JPH05307393A - 能動型騒音制御装置 - Google Patents

能動型騒音制御装置

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JPH05307393A
JPH05307393A JP4110500A JP11050092A JPH05307393A JP H05307393 A JPH05307393 A JP H05307393A JP 4110500 A JP4110500 A JP 4110500A JP 11050092 A JP11050092 A JP 11050092A JP H05307393 A JPH05307393 A JP H05307393A
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coherence
control
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filter
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Yoshiharu Nakaji
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  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】低減を図る騒音以外のノイズ成分が、騒音低減
制御に与える影響を除去できるようにする。 【構成】騒音の発生状態を表す基準信号xk 及び残留騒
音信号el 間のコヒーレンスγ2 (f)を演算するコヒ
ーレンス演算部12と、基準信号xk から駆動信号ym
を生成する適応ディジタルフィルタWkmのフィルタ係数
を更新するフィルタ係数更新部11の処理内容をコヒー
レンスγ2 (f)に基づいて適宜調整する処理内容調整
部13とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、騒音源から伝達され
る騒音に制御音源から発せられる制御音を干渉させるこ
とにより騒音の低減を図る能動型騒音制御装置に関し、
特に、低減を図る騒音以外のノイズ成分が騒音低減制御
に与える影響を除去することにより、良好な騒音低減制
御を行えるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】従来の能動型騒音制御装置として、英国
特許GBP2149614号や特公表1−501344
号公報等に記載のものがある。これら従来の装置は、例
えば航空機の客室等の閉空間に適用される騒音低減装置
であって、そのような閉空間内の複数の位置に設置され
音圧を検出するマイクロフォンと、その閉空間に制御音
を発生する複数のラウドスピーカとを備え、騒音源の騒
音発生状態を基準信号として検出し、マイクロフォンが
検出した空間内の騒音及び基準信号に基づいて所定の演
算処理を実行して、閉空間に伝達される騒音と逆位相の
制御音が発せられるようにラウドスピーカを駆動する信
号を生成している。
【0003】そして、その駆動信号の生成方法として、
上記特許の明細書では、MULTIPLE ERROR FILTERED X LM
S ALGORITHM (S.J.ELLIOTT他、“A Multip
le Error LMS Algorithm and Its Application to The
Active Control of Sound and Vibration ”,IEEE Tra
ns.Acoust.,Speech,Signal Prosessing ,vol ,AS
SP−35,pp.1423−1434,1987参照)を説明している。
【0004】また、上記以外の従来の能動型騒音制御装
置として、米国特許USP4490841号に記載のも
のがあり、これは、ラウドスピーカを駆動させる信号を
周波数領域で生成する点に特徴がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の能動型騒音制御装置にあっては、基準信
号と相関のない騒音成分がマイクロフォンに混入した場
合に、その相関のない騒音成分の影響によって良好な騒
音低減効果が得られず、場合によっては制御が不安定に
なるおそれがある。
【0006】このような不具合に対する従来の解決策と
して、本出願人が先に提案した特願平3−171991
号明細書,特願平3−220684号明細書記載の技術
や、R.W.HARRIS等が提案した計算方法(“ A
Variable Step(VS) Adaptive Filter Algorithm”,
IEEE Trans.Acoust.,Speech,Signal Prosessing,v
ol .ASSP−34,pp.309 −316 ,1986”参照)等が
あるが、いずれの技術も特に周波数領域を考慮していな
いため、制御の安定化や収束時間の短縮化は望めるもの
の、基準信号に相関のない騒音が特定の周波数領域に発
生した場合にその特定の周波数領域にだけ対応させた制
御を行うことはできない。
【0007】本発明はこのような従来の技術が有する未
解決の課題に着目してなされたものであって、基準信号
と相関のない騒音が制御空間内に存在する条件下におい
ても、良好な騒音低減制御が行える能動型騒音制御装置
を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明である能動型騒音制御装置は、
騒音源から騒音が伝達される空間に制御音を発生可能な
制御音源と、前記騒音源の騒音発生状態を検出し基準信
号として出力する騒音発生状態検出手段と、前記空間内
の所定位置における残留騒音を検出する残留騒音検出手
段と、前記基準信号及び前記残留騒音に基づいて前記空
間内の騒音が低減するように前記制御音源を駆動させる
能動制御手段と、前記基準信号及び前記残留騒音のコヒ
ーレンスを求めるコヒーレンス演算手段と、このコヒー
レンス演算手段が求めたコヒーレンスに応じて前記能動
制御手段の処理内容を調整する処理内容調整手段と、を
備えた。
【0009】また、請求項2記載の発明は、上記請求項
1記載の発明において、能動制御手段は、逐次近似型ア
ルゴリズムに基づいて制御音源を駆動する信号を生成
し、処理内容調整手段は、コヒーレンスに応じて前記逐
次近似型アルゴリズムの近似速度に関与する制御変数を
調整する。さらに、請求項3記載の発明は、上記請求項
1記載の発明において、処理内容調整手段は、基準信号
及び残留騒音の内の少なくとも一方に対して設けられた
通過特性可変のフィルタと、コヒーレンスに応じて前記
フィルタの通過特性を調整する通過特性調整手段と、を
有する。
【0010】
【作用】請求項1記載の発明にあっては、騒音発生状態
検出手段が検出した基準信号と、残留騒音検出手段が検
出した残留騒音とに基づいて、能動制御手段が、空間内
の騒音が低減するように制御音源を駆動させるから、そ
の制御音源から発せられる制御音によって騒音源から空
間に伝達される騒音が相殺され、空間内の騒音の低減が
図られる。
【0011】そして、コヒーレンス演算手段が基準信号
と残留騒音とのコヒーレンスを求めるが、コヒーレンス
は二つの変動現象の各周波数成分ごとの線形依存の程度
を表すものであるから、コヒーレンス演算手段によって
求められたコヒーレンスは、基準信号と残留騒音との各
周波数成分ごとの線形依存の程度を表している。従っ
て、処理内容調整手段が、コヒーレンス演算手段が求め
たコヒーレンスに応じて能動制御手段の処理内容を調整
すると、基準信号と残留騒音との各周波数成分ごとの線
形依存の程度が能動制御手段の処理内容に反映すること
になる。
【0012】そこで、請求項2記載の発明のように、能
動制御手段がLMSアルゴリズムのような逐次近似型ア
ルゴリズムに基づいて制御音源を駆動する信号を生成す
る構成である場合に、処理内容調整手段がコヒーレンス
に応じて逐次近似型アルゴリズムの近似速度に関与する
制御変数(LMSアルゴリズムであれば、収束係数)を
調整する構成であると、かかる制御変数が大きいほど制
御が不安定になり易いことから、例えばコヒーレンスが
小さい場合に制御変数を小さくするという調整を行え
ば、基準信号と相関のない騒音成分のレベルが低い状況
においてはその制御変数が大きくなって収束時間の短縮
化が図られるとともに、そのような騒音成分のレベルが
高い状況においてはその制御変数が小さくなって制御の
不安定化が避けられる。
【0013】また、請求項3記載の発明であれば、通過
特性調整手段が、基準信号及び残留騒音の内の少なくと
も一方に対して設けられたフィルタの通過特性を、基準
信号及び残留騒音のコヒーレンスに応じて調整するた
め、例えばコヒーレンスをそのまま通過特性とすれば、
コヒーレンスの小さい周波数帯域の信号は能動制御手段
に取り込まれないことになり、制御の不安定化が避けら
れる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の第1実施例の全体構成を示す
図であり、この実施例は、路面及び車輪2a〜2d間の
騒音源から空間としての車室6内に伝達されるロード・
ノイズの低減を図る能動型騒音制御装置1に本発明を適
用したものである。
【0015】先ず、構成を説明すると、車体3は、前輪
2a,2b,後輪2c,2d及び各車輪2a〜2dと車
体3との間に介在するサスペンション(図示せず)によ
って支持されている。各車輪2a〜2d及び車体3間に
介在するサスペンションのそれぞれには、騒音発生状態
検出手段としての加速度センサ5a,5b,5c及び5
dが取り付けられていて、路面から入力されるロード・
ノイズに対応した加速度信号である基準信号xk (k=
1〜kn :kn は加速度センサ5a〜5dの個数であっ
て、本実施例では、kn =4である。)をコントローラ
10に供給する。
【0016】また、車体3内の空間としての車室6内に
は、制御音源としてのラウドスピーカ7a,7b,7c
及び7dが、前部座席S1 ,S2 及び後部座席S3 ,S
4 のそれぞれに対向するドア部に配置されている。さら
に、各座席S1 〜S4 のヘッドレスト位置には、残留騒
音検出手段としてのマイクロフォン8a〜8hが、それ
ぞれ二つずつ配設されていて、これらマイクロフォン8
a〜8hが音圧として測定した残留騒音信号el (l=
1〜L:Lはマイクロフォン8a〜8hの個数であっ
て、本実施例では、L=8である。)が、コントローラ
10に供給される。
【0017】コントローラ10は、必要なインタフェー
ス回路やマイクロプロセッサ等から構成されていて、加
速度センサ5a〜5dから供給される基準信号xk と、
マイクロフォン8a〜8hから供給される残留騒音信号
l とに基づいて、後述する演算処理を実行し、車室6
内に伝達されるロード・ノイズを打ち消すような制御音
がラウドスピーカ7a〜7dから発せられるように、そ
れらラウドスピーカ7a〜7dに駆動信号ym (m=1
〜M:Mはラウドスピーカ7a〜7dの個数であって、
本実施例では、M=4である。)を出力する。
【0018】そして、コントローラ10における演算処
理は、本実施例では、逐次近似型アルゴリズムの一つで
あるLMSアルゴリズム(より具体的には、Filte
red−X LMSアルゴリズム)に基づいていて、コ
ントローラ10の機能構成を表すブロック図である図2
に示すように、コントローラ10は、ラウドスピーカ7
a〜7d及びマイクロフォン8a〜8h間の伝達関数を
有限インパルス応答関数の形でモデル化したL×M個の
ディジタルフィルタClmと、加速度センサ5a〜5d及
びラウドスピーカ7a〜7dの個数に対応したkn ×M
個のフィルタ係数可変の適応ディジタルフィルタWkm
を有していて、基準信号xk と適応ディジタルフィルタ
kmとを畳み込み、その畳み込んだ結果を各ラウドスピ
ーカ7a〜7d(即ち、添字m)ごとに加算して駆動信
号ym を生成し出力する。
【0019】さらに、コントローラ10は、ディジタル
フィルタClmと基準信号xk とを畳み込んで生成した処
理信号rklm と、マイクロプロセッサ8a〜8hから供
給される残留騒音信号el とに応じて、車室6内に伝達
されたロード・ノイズが低減するように、適応ディジタ
ルフィルタWkmの各フィルタ係数Wkmi をLMSアルゴ
リズムに基づいて更新するフィルタ係数更新部11を備
えている。
【0020】ここで、LMSアルゴリズムについて説明
すると、l番目のマイクロフォンが検出した残留騒音信
号をel (n)、ラウドスピーカから制御音が発生して
いない時のl番目のマイクロフォンが検出した残留騒音
信号をdl (n)、ディジタルフィルタClmのj番目
(j=0,1,2,…,J−1:Jはディジタルフィル
タClmのタップ数)のフィルタ係数をClmj 、基準信号
をxk (n)、基準信号xk (n)が入力されたm番目
のラウドスピーカを駆動する適応ディジタルフィルタW
kmのi番目(i=0,1,2,…,I−1:Iは適応デ
ィジタルフィルタWkmのタップ数)のフィルタ係数をW
kmi とすると、 が成立する。
【0021】なお、(n)がつく項は、いずれもサンプ
リング時刻nにおけるサンプル値を表す。上記(1)式
中、右辺の「ΣΣWkmi k (n−j−i)」の項は適
応ディジタルフィルタに基準信号xk を入力した時のm
番目のラウドスピーカへの出力y miを表し、「ΣClmj
{ΣΣWkmi k (n−j−i)}」の項はm番目のラ
ウドスピーカに入力された信号ymiがそこから制御音と
して空間に出力され伝達関数Clmを経てl番目のマイク
ロフォンに到達した時の信号を表し、さらに、「ΣΣC
lmj {ΣΣWkmi k (n−j−i)}」の項はl番目
のマイクロフォンへ到達した信号を足し合わせているか
ら、l番目のマイクロフォンに到達する制御音の総和を
表している。
【0022】次いで、評価関数Jeを、 とする。
【0023】そして、評価関数Jeを最小にするフィル
タ係数Wkmi を求めるのが、LMSアルゴリズムであ
り、具体的には、評価関数Jeを各フィルタ係数Wkmi
について偏微分した値で、フィルタ係数Wkmi を更新す
る。そこで、上記(2)式より、 となるが、上記(1)式より、 となるから、この(4)式の右辺をrklm (n−i)と
おけば、フィルタ係数の更新は、下記の(5)式のよう
になる。
【0024】 つまり、フィルタ係数更新部11は、上記(5)式に基
づいて、適応ディジタルフィルタWkmのフィルタ係数W
kmi を逐次更新する。
【0025】なお、上記(5)式中の係数αは、LMS
アルゴリズムの近似速度に関与する制御変数としての収
束係数である。またさらに、コントローラ10は、基準
信号xk と残留騒音信号el とのコヒーレンスを演算す
るコヒーレンス演算部12と、このコヒーレンス演算部
12の演算結果に応じてフィルタ係数更新部11の処理
内容を適宜調整する処理内容調整部とを有している。
【0026】ここで、コヒーレンスは、二つの信号の間
の線形依存の程度の尺度を、周波数の関数として与える
もので、二信号xk (n)とel (n)との間の周波数
fにおけるコヒーレンスγ2 (f)は、それぞれのオー
ト・スペクトルSxx,See及びクロス・スペクトルSxe
から下記の(6)式に基づいて演算できる。 γ2 (f)=|Sxe(f)|2 /{Sxx(f)See(f)} ……(6) そして、オート・スペクトルSxx,See及びクロス・ス
ペクトルSxeは、基準信号xk (n)及び残留騒音信号
l (n)のフーリエ変換Xk (f),El (f)から
下記の(7)〜(9)式に基づいて演算できる。
【0027】 Sxx(f)=Xk * (f)Xk (f) ……(7) See(f)=El * (f)El (f) ……(8) Sxe(f)=Xk * (f)El (f) ……(9) なお、「* 」は複素共役を示す。上記(6)式が1回の
測定で得られた基準信号xk (n)及び残留騒音信号e
l (n)によって演算される場合、上記(7)〜(9)
式から明らかにコヒーレンスγ2 (f)=1となる。
【0028】しかし、基準信号xk (n)及び残留騒音
信号el (n)を複数回測定して平均したオート・スペ
クトルSxx,See,クロス・スペクトルSxeからコヒー
レンスγ2 (f)を演算すると、基準信号xk (n)及
び残留騒音信号el (n)間で相関のない成分によっ
て、通常はコヒーレンスγ2 (f)<1となる。いま、
Eが、ある周波数応答関数H,X、及びXと相関のない
成分YによってE=HX+Yと表されるとする。なお、
記述を簡略化するため、周波数のパラメータfは省略し
ている。
【0029】このとき、オート・スペクトルSee及びク
ロス・スペクトルSxeは、それぞれ下記の(10)及び
(11)式のようになる。 See=E* E =(H* * +Y* )(HX+Y) =Shhxx+Syy ……(10) |Sxe2 =|X* E|2 =|X* (HX+Y)|2 =|HSxx2 =Shhxx 2 ……(11) なお、Shh=H* H、Syy=Y* Yであり、上記(10)
及び(11)式は、XとYとが無相関であること、即ち、 Sxy=X* Y =0 であることを利用している。このとき、コヒーレンスγ
2 は、 γ2 =|Sxe2 /{Sxxee} =Shhxx 2 /{Sxx(Shhxx+Syy)} =1/{1+Syy/(Shhxx)} ……(12) となり、必ず1以下となる。また、上記(12)式から、
Eに占めるXと無相関な成分Yの割合Syy/(S
hhxx)が大きくなればなるほど、コヒーレンスγ2
小さくなることが判る。
【0030】つまり、コントローラ10内のコヒーレン
ス演算部12で演算されたコヒーレンスγ2 (f)は、
基準信号xk (n)と残留騒音信号el (n)との線形
依存の程度を表している。そして、本実施例では、この
コヒーレンスγ2 (f)を、駆動信号ym を生成する処
理に反映させることにより、制御の安定性向上を図って
いる。
【0031】具体的には、図3に示すように、処理内容
調整部13は、コヒーレンス演算部12で演算されたコ
ヒーレンスγ2 (f)に応じて、フィルタ係数更新部1
1で用いられる収束係数α(上記(5)式参照)を変化
させるものであり、基準信号xk (n)と残留騒音信号
l (n)との線形依存の程度が高い場合には、LMS
アルゴリズムの近似速度を速めて収束時間の短縮化を図
る一方、その線形依存の程度が低い場合には、LMSア
ルゴリズムの近似速度を遅くして制御の不安定化を避け
るようにしている。
【0032】なお、処理内容調整部13における収束係
数αの決定は、本実施例では下記の(13)式に従って行
われる。 α=α0 (1−μ(1−(1/T)Σβ(f)γ2 (f))) ……(13) α0 は定数であって、収束係数αの最大値に対応する。
また、μは0<μ<1の範囲内で選定される定数であっ
て、大きいほど収束係数αに占めるコヒーレンスγ
2 (f)の影響が大きくなる。「Σβ(f)γ
2 (f)」の和の範囲は注目する周波数成分の範囲であ
り、β(f)は各周波数成分ごとの重みである。
【0033】そして、Tは和をとる周波数成分の数であ
り、T個のβ(f)の和がTになるように設定すれば、
コヒーレンスγ2 (f)が全て1のとき、収束係数αは
最大値α0 となる。図4及び図5は、コントローラ10
内で実行される処理の概要を示すフローチャートであっ
て、以下、図4及び図5に従って、本実施例の動作を説
明する。なお、図4は適応ディジタルフィルタWkm、デ
ィジタルフィルタClm及びフィルタ係数更新部11にお
ける処理に対応し、図5はコヒーレンス演算部12及び
処理内容調整部13における処理に対応していて、いず
れもサンプリング・クロックに同期した割り込み処理と
して実行される。
【0034】先ず、図4の処理を説明すると、そのステ
ップ101で現時点における基準信号xk (n)及び残
留騒音信号el (n)を読み込み、次いでステップ10
2に移行し、基準信号xk (n)とディジタルフィルタ
lmとを畳み込んで処理信号rklm (n)を演算する。
次いで、ステップ103に移行し、所定の記憶領域に保
存してある収束係数αを読み込む。なお、この収束係数
αが、後に説明する図5の処理において適宜更新され
る。
【0035】そして、ステップ104に移行し、上記
(5)式に従ってフィルタ係数Wkmiを演算して適応デ
ィジタルフィルタWkmのフィルタ係数Wkmi を更新し、
次いでステップ105に移行し、基準信号xk (n)と
適応ディジタルフィルタWkmとを畳み込んで駆動信号y
m を生成し、この駆動信号ym をステップ106で各ラ
ウドスピーカ7a〜7dに出力する。
【0036】すると、ラウドスピーカ7a〜7dから車
室6内に制御音が発生するが、制御開始直後は適応ディ
ジタルフィルタWkmの各フィルタ係数Wkmi が最適な値
に収束しているとは限らないので、必ずしも車室6内に
伝達されたロード・ノイズが低減されるとはいえない。
しかし、図4の処理が繰り返し実行されると、上記
(5)式に従って適応ディジタルフィルタWkmの各フィ
ルタ係数Wkmi が適宜更新されていくから、各フィルタ
係数Wkmi は最適値に向かって収束していき、車室6内
に伝達されるロード・ノイズがラウドスピーカ7a〜7
dから発せられる制御音によって打ち消されるようにな
り、車室6内の騒音の低減が図られる。
【0037】次に、図5に示す処理を説明すると、その
ステップ110でカウンタ変数Nをインクリメントし、
次いでステップ111でそのカウンタ変数Nが定数N0
に達しているか否かを判定し、定数N0 に達していなけ
れば、ステップ112以降の処理は実行せず、サンプリ
ング(図4のステップ101の処理)を続ける。この定
数N0 には、256や1024等の2の累乗を選定す
る。これは、コヒーレンスγ2 (f)の演算処理に用い
られるFFT(高速フーリエ変換)では、通常2の累乗
のポイント数を計算対象としているからである。
【0038】ステップ111の判定が「YES」となっ
たら、ステップ112に移行してカウンタ変数Nをリセ
ットし、そして、ステップ113に移行し、過去N0
の基準信号xk (n),xk (n−1),…,xk (n
−N0 +1)及び残留騒音信号el (n),el (n−
1),…,el (n−N0 +1)に基づき、上述した
(7)〜(12)式に従ってコヒーレンスγ2 (f)を演
算する。
【0039】そして、ステップ114に移行してコヒー
レンスγ2 (f)の平均処理を行い、ステップ115で
カウンタ変数Pをインクリメントし、ステップ116で
カウンタ変数Pが定数P0 に達しているか否かを判定
し、定数P0 に達していなければ、サンプリング,コヒ
ーレンスγ2 (f)の演算及びコヒーレンスγ2 (f)
の平均処理を繰り返し実行する。なお、定数P0 は10
程度の値とする。
【0040】ステップ116の判定が「YES」となっ
たら、ステップ117に移行し、カウンタ変数Pをリセ
ットし、ステップ118に移行して上記(13)式に基づ
いて収束係数αを演算し、所定の記憶領域に保存されて
いる収束係数αを更新する。なお、ステップ112以降
の処理は演算量が多いため、必ずしも1サンプリング時
間内で演算を終える必要はない。
【0041】今、車室6内のロード・ノイズ以外の騒音
が比較的低レベルである場合を考えると、制御開始直後
は制御音がまだ発生していないので、基準信号x
k (n)と残留騒音el (n)とのコヒーレンスγ
2 (f)はほとんど1であり、収束係数αは略最大値α
0 となる。従って、この状況では、適応ディジタルフィ
ルタWkmのフィルタ係数Wkmi は比較的速く最適値に収
束していく。
【0042】そして、ラウドスピーカ7a〜7dから制
御音が発生されれば、車室6内に伝達されるロード・ノ
イズが低減され、残留騒音el (n)に占める基準信号
k(n)と相関のない成分が比較的大きくなっていく
ので、コヒーレンスγ2 (f)が小さくなり、収束係数
αは徐々に小さくなっていく。従って、適応ディジタル
フィルタWkmのフィルタ係数Wkmi は大きく変動しなく
なり、制御はより高精度な方向へ進むようになる。
【0043】一方、ロード・ノイズ以外の騒音が比較的
高レベルの場合には、当初からコヒーレンスが小さく、
収束係数αは比較的小さな値をとるため、制御が不安定
になることを避けることができる。ここで、本実施例で
は、適応ディジタルフィルタWkm,ディジタルフィルタ
lm,フィルタ係数更新部11及び図4に示す処理によ
って能動制御手段が構成され、コヒーレンス演算部12
及び図5のステップ113の処理によってコヒーレンス
演算手段が構成され、処理内容調整部13及び図5のス
テップ118の処理によって処理内容調整手段が構成さ
れる。
【0044】図6乃至図8は、本発明の第2実施例を示
す図である。なお、本実施例も、上記第1実施例と同様
に本発明に係る能動型騒音制御装置を車両の車室内に伝
達されるロード・ノイズの低減を図る装置に適用したも
のであり、その主な構成は上記第1実施例と同様であ
る。そして、本実施例では、コントローラ10の機能構
成を表すブロック図である図6に示すように、適応ディ
ジタルフィルタWkm及びディジタルフィルタClmに入力
される基準信号xk (n)と、フィルタ係数更新部11
に入力される残留騒音信号el (n)とのそれぞれに対
応して通過特性可変のフィルタとしてのバンドパス・フ
ィルタ20及び21が設けられ、さらに、コヒーレンス
演算部12が演算したコヒーレンスγ2 (f)に応じて
それらバンドパス・フィルタ20及び21の通過特性を
設計し更新するバンドパス・フィルタ設計部22が設け
られている。
【0045】バンドパス・フィルタ設計部22は、コヒ
ーレンス演算部12が演算した基準信号xk (n)及び
残留騒音信号el (n)間のコヒーレンスγ2 (f)
を、各周波数成分の通過レベルとしたバンドパス・フィ
ルタを設計するものである。従って、バンドパス・フィ
ルタ20で基準信号xk (n)を処理し、バンドパス・
フィルタ21で残留騒音信号el (n)を処理すること
により、コヒーレンスγ2 (f)の小さい周波数帯域の
成分は、駆動信号ym を生成する処理には取り込まれな
いことになる。
【0046】図7及び図8は、コントローラ10内で実
行される処理の概要を示したフローチャートであって、
図7は適応ディジタルフィルタWkm、ディジタルフィル
タC lm,フィルタ係数更新部11及びバンドパス・フィ
ルタ20,21における処理に対応し、図8はコヒーレ
ンス演算部12及びバンドパス・フィルタ設計部22に
おける処理に対応している。なお、図7及び図8に示す
処理は、上記第1実施例における図4及び図5に示す処
理と略同じであって、同じ処理内容には同じステップ番
号を付し、重複する説明は省略する。
【0047】即ち、図7のステップ101で基準信号x
k (n)及び残留騒音信号el (n)を読み込んだら、
ステップ201に移行し、図8に示す処理において設計
されるバンドパス・フィルタによって、それら基準信号
k (n)及び残留騒音信号el (n)をフィルタ処理
する。そして、ステップ102で処理信号rklm (n)
を演算したら、ステップ104でフィルタ係数Wkmi
更新し、ステップ105で駆動信号ym を演算し、ステ
ップ106で駆動信号ym を出力する。
【0048】一方、図8の処理では、ステップ110〜
117の処理は上記第1実施例と同様であり、ステップ
117からステップ211に移行し、平均処理されたコ
ヒーレンスγ2 (f)を各周波数成分の通過レベルとし
たバンドパス・フィルタを設計するものである。ステッ
プ211におけるバンドパス・フィルタの設計方法とし
ては、例えば、FFT(高速フーリエ変換)を用いた方
法が適用できる。具体的には、コヒーレンスγ2 (f)
の値をそのまま使用する振幅特性と、フィルタ長の半分
に相当する直線位相特性とを、時間領域に逆FFTした
ものをFIR(有限インパルス応答)フィルタとして使
用すればよい。例えば、サンプリング・クロック1kH
zで100タップのFIRフィルタを設計するとすれ
ば、 1/1000(秒)×100/2=50ms の遅れを各周波数での位相特性とすればよい。このよう
にして設計されたフィルタは、周波数に関わりなく一定
時間の遅延を持つため、通過特性が更新された前後で同
じ位相特性を有し、その後の制御に悪影響を及ぼさなく
て済む。
【0049】即ち、本実施例の構成であれば、ステップ
201におけるフィルタ処理によって、コヒーレンスγ
2 (f)の小さい周波数成分がカットされるため、ステ
ップ102〜105の処理はコヒーレンスγ2 (f)の
高い周波数成分にのみ基づいて行われるようになり、安
定した騒音低減制御が実行されるようになる。また、本
実施例にあっては、周波数領域でのチューニングが行え
るため、例えば周波数ごとに感じ方が異なるという人間
の聴感特性を考慮したチューニングを行うことも可能で
ある。
【0050】なお、本実施例では、基準信号xk (n)
及び残留騒音信号el (n)のそれぞれに対応してバン
ドパス・フィルタ20及び21を設けているが、これら
バンドパス・フィルタ20及び21は、基準信号x
k (n)及び残留騒音信号el (n)のいずれか一方の
みに設けてもよい。ここで、本実施例では、バンドパス
・フィルタ設計部22及びステップ211の処理によっ
て通過特性調整手段が構成される。
【0051】図9乃至図12は、本発明の第3実施例を
示す図であり、なお、本実施例も、上記第1実施例と同
様に本発明に係る能動型騒音制御装置を車両の車室内に
伝達されるロード・ノイズの低減を図る装置に適用した
ものである。即ち、本実施例では、周波数領域のLMS
アルゴリズムを適用して制御を行うものである。
【0052】周波数領域のLMSアルゴリズムの詳細
は、文献「R.FERRARA,“Fast Implementatio
n of LMS Adaptive Filters ”,IEEE Trans.Acous
t.,Speech,Signal Processing ,vol .ASSP−28,p
p.474 −475 ,1980」等にも述べられている。この周
波数領域のLMSアルゴリズムを本発明に適用すると、
コントローラ10の機能構成は、図9に示すようにな
る。
【0053】即ち、コントローラ10は、基準信号xk
(n)を高速フーリエ変換して周波数領域の基準信号x
k (f)を生成するフーリエ変換部31と、残留騒音信
号e l (n)を高速フーリエ変換して周波数領域の残留
騒音信号El (f)を生成するフーリエ変換部32と、
周波数領域の駆動信号Ym (f)を逆フーリエ変換して
時間領域の駆動信号ym (n)を生成する逆フーリエ変
換部33とを備えていて、ディジタルフィルタClmを周
波数領域で表現したフィルタClm(f)と、収束係数α
を周波数領域で表現した収束係数α(f)とを用いて騒
音低減制御を実行するものである。
【0054】そして、処理内容調整部13は、コヒーレ
ンス演算部12が求めた基準信号x k (n)及び残留騒
音信号el (n)間のコヒーレンスγ2 (f)に基づ
き、周波数fにおける収束係数α(f)を、下記の(1
4)式に従って更新する。 α(f)=α0 (f)(1−μ(f)(1−γ2 (f))) ……(14) 図10乃至図12は、コントローラ10内で実行される
処理の概要を示すフローチャートである。
【0055】即ち、本実施例では、周波数領域のアルゴ
リズムであるため、先ず、図10のステップ301で基
準信号xk (n)及び残留騒音信号el (n)を読み込
み、ステップ302でカウンタ変数Nをインクリメント
し、そして、ステップ303でカウンタ変数Nが定数N
0 に達するまでステップ301の処理を繰り返し実行
し、N0 個の基準信号xk (n)及び残留騒音信号el
(n)を取り込む。なお、定数N0 の値は、上述したの
と同じ理由から、2の累乗とする。
【0056】そして、図10のステップ303の判定が
「YES」となったら、ステップ113でカウンタ変数
Nをゼロリセットした後に、図11及び図12の処理を
実行する。図11のステップ304では、N0 個の基準
信号xk (n)及び残留騒音信号el (n)を高速フー
リエ変換して、周波数領域の基準信号Xk (f)及び残
留騒音信号El (f)を求め、次いでステップ305に
移行し、基準信号Xk (f)をフィルタClm(f)で処
理して処理信号Rklm (f)を求める。
【0057】そして、ステップ306に移行して収束係
数α(f)を読み込んだら、ステップ307で周波数領
域で表現された適応ディジタルフィルタWkm(f)のフ
ィルタ係数Wkmi (f)を演算して更新する。次いで、
ステップ308に移行し、基準信号Xk (f)を適応デ
ィジタルフィルタWkm(f)でフィルタ処理して駆動信
号Ym (f)を演算する。そして、ステップ309で駆
動信号Ym (f)を逆フーリエ変換してN0 個の駆動信
号ym(n)を求め、ステップ310でこの駆動信号y
m (n)を出力する。
【0058】図12に示す処理の内、ステップ113〜
117の処理は上記第1実施例における図5のステップ
113〜117と同様である。そして、本実施例では、
ステップ117からステップ311に移行し、平均処理
されたコヒーレンスγ2 (f)に基づき、上記(14)式
に従って収束係数α(f)を演算し更新する。このよう
な構成であれば、各収束係数α(f)は、コヒーレンス
γ2 (f)が大きい周波数帯域では大きくなるから、最
適値への収束が素早くなり、コヒーレンスγ2 (f)が
小さい周波数帯域では小さくなるから、制御の不安定化
が避けられる。また、本実施例にあっても、周波数領域
でのチューニングが行えるため、例えば周波数ごとに感
じ方が異なるという人間の聴感特性を考慮したチューニ
ングを行うことも可能である。
【0059】ここで、本実施例にあっては、処理内容調
整部13及び図12のステップ311の処理によって処
理内容調整手段が構成される。なお、上記各実施例で
は、本発明を車室6内に伝達されるロード・ノイズの低
減を図る能動型騒音制御装置1に適用した場合について
説明しているが、本発明の適用対象はこれに限定される
ものではなく、例えば、エンジンのクランク角信号を基
準信号とすれば、エンジン騒音の低減を図る装置となる
し、或いは車両以外に適用される装置であっても構わな
い。
【0060】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
騒音の発生状態を表す基準信号と、残留騒音とのコヒー
レンスを求め、そのコヒーレンスに応じて能動制御手段
の処理内容を更新するようにしたため、基準信号と相関
のない騒音成分が残留騒音信号に含まれていても、安定
した騒音低減制御を行えるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の全体構成を示す図である。
【図2】第1実施例のコントローラの機能構成を示すブ
ロック図である。
【図3】第1実施例のコントローラの機能構成の細部を
示すブロック図である。
【図4】第1実施例の処理の概要を示すフローチャート
である。
【図5】第1実施例の処理の概要を示すフローチャート
である。
【図6】第2実施例のコントローラの機能構成を示すブ
ロック図である。
【図7】第2実施例の処理の概要を示すフローチャート
である。
【図8】第2実施例の処理の概要を示すフローチャート
である。
【図9】第3実施例のコントローラの機能構成を示すブ
ロック図である。
【図10】第3実施例の処理の概要を示すフローチャー
トである。
【図11】第3実施例の処理の概要を示すフローチャー
トである。
【図12】第3実施例の処理の概要を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
1 能動型騒音制御装置 2a〜2d 車輪(騒音源) 5a〜5d 加速度センサ(騒音発生状態検出手段) 6 車室(空間) 7a〜7d ラウドスピーカ(制御音源) 8a〜8h マイクロフォン(残留騒音検出手段) 10 コントローラ 11 フィルタ係数更新部 12 コヒーレンス演算部(コヒーレンス演算手
段) 13 処理内容調整部(処理内容調整手段) 20,21 バンドパス・フィルタ(通過特性可変のフ
ィルタ) 22 バンドパス・フィルタ設計部(通過特性調
整手段)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 騒音源から騒音が伝達される空間に制御
    音を発生可能な制御音源と、前記騒音源の騒音発生状態
    を検出し基準信号として出力する騒音発生状態検出手段
    と、前記空間内の所定位置における残留騒音を検出する
    残留騒音検出手段と、前記基準信号及び前記残留騒音に
    基づいて前記空間内の騒音が低減するように前記制御音
    源を駆動させる能動制御手段と、前記基準信号及び前記
    残留騒音のコヒーレンスを求めるコヒーレンス演算手段
    と、このコヒーレンス演算手段が求めたコヒーレンスに
    応じて前記能動制御手段の処理内容を調整する処理内容
    調整手段と、を備えたことを特徴とする能動型騒音制御
    装置。
  2. 【請求項2】 能動制御手段は、逐次近似型アルゴリズ
    ムに基づいて制御音源を駆動する信号を生成し、処理内
    容調整手段は、コヒーレンスに応じて前記逐次近似型ア
    ルゴリズムの近似速度に関与する制御変数を調整する請
    求項1記載の能動型騒音制御装置。
  3. 【請求項3】 処理内容調整手段は、基準信号及び残留
    騒音の内の少なくとも一方に対して設けられた通過特性
    可変のフィルタと、コヒーレンスに応じて前記フィルタ
    の通過特性を調整する通過特性調整手段と、を有する請
    求項1記載の能動型騒音制御装置。
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