JPH0627970A

JPH0627970A - 車室内こもり音制御装置

Info

Publication number: JPH0627970A
Application number: JP4082325A
Authority: JP
Inventors: Manpei Tamamura; 万平玉村; Hiroshi Iitaka; 宏飯高; Kazuyuki Kondo; 和幸近藤; Keitaro Yokota; 恵太郎横田
Original assignee: Pioneer Electronic Corp; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp; Pioneer Corp
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】運転者等の搭乗者に快適なエンジン音を提供
し、快適なドライブフィーリングを実現することを目的
とする。【構成】クランク角センサ３からの信号は、信号変換
回路５で、選択的に特定次数の高次成分の周波数スペク
トルを含まないプライマリソースとして変換され適応フ
ィルター６とスピーカ／マイク間伝達特性推定回路７を
介しＬＭＳ演算回路８とに出力される。このプライマリ
ソースは適応フィルター６でキャンセル信号として合成
されスピーカ１１より振動騒音の相殺音として出力され
る。このため、受聴点では上記特定次数の高次成分の周
波数スペクトルが相殺されず、この次数成分の周波数を
有する音を得ることができ、また、騒音制御状態がエラ
ーマイク１２により誤差信号として検出されＬＭＳ演算
回路８に送られて、誤差信号が最小となるよう上記適応
フィルター６のフィルタ係数Ｗ(N) が更新される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの振動騒音を
主要因として発生する車室内のこもり音を相殺音と干渉
させて音質を制御する車室内こもり音制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの振動騒音を主要因として発生
する車室内騒音に対し、この騒音と同一振幅で逆位相と
なる音（相殺音）を付加音源から発生させ、車室内騒音
を低減させる種々の技術が提案されている。

【０００３】このような技術として、例えば、特開平３
−５２５５号公報において、エンジン回転の２次成分に
同期して逆位相となる基本正弦波の数値データを予め記
憶させておき、クランク角センサより求められるエンジ
ン回転数と、圧力センサより求められるエンジン負荷と
で上記基本正弦波の位相と振幅を修正することによっ
て、エンジン振動等を直接検出する振動センサー等を必
要とせず、相殺音を作ることのできる車室内騒音低減装
置が示されている。

【０００４】しかしながら、様々な騒音波形に対し、様
々な運転条件のもとで細かく対応するには、膨大な量の
データを記憶させておかなければならず、騒音低減を様
々な運転条件のもとで安定して行なうことは難しい。ま
た、エンジン振動により発生する騒音の内、個々の車に
よって異なる騒音を効果的に低減するには、上記データ
をそれぞれの車により設定しなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年のＬＳ
Ｉ技術により、ＬＭＳ（Ｌeast Ｍean Ｓquare ）アル
ゴリズム（最適フィルター係数を求める計算式を簡略化
するため、フィルターの修正式が再帰式であることを利
用し、平均自乗誤差を瞬間自乗誤差で近似して求める理
論）、あるいは、このＬＭＳアルゴリズムを多チャンネ
ルに拡大したＭＥＦＸ−ＬＭＳ（Ｍultiple Ｅrror Ｆ
iltered Ｘ−ＬＭＳ）アルゴリズムを利用した車室内騒
音低減装置が実用化され始めている。このＬＭＳアルゴ
リズムを利用した車室内騒音低減装置では、エンジン振
動騒音を主要因として発生する車室内騒音を消音する場
合、エンジン振動騒音と相関の高い信号を騒音振動源信
号（プライマリソース）として振動センサ等により検出
し、このプライマリソースから最適フィルターによって
騒音に対する相殺音信号（キャンセル信号）を合成し、
スピーカーから相殺音を発生する。そして、受聴点にお
ける騒音低減状態を誤差信号としてエラーマイクによっ
て検出し、この誤差信号とプライマリソースとからＬＭ
Ｓアルゴリズムにより、上記最適フィルターのフィルタ
ー係数を更新し受聴点における騒音低減を最適な値とす
るようになっている。

【０００６】このＬＭＳアルゴリズムを利用した騒音低
減装置によれば、従来技術で述べたような、膨大な量の
データを記憶させずとも騒音低減を様々な運転条件のも
とで安定して行なうことが可能となり、個々の車によっ
て異なる騒音も効果的に低減することが可能となる。

【０００７】しかしながら、エンジン音の中には運転者
等の搭乗者によっては快適に受聴される音質のものも有
り、従来の技術によってエンジン音を低減させた場合、
このような快適に受聴される音質の音も低減されてしま
う。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、エンジン振動騒音中の特定の次数の高次成分の周波
数スペクトルを、運転者等の搭乗者が選択して相殺せず
残し快適なエンジン音として供給し、運転者等のより快
適なドライブフィーリングを実現することのできる車室
内こもり音制御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による車室内こもり音制御装置は、エンジン振動
騒音と相関の高い信号を検出する相関信号検出手段と、
この相関信号検出手段により検出した相関信号を、特定
の次数の高次成分の周波数スペクトルを含まない騒音振
動源信号として選択的に変換する信号変換手段と、上記
騒音振動源信号を適応フィルターによりキャンセル信号
として合成するキャンセル信号合成手段と、上記キャン
セル信号を騒音に対する相殺音として音源から発生する
相殺音発生手段と、受聴点における騒音制御状態を誤差
信号として検出する誤差信号検出手段と、上記誤差信号
と前記相関信号とに基づき上記適応フィルターのフィル
ター係数を更新するキャンセル信号更新手段とを備えた
ものである。

【００１０】

【作用】上記構成において、まず、相関信号検出手段
で、エンジン振動騒音と相関の高い信号を検出する。次
に、信号変換手段で、上記相関信号検出手段により検出
した相関信号を、特定の次数の高次成分の周波数スペク
トルを含まない騒音振動源信号として選択的に変換す
る。次いで、キャンセル信号合成手段で、上記騒音振動
源信号を適応フィルターによりキャンセル信号として合
成し、相殺音発生手段で、上記キャンセル信号を騒音に
対する相殺音として音源から発生する。そして、受聴点
における騒音制御状態は、誤差信号検出手段で、誤差信
号として検出され、キャンセル信号更新手段に送られ
て、このキャンセル信号更新手段で、上記誤差信号と前
記相関信号とに基づき上記適応フィルターのフィルター
係数を更新する。このため、上記受聴点においては、上
記信号変換手段で選択した特定の次数の高次成分の周波
数スペクトルが相殺されないので、この次数成分の周波
数を有する音を得ることができ、受聴者の快適性を向上
させることができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図面は本発明の一実施例を示し、図１は車室内こ
もり音制御装置のシステム概略図、図２は信号変換回路
の説明図、図３は信号変換回路の出力信号の説明図、図
４は信号変換回路の原理説明図である。

【００１２】図中、符号１は４サイクルエンジンを示
し、このエンジン１のクランクシャフト１ａには、クラ
ンク角検出用ロータ２が軸着されており、このクランク
角検出用ロータ２の外周に、被検出体である突起を検出
する電磁ピックアップ等からなる相関信号検出手段とし
てのクランク角センサ３が対設されている。このクラン
ク角センサ３は、例えば、上記エンジン２回転（７２０
度ＣＡ）あたり２４パルスを発生するもので、相殺音発
生装置４の信号変換手段としての信号変換回路５に、上
記パルス信号を相関信号として出力するようになってい
る。

【００１３】上記信号変換回路５では、図２に示すよう
に、入力された前記クランク角センサ３からの相関信号
を、予め設定しておいた出力信号に波形成形・加工し
て、騒音振動源信号（プライマリソース）として、キャ
ンセル信号合成手段としての適応フィルター６とスピー
カ／マイク間伝達特性推定回路（ＣMN0 回路）７とに出
力するものである。また、この信号変換回路５には、図
３に示すように、複数の出力信号が予め設定されてお
り、図示しない操作ボード等から、出力信号の種類を選
択切り換え自在になっている。上記信号変換回路５に設
定されている出力信号は、エンジン回転に同期した信号
で、周波数領域からみると、図３（Ｉ）の場合、１．５
×ｎ（整数）次成分の周波数スペクトルを消去した信号
となっており、図３（ＩＩ）の場合、２．０×ｎ次成分
の周波数スペクトルを消去した信号で、図３（ＩＩＩ）
の場合、３．０×ｎ次成分の周波数スペクトルを消去し
た信号で、図３（ＩＶ）の場合、４．０×ｎ次成分の周
波数スペクトルを消去した信号となっている。

【００１４】これは、４サイクルエンジン関連の振動騒
音は、エンジン２回転を１周期とする振動騒音となって
おり、周波数領域ではエンジン回転の０．５次成分（エ
ンジンが２回転で１サイクルとなる正弦波成分）を基本
波とし、その高次成分が主体となった周波数スペクトル
となって（０．５ｎ次成分の周波数スペクトルにより構
成されて）おり、エンジンの気筒数により、特定の次数
の高次成分が主体となった周波数スペクトルからなる音
質を有する（例えば、４気筒エンジンの場合には２．０
ｎ次成分が主体となった周波数スペクトルからなる音質
を有する）ことから、運転者等の受聴者の好みに合わせ
てエンジン音を、特定気筒数のエンジン音として取り出
すためである。尚、本実施例では、図３の（Ｉ）〜（Ｉ
Ｖ）に示す４種類の気筒数エンジン音を選択可能なもの
としているが、この４種類に限ることなく、他の気筒数
のエンジン音（例えば、１２気筒エンジン音等）を選択
できるようにしても良く、また、選択数も４種類に限定
するものでは無い。

【００１５】上記信号変換回路５からのプライマリソー
スが入力される適応フィルター６は、後述するＬＭＳ
（Ｌeast Ｍean Ｓquare ）演算回路８により更新可能
なフィルター係数Ｗ(n) を有するＦＩＲ（Ｆinite Ｉmp
ulse Ｒesponse ）フィルターであり、例えば、２５６
タップなど所定のタップ数を有する。尚、このタップ数
は、十分な演算速度、コストパフォーマンスが得られれ
ば、よりタップ数の多いフィルターを用いても良く、ま
た、十分な精度が得られれば、よりタップ数の小さいフ
ィルターを用いても良い。この適応フィルター６に入力
されたプライマリソースは、上記フィルター係数Ｗ(n)
と畳み込み積和されキャンセル信号として、Ｄ／Ａ変換
器９に出力され、増幅器１０を介して付加音源であるス
ピーカ１１から相殺音として発生されるようになってい
る。

【００１６】上記スピーカ１１は図示しない車室内に配
設されており、また、この車室内の受聴点（例えば運転
者等の耳に近接する位置）に音圧センサである誤差信号
検出手段としてのエラーマイク１２が配設されている。
このエラーマイク１２により、振動騒音と相殺音との干
渉の結果が検出され、ＬＭＳ演算回路８に誤差信号とし
て入力される。

【００１７】また、前記スピーカ／マイク間伝達特性推
定回路（ＣMN0 回路）７では、予めスピーカ／マイク間
伝達特性ＣMNが求められて設定されており、前記信号変
換回路５からのプライマリソースに、上記スピーカ／マ
イク間伝達特性ＣMNを乗じることにより補正して上記Ｌ
ＭＳ演算回路８に信号を入力する。

【００１８】このＬＭＳ演算回路８では、上記エラーマ
イク１２からの誤差信号から瞬間自乗誤差を求め、上記
エラーマイク１２からの誤差信号が最小となるように、
瞬間自乗誤差とＣMNを用いて逆算し前記適応フィルター
６の該当するフィルター係数Ｗ(n) を更新するようにな
っている。尚、本実施例においては、上記エラーマイク
１２による誤差信号のサンプリング時間を３kHz として
行なう（すなわち、適応フィルター６のフィルター係数
Ｗ(n) の更新も、１sec.あたり３０００回行なわれる）
が、このサンプリング時間は３kHz に限定するものでは
ない。

【００１９】また、図１の符号Ｃはエンジン１の振動騒
音に対する車体の伝達特性（エンジン振動騒音とエラー
マイク１２間の伝達特性）、ＣMNはスピーカ１１とエラ
ーマイク１２間の伝達特性である。

【００２０】次に、本実施例の信号変換回路５での特定
周波数スペクトル消去の原理を、図４にしたがって説明
する。等間隔のインパルス関数列のフーリエ変換は同じ
く等間隔のインパルス列で与えられ、ｎを整数、ｔを時
間、ｆを周波数、Ｔを周期とすると次式が成立つ。

【００２１】ここで、インパルス関数は、 δ(0) ＝１ δ(t) ＝０ (t≠０) であるから、上記（１) 式より、 h(t)＝１ (t＝nT） h(t)＝０ (t≠nT） H(f)＝１／Ｔ (f＝n/T) H(f)＝０ (f≠n/T) となる。

【００２２】すなわち、時間領域において図４（Ａ）に
示すような周期Ｔ、振幅ａのインパルス関数列は、周波
数領域では、図４（Ａ')に示すように、１／Ｔの高次成
分の周波数スペクトルで、振幅ａ／Ｔのインパルス列で
表現される。

【００２３】また、インパルスの大きさをＫ倍するとス
ペクトルの大きさもＫ倍されるため、時間領域におい
て、図４（Ｂ）に示すような周期Ｋ・Ｔ、振幅−Ｋ・ａ
のインパルス関数列は、周波数領域では、図４（Ｂ')に
示すように、１／Ｋ・Ｔの高次成分の周波数スペクトル
で、振幅−ａ／Ｔのインパルス列で表現される。

【００２４】ここで、上記（Ａ）、（Ａ')、（Ｂ）、
（Ｂ')で示される信号を、それぞれ時間領域、周波数領
域で合成すると、時間領域では図４（Ｃ）に示すよう
な、周期Ｋ・Ｔ毎に振幅−（Ｋ−１）・ａを発生し、そ
れ以外の周期ｎ・Ｔ（ｎは整数）では振幅ａのインパル
スを発生する信号となる。また、周波数領域では図４
（Ｃ')に示すような、ｎ／Ｔの次数成分の周波数スペク
トルが消去され、それ以外の１／Ｋ・Ｔの高次成分の周
波数スペクトルが、振幅−ａ／Ｔを有するインパルス列
で表現される。

【００２５】このため、２回転（７２０度ＣＡ）で４サ
イクルを行なうＳ気筒エンジンの音質の周波数スペクト
ルを消去する場合は、エンジン２回転を１周期とする周
期騒音であるため、この振動騒音は周波数領域では０．
５ｎ次成分の周波数スペクトルより構成され、また、Ｓ
個の気筒がそれぞれ７２０度ＣＡ周期であることからＫ
＝Ｓとすれば、１／Ｋ・Ｔ＝１／２であるから、Ｋ・Ｔ＝Ｓ・Ｔ＝２ ……（２) となる。

【００２６】以上のことから、図４（Ｃ）より、７２０
度ＣＡの間に等間隔にＳ個のパルスを与え、その中の一
つのパルスが、他の（Ｓ−１）個のパルスと逆向きで
（Ｓ−１）倍の振幅を有するパルスとすることで、Ｓ気
筒エンジンの周波数スペクトルを消去した音質を得るこ
とができる。そして、これを騒音振動源信号（プライマ
リソース）とし、エンジン回転と同期して出力すること
により、選択的に特定の気筒数のエンジン音を得ること
ができる。

【００２７】次に、本実施例の作用について説明する。
まず、エンジンの振動騒音は、エンジン１から図示しな
いマウント等を伝達して車内音となり、また、吸気や排
気の音等も車室内に伝播する。これらのエンジン関連振
動騒音は、周波数領域では、いずれも０．５×ｎ（整
数）次成分の周波数スペクトルにより構成されており、
車体伝達特性Ｃが乗ぜられて受聴点（例えば運転者等の
耳に近接する位置）に達する。

【００２８】一方、エンジン１のクランク角センサ３か
らの信号（例えば、上記エンジン２回転（７２０度Ｃ
Ａ）あたり２４パルス）が、相殺音発生装置４の信号変
換回路５に入力される。ここで、運転者等の受聴者が図
示しない操作ボード等で、例えば、４気筒エンジンの音
を受聴するように選択した場合、上記クランク角センサ
３からの信号は、上記信号変換回路５において、時間領
域では、７２０度ＣＡの間に等間隔に４個のパルスを与
えられ、その中の一つのパルスが、他の３個のパルスと
逆向きで３倍の振幅を有するパルスで、周波数領域で
は、２．０×ｎ（整数）次成分の周波数スペクトルが消
去された信号に成形・加工されて、騒音振動源信号（プ
ライマリソース）として、適応フィルター６と、スピー
カ／マイク間伝達特性推定回路（ＣMN0 回路）７とに出
力される。

【００２９】次いで、上記適応フィルター６に入力され
た上記信号変換回路５からのプライマリソースは、上記
フィルター係数Ｗ(n) との畳み込み積和により、２．０
ｎ次成分の周波数スペクトルを除く振動騒音を相殺する
相殺音の信号であるキャンセル信号として、Ｄ／Ａ変換
器９、増幅器１０を経て図示しない車室内のスピーカ１
１に出力され、このスピーカ１１から受聴点における振
動騒音に対する相殺音として出力される。このとき、ス
ピーカ１１から出力された相殺音には、スピーカ／マイ
ク間伝達特性ＣMNが乗ぜられて上記受聴点に達する。

【００３０】このため、上記受聴点では、上記エンジン
関連振動騒音と上記相殺音とが干渉して、２．０ｎ次成
分の周波数スペクトルを除く振動騒音が低減させられ、
この結果、４気筒エンジンの音として受聴者に受聴され
ると同時に、上記受聴点の近傍に配設されているエラー
マイク１２により、振動騒音と相殺音との干渉の結果が
検出されＬＭＳ演算回路８に誤差信号として送られる。

【００３１】また、スピーカ／マイク間伝達特性推定回
路（ＣMN0 回路）７に出力されたプライマリソースは、
予め求められたスピーカ／マイク間伝達特性ＣMNが乗ぜ
られて、上記ＬＭＳ演算回路８に送られる。そして、こ
のＬＭＳ演算回路８において、上記エラーマイク１２か
らの誤差信号から瞬間自乗誤差を求め、この値と上記Ｃ
MN0 回路７の値から上記エラーマイク１２からの誤差信
号が最小となるように、上記適応フィルター６の該当す
るフィルター係数Ｗ(n) を更新するアルゴリズムが行な
われる。

【００３２】このように、本実施例では、クランク角セ
ンサからの信号を信号変換回路にて成形・加工しプライ
マリソースとしているので、容易に、エンジン回転と同
期してエンジン振動騒音と極めて相関の高い特定気筒の
エンジン音を選択して得ることができる。

【００３３】また、ＬＭＳアルゴリズムを利用した騒音
制御システムで、特定気筒のエンジン音を得るようにし
ているため、信頼性および耐久性に優れた騒音制御を行
なうことが可能となる。

【００３４】さらに、クランク角センサからの信号を成
形・加工しプライマリソースとしているため、新たな振
動センサ等を必要とせず、安価にシステムを構成するこ
とが可能で、また、アフターマーケットにも容易に対応
できる。

【００３５】また、本実施例の騒音制御装置と他の騒音
制御装置（例えば、消音マフラ等）を組み合わせて使用
することにより、運転者等の搭乗者には快適な音を提供
し、他の環境（車外の環境等）には騒音低減を図ること
が可能となる。

【００３６】尚、本実施例では１チャンネル（エラーマ
イク１個、スピーカ１個）のＬＭＳアルゴリズムを利用
した騒音制御装置の例について説明したが、ＬＭＳアル
ゴリズムを多チャンネルに拡大したＭＥＦＸ−ＬＭＳ
（Ｍultiple Ｅrror Ｆiltered Ｘ−ＬＭＳ）アルゴリ
ズムを利用した車室内こもり音制御装置（例えば、エラ
ーマイク４個、スピーカ４個等の装置）についても適応
可能である。

【００３７】また、本実施例では、相関信号検出手段と
してクランク角センサを用いたが、カム角センサ等、他
の検出手段を相関信号検出手段として用いても良く、相
関信号として他の信号（例えば、点火パルス、燃料噴射
パルス等）を検出して相関信号とし、信号変換手段に入
力するようにしても良い。

【００３８】また、エンジンの負荷情報（例えば、吸入
空気量、スロットル開度等）も信号変換手段に入力する
ようにすれば、エンジン関連の振動騒音と極めて相関の
高く、かつ、過渡運転時の追従性の良い車室内こもり音
制御装置を実現することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
エンジン振動騒音中の特定の次数の高次成分の周波数ス
ペクトルを、運転者等の搭乗者が選択して相殺せず残
し、快適な音を得るようにしているため、運転者等のよ
り快適なドライブフィーリングを実現することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による車室内こもり音制御装
置のシステム概略図

【図２】本発明の一実施例による信号変換回路の説明図

【図３】本発明の一実施例による信号変換回路の出力信
号の説明図

【図４】本発明の一実施例による信号変換回路の原理説
明図

【符号の説明】

１エンジン３クランク角センサ（相関信号検出手段）５信号変換回路（信号変換手段）６適応フィルター（キャンセル信号合成手段）７スピーカ／マイク間伝達特性推定回路８ＬＭＳ演算回路（キャンセル信号更新手段）１１スピーカ（相殺音発生手段）１２エラーマイク（誤差信号検出手段）Ｗ(n) フィルター係数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤和幸東京都新宿区西新宿一丁目７番２号富士重工業株式会社内 (72)発明者横田恵太郎東京都新宿区西新宿一丁目７番２号富士重工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン振動騒音と相関の高い信号を検
出する相関信号検出手段と、上記相関信号検出手段により検出した相関信号を、特定
の次数の高次成分の周波数スペクトルを含まない騒音振
動源信号として選択的に変換する信号変換手段と、上記騒音振動源信号を適応フィルターによりキャンセル
信号として合成するキャンセル信号合成手段と、上記キャンセル信号を騒音に対する相殺音として音源か
ら発生する相殺音発生手段と、受聴点における騒音制御状態を誤差信号として検出する
誤差信号検出手段と、上記誤差信号と前記相関信号とに基づき上記適応フィル
ターのフィルター係数を更新するキャンセル信号更新手
段とを備えたことを特徴とする車室内こもり音制御装
置。