JPH05127680A - 騒音制御装置 - Google Patents

騒音制御装置

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JPH05127680A
JPH05127680A JP3286417A JP28641791A JPH05127680A JP H05127680 A JPH05127680 A JP H05127680A JP 3286417 A JP3286417 A JP 3286417A JP 28641791 A JP28641791 A JP 28641791A JP H05127680 A JPH05127680 A JP H05127680A
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engine
adaptive filter
noise
switch
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和也 佐古
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正明 永海
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はスピーカを用いて騒音に対する消去
音を形成する精度を向上することを目的とする。 【構成】 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76を有する騒音制御装置に、適応
型フィルタ76の出力信号である補償信号に該誤差信号
を合成して該適応型フィルタ76の入力信号を形成する
ために伝達特性を形成する伝達特性形成部78と、誤差
信号と該伝達特性形成部78との信号を合成する加算器
79と、適応型フィルタ76の入力信号としてエンジン
1の回転数を示す信号又は点火タイミングを示す信号と
該加算器79の出力信号とを択一的に選択するスイッチ
75とを備え、該エンジン1の回転数の変化が大きい状
態の場合には該スイッチ75により該適応型フィルタ7
6に該回転数を示す信号又は点火タイミングを示す信号
を与え、該エンジン1の回転数の変化が小さい状態の場
合には該スイッチ75により該適応型フィルタ76に該
加算器79の出力信号を与える。

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に対
する消去音を形成する精度を向上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て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
al SignalProcssor)で構成されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来の騒音制
御装置を自動車等に搭載された場合には騒音源捕捉用の
マイクロフォンを設置することが困難なためエンジンの
回転数から騒音の模擬信号を形成することが可能であ
る。しかしながら、これはフィードフォワード系の信号
のため応答性が速いという利点があるが実際の信号から
離れているという問題点があった。他方前記信号処理回
路による騒音と逆位相・等温圧の信号にマフラーとスピ
ーカとの差信号であるフィードバック系のマイクロフォ
ンからの信号を加えて騒音再現信号を形成することが可
能である。しかしながら、これは実際の信号に近いとう
いう利点があるが遅延特性を含むため速い信号に対して
応答性に劣るという問題点があった。自動車のあらゆる
運転状態でいずれか一方を用いることとすれば、騒音制
御の精度向上を図ることは非常に困難である。
【0004】したがって本発明上記問題点に鑑みて実際
の信号に近くかつ応答性に優れる自動車搭載用の騒音制
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、高調
波形成部、伝達特性形成部、加算器、スイッチを設け
る。伝達特性形成部は該適応型フィルタの出力信号であ
る補償信号に該誤差信号を合成して該適応型フィルタの
入力信号を形成するために伝達特性を形成し、該加算器
は該誤差信号と該伝達特性形成部との信号を合成し、該
スイッチは該適応型フィルタの入力信号として該エンジ
ンの回転数を示す信号又は該エンジンの点火タイミング
を示す信号と該加算器の出力信号を択一的に選択する。
変速機のポジションが該エンジンに負荷を与えない状態
の場合には該スイッチにより該適応型フィルタに該エン
ジンの回転数を示す信号又は該エンジンの点火タイミン
グを示す信号を与え、変速機のポジションが該エンジン
に負荷を与える状態の場合には該スイッチにより該適応
型フィルタに該加算器の出力信号を与える。また該変速
機のポジションによる制御に代えて、該エンジンの回転
数の変化が所定値より大きい場合には該スイッチにより
該適応型フィルタに該エンジンの回転数を示す信号又は
該エンジンの点火タイミングを示す信号を与え、該エン
ジンの回転数の変化が所定値より小さい場合には該スイ
ッチにより該適応型フィルタに該加算器の出力信号を与
えるようにしてもよい。さらに、該エンジンの回転数を
示す信号又は該エンジンの点火タイミングを示す信号か
ら騒音の高調波を形成する高調波形成部を設け、前記変
速機のポジション或いは前記エンジン回転数に変化に応
じて、前記エンジン回転数を示す信号に代えて、該高調
波形成部の出力信号を前記加算器の出力信号とを選択し
て該適応型フィルタに与えるようにしてもよい。
【0006】
【作用】本発明の騒音制御装置によれば、自動車が停車
中であって変速機のポジションが該エンジンに負荷を与
えない状態の場合には、該スイッチにより該適応型フィ
ルタに該エンジンの回転数を示す信号又は該エンジンの
点火タイミングを示す信号或いは該高調波形成部の出力
信号が与えられるが、このときアクセルが踏まれて該エ
ンジンの回転数が急に上昇してもこれらの信号或いは該
高調波形成部による被制御信号の形成には時間遅れが小
さいので時間遅れによる誤差が小さくなる。また変速機
のポジションが該エンジンに負荷を与える状態の場合に
は該スイッチにより該適応型フィルタに該加算器の出力
信号を与えられるが、このときアクセルが踏まれても前
者のように負荷のために該エンジンの回転数が急に上昇
することもないので時間遅れを許容してできるだけ実際
の信号に近いものを入力して誤差を小さくする。また走
行中、加速時のように該エンジンの回転数が激しく変化
するときには該エンジン回転数を示す信号又は該エンジ
ンの点火タイミングを示す信号或いは該高調波形成部の
出力信号が提供されるので時間遅れを防止でき、定速走
行の場合には該加算器から実際の信号に近いものを提供
され、全体として騒音制御の精度向上を図ることができ
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及び2は本発明の実施例に係る騒音制御
装置を示す図であり、図1及び2は高調波形成部71の
有無が異なる。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ガス管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ガ
ス管2の途中に徐徐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の回転数信号及び速度信号に基づき自動的に変速機
の変速比(ギヤ比)を切り替えるための変速機制御部6
と、該エンジン1の回転数に基づいてフィードフォワー
ド系の騒音に対する被制御信号を形成しこれを用いて補
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
11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
電力増幅器13と、該電力増幅器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しその変換信号
が該補償信号形成部7のフィードバック制御信号として
または被制御信号として用いられるアナログ/ディジタ
ル変換器15と、該変速機制御部6から出力される変速
機のポジションを示す変速信号又は該エンジン1の回転
数を入力してその変化の度合いに基づいて補償信号形成
用の被制御信号を切り換えるための切り換え制御部16
とを含む。
【0008】該補償信号形成部7は図1に示す形態で
は、該サブマフラー3ー1及び3ー2並びにメインマフ
ラー4の周波数特性を予め等化するためのプリフィルタ
72と、該プリフィルタ72に係数を供給するための係
数メモリ73と、該係数メモリ73に該サブマフラー3
ー1及び3ー2並びにメインマフラー4に対して測定し
て得られた係数を該部から該係数メモリ73に設定する
ための初期設定回路74と、その一方(a)が該エンジ
ンの回転数を示す信号又は点火タイミングを示す信号S
rをフィードフォワード系の信号として入力しその他方
(b)が後述するフィードバック系の信号を入力し該速
度変化検出部16によって切り換えられるように該プリ
フィルタ72の前段に設けられるスイッチ75と、該プ
リフィルタ72の出力を被制御信号として入力して該デ
ィジタル/アナログ変換器8に補償信号を出力する適応
型フィルタ76と、該アナログ/ディジタル変換器15
からの誤差信号が最小になるように該適応型フィルタ7
6に係数を設定する最小化部77と、該適応型フィルタ
76の出力に接続され該適応型フィルタ76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10、該スピーカ11、該マイクロフォン1
2、該電力増幅器13及び該低域通過フィルタ14を介
して該アナログ/ディジタル変換器15までの伝達特性
Hdを模擬した伝達特性形成部78と、該伝達特性形成
部78と該アナログ/ディジタル変換器15との出力と
を加算しその出力が該スイッチ75の他方の入力端に接
続される加算器79とを含む。
【0009】なお、該エンジン1の回転数を示す信号は
例えばクランクシャフトなどの回転軸からセンサから取
り出され、また該エンジン1の点火タイミングを示す信
号は例えばディストリビュータなどから取り出される。
また図2に示す形態では、騒音の高調波を模擬するため
に該エンジン1の回転数を示す信号又は該エンジン1の
点火タイミングを示す信号Srを基本信号としてこれら
の高調波信号を形成するための高調波形成部71が設け
られ、高調波形成部71からの信号が該スイッチ75の
端子に与えられる。
【0010】図3は図2の高調波発生部を示す図であ
る。本図に示す高調波形成部71は該エンジン1の回転
数又は点火タイミングに対応する周波数の騒音信号を形
成する可変発振器711と、該可変発振器711の出力
信号の周波数を逓倍する複数の逓倍器712と、該複数
の逓倍器712の出力信号を加算し該プリフィルタ72
に出力する加算器713と含む。
【0011】図4は図3の可変発振器のエンジン回転数
と騒音周波数の関係を示す図である。該エンジン1の騒
音源は回転数に依存する1次、2次、3次、・・・、n
次の高調波成分の集合体であり、回転数の上昇に伴い上
昇する。図3に示す可変発振器711は、上記騒音を形
成するため予め該エンジン1の回転数と該テールパイプ
5からの騒音周波数を測定して本図に示す関係を求めて
おき、該エンジン1からの回転数に対応する周波数の信
号を形成して次段の該逓倍器712に出力する。このよ
うにすることで、該エンジン1から発生する騒音に含ま
れる高調波成分が精度良く発生できるが、エンジン回転
数を示すパルス波形等にも一部の高調波が含まれてお
り、この波形を直接用いることでもある程度の効果が期
待できる。なお点火タイミングを示す信号も通常は回転
数を示す信号を逓倍した信号である。
【0012】図5は図1及び2のプリフィルタ及び適応
型フィルタの構成を示す図である。本図に示す様に該プ
リフィルタ72と該適応型フィルタ72は構成が共通し
係数の設定方法が異なる。双方共に入力信号を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7
22の係数a0,a1,a2,・・・anは係数メモリ
部73及び該最小化部77からの供給により可変であ
る。
【0013】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(−jω
T)+a2・exp(−j2ωT)+・・・+am・e
xp(−jmωT)) 該プリフィルタ72の場合には上記式の各該可変乗算器
722の係数a0,a1,a2,・・・anは予め該サ
ブマフラー3ー1及び3ー2並びにメインマフラー4の
周波数特性を測定し、この測定に基づき外部より該初期
設定回路74及び係数メモリ73を介して設定される。
【0014】他方該適応型フィルタ76の場合には該最
小化部77により供給されるが次に係数を更新する最小
化部74について説明する。上記式で入力信号をx
(n)=exp(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。
【0015】
【数1】
【0016】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
所定時間を要する。したがって前記に示すように該適応
型フィルタ76から該メインマフラー4等の影響を除去
して該適応型フィルタ76の負担を軽減しているが一定
の収束時間時間が必要なため該エンジン1の回転数変化
が大きいとこの収束時間内での処理が困難になる虞れが
ある。
【0017】次に該スイッチ75に他方に入力するフィ
ードバック系の再現信号SRについて説明する。該エン
ジン1で発生する騒音信号をSN、該適応型フィルタ7
6の出力信号をSC、該マイクロフォン12の出力信号
をSM、該加算器79の出力信号をSRとする。また該
エンジン1から該マイクロフォン12までの伝達特性を
HNOISE、該適応型フィルタ76から該マイクロフ
ォン12までの伝達特性をHd1、該マイクロフォン1
2から該加算器79までの伝達特性をHMとして、Hd
=Hd1・HMとすると、該マイクロフォン12の出力
信号はSM=SN・HNOISE+SC・Hd1とな
り、該加算器79での出力信号SR=SM・HM−SC
・Hd=(SN・HNOISE+SC・Hd1−SC・
Hd1)・HM=SN・HNOISE・HMとなり騒音
のみを該マイクロフォン12で検出したときの信号を演
算することになる。
【0018】次に該適応型フィルタ76の該最小化部7
7による係数変更するための制御信号としては該アナロ
グ/ディジタル変換器15の出力信号SEはが与えられ
る。該適応型フィルタ76はこの制御信号が零となるよ
うに係数を変更するものであり、SE=SM・HMであ
るためSE=0であるときSM=0なる。したがって該
加算器79からの出力信号SRを被制御信号として該適
応型フィルタ76に入力し制御信号として該アナログ/
ディジタル変換器15に出力信号SEを入力することに
よって、該適応型フィルタ76はSE=0となるように
該適応型フィルタ76で補償信号SCが演算され出力さ
れる。
【0019】以上の説明はフィードフォワード系につい
ても同様に説明される。図6は変速機の状態から図1及
び2のスイッチ75を切り換える動作を説明する図であ
る。該変速機制御部6からの変速機のポジション信号を
えた該切り換え制御部16は、本図に示すように変速機
のポジションがパーキングのPレンジ、ニュートラルの
Nレンジの無負荷状態にあるときは該スイッチ75を切
り換え端子a側に接続する。また変速機のポジションが
負荷状態のR、D、2、Lレンジにあるときは該スイッ
チ75を該加算器79の出力側(切り換え端子b側)に
接続する。したがって無負荷状態のときに該適応型フィ
ルタ76はフィードフォワード系の被制御信号を入力
し、負荷状態のときにはフィードバック系の被制御信号
を入力するようになる。無負荷状態には空ふかしにより
該エンジン1の回転数変化が大きくなり易いがこの場合
にはフィードフォワード系の被制御信号を入力するので
遅れが小さくなり信号処理の遅れによる精度劣化を防止
できる。他方負荷状態には該空ふかしのように回転数が
急に変化しないので信号処理の遅れを許容しむしろ現実
に近い被制御信号を用いれるので精度の向上を図れる。
【0020】図7はエンジンの回転数の変化に伴う図1
及び2のスイッチ75の切り換え動作を説明する図であ
る。図1及び2に示す該切り換え制御部16は本図に示
すように該エンジン1に回転数の変化をdSr/dtと
して求め、この値が所定値kよりも大きい場合には該ス
イッチ75によりそのa側に該適応型フィルタ76を切
り換え端子a側に接続し、この値がkよりも小さいとき
には該スイッチ75によりそのb側に接続して該適応型
フィルタ76を該加算器79に接続する。これにより低
速度であるいは高速度で一定速度で走行しているときに
は処理のために遅れ時間が許容されかつ騒音に変化が小
さいので該適応型フィルタ76はフィードバック系の被
制御信号を入力し現実に近いものを用いて精度を向上す
る。さらに速度可変時には処理のために遅れ時間が許容
されないが騒音の変化が大きいので該適応型フィルタ7
6は現実の信号から多少離れているが遅延の少ない被制
御信号を用いて精度の向上を図る。
【0021】なお、該スイッチ75がa端側に接続され
るときは、[数1]における収束定数αをb端側に接続
されたときよりも大きくするとさらに収束時間が速くな
り時間遅れがなくなり、該スイッチ75がb端側に接続
されるときは収束時間を長くとれ精度がさらに向上す
る。また、変速機のポジションによるスイッチ75の切
り換え制御とエンジン1の回転数の変化に基づくスイッ
チ75の切り換え制御とはいずれか一方づつ個別に行わ
れてもよく、さらに変速機制御部6は単にシフトレバー
の位置を提出することにより変速機のポジションの状態
を示す信号を出力するようなものでもよく、特に自動変
速機に限定されるものでない。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、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(76)を有する騒音制御装置において、エンジ
ン回転数が激しく変化する場合には時間遅れが小さいが
多少実際の信号から離れている信号を被制御信号とし、
エンジン回転数の変化が小さい場合には時間遅れが比較
的大きいが実際の信号に近い信号を被制御信号とするよ
うにしたので、該適応型フィルタ76の処理精度を向上
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る騒音制御装置を示
す図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係る騒音制御装置を示
す図である。
【図3】図2の高調波発生部を示す図である。
【図4】図3の可変発振器のエンジン回転数と騒音周波
数の関係を示す図である。
【図5】図1及び2のプリフィルタ及び適応型フィルタ
の構成を示す図である。
【図6】変速機の状態から図1及び2のスイッチ75を
切り換える動作を説明する図である。
【図7】エンジンの回転数の変化に伴う図1及び2のス
イッチ75の切り換え動作を説明する図である。
【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 6・・・変速機制御部 7・・・補償信号形成部 11・・・スピーカ 12・・・マイクロフォン 15・・・アナログ/ディジタル変換器 16・・・速度変化検出部 71・・・高調波形成部 72・・・プリフィルタ 73・・・係数メモリ 74・・・初期設定回路 75・・・スイッチ 76・・・適応型フィルタ 77・・・最小化部 78・・・伝達特性形成部 79・・・加算器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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(76)を有する騒音制御装置
    において、 該適応型フィルタ(76)の出力信号である補償信号に
    該誤差信号を合成して該適応型フィルタ(76)の入力
    信号を形成するために伝達特性を形成する伝達特性形成
    部(78)と、 該誤差信号と該伝達特性形成部(78)との信号を合成
    する加算器(79)と、 該適応型フィルタ(76)の入力信号としてエンジン
    (1)の回転数を示す信号又はエンジン(1)の点火タ
    イミングを示す信号と該加算器(79)との出力信号を
    択一的に選択するスイッチ(75)とを備え、 変速機のポジションが該エンジン(1)に負荷を与えな
    い状態の場合には該スイッチ(75)により該適応型フ
    ィルタ(76)に該エンジン(1)の回転数を示す信号
    又はエンジン(1)の点火タイミングを示す信号を与
    え、変速機のポジションが該エンジン(1)に負荷を与
    える状態の場合には該スイッチ(75)により該適応型
    フィルタ(76)に該加算器(79)の出力信号を与え
    ることを特徴とする騒音制御装置。
  2. 【請求項2】 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(76)を有する騒音制御装置
    において、 該適応型フィルタ(76)の出力信号である補償信号に
    該誤差信号を合成して該適応型フィルタ(76)の入力
    信号を形成するために伝達特性を形成する伝達特性形成
    部(78)と、 該誤差信号と該伝達特性形成部(78)との信号を合成
    する加算器(79)と、 該適応型フィルタ(76)の入力信号としてエンジン
    (1)の回転数を示す信号又はエンジン(1)の点火タ
    イミングを示す信号と該加算器(79)との出力信号を
    択一的に選択するスイッチ(75)とを備え、 該エンジン(1)の回転数の変化が所定値より大きい場
    合には該スイッチ(75)により該適応型フィルタ(7
    6)に該エンジン(1)の回転数を示す信号又は該エン
    ジン(1)の点火タイミングを示す信号を与え、該エン
    ジン(1)の回転数の変化が所定値より小さい場合には
    該スイッチ(75)により該適応型フィルタ(76)に
    該加算器(79)の出力信号を与えることを特徴とする
    騒音制御装置。
  3. 【請求項3】 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(76)を有する騒音制御装置
    において、 エンジン(1)の回転数を示す信号又はエンジン(1)
    の点火タイミングを示す信号から騒音の高調波形成部
    (71)と、 該適応型フィルタ(76)の出力信号である補償信号に
    該誤差信号を合成して該適応型フィルタ(76)の入力
    信号を形成するために伝達特性を形成する伝達特性形成
    部(78)と、 該誤差信号と該伝達特性形成部(78)との信号を合成
    する加算器(79)と、 該適応型フィルタ(76)の入力信号としてエンジン
    (1)の回転数を示す信号又はエンジン(1)の点火タ
    イミングを示す信号と該加算器(79)との出力信号を
    択一的に選択するスイッチ(75)とを備え、 該エンジン(1)の回転数の変化が所定値より大きい場
    合には該スイッチ(75)により該適応型フィルタ(7
    6)と該高調波形成部(71)を接続させ、該エンジン
    (1)の回転数の変化所定値よりも小さい場合には該ス
    イッチ(75)により該適応型フィルタ(76)と該加
    算器(79)を接続させる請求項1記載の騒音制御装
    置。
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