JPH07199969A

JPH07199969A - 能動型騒音制御装置

Info

Publication number: JPH07199969A
Application number: JP5337021A
Authority: JP
Inventors: Akio Kinoshita; 明生木下; Yoshiharu Nakaji; 義晴中路; Tsutomu Hamabe; 勉浜辺; Koji Yamada; 耕治山田; Mitsuhide Sasaki; 光秀佐々木
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】制御音源を駆動する駆動信号を生成する処理に
おける演算負荷の軽減を図る。【構成】騒音の発生状態を表す基準信号ｘをフィルタ処
理して制御音源を駆動する駆動信号ｙを生成するフィル
タを、フィルタ係数固定のディジタルフィルタＷｆと、
フィルタ係数可変のディジタルフィルタＷｖとで構成す
る。そして、ディジタルフィルタＷｖのフィルタ係数
を、基準信号ｘを伝達関数フィルタＣ＾でフィルタ処理
した値ｒと残留騒音信号ｅとに基づき適応アルゴリズム
に従って逐次更新するフィルタ係数更新部１２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、騒音の騒音発生状態を表す基準信号をフィルタ処
理することにより制御音源を駆動する駆動信号を生成す
るとともに、前記基準信号及び騒音の低減状態を表す残
留騒音信号に基づいて前記フィルタ処理する手段の特性
を変化させる適応制御を実行するようになっている能動
型騒音制御装置において、その適応制御における演算量
が低減されるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の技術としては、英国特許
第２１４９６１４号や特表平１−５０１３４４号に記載
のものがある。これら従来の装置は、航空機の客室やこ
れに類する閉空間に適用される能動型騒音低減装置であ
って、閉空間の外部に位置するエンジン等の単一の騒音
源は、基本周波数ｆ₀及びその高調波ｆ₁〜ｆ_nを含む
騒音を発生するという条件の下において作動するもので
ある。

【０００３】具体的には、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
の周波数ｆ₀〜ｆ_n成分に基づき、それら周波数ｆ₀〜
ｆ_n成分と逆位相の信号でラウドスピーカを駆動させ、
もって閉空間に伝達される騒音と逆位相の制御音をラウ
ドスピーカから発生させて騒音を打ち消している。

【０００４】そして、ラウドスピーカから発せられる制
御音の生成方法として、PROCEEDINGS OF THE IEEE,VOL.
63 PAGE 1692,1975,“ADAPTIVE NOISE CANCELLATION ：
PRINCIPLES AND APPLICATIONS ”で述べられている‘WI
DROW LMS’アルゴリズムを多チャンネルに展開したアル
ゴリズムを適用している。その内容は、上記特許の発明
者による論文、“A MULTIPLE ERROR LMS ALGORITHM AND
ITS APPLICATION TOTHE ACTIVE CONTROL OF SOUND AND
VIBRATION ”,IEEE TRANS.ACOUST.,SPEECH,SIGNAL PRO
CESSING,VOL.ASSP −35,PP.1423−1434,1987 にも述べ
られている。

【０００５】即ち、ＬＭＳアルゴリズムは、適応ディジ
タルフィルタのフィルタ係数を更新するのに好適なアル
ゴリズムの一つであって、例えばいわゆるＦｉｌｔｅｒ
ｅｄ−ＸＬＭＳアルゴリズムにあっては、ラウドスピ
ーカからマイクロフォンまでの伝達関数をモデル化した
伝達関数フィルタを全てのラウドスピーカとマイクロフ
ォンとの組み合わせについて設定し、騒音源の騒音発生
状態を表す基準信号をそのフィルタで処理した値と各マ
イクロフォンが検出した残留騒音とに基づいた所定の評
価関数の値が低減するように、各ラウドスピーカ毎に設
けられたフィルタ係数可変の適応ディジタルフィルタの
フィルタ係数を更新している。

【０００６】ここで、騒音源及びマイクロフォン間の伝
達関数をＧ、ラウドスピーカ及びマイクロフォン間の伝
達関数をＣ、適応ディジタルフィルタをＷとすると、上
記従来の能動型騒音制御装置は単チャンネルで考えれば
図１４に示すようなブロック図で表現することができ
る。そして、騒音源から発せられ伝達関数Ｇの伝達系を
伝わってマイクロフォンＭＰに到来する騒音を、直列関
係にある適応ディジタルフィルタＷ及び伝達関数Ｃによ
って決まる制御音によって打ち消すように適応ディジタ
ルフィルタＷのフィルタ係数を更新するのであるから、
適応ディジタルフィルタＷの最適値は、Ｗ＝−ＧＣ^-1 となり、この最適値に収束した時点で、図１５に示すよ
うに、伝達関数Ｇと、適応ディジタルフィルタＷ及び伝
達関数Ｃの直列の伝達関数ＷＣとが正負反転の関係とな
り、マイクロフォンＭＰ配設位置の騒音が低減するので
ある。

【０００７】

【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は、例えば車両に適
用し路面及び車輪間の騒音源で発生するランダム・ノイ
ズであるロード・ノイズを低減させる場合等に、適応デ
ィジタルフィルタのフィルタ長（タップ数）が長くなっ
てしまい、その適応ディジタルフィルタのフィルタ係数
の更新演算量が膨大になってしまうという問題点があっ
た。

【０００８】これを具体的に説明すると、適応ディジタ
ルフィルタＷを有限インパルス応答型のフィルタで構成
した場合、そのフィルタ長は、上記適応ディジタルフィ
ルタＷの最適値（−ＧＣ^-1）の周波数特性を逆フーリエ
変換したインパルス応答関数の長さ分必要となるため、
仮に伝達関数Ｃの分を無視しても、伝達関数Ｇつまりサ
スペンション振動及び車室内音圧間の伝達系の共振特性
分必要となり、その共振の減衰に必要な時間Ｔに比例し
て適応ディジタルフィルタＷのフィルタ長が増大してし
まうのである。

【０００９】そして、適応ディジタルフィルタＷのフィ
ルタ長が増大すると、適応アルゴリズムにおける更新の
対象であるフィルタ係数の個数が多量になり、更新演算
量が膨大になってしまうのである。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、上述した共振の減衰に必要な時間Ｔが長
くなっても更新演算量が膨大になることを避けることが
でき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。

【００１０】

【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に係る発明は、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基準信号
生成手段と、前記空間内の所定位置の残留騒音を検出し
残留騒音信号として出力する残留騒音検出手段と、前記
基準信号をフィルタ処理して前記制御音源を駆動する駆
動信号を生成する駆動信号生成用フィルタと、前記基準
信号及び前記残留騒音信号に基づいて前記空間内の騒音
が低減するように前記駆動信号生成用フィルタのフィル
タ特性を制御する能動制御手段と、を備えた能動型騒音
制御装置において、前記駆動信号生成用フィルタを、フ
ィルタ特性固定の第１のフィルタ及びフィルタ係数可変
の第２のフィルタで構成するとともに、前記能動制御手
段は、適応アルゴリズムに従って前記第２のフィルタの
フィルタ係数を逐次更新するようにしたものである。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１に係る発明において、第１のフィルタを、駆動信号生
成用フィルタとして必要なフィルタ特性のうちの低周波
成分に基づいて設定されるローパス・フィルタとしたも
のである。そして、請求項３に係る発明は、上記請求項
１又は請求項２に係る発明において、第１のフィルタ及
び第２のフィルタを並列に設けたものであり、請求項４
に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に係る発明に
おいて、第１のフィルタ及び第２のフィルタを直列に設
けたものである。

【００１２】

【作用】請求項１に係る発明にあっては、制御音源を駆
動する駆動信号は、第１のフィルタ及び第２のフィルタ
によって生成されるため、その両方のフィルタ特性が加
味された信号となる。従って、第１のフィルタ及び第２
のフィルタのそれぞれのフィルタ特性によって騒音低減
制御の精度が決まってくるのであるが、第１のフィルタ
のフィルタ特性は固定であるのに対し、第２のフィルタ
はそのフィルタ係数が可変であるためフィルタ特性が可
変となっている。

【００１３】そして、能動制御手段が、基準信号及び残
留騒音信号に基づき、適応アルゴリズムに従って空間内
の騒音が低減するように第２のフィルタのフィルタ係数
を逐次更新するため、この第２のフィルタのフィルタ係
数は、第１のフィルタのフィルタ特性によって決まる駆
動信号と、騒音を低減し得る理想的な駆動信号との差を
補償するような特性に向かって逐次更新されることにな
る。

【００１４】そこで、第２のフィルタを、最適な状態に
ある場合の駆動信号生成用フィルタの各周波数成分のう
ち、フィルタ長を増大させる原因となる成分であって且
つ変動する可能性の小さい成分に基づいて設定すれば、
第１のフィルタのフィルタ長を増大させる必要はない。
また、第１のフィルタは、変動する可能性の高い周波数
成分を担うことになるが、そのフィルタ係数は能動制御
手段によって逐次更新されるため特に問題にはならな
い。

【００１５】ここで、単純な振動系として、ｍ・ｄ²ｘ／ｄｔ²＋ｃ・ｄｘ／ｄｔ＋ｋ・ｘ＝０という運動方程式で表される系を考える。なお、ｍは質
量、ｃは減衰定数、ｋはバネ定数、ｘは質量ｍの物体の
変位である。この運動方程式の解は、ｘ＝ｘ₀ exp（−ζω₀ｔ）・Ａの形をもち、初期変位ｘ₀が減衰項 exp（−ζω₀ｔ）
の影響によって徐々に小さくなる振動をすることが判
り、その減衰の速度は、減衰比ζ（＝ｃ／ｃ₀：ｃ ₀は
臨界減衰係数であって、ｃ₀＝２（ｍｋ）^1/2であ
る。）に乗じられた形で取り込まれている固有振動数ω
₀に比例するのである。もっと簡単に述べれば、減衰比
ζは、振動波形の一山毎に何分の一に振幅が小さくなる
かを表しており、その値は同一条件下であれば周波数成
分によらず一定であるから、単一時間内に振動波形の山
の数が多い程、早く減衰するのである。

【００１６】以上から、角振動数ω₀の小さい低周波成
分の影響によって、駆動信号生成用フィルタのフィルタ
長が長くなってしまうことが判る。そして、駆動信号生
成用フィルタのフィルタ係数の変動は、高周波側では激
しいが、低周波側では小さいといえる。即ち、伝達関数
Ｇの周波数特性は振幅及び位相の両者で表されるが、特
に制御で問題となるのは位相の方であり、位相は０Ｈｚ
から始まる連続関数で表現できる。従って、低周波帯域
では位相特性に影響を与える共振，反共振の数も少なく
その変動は極めて小さいが、高周波帯域では、０Ｈｚか
らの共振，反共振の累積数が多く低周波帯域における位
相特性の僅かな変動が大きく増幅されてしまうのであ
り、このようなことから、低周波成分に限ってはフィル
タ特性は固定でも構わないといえる。

【００１７】そこで、請求項２に係る発明のように、フ
ィルタ特性固定の第１のフィルタを設定すれば、第２の
フィルタに要求されるのは、位相特性が変動し易いがフ
ィルタ長が短くて済む高周波成分だけとなる。なお、第
１のフィルタ及び第２のフィルタの結合は、請求項３に
係る発明のように並列としてもよいし、請求項４に係る
発明のように直列としてもよいが、並列とすれば、複数
のフィルタで駆動信号生成用フィルタを構成しても特に
時間遅れ等の弊害は生じないし、直列とすれば、第１の
フィルタと第２のフィルタとが掛け算の形になるので第
２のフィルタによる補償作用が効率良く行われる。

【００１８】

【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及び図２は本発明の第１実施例の構成を示
す図であって、この実施例は、本発明に係る能動型騒音
制御装置を、車両２の車室３内の騒音の低減を図る車両
用能動型騒音制御装置１に適用したものである。

【００１９】先ず、構成を説明すると、図１に示すよう
に、この車両用能動型騒音制御装置１は、騒音源として
の前輪２ａ及び路面間から、空間としての車室３内に伝
達される騒音としてのロード・ノイズの低減を図る装置
であって、前輪２ａ側のサスペンションには、前輪２ａ
の上下方向の振動を感知する基準信号生成手段としての
加速度センサ５が固定されており、その加速度センサ５
の出力が、後に詳細に説明するマイクロコンピュータや
Ａ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａ変換器等の必要なインタフェース
回路を含んで構成されるコントローラ１０に基準信号ｘ
として供給されるようになっている。

【００２０】一方、車室３内には、車室３内に残留する
騒音の音圧を測定する残留騒音検出手段としてのマイク
ロフォン８と、車室３内に制御音を発生する制御音源と
してのラウドスピーカ９とが配設されていて、マイクロ
フォン８が測定した残留騒音の音圧が、残留騒音信号ｅ
としてコントローラ１０に供給されるようになってい
る。

【００２１】そして、コントローラ１０は、供給される
各信号ｘ，ｅに基づいて所定の演算処理を実行し、前輪
２ａ側から車室３内に伝達されるロード・ノイズが打ち
消されるような制御音がラウドスピーカ９から発せられ
るように、ラウドスピーカ９に駆動信号ｙを供給するよ
うになっている。コントローラ１０は、その機能構成を
ブロック図で表した図２に示すように、基準信号ｘが入
力されるフィルタ特性固定の第１のフィルタとしてのフ
ィルタ係数固定のディジタルフィルタＷｆと、基準信号
ｘが入力されるフィルタ係数可変の第２のフィルタとし
てのディジタルフィルタＷｖと、それらディジタルフィ
ルタＷｆ及びＷｖの出力を加算して駆動信号ｙとして出
力する加算部１１と、を有している。従って、本実施例
では、基準信号ｘをディジタルフィルタＷｆでフィルタ
処理（具体的には、畳み込み積分）した駆動信号ｙ
_fと、基準信号ｘをディジタルフィルタＷｖでフィルタ
処理した駆動信号ｙ_vとを重畳した信号が、駆動信号ｙ
（＝ｙ_f＋ｙ_v）として出力されるようになっている。

【００２２】また、コントローラ１０は、ディジタルフ
ィルタＷｖの各フィルタ係数Ｗｖ_i（ｉ＝０，１，２，
…，Ｉ_v−１：Ｉ_vはディジタルフィルタＷｖのタップ
数）を後述するＦｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳアルゴリ
ズムに従って更新するフィルタ係数更新部１２を有して
いて、このフィルタ係数更新部１２には、基準信号ｘを
伝達関数フィルタＣ＾でフィルタ処理した処理信号ｒ
と、マイクロフォン８から供給される残留騒音信号ｅが
入力されるようになっている。なお、伝達関数フィルタ
Ｃ＾は、ラウドスピーカ９と、マイクロフォン８との間
の伝達関数Ｃを有限インパルス応答関数の形でモデル化
したディジタルフィルタである。

【００２３】そして、フィルタ係数更新部１２は、伝達
関数フィルタＣ＾から供給される処理信号ｒと、マイク
ロフォン８から供給される残留騒音信号ｅとに基づき、
適応アルゴリズムとしてのＦｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭ
Ｓアルゴリズムに従ってディジタルフィルタＷｖのフィ
ルタ係数Ｗｖ_iを逐次更新するようになっている。つま
り、処理信号ｒをＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ信号、残留騒音
信号ｅをエラー信号としたＦｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭ
Ｓアルゴリズムが実行されるのであり、従ってディジタ
ルフィルタＷｖのフィルタ係数Ｗｖ_iの更新式は具体的
には下記の（１）式のようになる。

【００２４】Ｗｖ_i（ｎ＋１）＝Ｗｖ_i（ｎ）−ｅ（ｎ）ｒ（ｎ−ｉ） ……（１）なお、（ｎ）が付く項はいずれも離散時刻ｎにおける値
であることを表し、また、処理信号ｒは、基準信号ｘを
伝達関数フィルタＣ＾でフィルタ処理した値であるか
ら、伝達関数フィルタＣ＾の各フィルタ係数をＣ＾
_j（ｊ＝０，１，２，…，Ｊ−１：Ｊは伝達関数フィル
タＣ＾のタップ数）とすれば、下記の（２）式のように
表される。

【００２５】ここで、コントローラ１０内のディジタルフィルタＷｆ
及びＷｖはいずれも有限インパルス応答型のディジタル
フィルタであるが、一方のディジタルフィルタＷｆは、
上述したようにそのフィルタ係数Ｗｆ_i（ｉ＝０，１，
２，…，Ｉ_f−１：Ｉ_fはディジタルフィルタＷｆのタ
ップ数）が固定であって、その周波数特性は、下記のよ
うな手順で設定される。

【００２６】先ず、この車両用能動型騒音制御装置１が
適用される車両２に図２に示すようなコントローラ１０
のうちからディジタルフィルタＷｆを除いたコントロー
ラを用いて、車室３内のロード・ノイズが充分に低減す
るまで即ちディジタルフィルタＷｖのフィルタ係数Ｗｖ
_iが最適値に収束するまで騒音低減制御を実行する。た
だし、この実験の際には、ディジタルフィルタＷｖのタ
ップ数Ｉ_vは、車室３内の残響時間に充分対応できる値
（例えば、２５６タップ）とする。

【００２７】そして、ディジタルフィルタＷｖの各フィ
ルタ係数Ｗｖ_iが最適値に収束したら、その各フィルタ
係数Ｗｖ_iをフーリエ変換して各周波数成分毎のフィル
タ係数Ｗｖ_i（ω）とする。次に、時間領域におけるデ
ィジタルフィルタＷｖのフィルタ長（タップ数）を長く
している原因の周波数成分を求めて、その求められた周
波数成分に対応するフィルタ係数Ｗｖ_i（ω）のみを逆
フーリエ変換し、その結果をフィルタ係数Ｗｆ_iとして
ディジタルフィルタＷｆを設定する。

【００２８】つまり、最適値に収束したディジタルフィ
ルタＷｖのインパルス応答が例えば図３（ａ）に示すよ
うな波形であったとしても、これを低周波成分及び高周
波成分に分解してみると、例えば低周波成分は図３
（ｂ）のようにインパルス応答の長い波形となり、高周
波成分は図３（ｃ）のようにインパルス応答の短い波形
となる。そこで、そのようなインパルス応答の長い低周
波成分の特性をディジタルフィルタＷｆに持たせてコン
トローラ１０内に記憶させるのである。

【００２９】一方、ディジタルフィルタＷｖは、初期値
としては例えば図３（ｃ）に示すような実験段階で最適
値に収束したディジタルフィルタＷｖのインパルス応答
の短い高周波成分の特性を持たせておけばよく、そのフ
ィルタ長は、その短いインパルス応答に対応できる長さ
であればよい。従って、ディジタルフィルタＷｖのタッ
プ数Ｉ_vは、ディジタルフィルタＷｆのタップ数Ｉ_fに
比べてかなり小さな値となる。

【００３０】図４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り、以下、図４に従
って本実施例の具体的な動作を説明する。即ち、図４に
示す処理は所定のサンプリング・クロックに同期して実
行されるようになっていて、先ず、そのステップ１０１
において、加速度センサ５から供給される基準信号ｘを
読み込んでこれを現在の時刻ｎにおける基準信号ｘ
（ｎ）として記憶する。

【００３１】次いで、ステップ１０２に移行し、図４の
処理が実行されるたびに次々と生成される基準信号ｘ
（ｎ）とディジタルフィルタＷｆの各フィルタ係数Ｗｆ
_iとを畳み込んで駆動信号ｙ_fを生成し、次いで、ステ
ップステップ１０３に移行し、今度は基準信号ｘ（ｎ）
とディジタルフィルタＷｖの各フィルタ係数Ｗｖ_iとを
畳み込んで駆動信号ｙ_vを生成し、そして、ステップ１
０４に移行して、それら駆動信号ｙ_f及びｙ_vを加算し
て駆動信号ｙを演算し、この駆動信号ｙを、ステップ１
０５においてラウドスピーカ９に出力する。

【００３２】駆動信号ｙを出力したら、ステップ１０６
に移行し、マイクロフォン８から供給されている残留騒
音信号ｅを読み込み、これを現時点ｎにおける残留騒音
信号ｅ（ｎ）として記憶する。そして、ステップ１０７
に移行し、基準信号ｘ（ｎ）と伝達関数フィルタＣ＾の
各フィルタ係数Ｃ＾_jとを上記（２）式に従って畳み込
んで処理信号ｒを演算し、そして、ステップ１０８に移
行し残留騒音信号ｅ（ｎ）及び処理信号ｒに基づいて上
記（１）式に従ってディジタルフィルタＷｖの各フィル
タ係数Ｗｖ_iを更新する。

【００３３】このステップ１０８の処理を終えたら今回
の処理を終了し、次のサンプリング・クロックのタイミ
ングでステップ１０１から再び処理を実行する。ここ
で、本実施例にあっては、駆動信号ｙを生成するために
並列関係にある二つのディジタルフィルタＷｆ及びＷｖ
を用いているため、伝達関数Ｇ及びＣ（図１参照）を含
む系全体は、図５に示すように表すことができ、その図
５内の破線で囲まれた部分を新たな伝達関数Ｇ' と考え
れば、系全体は図６に示すように表され、従来のＦｉｌ
ｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳアルゴリズムによるフィルタ更
新により正しく適応できることが判る。

【００３４】しかも、適応型のディジタルフィルタＷｖ
の最適値は、Ｗｖ＝−Ｇ' Ｃ^-1 となるが、その伝達関数Ｇ' 内には、既にディジタルフ
ィルタＷｆが含まれており、ディジタルフィルタＷｆ
は、上述したように、駆動信号ｙを生成するためのフィ
ルタ全体が最適値に収束した際のインパルス応答が長い
周波数成分の特性を有するフィルタであるため、ディジ
タルフィルタＷｖは、それ以外の周波数成分の特性を実
現すればよい。

【００３５】つまり、ディジタルフィルタＷｖのフィル
タ長（タップ数Ｉ_v）は、ディジタルフィルタＷｆのフ
ィルタ長（タップ数Ｉ_f）に比較してかなり短くてよい
のである。そして、ディジタルフィルタＷｆのフィルタ
係数Ｗｆ_iを固定としてるため、駆動信号ｙを生成する
系の伝達関数のうち、ディジタルフィルタＷｆが担って
いる周波数帯域の成分は変化しないことになるため、例
えば伝達関数ＧやＣの変動に伴って駆動信号ｙを生成す
る系の伝達関数を変更する必要が生じた状況において問
題となるのではないかとの懸念があるが、これは以下の
理由からほとんど問題とならない。

【００３６】即ち、伝達関数Ｇ，Ｃの周波数特性は振幅
及び位相で表されるが、特に問題となる位相は図７に示
すように０Ｈｚから始まる連続関数であり、これを連続
的に表現するとともに、２σ（σは標準偏差であり、２
σは約９５％の確率で収まる範囲となる。）の確率で収
まる範囲の一例を示すと図８のようになり、高周波側ほ
ど幅が広くなり、大きな位相差が生じ易くなっているこ
とが判る。これは、低周波帯域では、位相特性に影響を
与える共振，反共振の数自体が少なく従って位相変動が
ほとんど生じないのに対し、高周波帯域では、０Ｈｚか
らの共振，反共振の累積値が大きく低周波帯域での位相
特性の僅かな変動も高い周波数帯域では大きく増幅され
てしまうからである。

【００３７】以上から、駆動信号ｙを生成する系に必要
な伝達関数のうち、低周波帯域についてはフィルタ係数
固定のディジタルフィルタＷｆが担当し、高周波帯域に
ついてはフィルタ係数可変のディジタルフィルタＷｖが
担当することとしても騒音低減制御にとって特に問題は
ないのである。ただし、低周波帯域及び高周波帯域の境
界は、能動型騒音制御装置の適用対象となる空間の共振
特性等に応じて決まってくるため、実験等に基づいて適
宜設定することになるが、要は、駆動信号ｙを生成する
系に必要な伝達関数のうち、インパルス応答波形が長く
且つ位相特性の変動し難い周波数成分を、ディジタルフ
ィルタＷｆとして設定すればよい。

【００３８】そして、図４に示す処理が繰り返し実行さ
れると、ラウドスピーカ９にはサンプリング・クロック
の間隔で次々と駆動信号ｙが供給されるため、車室３内
にはその駆動信号ｙに応じた制御音が発生するようにな
るが、制御開始直後はディジタルフィルタＷｖの各フィ
ルタ係数Ｗｖ_iが最適値に収束しているとは限らないの
で、ラウドスピーカ９から発せられる制御音によって、
前輪２ａ側から車室３内に伝達されるロード・ノイズが
低減されるとはいえない。

【００３９】しかし、図４に示す処理が繰り返し実行さ
れると、フィルタ係数更新部１２がＬＭＳアルゴリズム
に基づきディジタルフィルタＷｖのフィルタ係数Ｗｖ_i
を更新していくので、そのフィルタ係数Ｗｖ_iがある程
度最適値に収束した後にはラウドスピーカ９から発せら
れる制御音によってこもり音が打ち消され、車室３内の
騒音が低減されるようになる。

【００４０】さらに、本実施例にあっては、駆動信号ｙ
を生成するために二つのディジタルフィルタＷｆ及びＷ
ｖを設けるとともに、それぞれの役割を上述したように
分担したため、フィルタ係数を逐次更新する必要がある
ディジタルフィルタＷｖのタップ数Ｉ_vを同様の効果を
得るための従来の装置の場合に比較して極めて短くする
ことができ、ディジタルフィルタＷｖのタップ数Ｉ_vが
小さくなれば、フィルタ係数更新部１２による更新演算
（ステップ１０８の処理）の対象となるフィルタ係数の
個数が少なくなり、演算負荷が軽減されるという利点が
ある。

【００４１】従って、一般に駆動信号ｙを生成するフィ
ルタのフィルタ長が長くなる傾向にあるロード・ノイズ
のような周期性の低いランダム・ノイズを低減する装置
であっても、特に高速処理が可能な高価な演算プロセッ
サを用いなくても実時間での処理が可能となるのであ
る。ここで、本実施例では、ディジタルフィルタＷｆ及
びＷｖによって駆動信号生成用フィルタが構成され、フ
ィルタ係数更新部１２，伝達関数フィルタＣ＾及びステ
ップ１０６〜１０８の処理によって能動制御手段が構成
される。

【００４２】なお、ディジタルフィルタＷｆは予め求め
ておいたフィルタ係数をメモリ内に貯えておき、ディジ
タルフィルタＷｖの係数を適応処理で計算した後にディ
ジタルフィルタＷｆを加算するようにしてもよい。その
場合、ディジタルフィルタＷｆ，Ｗｖは必ずしも別体の
ものでなくて済み、一つのディジタルフィルタ内に統合
できる。また、この際、フィルタ長をディジタルフィル
タＷｆに合わせて充分長くとっておき、ディジタルフィ
ルタＷｖで更新演算を行う係数は、そのうちの前側の一
部とすれば、可変フィルタを高周波成分対象とすること
による前述の効果を同様に得ることができる。

【００４３】図９は本発明の第２実施例の構成を示す図
であって、コントローラ１０の機能構成を示すブロック
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車両用能動型騒音制御
装置に適用したものであり、上記第１実施例と同様の構
成には同じ符号を付しその重複する説明は省略するとと
もに、コントローラ１０以外の構成は上記第１実施例と
同様であるため、その図示及び説明は省略する。

【００４４】即ち、本実施例にあっては、上記第１実施
例で用いていたディジタルフィルタＷｆに代えてフィル
タ特性固定の第１のフィルタとしてアナログフィルタＷ
ｆ'を用いるとともに、そのアナログフィルタＷｆ'
を、ディジタルフィルタＷｖの上流側に直列に配設した
点に特徴があり、それ以外の構成は上記第１実施例と同
一である。

【００４５】従って、コントローラ１０内における処理
は、図１０に示すように、上記第１実施例と略同様であ
るが、ステップ１０１で基準信号ｘを読み込んだ後に、
ステップ２０１に移行し、基準信号ｘをアナログフィル
タＷｆ' でフィルタ処理した結果である駆動信号ｙ_fを
読み込み、次いでステップ２０２に移行し、その駆動信
号ｙ_fをディジタルフィルタＷｖでフィルタ処理して駆
動信号ｙを生成し、そして、その後にステップ１０５に
移行するようになっている。

【００４６】このような構成であると、例えばアナログ
フィルタＷｆ' の精度が伝達関数Ｇや伝達関数Ｃの変動
に伴って相対的に劣化した場合でも、ディジタルフィル
タＷｖがアナログフィルタＷｆ' に対して掛け算の形で
修正を施すため、限られたダイナミックレンジで効率良
く所望の特性を得ることができるのである。また、周波
数軸上で見ると、ディジタルフィルタＷｖに対する適応
演算による修正の速度は、アナログフィルタＷｆ' が有
するゲインに比例するため、ゲインの高い部分ほど早く
修正されることになり、より迅速で且つ的確なディジタ
ルフィルタＷｖの各フィルタ係数Ｗｖ_iの適応が可能と
なる。

【００４７】なお、二つのフィルタＷｆ' 及びＷｖを直
列に接続すると時間遅れが懸念されるが、本実施例で
は、上流側に配設されるフィルタＷｆ' がアナログフィ
ルタであるため、下流側のディジタルフィルタＷｖの演
算時間が確保され、特に時間遅れが問題とならないよう
になっている。その他の作用効果は上記第１実施例と同
様であるためその説明は省略する。

【００４８】図１１は本発明の第３実施例を示す図であ
り、本実施例の特徴を簡単に述べれば、上記第１実施例
の構成を多チャンネルとしたものである。即ち、車室３
内には、二つのマイクロフォン８Ａ，８Ｂと、二つのラ
ウドスピーカ９Ａ，９Ｂとが配設されており、各マイク
ロフォン８Ａ，８Ｂから出力される二つの残留騒音信号
ｅ₁，ｅ₂がコントローラ１０に供給されるようになっ
ている。また、ラウドスピーカ９Ａ，９Ｂには、コント
ローラ１０から個別に駆動信号ｙ₁，ｙ₂が供給される
ようになっている。

【００４９】マイクロフォン８Ａ，８Ｂ及びラウドスピ
ーカ９Ａ，９Ｂがそれぞれ二つずつ存在するため、ラウ
ドスピーカ及びマイクロフォン間の伝達関数Ｃは２×２
の四つ存在することになり、それら伝達関数をＣ₁₁，Ｃ
₂₁，Ｃ₁₂，Ｃ₂₂とする。なお伝達関数Ｃ_lmの添字ｌ，ｍ
は、ｍ番目（ｍ＝１，２，…，Ｍ：Ｍはラウドスピーカ
の個数であって、本実施例ではＭ＝２である。）のラウ
ドスピーカと、ｌ番目（ｌ＝１，２，…，Ｌ：Ｌはラウ
ドスピーカの個数であって、本実施例ではＬ＝２であ
る。）のマイクロフォンとの間の伝達関数であることを
表している。

【００５０】そしてコントローラ１０内には、マイクロ
フォン９Ａ，９Ｂの個数に対応して二つのフィルタ特性
固定の第１のフィルタとしてのディジタルフィルタＷｆ
₁，Ｗｆ₂と、同じく二つのフィルタ係数可変の第２の
フィルタとしてのディジタルフィルタＷｖ₁，Ｗｖ
₂と、同じく二つの加算部１１Ａ，１１Ｂとが設けられ
ていて、加算部１１Ａは、ディジタルフィルタＷｆ₁の
出力である駆動信号ｙ_f1及びディジタルフィルタＷｖ₁
の出力である駆動信号ｙ_v1を加算して駆動信号ｙ₁とし
てラウドスピーカ９Ａに出力するようになっており、加
算部１１Ｂは、ディジタルフィルタＷｆ₂の出力である
駆動信号ｙ_f2及びディジタルフィルタＷｖ₂の出力であ
る駆動信号ｙ_v2を加算して駆動信号ｙ₂としてラウドス
ピーカ９Ｂに出力するようになっている。

【００５１】さらに、コントローラ１０内には、二つの
ディジタルフィルタＷｖ₁，Ｗｖ₂に対応して二つのフ
ィルタ係数更新部１２Ａ，１２Ｂと、車室３内の各伝達
関数Ｃ₁₁，Ｃ₂₁，Ｃ₁₂，Ｃ₂₂に対応した伝達関数フィル
タＣ＾₁₁，Ｃ＾₁₂，Ｃ＾₂₁，Ｃ＾₂₂とが設けられてい
て、一方のフィルタ係数更新部１２Ａには、二つの残留
騒音信号ｅ₁，ｅ₂と、伝達関数フィルタＣ＾₁₁の出力
である処理信号ｒ₁₁と、伝達関数フィルタＣ＾₂₁の出力
である処理信号ｒ₂₁とが供給され、他方のフィルタ係数
更新部１２Ｂには、二つの残留騒音信号ｅ₁，ｅ₂と、
伝達関数フィルタＣ＾₁₂の出力である処理信号ｒ₁₂と、
伝達関数フィルタＣ＾₂₂の出力である処理信号ｒ₂₂とが
供給されるようになっている。

【００５２】各部の具体的な機能は対応する上記第１実
施例の各部と同様であるが、本実施例では、いわゆるＭ
ｕｌｔｉｐｌｅＥｒｒｏｒＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ
ＬＭＳアルゴリズムが実行されることになるため、フィ
ルタ係数更新部１２Ａ，１２Ｂにおけるディジタルフィ
ルタＷｖ₁，Ｗｖ₂の各フィルタ係数Ｗｖ_1i，Ｗｖ_2iの
更新演算は、収束係数をαとし、一般式で表せば、下記
の（３）式のようになる。

【００５３】ただし、処理信号ｒ_lmは、下記の（４）式のように表さ
れる。

【００５４】即ち、本実施例のように複数のマイクロフォン８Ａ，８
Ｂ及びラウドスピーカ９Ａ，９Ｂを有する装置にあって
は、上記（３），（４）式からも判るように単チャンネ
ルの場合に比較して極端に演算量が増大する傾向にある
ため、上記第１実施例で説明したように演算量の軽減が
図られる本発明を適用する必要性が大きいのである。換
言すれば、演算量の軽減が達成される本発明を適用すれ
ば、その分、チャンネル数を増加させることができ、マ
イクロフォンやラウドスピーカの個数が増えればそれだ
け良好な騒音低減制御が実行され、車室３内の騒音レベ
ルの低減が図られるのである。

【００５５】なお、本実施例のように多チャンネルとし
た場合におけるディジタルフィルタＷｆ₁，Ｗｆ₂の設
定手順も、実質的には単チャンネルの場合と同様である
ためその説明は省略する。図１２及び図１３は本発明の
第４実施例の構成を示す図であって、この実施例は、車
両２の左右の前輪２ａ，２ｂ及び左右の後輪２ｃ，２ｄ
のそれぞれと路面との間の騒音源で発生し車室３内に伝
達されるロード・ノイズの低減を図る車両用能動型騒音
制御装置１に本発明を適用したものである。なお、上記
各実施例と同様の構成には同じ符号を付し、その重複す
る説明は省略する。

【００５６】ここで、本実施例は、車室３内の前部席側
と後部席側とを個別に制御するようになっており、二つ
のコントローラ１０Ａ，１０Ｂを有していて、前部席側
に対応するコントローラ１０Ａは、前部席側足元位置の
車体幅方向中央位置に配設されたラウドスピーカ９Ａに
対して駆動信号ｙ₁を出力するようになっており、後部
席側に対応するコントローラ１０Ｂは、後部座席のさら
に後方の車体幅方向中央位置に配設されたラウドスピー
カ９Ｂに対して駆動信号ｙ₂を出力するようになってい
る。

【００５７】ただし、マイクロフォン８は一つだけ設け
られていて、唯一のマイクロフォン８は、車室３の中心
部分の天井面に固定されていて、その配設位置における
残留騒音を検出し残留騒音信号ｅとしてコントローラ１
０Ａ及び１０Ｂの両方に供給するようになっている。ま
た、各車輪２ａ〜２ｄのそれぞれに対応するサスペンシ
ョンには、路面側から入力される上下方向の振動を感知
するための加速度センサ５ａ〜５ｄが配設されており、
前輪２ａ，２ｂ側の加速度センサ５ａ，５ｂから出力さ
れる基準信号ｘ₁及びｘ₂はコントローラ１０Ａに供給
され、後輪２ｃ，２ｄ側の加速度センサ５ｃ，５ｄから
出力される基準信号ｘ₃及びｘ₄はコントローラ１０Ｂ
に供給されるようになっている。

【００５８】コントローラ１０Ａ及び１０Ｂの構成につ
いて説明するが、それらの構成は実質的に同一であるた
め、一方のコントローラ１０Ａについてのみ説明し、他
方のコントローラ１０Ｂに関する説明は省略する。図１
３はコントローラ１０Ａの機能構成を示すブロック図で
あって、このコントローラ１０Ａ内には、入力される基
準信号ｘ₁，ｘ₂の個数に対応して二つのフィルタ係数
可変のディジタルフィルタＷｖ₁，Ｗｖ₂と、同じく対
応して二つのフィルタ係数更新部１２Ａ，１２Ｂと、ラ
ウドスピーカ９Ａ及びマイクロフォン８間の伝達関数に
対応する二つの伝達関数フィルタＣ＾₁と、一つのディ
ジタルフィルタＷｆと、基準信号ｘ₁及びｘ₂を加算し
てディジタルフィルタＷｆに供給する加算部１３と、デ
ィジタルフィルタＷｖ₁，Ｗｖ₂及びＷｆの各出力を加
算して駆動信号ｙ₁として出力する加算部１１とが設け
られている。

【００５９】つまり、本実施例では、更新が必要なディ
ジタルフィルタＷｖ₁及びＷｖ₂は基準信号ｘ₁及びｘ
₂の個数に対応した数だけ設けているが、更新が不要な
ディジタルフィルタＷｆを共通とした点に特徴があるの
である。即ち、図１２に示したように、ラウドスピーカ
９Ａ及びマイクロフォン８を騒音源としての車輪２ａ，
２ｂの両方から等距離の位置に配設しているため、前部
座席側に二つ存在する騒音源及びマイクロフォン８間の
伝達関数を等しいと考えることができ、これによってフ
ィルタを共通とする可能性を生み出しているのである。
ただし、伝達関数のうちの高周波帯域においては、左右
対象の構造であっても微妙な差が発生するため、図１３
に示すように、低周波帯域に対応するディジタルフィル
タＷｆのみを共通としているのである。

【００６０】これによって、前部座席側で騒音源を二つ
考えているにも関わらず、騒音源が一つの場合のフィル
タ数を二倍にしたよりも少ないフィルタ数でコントロー
ラ１０Ａを構成することができ、単純に多チャンネル化
した場合に比較して少ない演算量で騒音低減制御が実行
できるのである。また、本実施例では、前輪２ａ，２ｂ
側から入力されるロード・ノイズは主として前方から前
部座席側に放射され、後輪２ｃ，２ｄ側から入力される
ロード・ノイズは主として後方から後部座席側に放射さ
れることに着目し、それら入力されるロード・ノイズの
方向に合わせてラウドスピーカ９Ａ，９Ｂを配設して効
率良い騒音低減制御を可能とするとともに、前部座席及
び後部座席を個別に制御することとし、必要な伝達関数
フィルタの種類を減らしてシステムの簡略化を図ってい
る。

【００６１】さらに、前輪２ａ，２ｂ側から入力される
ロード・ノイズ及び後輪２ｃ，２ｄ側から入力されるロ
ード・ノイズには相関がないことに着目し、マイクロフ
ォン８を一つにしている。これによって伝達関数フィル
タの個数が減って必要なフィルタ処理の数が低減するか
ら、さらに演算量の軽減が図られるとともに、部品点数
も減るという利点がある。

【００６２】その他の作用効果は上記第１実施例と同様
であるためその説明は省略する。なお、上記各実施例で
は、本発明に係る能動型騒音制御装置を車両２の車室３
内に伝達されるロード・ノイズの低減を図る装置に適用
した場合について説明したが、本発明の適用対象はこれ
に限定されるものではなく、車両２の他の部位で発生す
る騒音（例えば、ドアミラーにおいて発生する風切り
音）を低減する装置或いは車両２以外に適用される装置
であってもよい。

【００６３】また、上記第１，第３及び第４実施例で
は、フィルタ特性固定のフィルタＷｆ，Ｗｆ₁，Ｗｆ₂
をディジタルフィルタとしているが、これらはフィルタ
係数を更新する必要がないのであるから、アナログフィ
ルタであってもよく、アナログフィルタとすれば、コン
トローラ内のマイクロコンピュータの演算負荷が更に軽
減されるという利点がある。

【００６４】さらに、ロード・ノイズにおいては、低周
波成分は前後輪入力の相関が高いことから、図１３の加
算部１３を省き、基準信号ｘ₁又はｘ₂の一方をディジ
タルフィルタＷｆに入力するようにしてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制御音を発生する制御音源に対する駆動信号を生成する
フィルタを、フィルタ特性固定の第１のフィルタと、フ
ィルタ係数可変の第２のフィルタとで構成し、その第２
のフィルタのフィルタ係数を適応アルゴリズムに従って
逐次更新する構成としたため、更新演算の対象となるフ
ィルタ係数の個数が少なくなり、演算負荷の軽減が図ら
れるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の全体構成図である。

【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】二つのディジタルフィルタの役割分担に関する
説明図である。

【図４】第１実施例のコントローラ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。

【図５】第１実施例の作用を説明するブロック図であ
る。

【図６】第１実施例の作用を説明するブロック図であ
る。

【図７】位相特性を説明する周波数特性図である。

【図８】位相特性を説明する周波数特性図である。

【図９】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１０】第２実施例のコントローラ内で実行される処
理の概要を示すフローチャートである。

【図１１】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１２】本発明の第４実施例の全体構成図である。

【図１３】第４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１４】従来の問題点を説明するブロック図である。

【図１５】従来の問題点を説明する波形図である。

【符号の説明】

１車両用能動型騒音制御装置２車両３車室（空間）５，５ａ〜５ｄ加速度センサ（基準信号生成手段）８，８Ａ，８Ｂマイクロフォン（残留騒音検出手段）９，９Ａ，９Ｂラウドスピーカ（制御音源）１０，１０Ａ，１０Ｂコントローラ１２，１２Ａ，１２Ｂフィルタ係数更新部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０３Ｈ 17/04 Ａ 8842−5Ｊ 21/00 8842−5Ｊ (72)発明者浜辺勉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)発明者山田耕治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)発明者佐々木光秀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

Claims

【特許請求の範囲】

【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基準信号生成手段と、
前記空間内の所定位置の残留騒音を検出し残留騒音信号
として出力する残留騒音検出手段と、前記基準信号をフ
ィルタ処理して前記制御音源を駆動する駆動信号を生成
する駆動信号生成用フィルタと、前記基準信号及び前記
残留騒音信号に基づいて前記空間内の騒音が低減するよ
うに前記駆動信号生成用フィルタのフィルタ特性を制御
する能動制御手段と、を備えた能動型騒音制御装置にお
いて、前記駆動信号生成用フィルタを、フィルタ特性固
定の第１のフィルタ及びフィルタ係数可変の第２のフィ
ルタで構成するとともに、前記能動制御手段は、適応ア
ルゴリズムに従って前記第２のフィルタのフィルタ係数
を逐次更新することを特徴とする能動型騒音制御装置。
【請求項２】第１のフィルタを、駆動信号生成用フィ
ルタとして必要なフィルタ特性のうちの低周波成分に基
づいて設定されるローパス・フィルタとした請求項１記
載の能動型騒音制御装置。
【請求項３】第１のフィルタ及び第２のフィルタを並
列に設けた請求項１又は請求項２記載の能動型騒音制御
装置。
【請求項４】第１のフィルタ及び第２のフィルタを直
列に設けた請求項１又は請求項２記載の能動型騒音制御
装置。