JPH0627973A - 騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実際に発生している音の中からアダプティブ
デジタルフィルターに入力すべき騒音を特定し、消音の
効率を向上させる。 【構成】 騒音源の発生する音を検出する騒音検出マイ
ク（Ｍ１）、騒音源の発生する騒音に相当する周波数域
を決定する周波数域決定手段（ＰＰ，ＰＬＬ）、騒音検
出マイクにより検出された音のうち設定周波数域のみを
抽出する第１周波数選択手段（ＳＣＦ１）、第１周波数
選択手段を通過した信号を適応制御するアダプティブデ
ジタルフィルター（ＡＤＦ）と、アダプティブデジタル
フィルターの出力信号に基づき室内に音を発生するスピ
ーカと、室内の音を検出する消音確認マイク（Ｍ２）
と、消音確認マイクにより検出された信号のうち前記設
定周波数域のみを抽出し、アダプティブデジタルフィル
ターにフィードバックする第２周波数選択手段（ＡＤＦ
２）とを備える騒音低減装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、騒音に対して逆位相音
を付加して騒音を低減するための騒音低減装置であり、
乗用車、バス、船舶、航空機等の車室、客室等の騒音の
低減に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】騒音に対して逆位相音を付加して騒音を
低減する方法として、一般には、特開平３−２０４３５
３号公報に開示されるような適応制御方式がある。適応
制御方式に用いられるアダプティブデジタルフィルター
（Adaptive Digital Filter)ＡＤＦは、図９に示すよう
に、トランスバーサルフィルター２７と適応アルゴリズ
ム２８を備える。適応アルゴリズム２８は主入力側の音
を参照し、主入力側の音の逆位相音を作成するようトラ
ンスバーサルフィルター２７のフィルター係数を設定す
る。トランスバーサルフィルター２７は参照入力を畳み
込み演算し、スピーカＳＰから音を発する。消音確認マ
イクＭ２から検出された信号ＶＢはアダプティブデジタ
ルフィルターＡＤＦの参照入力に送られる。

【０００３】図７はアダプティブデジタルフィルターＡ
ＤＦを用いた１構成を示す。騒音検出マイクＭ１は騒音
を検出する。消音確認マイクは室内の音を検出する。ア
ダプティブデジタルフィルターＡＤＦは室内の音のレベ
ルを低減させるようにフィルター係数を設定し、騒音の
逆位相音をスピーカＳＰから発する。これにより、室内
の人の耳には騒音と騒音の逆位相音の合成音が聞こえ、
騒音は相殺され、消音される。

【０００４】車両に搭載する場合には、通常エンジン音
を消音する必要があるが、騒音検出マイクＭ１の代わり
にエンジン回転数を検出し、騒音を推定する方式があ
る。図８はエンジン回転数から騒音を推定する方式であ
る。エンジン回転センサＰＰはエンジン１２の回転数を
検出する。アダプティブデジタルフィルターＡＤＦはエ
ンジン回転の検出信号を所定のフィルター係数にて積和
演算し、スピーカＳＰから音を発生させる。一方、消音
確認マイクＭ２から検出された信号ＶＢはアダプティブ
デジタルフィルターＡＤＦに送られる。アダプティブデ
ジタルフィルターＡＤＦは信号ＶＢから最適と思われる
フィルター係数を求め、フィルター係数を変更する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記技術においては、
エンジン回転数を検出し、エンジン回転数からエンジン
からの騒音を推定している。車室内に伝わる実際のエン
ジン音はエンジン回転数のみによって定まらず、エンジ
ンルーム内の状態変化や車室内の共鳴状態や湿度や温度
変化等により変化する。したがって、エンジン回転数の
みから騒音を特定した場合、実際の騒音の波形と予測し
た騒音信号の波形がずれてしまい、十分に消音ができな
いおそれがある。

【０００６】これに対し、騒音検出マイクを使用する場
合には、エンジン以外の音が騒音検出マイクに入り、か
つそのエンジン以外の音のレベルがエンジン音より大き
いと、適応制御がうまく働かず、発散してしまうことが
ある。

【０００７】そこで本発明においては、実際に発生して
いる音の中からアダプティブデジタルフィルターに入力
すべき騒音を特定し、消音の効率を向上させることを課
題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明において用いた第１の手段は、騒音源の発生す
る音を検出する騒音検出マイクと、騒音源の発生する騒
音に相当する周波数域を決定する周波数域決定手段と、
前記騒音検出マイクにより検出された音のうち前記設定
周波数域のみを抽出する第１周波数選択手段と、前記第
１周波数選択手段を通過した信号を適応制御するアダプ
ティブデジタルフィルターと、前記アダプティブデジタ
ルフィルターの出力信号に基づき室内に音を発生するス
ピーカと、室内の音を検出し、前記アダプティブデジタ
ルフィルターにフィードバックする消音確認マイクとを
備えたことである。

【０００９】上記課題を解決するために本発明において
用いた第２の手段は、騒音源の発生する音を検出する騒
音検出マイクと、騒音源の発生する騒音に相当する周波
数域を決定する周波数域決定手段と、前記騒音検出マイ
クにより検出された音のうち前記設定周波数域のみを抽
出する第１周波数選択手段と、前記第１周波数選択手段
を通過した信号を適応制御するアダプティブデジタルフ
ィルターと、前記アダプティブデジタルフィルターの出
力信号に基づき室内に音を発生するスピーカと、室内の
音を検出する消音確認マイクと、前記消音確認マイクに
より検出された信号のうち前記設定周波数域のみを抽出
し、前記アダプティブデジタルフィルターにフィードバ
ックする第２周波数選択手段とを備えたことである。

【００１０】

【作用】上記第１の手段によれば、騒音検出マイクによ
り検出された騒音源の音のうち、騒音源の発生する騒音
に相当する周波数域の音のみが第１周波数選択手段を通
過する。これにより実際に騒音源が発生している騒音の
みが抽出できる。アダプティブデジタルフィルターは、
消音確認マイクからのフィードバックによって消音確認
マイクの検出音が最小になるようにフィルター係数を設
定し、第１周波数選択手段を通過した音を畳み込み演算
し、スピーカから消音確認マイクで検出した音の逆位相
音を発生させるように働く。スピーカから発せられる音
の周波数帯域、つまり消音される周波数帯域は実際に騒
音源が発生している騒音の周波数帯域のみに限られる。
したがって、スピーカからは騒音の周波数帯域の逆位相
音が発生され、室内の音のうち、実際に騒音源が発生し
ている音が消音される。

【００１１】上記第１の手段によれば、室内で音楽を聞
いている場合や、室外において、パトカー等のサイレン
の音、踏切での警報、近づいてくる自動車の音等は、消
音の対象外となり、必要な音までが消音されることはな
い。また、実際に発生している騒音を検出するので効率
良く消音することができる。

【００１２】上記第２の手段によれば、騒音検出マイク
により検出された騒音源の音のうち、騒音源の発生する
騒音に相当する周波数域の音のみが第１周波数選択手段
を通過する。これにより実際に騒音源が発生している騒
音のみが抽出できる。アダプティブデジタルフィルター
は、消音確認マイクからのフィードバックによって、第
２周波数選択手段を通過した消音確認マイクからの検出
音が最小になるようにフィルター係数を設定し、第１周
波数選択手段を通過した音を畳み込み演算し、スピーカ
から消音確認マイクで検出した音の逆位相音を発生させ
るように働く。

【００１３】消音確認マイクからのフィードバックにお
いても、第２周波数選択手段により実際に騒音源が発生
している騒音の周波数帯域のみが抽出されるので、騒音
の周波数帯域において最適の逆位相音が得られる。した
がって、騒音源の発する騒音以外の音のレベルを減少さ
せることはない。仮に、騒音源の発する騒音の周波数帯
に極めて近い周波数の音が騒音源以外から発せられてい
た場合でも、騒音源からの騒音のみを選別して消音する
ことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を車両に搭載した場合の実施例
を図面を参照しながら説明する。

【００１５】図１は本発明の全体概要図である。スピー
カＳＰおよび消音確認マイクＭ２は座席１０のヘッドレ
スト１１または座席１０の背もたれ部１４から延びて、
耳元に配置される。エンジン１２の回転数を検出するた
めにエンジン回転数センサＰＰが置かれている。騒音検
出マイクＭ１は座席１０からなるべく遠くに、例えば足
元付近に最低１つ設置されている。コントローラ１３は
スピーカＳＰ、消音確認マイクＭ２、エンジン回転数セ
ンサＰＰおよび騒音検出マイクＭ１に接続されている。

【００１６】スピーカＳＰおよび消音確認マイクＭ２が
人の耳元に配置されるため、スピーカＳＰは大きな音を
だす必要がない。このため、スピーカＳＰからでた音が
座席１０から離れた部分や車外に影響し、他の部分で音
が強調されることもない。したがって確実に座席に座っ
ている人の耳に入る騒音のみを低減するとともに、他に
影響を与えない。

【００１７】図２にコントローラ１３の第１実施例の詳
細を示す。騒音検出マイクＭ１は車室内の音を検出す
る。検出された音は第１周波数選択手段である第１周波
数選択器ＳＣＦ１を通過した後、適応フィルターである
アダプティブデジタルフィルター（Adaptive Digital F
ilter)ＡＤＦに送られる。アダプティブデジタルフィル
ターＡＤＦは騒音信号を所定のフィルター係数にて積和
演算し、スピーカＳＰから音を発生させる。

【００１８】エンジン回転数センサＰＰはパルスピック
アップであり、エンジン出力軸もしくはエンジン出力軸
に間接的に接続された軸の近傍に設置され、エンジン１
２の回転数を検出する。フェーズドロックループ(Phase
d lock loop)ＰＬＬはエンジン回転数センサＰＰの出力
ｅを受ける。フェーズドロックループＰＬＬの内部構造
を図３に示す。フェーズドロックループＰＬＬは、位相
差検出器２０、チャージポンプ２１、ループフィルタ２
２、電圧コントロールオシレータＶＣＯ２４および分周
器２３よりなる。位相差検出器２０は分周器からのパル
スとエンジンからのパルスの位相差を求める。チャージ
ポンプ２１は分周器２３からのパルスとエンジンからの
パルスの位相差を零にするよう働き、位相調整した量の
電圧パルスを出力する。ループフィルタ２２は積分器の
構成をとっており、チャージポンプ２１からの電圧パル
スをアナログ電圧の形にして電圧コントロールオシレー
タ２４に送出する。電圧コントロールオシレータ２４は
入力電圧に応じた周波数パルスを発振し、クロックパル
スＣＬとして第１周波数選択器ＳＣＦ１および分周器２
３へ送る。分周器２３は入力パルスを１／Ｎに分周し周
波数を１／Ｎに落とす。このＮは整数であり、予め設定
しておく。第１周波数選択器ＳＣＦ１はスイッチドキャ
パシタフィルター（Switched Capacitor Filter)ＳＣＦ
から構成されている。

【００１９】今、エンジン回転パルスの周波数のＮ倍が
スイッチドキャパシタフィルターＳＣＦへのクロック周
波数に一致しているとする。ここで、エンジン回転数が
上昇すると、分周器２３からのパルスとエンジン回転パ
ルスとの間に位相差が生ずる。このとき、チャージポン
プ２１はこの位相差を零にするよう働き、位相が増大す
るときには出力パルス電圧を上げ、位相差が減少すると
きには出力パルス電圧を下げる。ループフィルタ２２は
出力パルスをアナログ電圧に変換し、電圧コントロール
オシレータ２４はこのアナログ電圧に相当する周波数の
クロックパルスを発生するので、位相差が増大するとき
にはクロック周波数が増加し、位相差が減少するときに
はクロック周波数が減少する。したがって、クロック周
波数はエンジン回転数に応じて上下する。ループフィル
タ２２は積分器の構成をとっているので、位相差が一致
して、チャージポンプからのパルスが出力されなくなっ
てもそれまでの値を出力し続ける。したがって、スイッ
チドキャパシタフィルタＳＣＦヘ出力されるクロックパ
ルスＣＬの周波数はエンジン回転数のＮ倍となる。

【００２０】スイッチドキャパシタフィルタＳＣＦは、
等価抵抗Ｒｅｑが１／（Ｃ・ｆｃ）となるスイッチドキ
ャパシタの性質を応用した積分器である。フィルタを設
計するときに、このＲｅｑを抵抗とすれば、ｆｃの変化
に追従するフィルタを実現することができる。スイッチ
ドキャパシタフィルタＳＣＦとしては、ナショナルセミ
コンダクタ製のＭＦ１０ユニバーサルモノリシックデュ
アルスイッチドキャパシタフィルタがある。このＭＦ１
０を用いれば、クロックパルスＣＫの周波数ｆｃに応じ
た周波数帯域のみを抽出するバンドパスフィルタを形成
することができる。

【００２１】このように、エンジン回転数の周波数のＮ
倍の周波数をもつクロックパルスがスイッチドキャパシ
タフィルタＳＣＦに与えられ、スイッチドキャパシタフ
ィルタＳＣＦはクロックパルスの周波数に応じて選択す
る周波数帯域を調整する。この値Ｎと、電圧コントロー
ルオシレータ２４の電圧範囲を調整すれば、エンジン回
転数の所定倍の周波数のみを抽出できるようなバンドパ
スフィルタが得られる。これにより、騒音検出マイクＭ
１により検出された車室内音のうち、エンジン回転数の
ｎ次高調波成分だけ抽出できる。通常、４気筒のエンジ
ンにおいてはエンジン回転数の２次高調波成分のレベル
が高く、車室内における騒音の要因となっているので４
気筒車の場合には、値Ｎと電圧コントロールオシレータ
２４の電圧範囲を調整して、エンジン回転数の２倍あた
りの周波数を選別するとよい。

【００２２】スピーカの発生した音は騒音源であるエン
ジンや車室内外から到達する音と一緒に運転者，乗客の
耳に入る。同時にこれらの音は消音確認マイクＭ２によ
り検出される。消音確認マイクＭ２の出力ＶＢはアダプ
ティブデジタルフィルターＡＤＦに送られる。アダプテ
ィブデジタルフィルターＡＤＦは、図９に示すように、
トランスバーサルフィルター２７と適応アルゴリズム２
８を備える。適応アルゴリズム２８は消音確認マイクＭ
２の出力ＶＢを受け、トランスバーサルフィルター２７
のフィルター係数を決定する。トランスバーサルフィル
ター２７は第１周波数選択器ＳＣＦ１からの信号ＰＡを
畳み込み演算し、スピーカＳＰに信号音ＰＢを送る。こ
れによりアダプティブデジタルフィルターＡＤＦは消音
確認マイクＭ２の検出音のレベルを最小にするように、
フィルター係数を調整する。

【００２３】今、図４（ａ）に示すような周波数ｆ１，
ｆ２，ｆ３の３つの点にピークを有する信号を室内に発
生させた場合を想定する。この内、ｆ１およびｆ３は音
楽や警告音等の室内の人にとって必要な音であり、ｆ２
が騒音源の発生する騒音であるとする。この場合、騒音
低減装置がなければ、３つの周波数がそのまま人の耳に
入ることになる。音楽等に混じってエンジンの騒音が人
の耳に入り、不快になる。ここで、上記第１実施例の騒
音低減装置を働かせると、図４（ｂ）のようにｆ２のレ
ベルが低下し、音楽等の他の周波数の音が聞きやすくな
る。

【００２４】ここで、ｆ１，ｆ３のレベルも若干低下し
ている。この低下率は騒音源の周波数に近いほど大き
い。そこで、更に、騒音以外の音のレベル低下を抑える
ことが要求されるようになる。この課題に対処した例を
第２実施例に示す。

【００２５】図５はコントローラ１３の第２実施例の詳
細を示す。第２実施例では、第１実施例に対して、消音
確認マイクＭ２とアダプティブデジタルフィルターＡＤ
Ｆ間に第２周波数選択手段である第２周波数選択器ＳＣ
Ｆ２が挿入されている。

【００２６】スピーカの発生した音は騒音源であるエン
ジンや車室内外から到達する音と一緒に運転者，乗客の
耳に入る。同時にこれらの音は消音確認マイクＭ２によ
り検出される。消音確認マイクＭ２の出力ＶＢは第２周
波数選択手段である第２周波数選択器ＳＣＦ２により周
波数選択され、信号ＰＤとしてアダプティブデジタルフ
ィルターＡＤＦに送られる。第２周波数選択器ＳＣＦ２
は第１周波数選択器ＳＣＦ１と同一の構成をしており、
フェーズドロックループＰＬＬからの出力クロックＣＬ
によりエンジン回転数のｎ次高調波成分に相当する周波
数帯域の信号のみ抽出する。

【００２７】消音確認マイクＭ２側にも、騒音の周波数
域にのみ追従するバンドパスフィルターを挿入すること
で、騒音のみを確実に消音することができる。

【００２８】図５は第２実施例における消音の例である
が、第１実施例の場合の図４の例と同様に騒音ｆ２と他
の音ｆ１，ｆ３を与えた場合、ｆ１およびｆ３において
はレベルは変化していない。また、騒音ｆ２のレベルも
激減している。アダプティブデジタルフィルターＡＤＦ
を用いる場合、騒音と騒音以外の音の間で周波数の間隔
が短いと騒音の相互関係が強くなり、参照側（第１周波
数選択器ＳＣＦ１側）で騒音を分離しても、３つの周波
数を消そうとしてアダプティブデジタルフィルターＡＤ
Ｆが働いてしまうが、消音確認側でも騒音を分離すれば
騒音だけを確実に消音できる。

【００２９】上記実施例においては、実際の騒音を検出
するとともに、騒音の周波数帯のみ分離して制御を行う
ようにしているため、騒音の消音が確実に行えるととも
に、アダプティブデジタルフィルターＡＤＦの収束スピ
ードが向上する。したがって、アダプティブデジタルフ
ィルターＡＤＦの有効性が増す。

【００３０】尚、６気筒エンジンの場合、車室内におけ
る騒音分布には、エンジンの回転１次成分、１．５次成
分、２次成分、２．５次成分および３次成分が現れる。
これらの成分を全て消音したい場合には、周波数選択器
を複数個設け、夫々において各成分を抽出したのち合成
し、アダプティブデジタルフィルターＡＤＦに与えてや
ればよい。

【００３１】このように、騒音のみを消音し、音楽，音
声や警報，警告音等、必要な音については消音しないた
め、自動車に搭載も可能になる。また、実際に発生して
いる騒音をマイクで検出することにより、確実に騒音を
消音できる。

【００３２】上記第１，第２実施例では車両におけるエ
ンジンの騒音を低減する装置を示したが、本発明はエン
ジンに限らず、騒音源の状態に応じて騒音部の周波数が
変化するようなものにも適用できる。例えば、飛行機の
室内において、エンジン音を低減する場合や、病院にお
ける患者のベッドに採用し、ベッド脇に置かれた治療等
の機器の発する騒音の低減をする等数々の応用が考えら
れる。この場合、スイッチドキャパシタフィルタのクロ
ックを調整することで、任意の周波数帯域の騒音を低減
すればよい。車両用としては、他に、シートアジャスタ
の作動音やワイパーの摺動音、トランスミッションの発
するシフトチェンジ時の騒音、車両に搭載された電磁弁
等の作動音等の低減にも効果を発する。

【００３３】本発明を車両に搭載する場合、各座席毎に
本発明の騒音低減装置を搭載できる。この場合、本装置
の作動を許可・禁止するスイッチを設け、個々の座席で
切り換えれるようにするとよい。例えば、後部座席で寝
ている人に対しては本装置を作動させ、また、運転者は
エンジン音の確認や眠気防止のため本装置の作動を切る
ようにできる等、その場に応じた対応が可能になる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、ユーザーに聞こえる全
ての音を消去しようとするのではなく、騒音源から発せ
られる特定の周波数の音のみ騒音低減するものであるの
で、ユーザーに必要な音までも消してしまうことがな
い。

【００３５】また、実際に発生している騒音を検出する
ので、消音効果に優れる。

【００３６】アダプティブデジタルフィルターを用いた
場合でも、収束スピードや騒音の消音量に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成図

【図２】本発明の第１実施例の回路ブロック図

【図３】本発明の第１および第２実施例の周波数選択器
の構造を示す回路ブロック図

【図４】本発明の第１実施例の効果を示す周波数とレベ
ルの相関関係を示すグラフ

【図５】本発明の第２実施例の回路ブロック図

【図６】本発明の第２実施例の効果を示す周波数とレベ
ルの相関関係を示すグラフ

【図７】従来の適応制御方式を用いた騒音低減装置の例

【図８】従来の適応制御方式を用いた騒音低減装置の例

【図９】アダプティブデジタルフィルターの構成図

【符号の説明】

１０ 座席 １１ ヘッドレスト １２ エンジン １３，２５，２６ コントローラ １４ 背もたれ部 ２０ 位相差検出器 ２１ チャージポンプ ２２ ループフィルタ ２３ 分周器 ２４ 電圧コントロールオシレータ ２７ トランスバーサルフィルター ２８ 適応アルゴリズム ＡＤＦ アダプティブデジタルフィルター Ｍ１ 騒音検出マイク Ｍ２ 消音確認マイク ＰＬＬ フェーズドロックループ ＰＰ エンジン回転数センサ ＳＣＦ１ 第１周波数選択器（第１周波数選択手段） ＳＣＦ２ 第２周波数選択器（第２周波数選択手段） ＳＰ スピーカ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 騒音源の発生する音を検出する騒音検出
   マイク、 騒音源の発生する騒音に相当する周波数域を決定する周
   波数域決定手段、 前記騒音検出マイクにより検出された音のうち前記設定
   周波数域のみを抽出する第１周波数選択手段、 前記第１周波数選択手段を通過した信号を適応制御する
   アダプティブデジタルフィルター、 前記アダプティブデジタルフィルターの出力信号に基づ
   き室内に音を発生するスピーカ、 室内の音を検出し、前記アダプティブデジタルフィルタ
   ーにフィードバックする消音確認マイク、を備える騒音
   低減装置。
2. 【請求項２】 前記第１周波数選定手段は、エンジン回
   転数および／またはエンジン回転数の高調波の周波数を
   含む幅の周波数帯域を抽出することを特徴とする請求項
   １記載の車室内の騒音低減装置。
3. 【請求項３】 騒音源の発生する音を検出する騒音検出
   マイク、 騒音源の発生する騒音に相当する周波数域を決定する周
   波数域決定手段、 前記騒音検出マイクにより検出された音のうち前記設定
   周波数域のみを抽出する第１周波数選択手段、 前記第１周波数選択手段を通過した信号を適応制御する
   アダプティブデジタルフィルター、 前記アダプティブデジタルフィルターの出力信号に基づ
   き室内に音を発生するスピーカ、 室内の音を検出する消音確認マイク、 前記消音確認マイクにより検出された信号のうち前記設
   定周波数域のみを抽出し、前記アダプティブデジタルフ
   ィルターにフィードバックする第２周波数選択手段、を
   備える騒音低減装置。
4. 【請求項４】 前記第１周波数選定手段及び第２周波数
   選定手段は、エンジン回転数および／またはエンジン回
   転数の高調波の周波数を含む幅の周波数帯域を抽出する
   ことを特徴とする請求項３記載の車室内の騒音低減装
   置。