノイズキャンセル信号を提供することと、
    前記環境に関連付けられた回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることと、を含む、方法を実行させる、非一時的コンピュータ可読媒体。
16. 前記プロセッサに、前記環境内の残留ノイズを表すフィードバック信号を受信させる命令を更に含み、前記選択された信号が、前記基準信号、前記ノイズキャンセル信号、及び前記フィードバック信号のうちの少なくとも１つである、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
17. 回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることが、前記回転速度の変化に基づいて周波数の帯域幅をフィルタリングして除去することを含む、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
18. 前記プロセッサに、第１の時間における第１の回転速度を決定させ、第２の時間における第２の回転速度を決定させ、前記回転速度の前記変化として前記第１の回転速度と前記第２の回転速度との間の差を決定させる命令を更に含む、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
19. 前記周波数の帯域幅の範囲が、前記回転速度の前記変化の範囲に線形に関連する、請求項１７に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
20. 回転機器の回転速度に基づいて、選択された信号をフィルタリングすることが、前記回転速度に基づいてある周波数を中心とする周波数のノッチをフィルタリングして除去することを含む、請求項１５に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

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