JPH04109340U - 車室内騒音の低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御アルゴリズムを複雑化せず且つ制御範囲
を狭めずに適切な車室内騒音の低減を実現する装置こと
を目的とする。 【構成】 １つのマイクと１つのスピーカと１つの適応
型コントローラとで１つのシングルシステムを構成し、
このシングルシステムを車室内に複数設置してそれぞれ
そのホワイトノイズにより求めたスピーカ−マイク間の
空間伝達特性を用いてコントローラが該基準信号により
車体の振動系の耳元までの伝達特性の逆伝達特性を同定
しマイクの入力が最小になるようにスピーカを制御する
ように構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は車室内騒音の低減装置に関し、特に自動車等の車室閉空間内の低周波 の騒音をアクティブに低減する装置に用いる車室内騒音の低減装置に関するもの である。

【０００２】

【従来の技術】

自動車等の車室内の騒音は、閉空間を形成する車室が一定の条件下で共振現象 を起こすことに因るものであり、その原因たる起振力はエンジンの回転振動成分 等によるものと考えられている。

【０００３】 このような車室内騒音を適応的に低減しようとする試みが最近なされており、 その一例が図５に示されている。

【０００４】 図において、１は自動車等の車両、１０は車両１内の車室、１１はエンジン、 １２はエンジン１１の回転に同期した基準信号を検出する手段としてのエンジン 振動センサ（ノックセンサでも良い）又はエンジン回転数センサ、１３は車室１ ０内の騒音レベルを検出するマイク、１４は騒音を減少させる音を発生するスピ ーカ、そして、１５は車室１０内のシートである。

【０００５】 また、２は、センサ１２及びマイク１３の出力によりエンジンの振動で励起さ れる車体の振動系の伝達特性の逆伝達特性を同定するコントローラで、センサ１ ２のアナログ出力をディジタル出力に変換するＡ／Ｄ変換器２１と、Ａ／Ｄ変換 器２１のディジタル出力を入力する適応フィルタ２２と、適応フィルタ２２のデ ィジタル出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２３と、このアナログ信号 を増幅してスピーカ１４に与える電力増幅器２４と、マイク１３のアナログ出力 をディジタル信号に変換して適応フィルタ２２に与えるＡ／Ｄ変換器２５とで構 成されている。

【０００６】 図６は図５に示した適応フィルタ２２の周知例を示したもので、この場合の適 応アルゴリズムとしては周知の最急降下法や、学習同定法や、ＬＭＳ法等が挙げ られるが、ここではＬＭＳ法を用いている。

【０００７】 図中、Ｚ^-1はエンジン振動Ｘ(n) を各サンプル毎に遅延させるための遅延素子 を示し、ｈ(0) 〜ｈ(n-1) は各遅延素子Ｚ^-1の出力信号に対して乗算するための フィルタ（タップ）係数であり、各フィルタ係数はＬＭＳアルゴリズム、即ち、 ｈ(i+1)=ｈ(i) ＋２μｅ(n) Ｘ(n-i) に従ってサンプル毎に更新される。但し、ｉ＝０…ｎ，μは上述したステップサ イズであり、この場合のステップサイズμを選択することにより、フィルタ係数 を各サンプルのエンジン振動Ｘ(n) に掛け且つ加算するという畳み込み演算を行 うことによりスピーカ１４への出力信号ｙ(n) が求められる。

【０００８】 そして、このスピーカ出力ｙ(n) を、実際にドライバーの耳元で観測される音 圧Ｙ(n) から差し引くことにより、マイク１３から出力ｅ(n) ＝Ｙ(n) −ｙ(n) が発生され、これに基づいて再びＬＭＳアルゴリズムによりフィルタ係数を更新 すれば、徐々にエンジン１１からマイク１３までの車体の振動系の伝達特性Ｇの 逆伝達特性Ｇ^-1を同定して行くことができ、マイク出力ｅ(n) 、即ち運転者の耳 元騒音を最小値に収束させることができる。

【０００９】 しかしながら、このような車室内騒音の低減装置では、高音状態やスピーカ− マイク間の距離が離れているときには、スピーカ−マイク間の伝達遅れを考慮し ていないため、動作が不安定となり収束時間が遅れ残留騒音の低減効果が悪くな ってしまうので、スピーカ−マイク間の空間伝達特性（音響特性）ＧＤを考慮し た図７のようなシステムが既に考えられている。

【００１０】 即ち、予め測定したスピーカ−マイク間の空間伝達特性ＧＤのフィルタ２６を 適応フィルタ２２の前に挿入することにより、スピーカ−マイク間の伝達遅れを 考慮した形で最初から適応制御を施すことができ、この場合には図８に示すよう に、空間伝達特性ＧＤを用意しない場合に比べて収束度が向上し、残留騒音の低 減効果も向上する。

【００１１】 この場合のフィルタ２６は、図９に示すように測定によって得たタップ係数ｈ 1 〜ｈn を有する点だけが図６のフィルタと異なっている。

【００１２】 このようなスピーカ−マイク間の空間伝達特性ＧＤの測定装置が図１０に示さ れており、この装置は、図７の制御系を切り替えることにより構成されるもので 、エンジン１１からの振動成分を用いず、その代わりにコントローラ２中に設け たホワイトノイズ（乱数列）源２７から発生されるディジタル信号のホワイトノ イズを上記の適応フィルタ２２を通さずにＤ／Ａ変換器２３と増幅器２４とによ りアナログ信号に変換してスピーカ１４から出力し、このホワイトノイズ信号を 車室１０を経由してマイク１３で拾い、Ａ／Ｄ変換器２５でディジタル信号に変 換してホワイトノイズを受けている適応フィルタ２８（適応フィルタ２２を使用 してもよい）を制御するものである。

【００１３】 但し、この場合には、フィルタ２８の出力自体は空間に出力しないので図６の 適応フィルタとは若干異なり、耳元騒音Ｙ(n) の変わりにマイク１３の出力とし 、このマイク出力とフィルタ自体の出力（図６のｙ(n) に相当）との誤差ｅ(n) が最小となるようにＬＭＳアルゴリズムにより適応制御が行われる。

【００１４】 このようにして実際に測定して得た伝達特性ＧＤ’は図７のフィルタ２６の空 間伝達特性ＧＤ（これは真の空間伝達特性を示す）にコピーされる。従って、図 １１の等価回路に示すように、スピーカ１４からマイク１３までの真の空間伝達 特性ＧＤとエンジンマウントからスピーカ１４までの伝達特性ＧＣとから成るエ ンジンマウントからマイク１３までの空間伝達特性ＧＰは、この内の伝達特性Ｇ Ｄは上記のようにしてＧＤ’として測定したので、残りの伝達特性ＧＣのみを図 ７の適応フィルタ２２で同定することになる。

【００１５】 尚、この車室内空間伝達特性ＧＤの測定は例えば最初にキーオンしてシステム が起動されたときに一定時間だけホワイトノイズをスピーカから発生させること によって行うが、このように一定値には固定させず測定によって求める理由は、 スピーカ−マイク間の空間伝達特性に関してスピーカ出力を発生する増幅器が、 経時変化や、各車両環境の気圧、気温、及び湿度等の変化により、組み込まれた 電子回路の特性が変化して先に測定した伝達特性とは違った値になってしまうか らである。

【００１６】

【考案が解決しようとする課題】

このような従来の車室内騒音の低減装置において、マイクとスピーカを複数個 、例えば２個づつ用いて適応制御する場合には、図１２に示すように４つの組み 合わせの伝達チャネルが形成され、それぞれの空間伝達特性はＧＤ₁₁〜ＧＤ₂₂と なる。

【００１７】 そして、このような４つの空間伝達特性ＧＤ₁₁〜ＧＤ₂₂を用いたときの適応制 御系統が図１３に示されており、演算部４１〜４４では、上記の空間伝達特性Ｇ Ｄ₁₁〜ＧＤ₂₂のマトリックスとエンジン振動成分X(n)との畳み込み演算を行って その値Ｒ₁₁〜Ｒ₂₂＝X(n)＊ＧＤ₁₁〜X(n)＊ＧＤ₂₂をマルチチャネル演算部５０に 与える。この演算部５０ではマトリックス演算によりタップ係数Ｈ_1,Ｈ₂ が求め られ更新されて２つのスピーカＳＰ１，ＳＰ２と２つのマイク１３ａ，１３ｂと を組み合わせた適応制御を行い、各スピーカの入力レベルを最小にさせる。

【００１８】 このように、複数の伝達チャネルを同時に制御するとなると、上記の例ではＧ Ｄ₁₁〜ＧＤ₂₂の４通り、また４つのマイクと４つのスピーカでは４×４＝１６通 りの空間伝達特性を考慮しなければならず制御アルゴリズムが複雑になり、演算 量が莫大になって時間がかかり過ぎる問題がある。

【００１９】 このような演算量の問題に鑑み、特開平1-501344号公報等においては制御アル ゴリズムを種々工夫しているが、一度に処理できる演算量には限界があるため、 ディジタルフィルタのタップ数を削減せざるを得ず、これに伴って対象周波数の 上限が低下し制御範囲が狭くなってしまうという問題点があった。

【００２０】 従って、本考案は、制御アルゴリズムを複雑化せず且つ制御範囲を狭めずに適 切な車室内騒音の低減を実現する装置ことを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するため、本考案に係る車室内騒音の低減装置では、エンジ ンの回転に同期した基準信号を検出する手段と、車室内に設けたスピーカと、車 室内騒音を検出するマイクと、ホワイトノイズにより予め測定したスピーカ−マ イク間の空間伝達特性を用いて該基準信号により車体の振動系の耳元までの伝達 特性の逆伝達特性を同定し該マイクの入力が最小になるように該スピーカを制御 する適応型コントローラとを複数組設け、各組において個々に独立して該空間伝 達特性を測定することを特徴としたものである。

【００２２】 また、本考案では、上記のマイクとスピーカとコントローラとの複数組が、所 望の伝達特性を呈するものの中から選択されるようにしてもよい。

【００２３】

【作用】

本考案では、１つのマイクと１つのスピーカと１つのコントローラとの組合せ （以下、シングルシステムと称する）を複数設置し、各シングルシステムにおい てコントローラはホワイトノイズによりスピーカ−マイク間の空間伝達特性を個 々に独立して測定しておく。

【００２４】 そして、適応制御開始後には各シングルシステムのコントローラがその空間伝 達特性を用いてエンジンの回転に同期した基準信号により車体の振動系の耳元ま での伝達特性の逆伝達特性を同定し該シングルシステムのマイクの入力が最小に なるように該シングルシステムのスピーカを制御する。

【００２５】 この場合、測定により求められた空間伝達特性ＧＤは各シングルシステムに独 自のものである。即ち、自己のシングルシステムのスピーカから出力された音が どの位の時間が掛かってどの位の位相遅れを伴い、どの位のゲインになるのかを 各シングルシステムで同定したものが各空間伝達特性ＧＤであるので、実際に適 応制御が開始された後で、他のシングルシステムのスピーカからの干渉音（漏れ 音）をマイクで拾っても該空間伝達特性ＧＤが影響を受けずに車室内騒音を低減 させことができることとなる。

【００２６】 このようにして本考案では、シングルシステム間のクロストークを考慮せずに 適応制御が行えるので、同じサンプルクロックでもタップ数を多くすることがで き、周波数帯域を広げることができる。

【００２７】 また、本考案では、このようなシングルシステムにおけるマイクとスピーカの 組合せを選定するに際しては、全組合せの内、車室内騒音の低減効果が大きい順 に空間伝達特性を選べば、一層適応制御が効果的に行われることとなる。

【００２８】

【実施例】

図１は、本考案に係る車室内騒音の低減装置の一実施例を示したもので、この 実施例では、前部座席にマイク１３ａ及び１３ｂを設置し、後部座席にマイク１ ３ｃ及び１３ｄを設置すると共に、車室１０の前部にスピーカ１４ａ及び１４ｂ を設置し、後部にスピーカ１４ｄ及び１４ｄを設置している。そして、一例とし てマイク１３ａの出力信号に基づいてスピーカ１４ａの出力制御を行うコントロ ーラ２ａと、マイク１３ｂの出力信号に基づいてスピーカ１４ｂの出力制御を行 うコントローラ２ｂと、マイク１３ｃの出力信号に基づいてスピーカ１４ｃの出 力制御を行うコントローラ２ｃと、マイク１３ｄの出力信号に基づいてスピーカ １４ｄの出力制御を行うコントローラ２ｄとを設けている。尚、各コントローラ はエンジン１１の回転に同期した基準信号を検出する手段としての振動センサ１ ２の出力信号を共通に受けている。

【００２９】 この実施例では、このような４つのマイクと４つのスピーカとで構成された４ つのシングルシステムを備えるものであるが、その１つのシングルシステムの実 施例が図２に示されており、この実施例は、概略的に言えば、図７に示した低減 装置と図１０に示した測定装置とを組み合わせて各シングルシステムにおけるス ピーカからマイクまでの空間伝達特性を測定できるように構成したものである。

【００３０】 即ち、図２では、図７のシステムにおいて、まずＤ／Ａ変換器２３と電力増幅 器２４との間にオン／オフ・スイッチ３１を挿入し、図１０のシステムにおいて ホワイトノイズ源２７がオン／オフ・スイッチ３３を介して適応フィルタ２８に 与えられるようになっており、このオン／オフ・スイッチ３３と適応フィルタ２ ８との接続点がオン／オフ・スイッチ３１と電力増幅器２４との接続点に接続さ れている。そして、上記のオン／オフ・スイッチ３１，３３は、例えば上述した ようにキースイッチ１７によりタイマ３５を介して同時に開閉制御されるもので ある。

【００３１】 次にこの１つのシングルシステムの実施例の動作を説明すると、まず、エンジ ン１１を始動するためにキースイッチ１７を投入すると、コントローラ２ではそ のスイッチ投入時からタイマ３５による一定時間だけ空間伝達特性ＧＤの測定期 間とするために、図示のようにオン／オフ・スイッチ３１をオフにすると共にオ ン／オフ・スイッチ３３をオンに制御する。

【００３２】 従って、ホワイトノイズ源２７のホワイトノイズは電力増幅器２４を介してス ピーカ１４から出力されると共に適応フィルタ２８に送られることにより、Ａ／ Ｄ変換器２５の出力データ、即ちノイズ信号を車室空間１０を介して受けたマイ ク１３からの出力信号に基づいて適応フィルタ２８のタップ係数を変化させ空間 伝達特性ＧＤに対応するタップ係数が得られる。尚、この測定動作中は絶えず適 応フィルタ２８のタップ係数をフィルタ２６にコピーしておく。

【００３３】 この後、タイマ３５の設定時間が経過したときには、タイマ３５の出力信号に よりオン／オフ・スイッチ３１をオンにし、オン／オフ・スイッチ３３をオフに することにより適応フィルタ２８による空間伝達特性ＧＤの測定系統は働かなく なる。このとき、フィルタ２６には適応フィルタ２８のタップ係数の最新の値（ 空間伝達特性ＧＤ）がコピーされているので、この空間伝達特性ＧＤを用いるこ とにより図７に示した従来例と同様な減音動作を行うことができる。尚、フィル タ２６の初期値は予め保持されているものを使用してもよい。

【００３４】 上記のシングルシステムは図２のようなシステムを全く別個に用意して、順次 ４つの空間伝達特性ＧＤを測定し且つその測定した空間伝達特性ＧＤをフィルタ ２６にコピーすることになるが、ホワイトノイズ源２７を共通化して自動的に空 間伝達特性ＧＤを測定するためには、図３に示すように、セレクタＳＥＬ１及び ＳＥＬ２を設け、コントローラ２からこれらのセレクタを切替制御してホワイト ノイズ源２７からのホワイトノイズを最初にスピーカ１４ａ→マイク１３ａのチ ャネルにより適応フィルタ２８の空間伝達特性ＧＤａを測定し、その後、順次、 スピーカ１４ｂ→マイク１３ｂ、スピーカ１４ｃ→マイク１３ｃ、スピーカ１４ ｄ→マイク１３ｄに移るように制御して行けば空間伝達特性ＧＤｂ〜ＧＤｄが自 動的に求められることなり、この後、空間伝達特性ＧＤａ〜ＧＤｄを各シングル システムにおけるフィルタ２６にそれぞれコピーすることができる。

【００３５】 また、この空間伝達特性ＧＤの測定においては、１つのチャネルの測定が終了 しない時点でも、例えば１又は数サンプルおくれてから測定を行っても同様の結 果が得られる。

【００３６】 図３の例では、スピーカとマイクの組合せを固定して考えたが、例えば図４に 示すようにスピーカ１４ｂからの出力信号をマイク１３ａ〜１３ｄで受けた場合 の周波数−スピーカ音圧特性グラフに示すように、スピーカ１４ｂに対するマイ ク１３ｂと１３ｄでの特性には○で示したディップ状態が発生するので制御時に はこのゲイン変化に追従しなければならず制御速度が遅れるので空間伝達特性上 好ましくない。

【００３７】 そこで、図３の切替測定系においては、４×４＝１６通りの空間伝達特性を測 定しておき、その内で上記のようなディップ状態が認められず車室内騒音の低減 効果が良好な４つの組合せを選定することが望ましい。

【００３８】

【考案の効果】

以上のように、本考案に係る車室内騒音の低減装置では、１つのマイクと１つ のスピーカと１つの適応型コントローラとで１つのシングルシステムを構成し、 このシングルシステムを車室内に複数設置してそれぞれそのホワイトノイズによ り求めたスピーカ−マイク間の空間伝達特性を用いてコントローラが該基準信号 により車体の振動系の耳元までの伝達特性の逆伝達特性を同定しマイクの入力が 最小になるようにスピーカを制御するように構成したので、各コントローラの制 御アルゴリズムはクロストーク分考慮しないのでシングルシステム用のもので適 応制御を行うことができ、同じサンプルクロックでもタップ数を多く設定でき、 より多くの周波数範囲の制御が可能になるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る車室内騒音の低減装置の一実施例
の構成を示したブロック図である。

【図２】本考案に係る車室内騒音の低減装置に用いられ
るシングルシステムの一実施例を示したブロック図であ
る。

【図３】本考案においてシングルシステムを自動的に切
り替えて空間伝達特性を求めるときのシステムを概略的
に示す図である。

【図４】スピーカ−マイクの或る組合せによる周波数−
スピーカ音圧の特性グラフを示した図である。

【図５】従来の車室内騒音の低減装置の一例を示したブ
ロック図である。

【図６】適応フィルタの一般的な構成を示したブロック
図である。

【図７】図５の従来例を改良した従来の車室内騒音の低
減装置の一例を示したブロック図である。

【図８】図５と図７の各従来例を収束度において比較す
るためのグラフ図である。

【図９】測定して得た空間伝達特性を有するフィルタを
示したブロック図である。

【図１０】空間伝達特性を測定するための装置を示すブ
ロック図である。

【図１１】図７の車室内騒音の低減装置を等価回路で示
したブロック図である。

【図１２】スピーカ−マイクの組合せによる空間伝達特
性を示した図である。

【図１３】図１２で求めた空間伝達特性を用いて適応制
御する例を示した図である。

【符号の説明】

１ 車両 ２ コントローラ １０ 車室 １１ エンジン １２ エンジン振動センサ（エンジン回転数センサ） １３（１３ａ〜１３ｄ） マイク １４（１４ａ〜１４ｄ） スピーカ ２２，２８ 適応フィルタ ２６ フィルタ ２７ ホワイトノイズ源 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 小山 雄一 神奈川県川崎市藤沢市土棚８番地 株式会 社トランストロン藤沢事業所内 (72)考案者 山口 一実 神奈川県川崎市藤沢市土棚８番地 株式会 社トランストロン藤沢事業所内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの回転に同期した基準信号を検
   出する手段と、車室内に設けたスピーカと、車室内騒音
   を検出するマイクと、ホワイトノイズにより予め測定さ
   れたスピーカ−マイク間の空間伝達特性を用いて該基準
   信号により車体の振動系の耳元までの伝達特性の逆伝達
   特性を同定し該マイクの入力が最小になるように該スピ
   ーカを制御する適応型コントローラとを複数組設け、各
   組において個々に独立して該空間伝達特性を測定するこ
   とを特徴とした車室内騒音の低減装置。
2. 【請求項２】 該複数組が、全組合せの中から所望の空
   間伝達特性を呈するものの中から選択されることを特徴
   とした車室内騒音の低減装置。