JPH0651786A - 車室内騒音の低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車等の車室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
し、乗員が居ない所の制御は行わずに乗員が居る領域の
騒音低減量を向上させる。 【構成】 乗員の乗車位置を検出してその乗車位置のマ
イク出力のみを選択し、制御系において選択したマイク
と全てのスピーカとの組合せについて予め求めた空間伝
達特性を用いて該制御系内の全スピーカの出力制御を行
う。

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内の低周波の騒音をアクティ
ブに低減(Active Noise Control)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、広閉空間を
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騒音源であるエ
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７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２６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２６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７の構成の動作においては、
図８の初期設定同定モードと図９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８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３
３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９の
通常同定モードに移行する。

【０００６】まず図８の初期同定モードについて説明す
ると、車両環境で気圧・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
と制御不能もしくは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８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１０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９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９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９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１１に示すような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】一方、乗用車等の車室内では、騒音を低減
させたい制御（評価）ポイントは上記のように一点だけ
では無く多点に及び、また各制御ポイントにおける音圧
レベル（大きさ）もそれぞれ異なっており騒音源である
エンジン回転によって周波数も変化する。

【００１４】このような観点から、マイクとスピーカを
複数個組み合わせた種々の従来技術が提案されており、
例えば特開平3-203490号においては図１２に概略的に示
すように、前部座席（以下、前席と言う）１５Ａ付近に
マイク１３ａ〜１３ｄを設置し、後部座席（以下、後席
と言う）１５Ｂ付近にマイク１３ｅ〜１３ｈを設置する
と共に、車室１０の前部にスピーカ１４ａ及び１４ｂを
設置し、後部にスピーカ１４ｃ及び１４ｄを設置してい
る。

【００１５】そして、これらのマイク１３ａ〜１３ｆの
出力信号に基づいてスピーカ１４ａ〜１４ｄの出力制御
を行うコントローラ２を設けている。このコントローラ
２は図示していないが、エンジンの回転に同期した基準
信号を検出する手段としての振動センサの出力信号を受
け、更に車室内の前席１５Ａの側に設けたマイク１３ａ
〜１３ｄからの情報の２乗和と後席１５Ｂの側に設けた
マイク１３ｅ〜１３ｈからの情報の２乗和と、その差に
より１つのコントローラ２が４つのスピーカ１４ａ〜１
４ｄの出力が最小となるように制御している。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな特開平3-203490号の場合には人が乗車しないエリア
も制御の対象に含めてしまう。即ち、例えば後席に人が
乗車していなくても後席の制御を行うように構成されて
いるため、人が乗車している前席の騒音低減量が、後席
を制御しない場合に比べて小さくなってしまうと共に、
このように人が乗車しないエリアを制御するエネルギー
が無駄であるという問題点があった。

【００１７】従って本発明は、エンジンの振動に同期し
た基準信号を検出し、車室内に複数のスピーカと複数の
マイクを設け、ホワイトノイズにより予め測定されたス
ピーカ−マイク間の空間伝達特性を用いて該基準信号に
より車体の振動系の各マイクまでの伝達特性の逆伝達特
性を同定し各マイクの入力が最小になるように適応型コ
ントローラが該スピーカの出力を制御する車室内騒音の
低減装置において、乗員が居ない所の制御は行わずに乗
員が居る領域の騒音低減量を向上させることを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る車室内騒音の低減装置は、乗員の乗車
位置を検出する手段と、乗員が検出された乗車位置のマ
イクのみを選択するマイク選択部とを設け、全てのスピ
ーカとマイクの組合せについて予め求めた空間伝達特性
を該コントローラに記憶しておき、該コントローラが、
該マイク選択部の出力信号と該基準信号とにより全スピ
ーカの出力制御を行うことを特徴としたものである。

【００１９】

【作用】本発明においては先ず乗員の乗車位置を検出す
る手段によって乗員の乗車位置が検出されると、この検
出結果を受けたマイク選択部は乗員が存在していないと
ころのマイクの出力信号は必要ないので乗員が存在して
いるところのマイクの出力信号のみを選択してコントロ
ーラに与える。

【００２０】このようにマイク選択部から必要なマイク
出力信号のみを受けたコントローラは基準信号との演算
を行って各制御系における全てのスピーカの出力制御を
実行する。

【００２１】この場合、コントローラは制御系における
全てのスピーカとマイクの組合せについて空間伝達特性
を予め求めて記憶しておくので、マイク選択部からのマ
イク出力信号に応じて必要な空間伝達特性を用いてこれ
と基準信号との演算により上記のように制御系内の全て
のスピーカの出力制御を行っている。

【００２２】このようにして本発明では乗員の存在が検
出されたところのみ騒音低減の制御が実行されることと
なり、騒音低減制御が最も効率的に行われるため、騒音
低減量（消音量）を向上させることが出来る。

【００２３】

【実施例】図１は本発明に係る車室内騒音の低減装置の
システム概要を示したもので、この実施例では制御系Ｃ
Ｓにおいては４つのスピーカＳＰ１〜ＳＰ４と４つのマ
イクＭＩＣ１〜ＭＩＣ４とを含んでおり、マイク選択部
４０を経由してコントローラ２に接続されている。

【００２４】マイク選択部４０は後述する乗員位置セン
サからの出力信号を受けて制御系ＣＳにおけるマイクＭ
ＩＣ１〜ＭＩＣ４の出力信号を適宜選択し、コントロー
ラ２にマイク信号Ｆｔ・ＲＨ（右側前席），Ｆｔ・ＬＨ
（左側前席），Ｒｒ・ＲＨ（右側後席），Ｒｒ・ＬＨ
（左側後席）を与えるようになっている。尚、コントロ
ーラ２には図７に示したエンジン振動センサ１２からの
基準信号が与えられている。

【００２５】図２及び図３は乗員の乗車位置を検出する
手段としての乗員位置センサの実施例を示したもので、
図２はシートベルトスイッチによる乗員検出の例を示し
ており、図３はドアスイッチによる乗員検出の例を示し
ている。

【００２６】まず図２に示したシートベルトスイッチの
場合は、従来から用いられているシートベルト６１の先
端に設けられた金属部６２を、同図(a) に示す未装着状
態（ＯＦＦ）においては、反対側のシートベルトのバッ
クル（受金具）６３内にバネ６４によって結合されたリ
ミットスイッチ６５を設けている。また、同図(b) に示
すような装着状態（ＯＮ）においてはバネ６４の反発力
に抗してシートベルト６１の金属部６２が接点６５を接
触させるので、乗員が存在している信号を発生してマイ
ク選択部４０に与えることが出来る。

【００２７】図３に示すドアスイッチの場合には、同図
(a) に示すようにドアパット７１の車室内側に通常設け
られているドアインサイドハンドル７２の内部に同図
(b) に示すようにドアインサイドスイッチ７３を設けた
ものであり、乗員が車室内からドアを閉めるときにドア
インサイドハンドル７２を握ることとなるので、このと
きにＯＮとなり、乗員の乗車を知らせることが出来る。
従って、荷物等を乗せるときにはドアインサイドスイッ
チ７３が握られないので乗員の乗車とは判定されないこ
ととなる。

【００２８】この他、簡易な方法として、各ドアに付い
ているドアスイッチ（リミットスイッチ）からの信号を
利用してドアが開いているときをＯＮとし、閉じている
ときをＯＦＦとして乗員の乗車位置を判定することも出
来る。

【００２９】次に図１に示した本発明の実施例の動作を
説明すると、先ずエンジン始動後、マイク選択部４０は
図２及び図３にそれぞれ示したシートベルトスイッチ又
はドアスイッチ等の乗員位置センサより乗員の位置を検
出する。尚、この際、シートベルトの装着等が遅れる場
合もあるので、エンジン始動後の一定期間はシートベル
トの装着確認保護期間として設定することが好ましい。

【００３０】このようにしてマイク選択部４０が乗員位
置センサの出力信号から例えばドライバ席にしか乗員が
乗車していないと判定されたときには、マイク選択部４
０はマイク出力信号Ｆｔ・ＲＨのみを選択して出力して
コントローラ２に与える。即ち、乗員が検出された乗車
位置のマイク出力を選択してコントローラに与えるよう
にしている。

【００３１】このようにして入力信号を受けるコントロ
ーラ２はスピーカＳＰ１〜ＳＰ４の出力を制御するが、
図４にはこのときのコントローラ２の適応制御の状態が
示されており、これについて以下に説明する。

【００３２】先ず制御系ＣＳにおいては、４つのスピー
カＳＰ１〜ＳＰ４と４つのマイクＭＩＣ１〜ＭＩＣ４と
の全ての組合せにより図１に示したように１６個の空間
伝達特性ＧＤ₁₁，ＧＤ₁₂，ＧＤ₁₃，ＧＤ₁₄; ＧＤ₂₁，Ｇ
Ｄ₂₂，ＧＤ₂₃，ＧＤ₂₄; ＧＤ ₃₁，ＧＤ₃₂，ＧＤ₃₃，ＧＤ
₃₄; ＧＤ₄₁，ＧＤ₄₂，ＧＤ₄₃，ＧＤ₄₄が図８に示したよ
うな初期同定モードにより求められるので、これらの空
間伝達特性ＧＤ₁₁〜ＧＤ₄₄を予めコントローラ２の演算
部５０に格納しておく。

【００３３】そして、この演算部５０では、全て空間伝
達特性ＧＤ₁₁〜ＧＤ₄₄とセンサ１２（図７参照）からの
エンジン振動成分Ｘ(n) との畳み込み演算を行ってその
値Ｒ ₁₁〜Ｒ₄₄＝Ｘ(n) ＊ＧＤ₄₄を出力する。

【００３４】また、マルチチャネル演算部５１では、こ
れらの演算値Ｒ₁₁〜Ｒ₄₄とマイクＭＩＣ１〜ＭＩＣ４の
各出力信号にステップサイズ２μを乗じた値とのマトリ
ックス演算を行ってタップ係数Ｈ₁ 〜Ｈ₄ を求めると
き、図４に示すように乗員が乗って居るためにアクティ
ブとなるマイクはマイクＭＩＣ１だけであることがマイ
ク選択部４０から知らされるので、図示のように空間伝
達特性ＧＤ₁₁とＧＤ₂₁とＧＤ₃₁とＧＤ₄₁（これらのみが
図１で実線で示されている）による演算値Ｒ₁₁とＲ₂₁と
Ｒ₃₁とＲ₄₁のみを用いて４つのスピーカＳＰ１〜ＳＰ４
に対するタップ係数Ｈ₁ 〜Ｈ₄ を求めて制御信号を与え
ることにより、各スピーカＳＰ１〜ＳＰ４の入力レベル
を最小に適応制御している。

【００３５】また、例えば必ず乗員が存在するドライバ
席（Ｆｒ・ＲＨ）の他に後部の右側座席（Ｒｒ・ＲＨ）
にも乗員が乗車しているときには、マイクＭＩＣ３の出
力信号もマルチチャネル演算部５１に入力されることと
なり、またこのマイクＭＩＣ３と関わっている空間伝達
特性ＧＤ_13, ＧＤ_23, ＧＤ_33, ＧＤ₄₃も必要となるので
これらの空間伝達特性ＧＤ_13, ＧＤ_23, ＧＤ_33, ＧＤ₄₃
による演算値Ｒ_13, Ｒ _23, Ｒ_33, Ｒ₄₃もマルチチャネル
演算部５１におけるマトリックス演算に用いられ、タッ
プ係数Ｈ₁ 〜Ｈ₄ を更新することとなり、スピーカＳＰ
１〜ＳＰ４の出力が最小となるように適応制御を行うこ
ととなる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る車室内
騒音の低減装置によれば、乗員の乗車位置を検出してそ
の乗車位置のマイク出力のみを選択し、制御系において
選択したマイクと全てのスピーカとの組合せについて予
め求めた空間伝達特性を用いて該制御系内の全スピーカ
の出力制御を行うように構成したので、乗員が存在する
位置に対してのみ騒音低減の制御を行うこととなり騒音
低減効率が良くなる。

【００３７】即ち、図５に示すような余分な適応制御を
する従来の場合（ドライバ席のみ乗車時に助手席も適応
制御をかけた場合）と比べて、本発明によれば図６に示
すようにドライバ席のみ乗車時にその他の座席に対して
は適応制御をかけない場合は騒音低減量が大きくするこ
とができると共に、乗員のいないエリアを制御するエネ
ルギーの無駄を省くことが出来る。

【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システム
概要を示したブロック図である。

【図２】本発明に用いる乗員の乗車位置を検出する手段
としてのシートベルトスイッチを示した図である。

【図３】本発明に用いる乗員の乗車位置を検出する手段
としてのドアスイッチを示した図である。

【図４】複数の空間伝達特性による適応制御例を示した
ブロック図である。

【図５】本発明においてドライバ席のみ乗車時に助手席
も適応制御をかけた場合の騒音低減特性を示したグラフ
図である。

【図６】本発明においてドライバ席のみ乗車時にその他
の座席は適応制御をかけない場合の騒音低減特性を示し
たグラフ図である。

【図７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】特開平3-203490号に示された従来例を概略的
に示したブロック図である。

【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） ＭＩＣ１〜ＭＩＣ４ マイク ＳＰ１〜ＳＰ４ スピーカ ＣＳ 制御系 ２２ フィルタ ２３，３３ 適応フィルタ ＧＤ₁₁〜ＧＤ₄₄ 空間伝達特性 ４０ マイク選択部 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの振動に同期した基準信号を検
   出し、車室内に複数のスピーカと複数のマイクを設け、
   ホワイトノイズにより予め測定されたスピーカ−マイク
   間の空間伝達特性を用いて該基準信号により車体の振動
   系の各マイクまでの伝達特性の逆伝達特性を同定し各マ
   イクの入力が最小になるように適応型コントローラが該
   スピーカの出力を制御する車室内騒音の低減装置におい
   て、 乗員の乗車位置を検出する手段と、乗員が検出された乗
   車位置のマイクのみを選択するマイク選択部とを設け、
   全てのスピーカとマイクの組合せについて予め求めた空
   間伝達特性を該コントローラに記憶しておき、該コント
   ローラが、該マイク選択部の出力信号と該基準信号とに
   より全スピーカの出力制御を行うことを特徴とした車室
   内騒音の低減装置。