JPH05108080A

JPH05108080A - 騒音制御装置

Info

Publication number: JPH05108080A
Application number: JP3266325A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Sako; 和也佐古; Masaaki Nagami; 正明永海; Minoru Takahashi; 稔高橋
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1991-10-15
Filing date: 1991-10-15
Publication date: 1993-04-30
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP3452369B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は急峻に変化する騒音の消去音の応答
性を改良することを目的とする。【構成】騒音源１の騒音状態に応じて、例えば騒音源
がエンジンである場合に、その回転数に応じて所定のサ
ンプリング周期を用いて、騒音の特性と逆の特性を形成
しその誤差信号を最小にするべく係数を更新してフィー
ドバック制御を行う適応型フィルタ７２を有する騒音制
御装置において、該騒音源１の回転数が激しく変化する
場合には該係数の更新を中断し該回転数の変化に応じて
該サンプリング周期を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスピーカを用いて騒音を
消去する騒音制御装置に関し、特に本発明では騒音が急
峻に変化する場合に消去音を形成する処理収束時間によ
る時間遅れを防止し応答性を改良することを目的とす
る。

【０００２】

【従来の技術】従来内燃機関等から発生する騒音を低減
するためにマフラー等の受動的な消音装置が使用されて
きたが、サイズ、消音特性等の観点から改善が望まれて
いた。これに対して従来から音原がら発生された騒音と
逆位相・等音圧の補償音をスピーカから出力し、騒音を
相殺する能動型の騒音制御装置が提案されている。とこ
ろが、この能動型の騒音制御装置自体の周波数特性ある
いは安定性等が充分でなく実用化が遅れていた。近年
ディジタル回路を使用した信号処理技術が発展し取扱い
うことのできる周波数範囲も拡大した結果実用的な騒音
制御装置が多数提案されている（例えば特開昭６３ー３
１１３９６号公報）。これはダクトの上流に設置された
騒音源補足用のマイクロフォンで騒音を検出し信号処理
回路により騒音と逆位相・等音圧の信号をダクト下流に
設置したスピーカから出力するフィードフォワード系
と、消音された結果を消音点用のマイクロフォンで検出
して消音結果を最小にするフィードバック系を組み合わ
せたいわゆる２マイクロフォン・１スピーカ型の能動型
の騒音制御装置である。この装置には逆位相・等音圧の
補償音を形成する適応性フィルタはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔ
ａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｓｓｏｒ）で構成されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の騒
音制御装置を自動車や空調システム等に搭載する場合に
は自動車や空調システムの速度の変化等運転状態の変化
に応じて騒音の周波数特性等の変化に対応させるために
ディジタル信号処理を行う適応型フィルタの定数を更新
しているが、この信号処理には一定の収束時間を必要と
するため自動車等の速度等、運転変化が急に変化しとき
にはこの収束時間のために時間遅れが生じて追従性が悪
化するという問題点が生じる。

【０００４】したがって本発明は上記問題点に鑑み騒音
が急俊に変化しても追従性を確保できる騒音制御装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、騒音源の騒音発生を状態に応じて、所定
のサンプリング周期を用いて、騒音の特性と逆の特性を
形成しその誤差信号を最小にするべく係数を更新してフ
ィードバック制御を行う適応型フィルタを有する騒音制
御装置において、騒音源の騒音発生状態が激しく変化す
る場合には該係数の更新を中断し該騒音発生状態の変化
に応じて該サンプリング周期を変化させる。該サンプリ
ング周期を変化させるには該騒音源の騒音発生状態のの
変化に応じて発振器の周波数を分周するようにしてもよ
い。該騒音源の騒音発生状態が激しく変化する場合には
該誤差信号を最小にして形成された更新係数の該適応型
フィルタへの供給をスイッチで停止するようにしてもよ
い。さらに該サンプリング周期を変化させて該係数を導
出する際に生じる折り返し部分を該サンプリング周期の
最も低い場合に応じた特性をもつアナログ低域通過フィ
ルタで阻止する。

【０００６】

【作用】本発明の騒音制御装置によれば、該騒音源の騒
音発生状態が激しく変化する場合には該係数の更新を中
断し該回転数の変化に応じて該サンプリング周期を変化
させることにより、適応型フィルタに該騒音源の騒音発
生状態に応じた等化特性をもたせることが可能になるの
で係数を更新するための収束時間が不要となり騒音の急
峻な変化に対する応答性が向上する。該サンプリング周
期を変化させるには分周によるのでこのための回路構成
は簡単に実現できる。該サンプリング周期を変化させて
いる間はスイッチによって係数の更新が中断しているの
で最終更新の係数が用いられる。該サンプリング周期の
変化で生じる該適応型フィルタの折り返し部分の変動は
アナログフィルタのカットオフ周波数を適切に選べば容
易に除去可能である。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の実施例に係る騒音制御装置
を示す図でり、騒音源として自動車のエンジンを対象と
した場合の例である。本図を用いて本発明の全体構成を
説明する。該装置は自動車等のエンジン１と、該エンジ
ン１の排気ガスを大気に放出するための排気管２と、騒
音発生を抑制するために大気に放出されるまでの該排気
管２の途中に徐々に排気ガスを減圧してその減圧により
生じる騒音がその壁の反射等により干渉して消音を行う
サブマフラー３ー１及び３ー２と、上記と同様の目的で
該サブマフラー３ー１及び３ー２の後段に設けられたメ
インマフラー４と、該メインマフラー４に接続され大気
に排気ガスを大気に放出するテールパイプ５、該エンジ
ン１の回転数信号（Ｓｒ）、圧力信号（Ｓｐ）に基づき
該エンジンを制御するエンジンコントロール部６と、該
エンジンの騒音発生状態を示す信号である該エンジン１
からのエンジン回転数信号に基づいて騒音に対する補償
信号を形成する補償信号形成部７と、該補償信号形成部
７からのディジタル出力信号をアナログ信号に変換する
ディジタル／アナログ変換器８と、該ディジタル／アナ
ログ変換器８に接続されて高調波を除去する低域通過フ
ィルタ９、該低域通過フィルタ９に接続される電力増幅
器１０と、該電力増幅器１０からの信号で駆動され音波
を放出し該テールパイプ５からの騒音を相殺するスピー
カ１１と、該テールパイプ５からの騒音が該スピーカ１
１で相殺された結果を補足し電気信号に変換するマイク
ロフォン１２と、該マイクロフォン１２に接続される増
幅器１３と、該増幅器１３に接続される低域通過フィル
タ１４と、該低域通過フィルタ１４に接続されアナログ
信号をディジタル信号へ変換するアナログ／ディジタル
変換器１５と、該補償信号形成部７、該ディジタル／ア
ナログ変換器８及び該アナログ／ディジタル変換器１５
へサンプリング信号を供給し該エンジン１の回転数信号
により回転数の変化に依存してサンプリング周波数を可
変するサンプリング周波数可変部１６とを含む。

【０００８】該補償信号形成部７は騒音の高調波を模擬
するために該エンジン１の回転数信号を基本信号として
これの高調波信号を形成するための高調波形成部７１
と、該高調波形成部７１からの信号を被制御信号として
後述する係数を更新しつつ補償信号を形成する適応型フ
ィルタ７２と、該適応型フィルタ７２に係数を供給する
するために格納する係数メモリ部７３と、該適応型フィ
ルタ７２のタップ情報と、該係数メモリ部７３からの係
数をパラメータとして該アナログ／ディジタル変換器１
５からの制御信号が最小になるように係数を決定して該
係数を該係数メモリ部７３を介して該適応型フィルタ７
２へ供給する最小化部７４と、該最小化部７４の決定結
果を該係数メモリ部に送出する途中に設けられたスイッ
チ７５と、該スイッチ７５の開閉を制御するための切換
部７６とを含む。

【０００９】図２は図１の適応型フィルタの構成を示す
図である。本図に示す様に該適応型フィルタ７２は、該
高調波形成部７１からの入力信号を１サンプリング周期
づつ遅延させる複数の遅延器７２１と、該入力信号及び
各該遅延器７２１の出力信号に接続される複数の可変乗
算器７２２と、各該可変乗算器７２２に接続される複数
の加算器７２３とを含む。各該可変乗算器７２２の係数
ａ０，ａ１，ａ２，・・・ａｎは係数メモリ部７３から
の供給により可変である。

【００１０】ここで、サンプリング周波数をｆｓとする
と、サンプリング周期ＴはＴ＝１／ｆｓであり、入力信
号をｘ（ｔ）＝ｅｘｐ（ｊωｔ）とすると、出力信号ｙ
（ｔ）は次のように表せる。ｙ（ｔ）＝ａ０・ｅｘｐ（ｊωｔ）＋ａ１・ｅｘｐｊω（ｔ−Ｔ）＋ａ２・ｅｘｐｊω（ｔ−２Ｔ）＋・・・＋ａｍ・ｅｘｐｊω（ｔ−ｍＴ）＝ｅｘｐ（ｊωｔ）・（ａ０＋ａ１・ｅｘｐ（−ｊωＴ）＋ａ２・ｅｘｐ（−ｊ２ωＴ）＋・・・＋ａｍ・ｅｘｐ（−ｊｍωＴ））上記式で該係数メモリ部７３からの係数を変化させなく
ても該サンプリング周期Ｔを変化させるとことによって
も出力信号を制御できることが予想される。説明の簡単
化のために上記式の可変係数を図３（ａ）に示す様な特
性を持つ低域通過フィルタのそれと仮定する。

【００１１】図３は低域フィルタとしての適応型フィル
タのカットオフ周波数のサンプリング周波数依存性を説
明する図である。本図（ａ）に示すように、サンプリン
グ周波数ｆｓとしてｆｍ＝ｆｓ／２とすると上記低域通
過フィルタのカットオフ周波数は０．６ｆｍ＝０．３ｆ
ｓとなり、具体的には本図（ｂ）に示すようにサンプリ
ング周波数とともに比例的変化する。本図（ａ）におい
て高周波部分に信号通過部が生じているがこれはディジ
タル信号処理に生じる独特の折り返し部分である。

【００１２】図４はディジタル信号処理による折り返し
部分を排除するためのアナログ低域通過フィルタの特性
を示す図である。該適応型フィルタ７２の使用範囲を考
慮してそのカットオフ周波数がサンプリング周期の変化
によっての折り返し部分を出さないように、図１の該低
域通過フィルタ９のカットオフ周波数が例えば２．５ｋ
Ｈｚに設定される。このように適応型フィルタの係数を
変化させなくても特性を変化でき、係数を変化させると
きに必要な収束時間を必要としないので応答性が早くな
る。

【００１３】以上は低域通過フィルタについて説明した
が係数ａ０からａｍを変更することでこのフィルタは高
域フィルタなどことなるフィルタになるがこれについて
も同様に説明できる。次にエンジン回転数の変化が緩慢
なときに係数を従来と同様に係数を更新する最小化部７
４について説明する。上記式で入力信号をｘ（ｎ）＝ｅ
ｘｐ（ｊｎωｔ）としてかつ係数ａｋ（ｎ）として表す
と各係数ａｋ（ｎ）は次式で収束して求められる。

【００１４】

【数１】

【００１５】この式でｅ（ｎ）は該アナログ／ディジタ
ル変換器１５の出力信号で誤差信号を表し、αは収束定
数であり、係数ａｋ（ｎ）が一定値に収束するまでには
所定時間を要し、該エンジン回転数の変化が緩やかな場
合にはこれによって得られた係数が用いられるが本発明
が目的とする下記のように回転数の変化が急峻になると
応答性が悪化するので、この係数の導出が中断される。

【００１６】図５は図１におけるサンプリング周波数可
変部の構成を示す図である。本図に示すように該サンプ
リング周波数可変部１６は、基本サンプリング周波数を
ｆｓとすると例えば３８４ｆｓの周波数を発信する発信
部１６１と、該発信部１６１の周波数を複数の周波数に
分周する複数分周器１６２と、該複数分周器１６２の分
周周波数を選択してアナログ／ディジタル変換器１５、
ディジタル／アナログ変換器８及び補償信号形成部７に
供給する分周切換器１６３と、図１の該切換部７６と同
様に該エンジン１の回転数が急峻に変化したときこれを
検出して該エンジン１の回転数に応じた分周周波数に該
分周切換器１６３を切り換えさせる分周切換制御部１６
４と含む。

【００１７】図６は図１サンプリング周波数可変部１６
によるＡＤ１５、ＤＡ８及び補償信号形成部７の信号処
理タイミングを示す図である。本図（ａ）ではある周期
のサンプリング信号に対して該アナログ／ディジタル変
換器１５が順次入力信号を取り込み、該補償信号形成部
７で信号が処理された後に順次該ディジタル／アナログ
変換器８から出力される。本図（ｂ）では本図（ａ）に
対して周期が半分に分周されたサンプリング信号に対す
るものであり、その動作は上記と同様である。

【００１８】図７は図１の切換部７６の制御動作を説明
する図である。本図（ａ）、（ｂ）に示すように該エン
ジン１の回転数の回転変化が緩やかな場合には該スイッ
チ７５が閉成しているが該エンジン１の回転数（Ｓｒ）
が一般道路から高速道路に入った場合のように急峻な変
化をする時には該スイッチ７５を開成し該係数メモリ部
７３への係数更新が中断し更新時の最終の係数で以後の
該適応型フィルタ７２の演算処理がされる。本図（ｃ）
は動作のまとめを示すもので該エンジン回転数が急峻に
変化しない場合には今までどうりに係数を可変にして制
御し該回転数が急峻に変化する場合にはサンプリング周
期を可変にして制御することになる。

【００１９】図８は適応型フィルタの被制御信号をフィ
ードバック系のマイクロフォンにより形成した場合の騒
音制御装置を示す図である。本図が第１図と異なるのは
該適応型フィルタ７２の出力から該ディジタル／アナロ
グ変換器８、該低域通過フィルタ９、該電力増幅器１
０、該スピーカ１１、該マイクロフォン１２、該増幅器
１３、該低域通過フィルタ１４及び該アナログ／ディジ
タル変換器１５までの伝達特性Ｈｄを形成する伝達特性
形成部７７と，該伝達特性形成部７７の出力信号と該ア
ナログ／ディジタル変換器１５の出力信号を加算するた
めの加算部７８である。図１に示す騒音制御装置では該
適応型フィルタ７２の入力信号である騒音信号は該エン
ジン１の回転数信号とこれを基に該高調波形成部７１で
その高調波とから求めなくてもその形成が可能である。
すなわち、該適応型フィルタ７２でえられた補償信号に
該伝達特性形成部７７による伝達特性を作用させて該ア
ナログ／ディジタル変換器１５からの出力信号を該加算
部７８で加えて該適応型フィルタ７２の騒音信号が形成
される。すなわちフィードフォワード系としての被制御
信号がなくてもフィードバック系から被制御信号を形成
する騒音制御装置でも本発明を適用することが可能であ
る。

【００２０】以上は内燃機関について説明したが例えば
電動機を用いた冷蔵庫や洗濯機でも同様に急峻な騒音の
変化に対して追従性を改良できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、騒
音源の騒音発生状態が激しく変化する場合には、係数を
更新してフィードバック制御を行う適応型フィルタの該
係数の更新を中断し該騒音状態の変化に応じてサンプリ
ング周期を変化させるようしたので該係数を得るための
収束時間を要せず騒音の特性と逆特性を形成できるので
応答性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る騒音制御装置を示す図で
ある。

【図２】図１の適応型フィルタの構成を示す図である。

【図３】低域フィルタとしての適応型フィルタのカット
オフ周波数のサンプリング周波数依存性を説明する図で
ある。

【図４】ディジタル信号処理による折り返し部分を排除
するためのアナログ低域通過フィルタの特性を示す図で
ある。

【図５】図１におけるサンプリング周波数可変部の構成
を示す図である。

【図６】図１サンプリング周波数可変部１６によるＡＤ
１５、ＤＡ８及び補償信号形成部７の信号処理タイミン
グを示す図である。

【図７】図１の切換部７６の制御動作を説明する図であ
る。

【図８】適応型フィルタの被制御信号をフィードバック
系のマイクロフォンにより形成した場合の騒音制御装置
を示す図である。

【符号の説明】

１・・・エンジン２・・・排気ガス管３・・・サブマフラー４・・・メインマフラー５・・・テールパイプ７・・・補償信号形成部８・・・ディジタル／アナログ変換器９・・・低域通過フィルタ１５・・・アナログ／ディジタル変換器１６・・・サンプリング周波数可変部７２・・・適応型フィルタ７４・・・最小化部７５・・・スイッチ７６・・・切り換え部１６１・・・発信部１６２・・・分周部１６３・・・分周切換器１６４・・・分周切換制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】騒音源（１）の騒音発生状態に応じて所
定のサンプリング周期を用いて、騒音の特性を逆の特性
を形成しその誤差信号を最小にすべく係数を更新してフ
ィードバック制御を行う適応型フィールタ（７２）を有
する騒音制御装置において、該騒音源（１）の騒音発生状態が激しく変化する場合に
は該係数の更新を中断し該騒音発生状態の変化に応じて
該サンプリング周期を変化させることを特徴とする騒音
制御装置。
【請求項２】該騒音源（１）の騒音発生状態の変化に
応じて発振器の周波数を分周して該サンプリング周期を
変化させることを特徴とする騒音制御装置。
【請求項３】該騒音源（１）の騒音発生状態が激しく
変化する場合には該誤差信号を最小にして形成された更
新係数の該適応型フィールタ（７２）への供給をスイッ
チ（７６）で停止する請求項１記載の騒音制御装置。
【請求項４】該サンプリング周期を変化させて該係数
を導出する際に生じる折り返し部分を該サンプリング周
期の最も低い場合に応じた特性をもつアナログ低域通過
フィルタ（９）で阻止する請求項１記載の騒音制御装
置。