JP7194204B2 - 能動騒音制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御点における音圧又は振動を検出した誤差検出器から出力される誤差信号に基づいて、制御アクチュエータ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には、誤差マイクが検出した制御点の騒音信号に基づいて、騒音信号の振幅と位相を調整することで、スピーカから出力される制御音を生成するフィードバック制御を行うものが開示されている。

特開２００７－０２５５２７号公報

上記特許文献１の技術では、スピーカから誤差マイクまでの音の伝達特性として、あらかじめ計測された固定値が用いられているため、伝達特性が変化すると、騒音の増幅や異常音の発生のおそれがある。

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、伝達特性が変化した場合であっても良好な消音性能を確保することが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、制御点における音圧又は振動を検出した誤差検出器から出力される誤差信号、及び、制御対象周波数に基づいて、制御アクチュエータ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、前記誤差信号から制御対象周波数の信号成分を、実部及び虚部を有する複素数の制御対象信号として抽出する制御対象信号抽出部と、前記制御対象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、前記制御アクチュエータを制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御対象信号を適応ノッチフィルタである調整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伝達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、前記制御対象信号を前記二次経路伝達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、前記制御対象信号及び前記第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調整フィルタの係数を遂次適応更新する調整フィルタ係数更新部と、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伝達フィルタの係数を遂次適応更新する二次経路伝達フィルタ係数更新部と、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、を有する。

本発明により、伝達特性が変化した場合であっても良好な消音性能を確保することができる。

能動騒音制御の概要を説明する図である。 能動騒音制御装置のブロック図である。 制御対象信号抽出部のブロック図である。 図４Ａはゲイン特性を示すグラフである。図４Ｂは位相特性を示すグラフである。 車室内のドラミングノイズの音圧レベルを示すグラフである。 車室内のドラミングノイズの音圧レベルを示すグラフである。 能動騒音制御装置のブロック図である。 能動騒音制御の概要を説明する図である。

〔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。

路面から受ける力により車輪が振動し、この振動がサスペンションを介して車体に伝わり、車室１４内にロードノイズが発生する。ロードノイズは、特に、車室１４のような閉空間の音響共鳴特性によって励起される４０～５０Ｈｚ程度にピークを有し、一定の帯域幅を持つ狭帯域成分は、ドラミングノイズとも呼ばれる「ゴー」という篭った音を発生させ、乗員に不快感を与えやすい。

本実施形態の能動騒音制御装置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、車室１４内のドラミングノイズを消音する。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、相殺音とドラミングノイズとが合成された相殺誤差騒音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。スピーカ１６は本発明の制御アクチュエータに相当し、マイクロフォン２２は本発明の誤差検出器に相当する。

図２は、能動騒音制御装置１０のブロック図である。以下では、ドラミングノイズを騒音と記載することがある。また、スピーカ１６からマイクロフォン２２までの伝達経路を以下では二次経路と称することがある。

能動騒音制御装置１０は、制御対象信号抽出部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、調整フィルタ係数更新部３８、二次経路伝達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。

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。

制御対象信号抽出部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、調整フィルタ係数更新部３８、二次経路伝達フィルタ係数更新部４０及び制御フィルタ係数更新部４２は、ストレージに記憶されているプログラムにしたがって、演算処理装置で演算処理が行われることにより実現される。

制御対象信号抽出部２６は、制御対象周波数ｆ０及び誤差信号ｅに基づいて制御対象信号ｘｒ、ｘｉを生成する。制御対象信号抽出部２６は、誤差信号ｅから制御対象周波数ｆ０の信号成分を、実部と虚部を有する複素数の制御対象信号ｘｒ、ｘｉとして抽出する。

図３は、制御対象信号抽出部２６のブロック図である。制御対象信号抽出部２６は、余弦信号発生器２６ａ、正弦信号発生器２６ｂ、抽出信号生成部２６ｃ、加算器２６ｄ及び抽出フィルタ係数更新部２６ｅを有している。

余弦信号発生器２６ａは、制御対象周波数ｆ０の余弦信号である基準信号ｂｃ（＝ｃｏｓ（２πｆ０ｔ））を生成する。正弦信号発生器２６ｂは、制御対象周波数ｆ０の正弦信号である基準信号ｂｓ（＝ｓｉｎ（２πｆ０ｔ））を生成する。ここで、ｔは時刻を示す。

抽出信号生成部２６ｃでは、抽出フィルタＡとしてＳＡＮフィルタが用いられている。抽出フィルタＡは、後述する抽出フィルタ係数更新部２６ｅにおいて係数（Ａ０＋ｉＡ１）が更新されることにより最適化される。

抽出信号生成部２６ｃは、基準信号ｂｃ、ｂｓに基づいて制御対象信号ｘｒ、ｘｉを生成する。抽出信号生成部２６ｃは、第１抽出フィルタ２６ｃ１、第２抽出フィルタ２６ｃ２、第３抽出フィルタ２６ｃ３、第４抽出フィルタ２６ｃ４、加算器２６ｃ５及び加算器２６ｃ６を有している。

第１抽出フィルタ２６ｃ１は、抽出フィルタＡの係数の実部であるフィルタ係数Ａ０を有している。第２抽出フィルタ２６ｃ２は、抽出フィルタＡの係数の虚部であるフィルタ係数Ａ１を有している。第３抽出フィルタ２６ｃ３は、抽出フィルタＡの係数の実部であるフィルタ係数Ａ０を有している。第４抽出フィルタ２６ｃ４は、抽出フィルタＡの係数の虚部の極性を反転させたフィルタ係数－Ａ１を有している。

第１抽出フィルタ２６ｃ１においてフィルタ処理された基準信号ｂｃと、第２抽出フィルタ２６ｃ２においてフィルタ処理された基準信号ｂｓとが、加算器２６ｃ５において加算されて制御対象信号ｘｒが生成される。第３抽出フィルタ２６ｃ３においてフィルタ処理された基準信号ｂｓと、第４抽出フィルタ２６ｃ４においてフィルタ処理された基準信号ｂｃとが、加算器２６ｃ６において加算されて制御対象信号ｘｉが生成される。

誤差信号ｅは、加算器２６ｄに入力される。抽出信号生成部２６ｃで生成された制御対象信号ｘｒは、加算器２６ｄに入力される。誤差信号ｅと制御対象信号ｘｒとが加算器２６ｄにおいて加算されて、仮想誤差信号ｅ０が生成される。

抽出フィルタ係数更新部２６ｅは、基準信号ｂｃ、ｂｓ及び仮想誤差信号ｅ０に基づいてフィルタ係数Ａ０、Ａ１を更新する。抽出フィルタ係数更新部２６ｅは、適応アルゴリズム（例えば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘ ＬＭＳアルゴリズム（Least Mean Square））に基づいて、仮想誤差信号ｅ０が最小となるようにフィルタ係数Ａ０、Ａ１の係数の更新を行う。抽出フィルタ係数更新部２６ｅは、第１抽出フィルタ係数更新部２６ｅ１及び第２抽出フィルタ係数更新部２６ｅ２を有している。

第１抽出フィルタ係数更新部２６ｅ１及び第２抽出フィルタ係数更新部２６ｅ２は、次の式に基づいてフィルタ係数Ａ０、Ａ１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。

抽出フィルタ係数更新部２６ｅにおいて、フィルタ係数Ａ０、Ａ１の更新が繰り返されることによって、抽出フィルタＡが最適化される。抽出フィルタＡ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Ａ０、Ａ１の更新処理による演算負荷を抑制できる。

図２に戻り、制御信号生成部２８は、制御対象信号ｘｒ、ｘｉ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、制御対象信号ｘｒに対するフィルタＷ０、制御対象信号ｘｉ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制御対象信号ｘｒと、第２制御フィルタ２８ｂにおいて補正された制御対象信号ｘｉ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制御対象信号ｘｉと、第４制御フィルタ２８ｄにおいて補正された制御対象信号ｘｒ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に基づいて推定相殺信号ｙ１＾を生成する。推定相殺信号ｙ１＾は、本発明の第１推定相殺信号に相当する。第１推定相殺信号生成部３０は、第１二次経路伝達フィルタ３０ａ、第２二次経路伝達フィルタ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、二次経路伝達フィルタＣ＾としてＳＡＮフィルタが用いられている。後述する二次経路伝達フィルタ係数更新部４０において、二次経路伝達フィルタＣ＾の係数（Ｃ０＾＋ｉＣ１＾）が更新されることにより二次経路の音の伝達特性Ｃ（以下、二次経路伝達特性Ｃ）が二次経路伝達フィルタＣ＾として同定される。

第１二次経路伝達フィルタ３０ａは、二次経路伝達フィルタＣ＾の係数の実部であるフィルタ係数Ｃ０＾を有している。第２二次経路伝達フィルタ３０ｂは、二次経路伝達フィルタＣ＾の係数の虚部であるフィルタ係数Ｃ１＾を有している。第１二次経路伝達フィルタ３０ａにおいて補正された制御信号ｕ０と、第２二次経路伝達フィルタ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推定相殺信号ｙ１＾が生成される。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、制御対象信号ｘｒ、ｘｉ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調整フィルタ３２ａ、第２調整フィルタ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、調整フィルタＰとしてＳＡＮフィルタが用いられている。後述する調整フィルタ係数更新部３８において、調整フィルタＰの係数（Ｐ０＋ｉＰ１）が更新されることにより調整フィルタＰが最適化される。

第１調整フィルタ３２ａは、調整フィルタＰの係数の実部であるフィルタ係数Ｐ０を有している。第２調整フィルタ３２ｂは、調整フィルタＰの係数の虚部の極性を反転させたフィルタ係数－Ｐ１を有している。第１調整フィルタ３２ａにおいて補正された制御対象信号ｘｒと、第２調整フィルタ３２ｂにおいて補正された制御対象信号ｘｉ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、制御対象信号ｘｒ、ｘｉ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３二次経路伝達フィルタ３４ａ、第４二次経路伝達フィルタ３４ｂ、第５二次経路伝達フィルタ３４ｃ、第６二次経路伝達フィルタ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、二次経路伝達フィルタＣ＾としてＳＡＮフィルタが用いられている。第３二次経路伝達フィルタ３４ａは、二次経路伝達フィルタＣ＾の係数の実部であるフィルタ係数Ｃ０＾を有している。第４二次経路伝達フィルタ３４ｂは、二次経路伝達フィルタＣ＾の係数の虚部を反転させたフィルタ係数－Ｃ１＾を有している。第５二次経路伝達フィルタ３４ｃは、二次経路伝達フィルタＣ＾の係数の実部であるフィルタ係数Ｃ０＾を有している。第６二次経路伝達フィルタ３４ｄは、二次経路伝達フィルタＣ＾の係数の虚部であるフィルタ係数Ｃ１＾を有している。

第３二次経路伝達フィルタ３４ａにおいて補正された制御対象信号ｘｒと、第４二次経路伝達フィルタ３４ｂにおいて補正された制御対象信号ｘｉ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５二次経路伝達フィルタ３４ｃにおいて補正された制御対象信号ｘｉと、第６二次経路伝達フィルタ３４ｄにおいて補正された制御対象信号ｘｒ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に基づいて推定相殺信号ｙ２＾を生成する。推定相殺信号ｙ２＾は、本発明の推定相殺信号に相当する。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。後述する制御フィルタ係数更新部４２において、制御フィルタＷの係数Ｗ０、Ｗ１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推定相殺信号ｙ２＾が生成される。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、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し、仮想誤差信号ｅ１は本発明の第１仮想誤差信号に相当する。

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、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し、仮想誤差信号ｅ２は本発明の第２仮想誤差信号に相当する。

調整フィルタ係数更新部３８は、制御対象信号ｘｒ、ｘｉ及び仮想誤差信号ｅ１に基づいてフィルタ係数Ｐ０、Ｐ１を更新する。調整フィルタ係数更新部３８は、適応アルゴリズム（例えば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘ ＬＭＳアルゴリズム）に基づいて、仮想誤差信号ｅ１が最小となるようにフィルタ係数Ｐ０、Ｐ１の係数の更新を行う。調整フィルタ係数更新部３８は、第１調整フィルタ係数更新部３８ａ及び第２調整フィルタ係数更新部３８ｂを有している。

第１調整フィルタ係数更新部３８ａ及び第２調整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Ｐ０、Ｐ１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。

調整フィルタ係数更新部３８において、フィルタ係数Ｐ０、Ｐ１の更新が繰り返されることによって、調整フィルタＰが最適化される。調整フィルタ係数更新部３８では、調整フィルタＰ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Ｐ０、Ｐ１の更新処理による演算負荷を抑制できる。

二次経路伝達フィルタ係数更新部４０は、制御信号ｕ０、ｕ１及び仮想誤差信号ｅ１に基づいてフィルタ係数Ｃ０＾、Ｃ１＾を更新する。二次経路伝達フィルタ係数更新部４０は、適応アルゴリズム（例えば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘ ＬＭＳアルゴリズム）に基づいて、仮想誤差信号ｅ１が最小となるようにフィルタ係数Ｃ０＾、Ｃ１＾の更新を行う。二次経路伝達フィルタ係数更新部４０は、第１二次経路伝達フィルタ係数更新部４０ａ及び第２二次経路伝達フィルタ係数更新部４０ｂを有している。

第１二次経路伝達フィルタ係数更新部４０ａ及び第２二次経路伝達フィルタ係数更新部４０ｂは、次の更新式に基づいてフィルタ係数Ｃ０＾、Ｃ１＾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。

第１二次経路伝達フィルタ係数更新部４０ａ及び第２二次経路伝達フィルタ係数更新部４０ｂは、更に、上記の更新式（３）で求めたフィルタ係数Ｃ０＾、Ｃ１＾を次の補正式により正規化処理を行う。

ここで、｜Ｃ＾｜は、二次経路伝達フィルタＣ＾の大きさであり、上記の更新式（３）で更新後のフィルタ係数Ｃ０＾、Ｃ１＾を用いて、次の式より求められる。

また、｜Ｃ＾｜として、上記の更新式（３）で更新後のフィルタ係数Ｃ０＾、Ｃ１＾の絶対値のうち、大きい方を用いてもよい。

二次経路伝達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が二次経路伝達フィルタＣ＾として同定される。二次経路伝達フィルタ係数更新部４０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、参照信号ｒ０、ｒ１及び仮想誤差信号ｅ２に基づいてフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１を更新する。制御フィルタ係数更新部４２は、適応アルゴリズム（例えば、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘ ＬＭＳアルゴリズム）に基づいて、仮想誤差信号ｅ２が最小となるようにフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１の更新を行う。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μ６及びμ７はステップサイズパラメータを示す。

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。制御フィルタ係数更新部４２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。

［実験結果］
本発明者等は、能動騒音制御による車両１２の走行時に車室１４内で発生するドラミングノイズの消音性能に関する実験を行った。以下にその実験結果を示す。以下の各実験では、図４Ａに太線で示すゲイン特性及び図４Ｂに太線で示す位相特性を有する二次経路伝達特性Ｃの下で行われる。ただし、事前に測定された二次経路伝達特性Ｃの測定値Ｃ＾は、図４Ａに細線で示すゲイン特性及び図４Ｂに細線で示す位相特性であるとする。すなわち、本発明者等は、二次経路伝達特性Ｃを測定したときには細線で示す特性であったが、その後、能動騒音制御時には太線で示す特性に変化した状態を想定して、以下の各実験が行われた。

〈実験（１）〉
実験（１）では、能動騒音制御がオフの状態で、車両１２を停止状態から加速させたときの車室１４内のドラミングノイズの音圧レベルの測定が行われる。

〈実験（２）〉
実験（２）では、特開２００７－０２５５２７号公報にて開示されている手法により能動騒音制御が行われている状態で、車両１２を停止状態から加速させたときの車室１４内の騒音の音圧レベルの測定が行われる。本実験では、事前に測定された測定値Ｃ＾において、ドラミングノイズの制御対象周波数４６Ｈｚの成分の音圧が１／２（音圧レベルで６ｄＢ低減）となるように設定されている。

〈実験（３）〉
実験（３）では、本実施形態の能動騒音制御装置１０により能動騒音制御が行われている状態で、車両１２を停止状態から加速させたときの車室１４内のドラミングノイズの音圧レベルの測定が行われる。実験（３）では、二次経路伝達フィルタＣ＾の初期値を測定値Ｃ＾とし、制御フィルタＷの初期値を測定値Ｃ＾の逆数（１／Ｃ＾）とした。

≪実験（１）～（３）の結果の対比≫
図５は、実験（１）～（３）で測定された車室１４内のドラミングノイズの音圧レベルを示すグラフである。

実験（１）では、４６Ｈｚを中心とした周波数成分を有するドラミングノイズが発生していることが分かる。実験（２）、（３）では、制御対象周波数を４６Ｈｚとして、能動騒音制御を行う。

事前に測定された測定値Ｃ＾は、実際の二次経路伝達特性Ｃに対して、４６Ｈｚにおいて１６０度の位相変化が生じている。実際の二次経路伝達特性Ｃに対する測定値Ｃ＾の乖離が原因となり、実験（２）では４６Ｈｚ付近において４ｄＢ程度、ドラミングノイズが増幅されている。

実験（３）では、二次経路伝達フィルタＣ＾が随時更新されるため、二次経路伝達フィルタＣ＾は実際の二次経路伝達特性Ｃの変化に追従でき、４６Ｈｚ付近では８ｄＢ程度、ドラミングノイズが消音されている。

［作用効果］
乗員の耳元（制御点）において、スピーカ１６から出力された相殺音を、ドラミングノイズとは逆位相の音となるように調整することにより、ドラミングノイズを消音することができる。このような調整が行われるためには、スピーカ１６から制御点までの音の伝達特性Ｃ（二次経路伝達特性Ｃ）が精度高く推定される必要がある。従来では、あらかじめ測定された二次経路伝達特性Ｃの測定値Ｃ＾を用いて能動騒音制御が行われていた。しかし、二次経路伝達特性Ｃが変化した場合には、測定値Ｃ＾は変化後の二次経路伝達特性Ｃと乖離する。そのため、制御点において、スピーカ１６から出力された相殺音を、ドラミングノイズと逆位相の音となるように調整することができず、騒音増幅や異常音発生のおそれがある。

そこで、本実施形態の能動騒音制御装置１０では、能動騒音制御中に、二次経路伝達フィルタ係数更新部４０により二次経路伝達フィルタ係数Ｃ０＾、Ｃ１＾の更新が行われ、二次経路伝達特性Ｃが二次経路伝達フィルタＣ＾として同定される。これにより、二次経路伝達特性Ｃが変化した場合であっても、二次経路伝達フィルタＣ＾は二次経路伝達特性Ｃの変化に追従して変化することが可能となる。したがって、二次経路伝達特性Ｃが変化した場合でも、能動騒音制御装置１０は消音性能を確保することができる。

二次経路伝達フィルタＣ＾は、スピーカ１６からマイクロフォン２２までの音の伝達特性Ｃの推定値に相当する。そのため、二次経路伝達フィルタＣ＾の大きさは、制御対象周波数ｆ０の設定によって変化する。

二次経路伝達フィルタＣ＾の大きさが小さい周波数帯に制御対象周波数ｆ０が設定された場合には、制御フィルタＷの更新に用いられる参照信号ｒ０、ｒ１の大きさが小さくなり、制御フィルタＷの収束が遅くなる。さらに、二次経路伝達フィルタＣ＾の更新には、制御フィルタＷの出力である制御信号ｕ０、ｕ１が用いられるため、二次経路伝達フィルタＣ＾自身の収束も遅くなる。

一方、二次経路伝達フィルタＣ＾の大きさが大きい周波数帯に制御対象周波数ｆ０が設定された場合には、制御フィルタＷ及び二次経路伝達フィルタＣ＾の収束は速くなるが、毎回の更新量が大きくなるため、能動騒音制御が不安定になりやすい傾向がある。

そこで、本実施形態では、二次経路伝達フィルタ係数更新部４０において、二次経路伝達フィルタ係数Ｃ０＾、Ｃ１＾を正規化する。これにより、二次経路伝達フィルタＣ＾の大きさに関わらず、制御フィルタＷ及び二次経路伝達フィルタＣ＾の収束速度を一定にすることができる。

〔第２実施形態〕
本実施形態の能動騒音制御装置１０は、制御フィルタ係数更新部４２における制御フィルタＷの処理が第１実施形態と一部異なる。他の構成及び処理等については、第２実施形態は第１実施形態と同様である。

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、次の更新式に基づいてフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１を更新する。式中のμ６及びμ７はステップサイズパラメータを示す。

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、更に、上記の更新式で求めたフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１を次の補正式により振幅制限処理を行う。

ここで、｜Ｗ｜は、制御フィルタ係数の大きさであり、次の式より求められる。

また、｜Ｗ｜として、フィルタ係数Ｗ０、Ｗ１の絶対値のうち、大きい方を用いてもよい。これにより、計算量を低減することができる。

Ｗｌｉｍは、適切な正数に設定される。具体的な消音量を設定して、能動騒音制御を行いたい場合には、以下のフィードバック制御の感度関数に基づいてＷｌｉｍが設定されてもよい。式中のＥは誤差信号ｅの周波数特性、Ｄは騒音ｄの周波数特性である。

｜Ｓ｜＜１の場合、Ｅ＜Ｄとなるため、消音できることが示される。例えば、騒音ｄを６ｄＢ消音したい場合には、次のようになる。

よって、事前に測定した測定値Ｃ＾を用いて、Ｗｌｉｍ＝｜１／Ｃ＾｜とすれば、消音量を６ｄＢ程度にすることができる。

また、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、上記の更新式で求めたフィルタ係数Ｗ０、Ｗ１を次の補正式により振幅制限処理を行ってもよい。式中のηは減衰係数（０＜η＜１）を示す。

［実験結果］
本発明者等は、能動騒音制御による車両１２の走行時に車室１４内で発生するドラミングノイズの消音性能に関する実験を行った。以下にその実験結果を示す。以下の各実験では、図４Ａに太線で示されるゲイン特性及び図４Ｂに太線で示される位相特性を有する二次経路伝達特性Ｃの下で行われる。ただし、事前に測定された二次経路伝達特性Ｃの測定値Ｃ＾は、図４Ａに細線で示すゲイン特性及び図４Ｂに細線で示す位相特性であるとする。

〈実験（４）〉
実験（４）では、本実施形態の能動騒音制御装置１０により能動騒音制御が行われている状態で、車両１２を停止状態から加速させたときの車室１４内の騒音の音圧レベルの測定が行われる。実験（４）では、二次経路伝達フィルタＣ＾の初期値を測定値Ｃ＾とし、制御フィルタＷの初期値を測定値Ｃ＾の逆数（１／Ｃ＾）とした。また、ドラミングノイズの消音量が６ｄＢとなるように、Ｗｌｉｍ＝｜１／Ｃ＾｜に設定されている。

≪実験（１）、（３）、（４）の結果の対比≫
図６は、実験（１）、（３）、（４）で測定された車室１４内の騒音の音圧レベルを示すグラフである。

実験（１）では、４６Ｈｚを中心とした周波数成分を有するドラミングノイズが発生していることが分かる。実験（３）、（４）では、制御対象周波数を４６Ｈｚとして、能動騒音制御を行う。

実験（３）では、二次経路伝達フィルタＣ＾が随時更新されるため、二次経路伝達フィルタＣ＾は実際の二次経路伝達特性Ｃの変化に追従でき、４６Ｈｚ付近では８ｄＢ程度、ドラミングノイズが消音されている。しかし、４６Ｈｚから離れた帯域の２５～４０Ｈｚ、
５７～６２Ｈｚにおいて、ウォータベッド効果と呼ばれる騒音増幅が発生している。特に、３５Ｈｚ及び５８Ｈｚ付近のピークが目立つ。これは、フィードバック制御では、制御対象周波数ｆ０を中心とする狭帯域のみに対して消音できるように回路特性を合わせようとするが、制御対象周波数ｆ０から離れた帯域では、回路特性と理想特性との間の誤差が生じるためである。

実験（４）では、制御対象周波数ｆ０である４６Ｈｚ付近の消音量を６ｄＢ程度にすることで、３５Ｈｚ及び５８Ｈｚ付近のウォータベッド効果による騒音増幅が緩和されている。図６に示されるように、能動騒音制御後のドラミングノイズは、目立つようなピークが存在せず、全域の周波数にわたってフラットな特性を有している。

［作用効果］
本実施形態の能動騒音制御装置１０では、制御フィルタ係数更新部４２は、更新式により更新後の制御フィルタＷの係数Ｗ０、Ｗ１の大きさが所定値Ｗｌｉｍよりも大きい場合には、フィルタ係数Ｗ０、Ｗ１の大きさを所定値Ｗｌｉｍに補正する。これにより、制御対象周波数ｆ０から外れた周波数帯における騒音増大を抑制することができる。

〔第３実施形態〕
第１実施形態及び第２実施形態の能動騒音制御装置１０は、１つの制御対象周波数ｆ０の周波数成分のドラミングノイズを消音する。第３実施形態の能動騒音制御装置１０では、ｎ個の制御対象周波数ｆ０～ｆｎ－１の周波数成分のドラミングノイズを消音する。

図７は能動騒音制御装置１０のブロック図である。図７では、図２に示される制御信号生成部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及び第２推定相殺信号生成部３６がまとめられて信号生成部６０として示されている。また、図７では、図２に示される調整フィルタ係数更新部３８、二次経路伝達フィルタ係数更新部４０及び制御フィルタ係数更新部４２がまとめられてフィルタ係数更新部６２として示されている。

信号生成部６０の制御信号生成部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及び第２推定相殺信号生成部３６で行われる処理は、第１実施形態又は第２実施形態と同様である。フィルタ係数更新部６２の調整フィルタ係数更新部３８、二次経路伝達フィルタ係数更新部４０及び制御フィルタ係数更新部４２で行われる処理は、第１実施形態又は第２実施形態と同様である。

本実施形態の能動騒音制御装置１０は、制御対象周波数ｆ０～ｆｎ－１のそれぞれに応じて、制御対象信号抽出部２６、信号生成部６０及びフィルタ係数更新部６２が設けられている。各信号生成部６０で生成された制御信号ｕ０が加算器６４で加算されて、制御信号ｕとしてスピーカ１６に出力される。

［作用効果］
本実施形態の能動騒音制御装置１０では、制御対象周波数ｆ０～ｆｎ－１のそれぞれに応じて、制御対象信号抽出部２６、信号生成部６０及びフィルタ係数更新部６２が設けられている。これにより、複数の制御対象周波数ｆ０～ｆｎ－１のドラミングノイズを消音できる。

［変形例１］
第１実施形態～第３実施形態の能動騒音制御装置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騒音を消音する。これに対して、エンジン１８を支持するエンジンマウントに設けられたアクチュエータ７０により、エンジン１８の振動を相殺する相殺振動を出力するようにしてもよい。

図８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に基づいて、アクチュエータ７０に相殺振動を出力させるための制御信号ｕ０を生成する。この場合、二次経路はアクチュエータ７０からマイクロフォン２２までの伝達経路を示す。

［変形例２］
能動騒音制御装置１０に、能動騒音制御の初期収束を向上させるために、制御フィルタＷ及び二次経路伝達フィルタＣ＾の適切な初期値を保持し、設定する手段が設けられてもよい。

能動騒音制御装置１０のメモリのＲＯＭに制御フィルタＷの係数Ｗ０、Ｗ１の初期値及び二次経路伝達フィルタＣ＾の係数Ｃ０＾、Ｃ１＾の初期値を保持するための領域が設けられる。能動騒音制御開始時にはＲＯＭから、制御フィルタＷの係数Ｗ０、Ｗ１及び二次経路伝達フィルタＣ＾の係数Ｃ０＾、Ｃ１＾に初期値が読み込まれ、適応更新が開始される。

二次経路伝達フィルタＣ＾の初期値は、制御対象周波数ｆ０において、事前に測定された測定値Ｃ＾が設定されてもよい。制御フィルタＷの初期値は、測定された測定値Ｃ＾の逆数（１／Ｃ＾）が設定されてもよい。

能動騒音制御終了時に、制御が終了した原因とシステムパラメータの設定に応じて、メモリのＲＯＭに保持されている制御フィルタＷの係数Ｗ０、Ｗ１の初期値及び二次経路伝達フィルタＣ＾の係数Ｃ０＾、Ｃ１＾の初期値を書き換えてもよい。初期値の書き換えは、能動騒音制御が正常に終了した場合であって、且つ、システムパラメータとして「書き換え可」と設定されている場合のみ実施される。能動騒音制御が発散により終了した場合、又は、システムパラメータとして「書き換え不可」と設定されている場合には、初期値の書き換えは実施されない。

〔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。

制御点における音圧又は振動を検出した誤差検出器（２２）から出力される誤差信号号、及び、制御対象周波数に基づいて、制御アクチュエータ（１６、７０）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、前記誤差信号から制御対象周波数の信号成分を、実部及び虚部を有する複素数の制御対象信号として抽出する制御対象信号抽出部（２６）と、前記制御対象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、前記制御アクチュエータを制御する制御信号を生成する制御信号生成部（２８）と、前記制御対象信号を適応ノッチフィルタである調整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伝達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、前記制御対象信号を前記二次経路伝達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、前記制御対象信号及び前記第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調整フィルタの係数を遂次適応更新する調整フィルタ係数更新部（３８）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伝達フィルタの係数を遂次適応更新する二次経路伝達フィルタ係数更新部（４０）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、を有する。

上記の能動騒音制御装置であって、前記制御フィルタ係数更新部は、更新後の前記制御フィルタの係数の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記制御フィルタの係数の大きさを所定値に補正してもよい。

上記の能動騒音制御装置であって、複数の前記制御対象周波数のそれぞれに対して、前記制御対象信号抽出部、前記制御信号生成部及び前記制御フィルタ係数更新部を有してもよい。

１０…能動騒音制御装置 １６…スピーカ（制御アクチュエータ）
２２…マイクロフォン（誤差検出器） ２６…制御対象信号抽出部
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…調整フィルタ係数更新部
４０…二次経路伝達フィルタ係数更新部 ４２…制御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）
７０…アクチュエータ（制御アクチュエータ）

Claims (3)

1. 制御点における音圧又は振動を検出した誤差検出器から出力される誤差信号、及び、制御対象周波数に基づいて、制御アクチュエータ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、
   前記誤差信号から制御対象周波数の信号成分を、実部及び虚部を有する複素数の制御対象信号として抽出する制御対象信号抽出部と、
   前記制御対象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、前記制御アクチュエータを制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、
   前記制御対象信号を適応ノッチフィルタである調整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伝達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、
   前記制御対象信号を前記二次経路伝達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、
   前記制御対象信号及び前記第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調整フィルタの係数を遂次適応更新する調整フィルタ係数更新部と、
   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伝達フィルタの係数を遂次適応更新する二次経路伝達フィルタ係数更新部と、
   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、
   を有する、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、
   前記制御フィルタ係数更新部は、更新後の前記制御フィルタの係数の大きさが所定値よりも大きい場合には、前記制御フィルタの係数の大きさを所定値に補正する、能動騒音制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の能動騒音制御装置であって、
   複数の前記制御対象周波数のそれぞれに対して、前記制御対象信号抽出部、前記制御信号生成部及び前記制御フィルタ係数更新部を有する、能動騒音制御装置。

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