JPH05127681A - 車室内騒音の低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 毎回同定する煩わしさが無く制御が発振しな
い車室内騒音の低減装置を実現することを目的とする。 【構成】 キースイッチがオンになったときホワイトノ
イズによりスピーカ−マイク間の空間伝達特性を初期同
定し更に通常同定モードで基準信号により車体の振動系
を含めた車室内空間伝達系の伝達特性に対する逆伝達特
性を同定すると共に該通常同定モードで用いる適応フィ
ルタのフィルタ係数に応じて該空間伝達特性を修正する
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明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爆発に
よる回転次数成分等によるものと考えられており、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３に示されている。

【０００３】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
ジン振動センサ又はエンジン回転数センサ、１３は車室
１０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１
０内のシートである。

【０００４】また、２は、車両１内に設置されセンサ１
２及びマイク１３の出力によりエンジンの振動で励起さ
れる車体の振動系を含む車室内空間伝達系の伝達特性の
逆伝達特性を同定するコントローラで、センサ１２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２
１と、このＡ／Ｄ変換器２１のディジタル出力信号に対
して予め測定したスピーカ−マイク間の空間伝達特性Ｇ
Ｄを与えるフィルタ２２と、このフィルタ２２の出力信
号を基準信号として入力する適応フィルタ２３と、適応
フィルタ２３の出力信号をアナログ信号に変換するＤ／
Ａ変換器２４と、このアナログ信号をオン／オフするス
イッチ２５と、このスイッチ２５の出力信号を増幅して
スピーカ１４に与える電力増幅器２５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に制御信号として与えるＡ／Ｄ変換器２７と、ホワ
イトノイズ源３１と、このホワイトノイズ源２７からの
ホワイトノイズをオン／オフするスイッチ３２と、スイ
ッチ３２からのディジタル信号をアナログ信号に変換し
て電力増幅器２５を介してスピーカ１４に与えるＤ／Ａ
変換器３４と、キースイッチ１６のオン／オフに基づい
てスイッチ２５，３２を制御するタイマ３５とで構成さ
れている。

【０００５】このような図３の構成の動作においては、
図４の初期同定モードと図５の通常同定モードとに分け
ることができ、キースイッチ１６がオンになるとタイマ
３５が一定期間だけスイッチ３２をオンにすると共にス
イッチ２５をオフにして図４の初期同定モードに入り、
この一定期間が経過した後は最新の適応フィルタ３３の
タップ係数をフィルタ２２に空間伝達関数ＧＤとして複
写すると共にタイマ３５が今度はスイッチ３２をオフに
し且つスイッチ２５をオンにすることにより図５の通常
同定モードに移行する。

【０００６】まず図４の初期同定モードについて説明す
ると、車両により車室内のスピーカ−マイク間の距離や
車両環境の気圧・気温・湿度等が異なっており、それぞ
れのスピーカ−マイク間の伝達遅れを考慮しないと動作
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を求めるため、図４に示したシステ
ムでは、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３１から発生されるディジタル信号のホワイトノ
イズをＤ／Ａ変換器３４と増幅器２６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３３を制御する。

【０００７】図６には、上記の適応フィルタ３３の構成
例が示されており、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、ＬＭＳ法を用いると次のようになる。

【０００８】即ち、Ｚ^-1は入力信号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Ｌ
ＭＳアルゴリズム、即ち、 ｈ(n+1)=ｈ(n) ＋２μｅ(n) Ｘ(n) に従ってサンプル毎に更新される。但し、ｎ＝０…ｉ，
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
ンプルの入力信号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。

【０００９】そして、このスピーカ出力ｙ(n) を、車室
１０を経由してマイク１３に伝達することによりマイク
１３からは車室１０によって減衰された成分Ｙ(n) だけ
減少した誤差成分ｅ(n) ＝Ｙ(n) −ｙ(n) が発生され、
これをＬＭＳアルゴリズムによりマイク出力ｅ(n) を最
小値に収束させるようにフィルタ係数をサンプル毎に更
新すれば、車室内空間伝達系の特性ＧＤを同定すること
ができる。

【００１０】このようにして車室内空間伝達系の特性Ｇ
Ｄを実際に測定して得たので、図５に示す通常同定モー
ドの適応制御では、スピーカ１４からマイク１３までの
空間伝達特性ＧＤとエンジンマウントからスピーカ１４
までの伝達系の伝達特性ＧＣとから成るエンジンマウン
トからマイク１３までの伝達特性ＧＰはＧＰ＝ＧＤ＋Ｇ
Ｃとなり、従ってタイマ３５で設定された一定時間が経
過した後は残りの伝達特性ＧＣのみを図５における適応
フィルタ２３で同定することになる。

【００１１】尚、この図５の適応制御の場合には、入力
信号は振動センサ１２からのエンジン振動成分Ｘ(n) と
なり、成分Ｙ(n) は座席における乗員の耳元騒音に対応
することとなる。

【００１２】このようにして、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２２は適応フィ
ルタ３３で求めたフィルタ係数ｈ１…ｈｎが与えられる
ことにより図７に示すような固定のフィルタ構成とな
り、これを適応フィルタ２３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、エンジン回転数変化に
伴う周波数変化に追従し、エンジン振動から車室内騒音
となる振動伝達系の特性変化に追従し、更には乗員の人
数によって変化する伝達特性に追従することとなり、収
束度が向上し、残留騒音の低減効果も向上する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにして求め
る空間の伝達特性は、音波の大気中の伝達速度ｖが、 ｖ＝331.5 ＋（１＋ｔ／273)^1/2 ≒331.5 ＋0.6 ｔ で表され、温度ｔに大きく依存することが理論的・実験
的に確かめられている。

【００１４】特に車室内では一日の運転状況でも大きく
温度変化が生じる場合があり、例えば真夏の炎天下では
車室内温度は６０〜７０°Ｃ前後にも及び、一方、車室
内の冷房を効かせると車室内温度は２０〜３０°Ｃにな
り、その差（絶対値）は３０〜５０°Ｃになってしま
う。また、寒冷地では車室内の温度はマイナス数１０°
Ｃになりヒーターを効かせると２０°Ｃ前後になり、こ
の場合にもその差（絶対値）が３０〜４０°Ｃになって
しまう。

【００１５】一方、上記に述べた車室内の伝達特性の測
定はエンジンの始動後の一定時間内で行っているが、エ
ンジンの始動直後と車室内温度が一定になる状況では大
きく伝達特性が異なってしまい（図８(a) 及び(b) 参
照）、この伝達特性の変化分に対応させなければなら
ず、これに対する処置を採らないと通常同定モードで動
作するメイン制御系の適応フィルタ２３がその伝達特性
変化分を吸収しなければならない。

【００１６】即ち、エンジン始動直後の温度ｔ１°Ｃの
ときのスピーカ−マイク間の空間伝達特性をＡとし、定
常状態の温度状態ｔ２°Ｃのときの空間伝達特性をＢと
すると、実際に車室内温度及びこれに対応するエンジン
温度が定常状態になったときの空間の伝達特性Ｂで制御
すると、Ｂ−Ａの特性を適応フィルタ２３によるメイン
制御系で適応制御させることとなり、以下の問題点が生
ずることとなる。 空間の伝達特性を正確に同定できないと制御精度の悪
化を招く。メイン制御系での適応領域には限界があ
り、これを越えると発振等の異常現象が発生する。 この同定作業は或る程度時間が掛かりキースイッチを
オンにする度に実行されてしまい頻度が増すと煩わしさ
を感じる。

【００１７】従って、本発明は、毎回同定する煩わしさ
が無く制御が発振しない車室内騒音の低減装置を実現す
ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明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、キ
ースイッチのオン信号によりホワイトノイズにより初期
同定モードで同定したスピーカ−マイク間の空間伝達特
性を用いて通常同定モードで該基準信号により車体の振
動系を含めた車室内空間伝達系の伝達特性に対する逆伝
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、該通常同定モ
ードで用いる適応フィルタのフィルタ係数に応じて該空
間伝達特性を修正する判定部とを設けたものである。

【００１９】

【作用】本発明では、まず運転者がキースイッチを入れ
たとき、コントローラはホワイトノイズにより初期同定
モードでスピーカ−マイク間の空間伝達特性を測定した
後、この空間伝達特性を用いて通常同定モードでエンジ
ンの回転に同期した基準信号により車体の振動系を含め
た車室内空間伝達系の伝達特性に対する逆伝達特性を同
定し該マイクの入力が最小になるようにスピーカを制御
する。

【００２０】このような場合において、判定部は通常同
定モードで用いる適応フィルタのフィルタ係数を監視し
ており、このフィルタ係数（伝達特性）が所望の範囲内
の値になるように該初期同定モードで得た空間伝達特性
を修正する。

【００２１】これにより、通常同定モードで用いる適応
フィルタでは、初期同定モードで用いる空間伝達特性の
変化分を補償しなくてもよくなるので、正常な形で適応
制御が実現でき、制御精度が向上する。

【００２２】

【実施例】図１は、本発明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、図３の従
来例と比べて判定部３６を設け、メイン制御系における
適応フィルタ２３のタップ係数を常に監視し、それに応
じて初期同定系の適応フィルタ３３のタップ係数として
与えられているフィルタ２２の空間伝達特性ＧＤを修正
するようにしている。

【００２３】図２は図１に示した車室内騒音の低減装置
を概念的に示したもので、図２(a)に示すように、まず
運転者が図１に示したキースイッチ１６を入れたとき、
コントローラ２はホワイトノイズ源３１からのホワイト
ノイズにより初期同定系Ｃ（図４参照）によりスピーカ
１４−マイク１３間の空間伝達特性ＧＤを測定した後、
この空間伝達特性ＧＤを用いてエンジン１１の回転に同
期した基準信号により車体の振動系を含めた車室内空間
伝達系の伝達特性に対する逆伝達特性をメイン制御系Ｍ
（図５参照）で同定しマイク１３の入力が最小になるよ
うにスピーカ１４を制御する。

【００２４】このようなコントローラ２の制御系におい
て、理想的には図２(b) に示すように初期同定して得ら
れた空間伝達特性（初期同定系の適応フィルタ３３のタ
ップ係数）ＧＤがその最大値から最小値（これはインパ
ルス応答の最適値として実験により求めることができ
る）の間の丁度中間位置に有り、この空間伝達特性ＧＤ
のフィルタ２２（図７参照）を用いて通常の同定を行う
メイン制御系Ｍの適応フィルタ２３のタップ係数がやは
りその最大値から最小値までの中間の所定範囲内に存在
することである。

【００２５】しかしながら、車室内の温度変化等により
初期同定系Ｃの適応フィルタ３３の空間伝達特性ＧＤが
同図(c) に示すように初期同定値から大きく最大値側に
変化したとき、この空間伝達特性ＧＤを再同定してフィ
ルタ２２に与えない限り初期同定値のままでメイン制御
系Ｍが適応制御しその変化分を吸収しようとするので、
適応制御範囲外まで逸脱してしまう結果、制御系が発振
する異常現象や適応制御が収束しないというような事態
が生ずる。

【００２６】そこで、本発明の実施例では、同図(d) に
示すように、メイン制御系Ｍの適応フィルタ２３のタッ
プ係数を判定部３６が監視し、例えば制御範囲又は
のような状態であれば、これを判定部３６が検出してフ
ィルタ２２のタップ係数を初期値からに修正し、最
終的にはのタップ係数によりメイン制御系Ｍの適応フ
ィルタ２３のタップ係数も範囲に入るように制御を行
う。

【００２７】尚、判定部３６の判定動作は毎サンプルで
なくとも良く数１０、数１００サイクル毎に行ってもよ
い。

【００２８】このようにしてメイン制御系Ｍでは、空間
伝達特性ＧＤの変化分を補償しなくてもよくなるので、
正常な形で適応制御が実現でき、制御精度が向上する。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る車室内騒音
の低減装置では、キースイッチがオンになったときホワ
イトノイズによりスピーカ−マイク間の空間伝達特性を
初期同定し更に通常同定モードで基準信号により車体の
振動系を含めた車室内空間伝達系の伝達特性に対する逆
伝達特性を同定すると共に該通常同定モードで用いる適
応フィルタのフィルタ係数に応じて該空間伝達特性を修
正するように構成したので、車両の環境温度変化による
空間伝達特性の変動があってもこれを一々初期同定動作
を行わなくても等価的に毎回初期同定を行ったのと同様
の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明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】本発明に係る車室内騒音の低減装置の動作を説
明するための図である。

【図３】従来の車室内騒音の低減装置の構成例を示した
ブロック図である。

【図４】初期同定モードにおいてスピーカ−マイク間の
空間伝達特性を測定するための構成を示すブロック図で
ある。

【図５】通常同定モードにおいて車体の振動系を含めた
車室内空間伝達系の伝達特性に対する逆伝達特性を測定
するための構成を示すブロック図である。

【図６】本発明及び従来例における車室内騒音の低減装
置に用いられる適応フィルタの構成を示したブロック図
である。

【図７】初期同定によって得られたフィルタ係数を有す
るフィルタの構成を示したブロック図である。

【図８】温度による伝達特性の変化を示したグラフ図で
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 マイク １４ スピーカ １６ キースイッチ ２２ フィルタ ２３，３３ 適応フィルタ ３１ ホワイトノイズ源 ３６ 判定部 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)発明者 山口 一美 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社トラ ンストロン藤沢事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、キースイッチのオン信号によりホ
   ワイトノイズにより初期同定モードで同定したスピーカ
   −マイク間の空間伝達特性を用いて通常同定モードで該
   基準信号により車体の振動系を含めた車室内空間伝達系
   の伝達特性に対する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、該通常同定モードで用いる適応フィルタのフ
   ィルタ係数に応じて該空間伝達特性を修正する判定部と
   を設けたことを特徴とする車室内騒音の低減装置。