JPH04342296A - 能動型不快波制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車の車室や航空
機客室等の騒音を能動的に低減する能動型騒音制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の能動型騒音制御装置とし
ては、例えば英国公開特許公報第２１４９６１４号記載
の図９に示すようなものがある。

【０００３】この従来装置は航空機の客室やこれに類す
る閉空間に適用されるもので、閉空間１０１内にラウド
スピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃおよびマイクロ
ホン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄを備えて
おり、ラウドスピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃに
よって騒音に干渉させる制御音を発生し、マイクロホン
１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄによって残差
信号（残留騒音）を測定するようになっている。これら
ラウドスピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ、マイク
ロホン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄは信号
処理機１０７に接続されており、信号処理機１０７は基
本周波数測定手段によって測定した騒音源の基本周波数
とマイクロホン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５
ｄからの入力信号とを受けとり、閉空間１０１内の音圧
レベルを最小にするようにラウドスピーカ１０３ａ，１
０３ｂ，１０３ｃに駆動信号を出力するものである。

【０００４】ここで閉空間１０１内には、３個のラウド
スピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃと４個のマイク
ロホン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄとが設
けられているが、説明を単純化するため、それぞれ１０
３ａ，１０５ａの一個ずつ設けられているものとする。 今、騒音源からマイクロホン１０５ａまでの伝達関数を
Ｈとし、ラウドスピーカ１０３ａからマイクロホン１０
５ａまでの伝達関数をＣとし、騒音源が発生する音源情
報信号をＸｐ　とすると、マイクロホン１０５ａで観測
される残留騒音としてのノイズ信号Ｅは、Ｅ＝Ｘｐ　・
Ｈ＋Ｘｐ　・Ｇ・Ｃ となる。ここでＧは、消音するために必要な伝達関数で
ある。消音対象点（マイクロホン１０５ａの位置）にお
いて、騒音が完全に打ち消されたとき、Ｅ＝０となる。 このときＧは、 Ｇ＝−Ｈ／Ｃ となる。通常、この演算は、高速フーリエ変換を用いて
周波数領域で実行され、その結果を逆フーリエ変換する
ことによってインパルス応答を求め、信号処理機１０７
にフィルタ係数としてセットする。このフィルタ係数は
、マイク検出信号Ｅが最小となるＧを求め、このＧに基
づいて信号処理器１０７内のフィルタ係数を適応的に更
新するようにしている。マイク検出信号Ｅを最小とする
ようフィルタ係数を求める手段として、最急降下法の一
種であるＬＭＳアルゴリズム（Ｌｅａｓｔ　　Ｍｅａｎ
　　Ｓｑｕａｒｅ）などがある。

【０００５】また図９のように、マイクロホンが複数設
置されている場合には、例えば各マイクロホン１０５ａ
，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄで検出した信号の総和
が最小となるように制御するものである。

【０００６】ここで、ＬＭＳアルゴリズムについてさら
に具体的に説明する。ｌ番目のマイクロホン１０５ａ（
１０５ｂ…）が検出したノイズ信号をｅｌ（ｎ）　、ラ
ウドスピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃからの制御
音が無いときのｌ番目のマイクロホン１０５ａ（１０５
ｂ，…）が検出したノイズ信号をｅｐｌ（ｎ）　、ｍ番
目のラウドスピーカ１０３ａ（１０３ｂ，…）とｌ番目
の評価点、すなわち作業位置との間の伝達関数（ＦＩＲ
（有限インパルス応答）関数）のｊ番目（ｊ＝０，１，
２，…，Ｉｃ　−１）の項をディジタルフィルタで表わ
したときのフィルタ係数をＣｌｍｊ　、基準信号すなわ
ち音源情報信号ｘｐ（ｎ）、基準信号ｘｐ（ｎ）を入力
しｍ番目のラウドスピーカ１０３ａ（１０３ｂ，…）を
駆動する適応フィルタのｉ番目（ｉ＝０，１，２，１…
，ＩＫ　−１）の係数をＷｍｉとすると、

【０００７】

【数１】

【０００８】が成立する。

【０００９】次いで、評価関数（最小にすべき変数）Ｊ
ｅを、

【００１０】

【数２】

【００１１】とおく。

【００１２】そして、評価関数Ｊｅを最小にするフィル
タ係数Ｗｍ　を求めるために、ＬＭＳアルゴリズムを採
用する。つまり、評価関数Ｊｅを各フィルタ係数Ｗｍｉ
について偏微分した値で当該フィルタ係数Ｗｍｉを更新
する。

【００１３】そこで、（２）式より、

【００１４】

【数３】

【００１５】となるが、（１）式より、

【００１６】

【数４】

【００１７】となるから、この（４）式の右辺をｒｌｍ
（ｎ−ｉ）とおけば、フィルタ係数の書き替え式は以下
の（５）式のＬＭＳアルゴリズムにより得られる。

【００１８】

【数５】

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の能動型騒音制御装置にあっては、以下のよう
な問題を招く虞れがあった。

【００２０】すなわち、騒音源が例えば自動車のエンジ
ンなどであり、この騒音源に対して車室内の騒音制御を
行なう場合、走行状態に応じてエンジン回転数も変化し
、車室内装音の周波数も変化するにもかかわらず、同一
の特性を有するラウドスピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１
０３ｃによって制御音を出力する構成となっていたため
、特定の周波数域で十分な効果が得られない虞れがあっ
た。

【００２１】例えば、ラウドスピーカ１０３ａ，１０３
ｂ，１０３ｃを低周波域の騒音を制御するのに適した特
性を有するものとして選定すると、高周波域の騒音制御
が不十分となり、逆に高周波域の騒音に特性を合わせれ
ば低周波域での能力不足を招く虞れがある。

【００２２】そこでこの発明は、騒音の周波数変化に応
じて適切な制御音を発生することが可能な能動型騒音制
御装置の提供を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、騒音に干渉させる制御音を発生して評価
点の騒音低減を図る制御音源と、前記干渉後の所定位置
の残留騒音を検出する手段と、騒音源の騒音発生状態に
関する基準信号を検出する手段と、前記残留騒音検出手
段の出力信号と騒音発生状態検出手段の出力基準信号と
に基づき前記制御音源を駆動する信号を出力する制御手
段とを備えた能動型騒音制御装置であって、前記制御音
源を前記騒音の各周波数帯域に対応して特性の異なる制
御音を発生可能に複数種設け、前記騒音源の変化に応じ
て前記制御音源を切り換える手段を備えたことを特徴と
する。

【００２４】

【作用】制御手段は、残留騒音検出手段の出力信号と騒
音発生状態検出手段の出力基準信号とに基づき、制御音
源を駆動する信号を出力する。これによって制御音源は
、騒音に干渉させる制御音を発生し、評価点の騒音低減
を図ることができる。

【００２５】この場合、切換手段が騒音源の変化に応じ
て制御音源を切り換えるため、騒音の周波数帯域に対応
して、特性の異なる制御音を発生させることができる。

【００２６】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。

【００２７】図１は、この発明の第１の実施例を適用し
た自動車の概略構成図を示すもので、この自動車は前輪
２ａ，２ｂ、後輪２ｃ，２ｂによって車体３を支持し、
前輪２ａ，２ｂは車体３の前部に配置されたエンジン４
によって回転駆動され、いわゆる前置エンジン前輪駆動
車の構成を有する。

【００２８】車体３内の音響閉空間としての車室６内の
騒音は、例えばエンジン４が騒音源となっており、騒音
源の騒音発生状態に関する基準信号を検出する手段とし
ては、例えばクランク角信号センサ５が用いられ、検出
したクランク角信号はコントローラ１０に入力する構成
となっている。

【００２９】なお、基準信号検出手段は、騒音原の発生
状態に関する基準信号を検出することができればよく、
信号としては、たとえばエンジン外表面に設けられた振
動センサの出力信号、エンジンの点火パルス信号、クラ
ンク軸の回転速度を回転速度センサで検出した回転速度
信号などを用いることもできる。

【００３０】更に、前記車室６内にはオーディオ信号を
出力する制御音源を兼ねるラウドスピーカ７ａ，７ｂお
よび、７ｃ，７ｄがそれぞれ前席Ｓ１　，Ｓ２　，およ
び後席Ｓ３　，Ｓ４　に対向するドア部に配置されてい
ると共に、同じく制御音源としてのパネル加振器９ａ，
９ｂが車室内前部のダッシュパネルロワ部及び同後部の
トノボード部に取付けられている。

【００３１】前記コントローラ１０は、図２のように適
応型ディジタルフィルタ１０ａと適応プロセッサ１０ｂ
と騒音源の変化に応じて制御音源を切り換える切換手段
としての信号切換器１０ｃとを備えている。この信号切
換器１０ｃはアンプ１１ａを介してラウドスピーカ７（
７ａ〜７ｄ）に接続され、またアンプ１１ｂを介してパ
ネル加振器９（９ａ，９ｂ）に接続されている。

【００３２】そして、前記クランク角信号センサ５で検
出された基準信号ｘｐ　は、前記適応型ディジタルフィ
ルタ１０ａと信号切換器１０ｃとに入力されるように構
成され、信号切換器１０ｃは基準信号ｘｐ　に基づき切
り換えられるように構成されている。

【００３３】また、信号切換器１０ｃには、例えば吸入
負圧や車速を表す信号など他の信号Ｚｉ　を入力するよ
うに構成し、この信号Ｚｉ　に基づき切り換えるように
構成することもできる。

【００３４】前記マイクロホン８（８ａ〜８ｈ）が検出
する残留騒音としてのノイズ信号ｅｌ　（ｎ）は、適応
プロセッサ１０ｂに入力されるように構成されている。

【００３５】ここで、前記ラウドスピーカ７（７ａ〜７
ｄ）は、通常１００Ｈｚ以上の比較的周波数の高い領域
で効率が良く、この領域で騒音を有効にキャンセルする
特性を有している。これに対し、パネル加振器９（９ａ
，９ｂ）は、前記のようにダッシュパネルロワ部及びト
ノボード部に取付けられたもので、低周波領域で効率が
よく、騒音を有効にキャンセルする特性を有している。

【００３６】そこで、図３によりパネル加振器９ａ，９
ｂをさらに説明する。両パネル加振器９ａ，９ｂは同一
構成を有しているため、一方のパネル加振器９ａについ
て説明すると、ダッシュパネルロワ１４のエンジンルー
ム側には、剛性メンバ１５が縦横に延設されており、こ
の剛性メンバ１５の交差部において、パネル加振器９ａ
が取付けられている。このパネル加振器９ａは、ケーシ
ング１７，カバー部材１８，永久磁石１９，板ばね２０
，駆動コイル２１、および反力発生用マス２２で構成さ
れている。前記、ケーシング１７および駆動コイル２１
は前記剛性メンバ１５に固定され、反力発生用マス２２
は永久磁石１９に固定され、永久磁石１９は板ばね２０
に固定され、板ばね２０はケーシング１７に固定されて
いる。

【００３７】なお、ダッシュパネルロワ１４の車室内側
にはフェルトなどの内装材１６が付設されている。

【００３８】そして駆動コイル２１が励磁されると永久
磁石１９との間に電磁力が発生する。反力発生用マス２
２が存在するため、駆動コイル２１の変位が永久磁石１
９あるいは反力発生用マス２２より大きくなり、ダッシ
ュパネルロワ１４を励振する。この時、剛性メンバ１５
の存在により、ダッシュパネルロワ１４の広い範囲を振
動させることができ、又パネル加振器９ａを剛性メンバ
１５の交点に設けているので、その効果は更に高くなっ
ている。そして、このように振動する面積を大きくする
ことによって、低音の放射効率向上に非常に有効であり
、スピーカと比較して低周波帯域での著しい性能向上を
図ることが可能となる。

【００３９】この場合板ばね２０と永久磁石１９および
、駆動コイル２１の質量と一自由度振動計の固有振動数
は、使用周波数域より低くとることが必要である。すな
わち４気筒エンジン車において、エンジン回転２次成分
の周波数の「こもり音」を対象とする場合、アイドリン
グ回転速度相当の周波数の２０Ｈｚ以下程度とすればよ
い。

【００４０】次に作用を説明する。

【００４１】図１に記載の装置も、基本的には図９に記
載の装置と同様に作動するものであり、マイクロホン８
ａ〜８ｈが検出したノイズ信号ｅｌ　（ｎ）は適応プロ
セッサ１０ｂに送られ、この適応プロセッサ１０ｂでは
基準信号ｘｐ　とノイズ信号ｅｌ　（ｎ）とを用いて、
ＬＭＳアルゴリズムをベースに

【００４２】

【数６】

【００４３】の演算を行なう。

【００４４】これによって、適応ディジタルフィルタ１
０ａのフィルタ係数Ｗｍｉが適宜書き替えられる。基準
信号ｘｐ　は、ディジタルフィルタ１０ａによってフィ
ルタリングされ、信号切換器１０ｃからアンプ１１ａ、
または１１ｂを介してラウドスピーカ７（７ａ〜７ｄ）
、またはパネル加振器９（９ａ，９ｂ）より出力される
。ラウドスピーカ７あるいは、パネル加振器９によって
発生した２次音は車室内騒音を打ち消し、残った車室内
騒音はノイズ信号としてマイクロホン８（８ａないし８
ｈ）で検出され、適応プロセッサ１０ｂへ入力される。

【００４５】従って、このような制御により車室内騒音
の低減を図ることができるのである。

【００４６】このような制御において、基準信号ｘｐ　
は、信号切換器１０ｃへも入力されており、基準信号ｘ
ｐ　の周波数帯域の変化、換言すれば騒音の周波数帯域
の変化に応じて信号切換器１０ｃが切り換えられ、高周
波域の場合にはラウドスピーカ７が選択され、低周波域
の場合にはパネル加振器９が選択される。これによって
、騒音の各周波数帯域に対応して特性の異なる制御音を
発生させ、高周波域および低周波域の双方をより的確に
騒音制御することができる。

【００４７】以上の説明では、適応ディジタルフィルタ
１０ａの入力としてクランク角信号センサ５からの信号
を考えていたが、他の騒音を制御するため別の信号を用
いることもできる。例えば、図２のようにサスペンショ
ン１２の一部に振動センサ１３を固着し、この振動セン
サ１３の出力を用いることによってロードノイズ低減を
図ることもできる。

【００４８】この場合、図４で示すように、クランク角
信号は適応ディジタルフィルタ１０ａ内部において、Ａ
／Ｄコンバータ１４ａを経たクランク角信号はエンジン
回転二次周波数の正弦波に変換する変換器１５を通り、
Ａ／Ｄコンバータ１４ｂを経たサスペンション振動信号
と加算器１６にて加え合わされ、基準信号ｘｐ　として
使用する。

【００４９】図５は、前記信号切換器１０ｃの切り換え
方式を示すもので、図中、Ａはパネル加振器９にのみ出
力する領域、Ｃはラウドスピーカ７にのみ出力する領域
、Ｂはラウドスピーカ７とパネル加振器９との双方、ま
たは何れか一方に出力する領域を示している。

【００５０】図５の（ａ）は、サスペンション１２の振
動センサ１３からの信号を用いない例である。すなわち
、エンジンの「こもり音」のみを対象とした場合である
。この場合、エンジン回転速度によって発生騒音の周波
数が決まるので、低回転側からＡ，Ｂ，Ｃの順に領域を
定め、制御時にクランク角信号によってエンジン回転速
度をモニターし、信号切換器１０ｃのマップ制御により
Ａ，Ｂ，Ｃの何れかを選択する。Ａ，Ｂ間の切換点は、
ラウドスピーカ７を用いる場合、２０００〜３０００ｒ
ｐｍ程度が好ましい。

【００５１】図５の（ｂ）は、吸入負圧も考慮した例で
ある。吸入負圧（高）は、エンジン負荷が高いことを示
している。吸入負圧が低い場合は、ロードノイズが支配
的要因となるため、（ｂ）のようなマップを作成するこ
とにより適切に制御することができる。なお、吸入負圧
信号Ｚｉ　は、吸入負圧センサあるいはスロットル回路
センサから供給されるものである。

【００５２】図５の（ｃ）は、切換信号Ｚｉ　として車
速センサの信号を用いた例である。

【００５３】車速センサとしては、例えば、デファレン
シャルギヤの回転速度などを検出している。高速走行時
やロードノイズが支配的であるため、エンジン回転速度
の全域でＢ又はＣを選択し適切な制御を行なう。

【００５４】なお、（ｃ）の例では、切換信号Ｚｉ　と
して風切音の要因となるドアミラー後部フロントドア外
表面などでの圧力変動を用いることもできる。これによ
り、車速の高いときに、主な支配要因となる風切音の低
減を図ることができる。

【００５５】そして、図５のようなマップ制御の場合、
Ａ，Ｃの領域はＢの領域と比較して演算処理を軽減する
ことができる。従って、このようなＡ，Ｃの領域を設定
することにより図５のマップ制御において低速からの加
速時など回転速度の変化が早い場合でも一定の演算能力
のＣＰＵで十分制御性能を確保できるメリットがある。

【００５６】この発明の実施例では、前記（５）式のＬ
ＭＳアルゴリズムを用いるため、この（５）式に含まれ
る伝達関数Ｃｌｍとなるラウドスピーカ７とマイクロホ
ン８との間の伝達関数と、パネル加振器９とマイクロホ
ン８との間の伝達関数とが過度に異なると、発散などの
不具合を招く虞れがある。

【００５７】この場合、過度とは位相差で９０゜以上程
度であり、そのようにならないようにするには、ラウド
スピーカ７とパネル加振器９との空間内の位置を離し過
ぎないことが必要であり、（５）式に用いるＣｌｍとし
てはラウドスピーカ７とマイクロホン８、およびパネル
加振器９とマイクロホン８の間の伝達関数の平均値をと
れば良い。

【００５８】しかし、パネル加振器９の作動周波数域が
１００Ｈｚ以下程度と低く、音の波長が長いため、車室
内という狭い空間では問題となる可能性は極めて低いも
のである。

【００５９】また、この低周波数域でのラウドスピーカ
７，パネル加振器９に関する両伝達関数間の位相差は、
同じ理由で複雑ではなくアナログフィルタなどで補正す
ることも容易である。

【００６０】更に、図５の制御は、Ａ，Ｃのみの切換え
とし、切り換えに応じて適切な伝達関数を選択するよう
に構成することもできる。

【００６１】図６は、信号切換器の制御の他の例を示す
ものである。

【００６２】ここでは、エンジン回転速度に応じた切り
換えを行なうが、遷移域Ｂ´を設け、この間はラウドス
ピーカ７とパネル加振器９とへの信号を連続的に増減し
て配分する。こうすることにより切換時の違和感をなく
し、異音発生の可能性も阻止することができる。また、
対象騒音の周波数にアナログ的に対応したことにより、
きめ細かな制御が可能となる。

【００６３】図７は、第２の実施例を示すものである。

【００６４】この実施例では適応ディジタルフィルタの
前段で信号切り換えを行なうようにした。すなわち、適
応ディジタルフィルタ２０ａの前段に信号切換器２０ｃ
が設けられている。また、適応ディジタルフィルタ２０
ａと適応プロセッサ２０ｂとが各ラウドスピーカ７ａ〜
７ｄ、各パネル加振器９ａ，９ｂごとに設けられている
。

【００６５】従って、上記実施例と同様な作用効果を奏
するほか、適応プロセッサ２０ｂがそれぞれ個別の最適
な伝達関数Ｃｌｍを持つことができ、各伝達関数の相違
による不具合を招くことがなく、どのような車両でも良
好な制御性能を発揮することができる。

【００６６】図８は、第３の実施例を示すものである。

【００６７】この実施例では、図７の第２の実施例にお
ける信号切換器２０Ｃを、図８において、信号切換器と
してのハイパスフィルタ２３およびローパスフィルタ２
４に置き換えたものである。したがって、高周波の場合
はハイパスフィルタ２３を通って、ラウドスピーカ７側
の適応ディジタルフィルタ２０ａに入力され、低周波の
場合はローパスフィルタ２４を通ってパネル加振器９側
のディジタルフィルタ２０ａに入力される。従って、こ
の例では、上記実施例がラウドスピーカ７とパネル加振
器９とを時間的に分割、換言すれば、車速に応じて切り
換えてしまうのに対し、周波数で切り換えるものである
。従って、基準信号ｘｐの周波数成分の増減にかかわら
ず、ラウドスピーカ７およびパネル加振器９の双方を適
切な周波数成分を持った信号で作動させることができ、
特にロードノイズなど常に広帯域の成分を有している騒
音を有効に低減することができる。また、路面の突起乗
り越えなど車速などのみでは判断できない現象にも有効
である。更に、信号切換器において信号の判断を行なわ
ない分、プログラムの簡略化も可能である。

【００６８】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではない。例えば信号切換器としてはさらに他の形
式のものを用いることができる。制御音源としてはパネ
ル加振器に代えて低周波用のスピーカを用いることもで
きる。また、騒音低減を図る評価点とマイクロホンとが
空間的に離れたものであっても、所定比に基づいて評価
点の残留騒音を推定し、制御を行なわせることができる
。更に、制御手段のアルゴリズムとしては、他のアルゴ
リズムなどを用いることもできる。この発明は、振動制
御などにも応用することができる。

【００６９】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の構
成によれば、騒音源の変化に応じて制御音源を切り換え
、適切な制御音を発生させることができ、より的確な騒
音制御を行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を車両概念図と共に示
すブロック図である。

【図２】この発明の第１の実施例の概念を示すブロック
図である。

【図３】パネル加振器の構成図である。

【図４】基準信号作成の例を示すブロック図である。

【図５】制御方法の説明図である。

【図６】制御方法の他の例を示す説明図である。

【図７】第２の実施例の概念を示すブロック図である。

【図８】第３の実施例の概念をブロック図である。

【図９】従来例に係るブロック図である。

【符号の説明】

５　　クランク角信号センサ（騒音発生状態検出手段）
７　　ラウドスピーカ（制御音源） ８　　マイクロホン（残留騒音検出手段）９　　パネル
加振器（制御音源） １０　　コントローラ（制御手段） １０ｃ　　信号切換器（切換手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　騒音に干渉させる制御音を発生して評
   価点の騒音低減を図る制御音源と、前記干渉後の所定位
   置の残留騒音を検出する手段と、騒音源の騒音発生状態
   に関する基準信号を検出する手段と、前記残留騒音検出
   手段の出力信号と騒音発生状態検出手段の出力基準信号
   とに基づき前記制御音源を駆動する信号を出力する制御
   手段とを備えた能動型騒音制御装置であって、前記制御
   音源を前記騒音の各周波数帯域に対応して特性の異なる
   制御音を発生可能に複数種設け、前記騒音源の変化に応
   じて前記制御音源を切り換える手段を設けたことを特徴
   とする能動型騒音制御装置。