JPH0527781A - 車室内騒音の騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車室内のエンジンこもり音の適応能動消音制
御において、制御系の安定性を高め、発散の防止を図
る。 【構成】 各回転数でのエンジン加振力に対する振動騒
音の位相遅れ角を予め求めておき、ＲＯＭ３ａに格納し
ておく。そして、エンジン回転数に応じてフィルタリン
グされる基準信号の位相を、ＲＯＭ３ａのデータにて遅
れ補正し、二次音出力信号１０３を生成し、これによ
り、スピーカ６から二次音を発生させ、この二次音をこ
もり音に干渉させることで、消音を図る。これにより、
エンジン回転数の急激な変化にも拘らず、こもり音の位
相と二次音の位相とが急に離れてしまうことはなくな
り、騒音の増大つまり発散が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車車室内にこもる騒
音に対し同振幅，逆位相の二次音を発生させこれを騒音
に干渉させることで能動的に騒音を低減させる騒音低減
装置に係り、特に、二次音の逆位相関係からのずれによ
る騒音の増大を回避するのに好適な車室内騒音の騒音低
減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車室内騒音の低減装置として、例
えば特表平１−５０１３４４号公報記載のものが知られ
ている。この従来技術にかかる騒音低減装置は、騒音低
減の対象となる閉空間（車室）に配置された複数のラウ
ドスピ−カと、この閉空間内の所定位置の音圧を測定す
るマイクロフォンと、エンジンの回転に同期した信号を
生成する基準信号発生器と、閉空間内の音圧レベルを最
小にするように最急降下法の一種である最小平均自乗ア
ルゴリズム（以下、ＬＭＳアルゴリズムと呼ぶ。ＬＭＳ
アルゴリズムの詳細は、文献「ア・マルチプル・エラー
・ＬＭＳアルゴリズム・アンド・イッツ・アプリケーシ
ョン・トゥー・ザ・アクティブ・コントロール・オブ・
サウンド・アンド・バイブレーション（A Multiple Err
or LMS Algorithm and Its Application to the Active
Control of Sound and Vibration）」（IEEE Transact
ions on Acoustics, Speach, and Signal Processing,
Vol. ASSP-35, No.10, October, 1987掲載）に詳しく述
べられているので、ここでは省略する。）により各ラウ
ドスピ−カに駆動信号を出力する適応形フィルタを用い
て適応信号処理を行う制御回路とを備え、複数のマイク
ロフォン配置位置にて検出される各音圧レベルの総和が
最小となるように、ラウドスピーカから発生される二次
音（騒音に対し同振幅，逆位相となるように生成された
音）が制御される。

【０００３】基準信号発生器は、エンジン回転に同期し
た周波数（例えば４気筒エンジンなら回転数の２倍の周
波数）の正弦波を生成し、適応フィルタはこの正弦波の
位相と振幅を調整して、マイクロフォンが検出する音圧
レベルが最小になるように二次音を生成し、ＬＭＳアル
ゴリズムは、予め同定した車室内の空間音響伝達関数を
用いて、そのときの適応フィルタの係数が最適となるよ
うに動作する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した適応制御方式
が有効であるためには、つまり生成した二次音にてこも
り音を低減させるには、制御系の適応時間に対して制御
対象である音場の変化が比較的緩やかであることが前提
となっている。制御系は、エンジン回転数に同期した基
準信号を用いているので、エンジン回転数の変化による
入力信号つまりこもり音の周波数変化には十分追従でき
る。しかし、入力の振幅と位相の変化、特に位相の急激
な変化に対しては、そのロバスト性は必ずしも保証され
ない。このため、二次音がこもり音に対し逆位相関係か
らずれることがあり、ずれた場合には、二次音発生によ
りかえって騒音が増大してしまうという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、二次音の位相とこもり音
の位相の関係が逆位相からずれることのない車室内騒音
の騒音低減装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、車室内の騒
音を検出する騒音検出手段と、車室内の騒音に干渉させ
て消音を図る二次音を出力する二次音出力手段と、エン
ジンのクランク軸の回転に同期した回転信号から所要周
波数の基準信号を生成する基準信号生成手段と、評価関
数を最小にするように基準信号をフィルタリングして前
記二次音出力手段に送出する二次音信号を適応的に決定
する適応信号処理手段とを備える車室内騒音の騒音低減
装置であって、エンジン加振力により車室内に伝搬され
る振動若しくは車室内騒音の各エンジン回転数毎の位相
遅れ角デ−タを予め格納した記憶手段と、エンジン回転
数に応じた位相遅れ角データを前記記憶手段から読み出
し当該位相遅れ角データに相当する遅延時間分だけ前記
基準信号を遅延させる位相補正手段とを設けることで、
達成される。

【０００７】

【作用】エンジン回転数が変化してこもり音の位相と二
次音の基礎となる基準信号との位相が離れるとき、基準
信号の位相を記憶手段の格納データに基づいて変化させ
るので、こもり音と二次音の位相が急に離れることがな
くなる。従って、こもり音と二次音の逆位相関係が保た
れ、二次音発生によりかえって騒音が増大してしまうと
いうことがなくなる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【０００９】自動車の車室にこもるこもり音の位相は、
エンジン回転数に応じて大きく変化する。こもり音と
は、エンジンの回転に伴う燃焼ガス圧力の変化や、クラ
ンクシャフトの不釣合慣性力などに起因して起こる振動
が車室内に伝搬して発生する騒音である。即ち、エンジ
ンが加振源となって、車体の特定部分を振動させること
により発生する振動騒音である。この振動の振る舞いに
ついてごく簡単にモデル化すると次式で表すことができ
る。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここで、ｍ，ｃ，ｋは、各々、振動する部
分の質量，減衰係数，バネ定数を表している。この振動
系は、エンジンの周期的加振力：ｆ（ｔ）＝ｆ0ｃｏｓ
（２ωｔ）（但し、ωはエンジン回転数であり、回転２
次振動の場合の例である。）で加振される強制振動の式
で表されており、振動変位ｕは上記の数式１の解として
次式２で示される。

【００１２】

【数２】

【００１３】即ち、振動変位ｕ（ｔ）には、加振力ｆ
（ｔ）に対して位相遅れ角γが存在する。位相遅れ角γ
は、周波数の増大と共に大きくなり、振動系の共振点ω
0（数式２の位相遅れ角γの式の分母を０とするωの
値）でπ／２となり、更に周波数が大きくなるとπの大
きさに近づいていく。また、減衰係数ｃが小さいと、位
相遅れ角γは共振点ω0を境に急激に変化する性質を持
つ（ｃ＝０のとき、ω0で０→πと不連続変化する）。

【００１４】さらにまた、こもり音を発生させる振動源
は様々あり、エンジンによる加振力は異なるｍ，ｃ，ｋ
を持つ各振動部位を加振させ、周波数は等しいものの振
幅，位相の異なる振動が伝搬されて車室内騒音となる。
マイクロフォンにはこれらが全て合成されたものが入力
される。この合成された位相遅れ角γは、周波数により
複雑に変化する。例えば、２つの振動変位、ｕ1＝Ｕ1
（ω）ｃｏｓ（２ωｔ−γ1）及びｕ2＝Ｕ2（ω）ｃｏ
ｓ（２ωｔ−γ2）（振幅Ｕ1、Ｕ2の形は上記の数式２
における振幅の式の形で表される）の合成変位は次式３
で表される。

【００１５】

【数３】

【００１６】振動変位つまり車室内騒音の位相は、エン
ジン回転数に応じて変動するのに対して、エンジン回転
基準信号は、加振力の位相に同期していると考えられ
る。このことは、車両の振動伝達特性によっては、ある
エンジン回転数領域でマイクロフォンに入力される騒音
信号の位相が急激に変化しうることを示唆している。こ
のような場合、ＬＭＳアルゴリズムに基づく適応信号処
理が収束できず、このために制御系が発散してしまうと
いう不具合がある。

【００１７】そこで、本発明実施例では、上記不具合を
解決するため、次のような技術的手段を提供する。即
ち、エンジン回転数に応じた車両の振動伝達特性を予め
同定しておき、車室内に配置された各マイクロフォンに
入力される騒音信号のエンジン加振力に対する位相遅れ
角を求めておく。そして、基準信号発生器によって生成
される正弦波の位相をエンジン回転数に応じて位相遅れ
角分だけ遅らせる。或いはまた、適応フィルタのフィル
タ係数を、ＬＭＳアルゴリズムによる適応修正とは別
に、回転数によっても修正を加えることで、対処する。
これにより、予め求めておいた位相遅れ角分だけ基準信
号を位相補正した二次音を発生させることができ、この
二次音出力（即ちスピーカ出力）の位相は、エンジンの
回転数が変化してもマイクロフォンに入力される騒音位
相から急に離れるようなことはない。従って、エンジン
回転数変化に対するＬＭＳアルゴリズムによる適応修正
動作を最小にしかつ安定に実行させることができる。

【００１８】次に、本発明実施例の具体例を説明する。
図１は、車室内騒音を低減する装置の全体構成図であ
る。同図には、車室内の騒音を４個のマイクロフォン４
で検出し、２個のスピ−カ５で消音制御のための音（二
次音）を発生するシステムが描かれている。エンジン１
が回転すると、図示しないタコジェネレ−タ，クランク
角センサなどから得た回転信号１０１が、騒音低減装置
のマイクロプロセッサ３に入力される。また、マイクロ
プロセッサ３には、マイクロフォン４で得られた音圧信
号１０２も入力される。マイクロプロセッサ３は、プロ
グラムされたソフトウェアに従い、回転信号１０１をも
とにエンジン回転数の２倍の周波数を持つ正弦波（基準
信号１００）を生成し、各音圧信号１０２（４個ある）
の二乗の総和が最小になるように、スピ−カ５への出力
信号１０３（２個）の制御を実行する。出力信号１０３
は、Ｄ／Ａ変換された後にパワ−アンプ６を介してスピ
−カから二次音として出力される。生成された基準信号
１００をフィルタリングして出力信号１０３を作り出す
とき、２個のフィルタ係数は、評価関数（本実施例で
は、音圧二乗の総和）が最小になるように、ＬＭＳアル
ゴリズムにより逐次適応修正される。

【００１９】このとき、フィルタリングされる基準信号
１００は、フィルタされる前の段階で、エンジン回転数
に応じて位相遅れ角に相当する遅れ時間だけ遅延させら
れる。本実施例では、位相遅れ角に関する情報は、マイ
クロプロセッサ３内のＲＯＭ３aに予めセットされてい
る。図２はこの遅延処理の流れを説明した図である。即
ち、エンジン回転信号１０１のクランク１回転分を計時
して回転数を求め、その時の位相遅れ角をＲＯＭを参照
して読み出す。この時の遅れ時間は同図に示す関係式か
ら容易に算出できる（あるいは予め遅延時間に直してＲ
ＯＭ内に記憶しておいても良い）。そして、この遅延さ
れた基準信号１１０に対してフィルタリング操作を施
し、二次音信号１０３としてスピーカに出力する。

【００２０】車両の振動伝達特性は、窓の開閉や乗車員
数，経時変化などにより変動することが考えられる。そ
こで、これらに対応していくつかの位相遅れ角デ−タを
用意しておき、状況によりこれらの中から最適な位相遅
れ角データを選択し使用するようにしてもよい。また、
この位相補正は、本来のＬＭＳアルゴリズムによる適応
信号処理の学習時間を早くし発散しないようにするため
の補助的手段であるから、ＲＯＭデ−タとして固定せず
に、実際の車両での制御の状態に応じて時々刻々変えて
いくこともできる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンの回転数変化
に対する適応学習時間を最小にできるので、車両内の乗
員が不快に感じる騒音を安定して消音できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る騒音低減装置の全体構
成図である。

【図２】位相遅延処理の手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１…エンジン、２…能動消音装置、３…マイクロプロセ
ッサ、３ａ…ＲＯＭ、４…マイクロフォン、５…スピ−
カ、６…パワ−アンプ、１００…基準信号、１０１…エ
ンジン回転信号、１０２…音圧信号、１０３…出力信
号、１１０…遅延された基準信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 憲治 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 長谷川 聡 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車 株式会社内 (72)発明者 五十嵐 理 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車 株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 車室内の騒音を検出する騒音検出手段
   と、車室内の騒音に干渉させて消音を図る二次音を出力
   する二次音出力手段と、エンジンのクランク軸の回転に
   同期した回転信号から所要周波数の基準信号を生成する
   基準信号生成手段と、評価関数を最小にするように基準
   信号をフィルタリングして前記二次音出力手段に送出す
   る二次音信号を適応的に決定する適応信号処理手段とを
   備える車室内騒音の騒音低減装置であって、エンジン加
   振力により車室内に伝搬される振動若しくは車室内騒音
   の各エンジン回転数毎の位相遅れ角デ−タを予め格納し
   た記憶手段と、エンジン回転数に応じた位相遅れ角デー
   タを前記記憶手段から読み出し当該位相遅れ角データに
   相当する遅延時間分だけ前記基準信号を遅延させる位相
   補正手段とを設けたことを特徴とする車室内騒音の騒音
   低減装置。