JPH07230289A - アクティブ・ノイズ・コントロール・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン状態に対応したステップサイズの変
更を行なうことができるアクティブ・ノイズ・コントロ
ール・システムを提供することにある。 【構成】 自動車の車室等における閉空間で適応フィル
タＡＤＳＧ１〜４を用いてエンジン騒音を相殺して低減
するシステムであって、前記エンジン騒音の騒音源であ
るエンジンの回転数及び回転状態を検出する監視手段
と、前記回転数及び回転状態を段階化し、各段階毎に予
め設定された最適なステップサイズを記憶する記憶手段
と、前記監視手段からの検出結果に基づいて前記記憶手
段からステップサイズを選択し、当該選択されたステッ
プサイズに基づいて適応フィルタのフィルタ係数を更新
する制御手段とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、適応フィルタを用いて
自動車、船舶等のエンジン騒音を空間で相殺することに
より、当該エンジン騒音を低減するアクティブ・ノイズ
・コントロール・システム（以下、単にＡＮＣと称す
る）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このようなＡＮＣにおけるエンジ
ン騒音を低減するキャンセル信号（以下、単に消音信号
と称する）を生成する適応フィルタとしては、前記エン
ジン騒音に同期したエンジンパルスである参照信号及び
マイクロホンより抽出されたエラー信号に基づいて前記
消音信号を生成するのであるが、当該参照信号に相関性
のない信号が入力された場合、前記適応フィルタより生
成された消音信号にエンジン騒音以外のエコーが混入し
てしまうといった事態が生じた。

【０００３】そこで、このような事態を打開すべく、前
記適応フィルタのフィルタ係数の更新量を設定するステ
ップサイズを小さくして、当該更新量を小さくして前記
混入されるエコーを抑制するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＡＮＣによれば、参照信号に相関性のない信号が入
力された際に対応し得るステップサイズの変更を行なっ
ているが、当該エンジンの加減速に追従する性能には対
応することができないといった第１の問題点があった。

【０００５】また、上記従来のＡＮＣによれば、エラー
検出用マイクロホンにエンジン騒音以外の音、例えば人
の声等が混入された場合に、当該適応フィルタのフィル
タ係数の更新量を設定するステップサイズを小さくし
て、当該更新量を小さくして当該混入される声によるエ
コーを抑止するようにしているが、若干のエコーが出力
されてしまうといった第２の問題点があった。

【０００６】第１の発明は上記第１の問題点に鑑みてな
されたものであり、その第１の目的とするところは、エ
ンジン状態に対応したステップサイズの変更を行なうこ
とができるアクティブ・ノイズ・コントロール・システ
ムを提供することにある。

【０００７】また、第２の発明は上記第２の問題点に鑑
みてなされたものであり、その第２の目的とするところ
は、閉空間における騒音を低減する際に、不要なエコー
の発生を確実に抑止するアクティブ・ノイズ・コントロ
ール・システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために第１の発明は、自動車の車室等における閉空間
で適応フィルタを用いてエンジン騒音を相殺して低減す
るシステムであって、前記エンジン騒音の騒音源である
エンジンの回転数及び回転状態を検出する監視手段と、
前記回転数及び回転状態を段階化し、各段階毎に予め設
定された最適なステップサイズを記憶する記憶手段と、
前記監視手段からの検出結果に基づいて前記記憶手段か
らステップサイズを選択し、当該選択されたステップサ
イズに基づいて適応フィルタのフィルタ係数を更新する
制御手段とを有することを特徴とする。

【０００９】また、第２の目的を達成するために第２の
発明は、閉空間で適応フィルタを用いて騒音を相殺して
低減するシステムであって、当該閉空間にて発生する音
声信号を含む騒音信号を抽出する騒音信号抽出手段と、
前記適応フィルタのフィルタ係数を更新するための予め
各段階に対応したステップサイズを記憶する記憶手段
と、前記抽出された騒音信号から音声信号を抽出し、当
該抽出された音声信号に基づいて音声レベルを検出する
音声レベル検出手段と、当該検出された音声レベルに基
づいて前記記憶手段からステップサイズを選択し、当該
選択されたステップサイズに基づいて前記適応フィルタ
のフィルタ係数を更新する制御手段とを有することを特
徴とする。

【００１０】

【作用】かかる構成により、第１の発明によれば、エン
ジン回転数及び回転状態を各段階毎に対応した最適なス
テップサイズを予め設定しておき、前記監視手段からの
検出結果に基づいて、前記記憶手段から最適なステップ
サイズを選択し、当該選択されたステップサイズに基づ
いて適応フィルタのフィルタ係数を更新するようにした
ので、エンジンの動作状態に対応したステップサイズの
変更が可能である。

【００１１】また、第２の発明によれば、音声レベル検
出手段により、騒音信号に含まれる、例えば人の声等の
音声信号の音声レベルを検出し、当該検出された音声レ
ベルに基づいて記憶手段から最適なステップサイズを選
択し、当該選択されたステップサイズに基づいて適応フ
ィルタのフィルタ係数を更新するようにしたので、閉空
間における騒音を低減する際に、前記音声信号による不
要なエコーの発生を確実に抑止することができる。

【００１２】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明に係るアクティブ・ノイズ
・コントロール・システムの第１実施例について説明す
る。

【００１３】車載用アクティブ・ノイズ・コントロール
・システム（Active Noise・ControlSystem;以下、ＡＮ
Ｃと称する）を例に説明する。これは適用フィルタを応
用し、エンジン騒音を空間で相殺することにより乗員の
頭部付近の騒音を低減するシステムである。本システム
のＡＮＣモードの信号処理上の特徴を列記すると下記の
ようになる。

【００１４】１）一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳアルゴリズ
ムを考案し演算量を削減した。

【００１５】２）不連続音対策、適応フィルタの発散防
止、不要な低周波数音の成長防止用としての係数安定化
ＦＩＲフィルタ（ＳＴＦ）を採用した。

【００１６】３）回転数、回転状態感応型、ＳＴＦ、ス
テップサイズ変更方式を採用した。

【００１７】４）エンジンパルス割り込みによるサンプ
リングタイミング調整機能の採用した。

【００１８】図１は第１実施例の構成を立体的に表わす
斜視図である。図１において、エンジン騒音の騒音源で
あるエンジン１００と、該エンジン１００の回転状態や
回転数を検出するエンジンコントロールユニット２００
と、当該車内の任意の位置に設置されたスピーカ３００
と、各座席の上部に設けて当該車内の騒音を収音するマ
イクロホン４００と、該ＡＮＣ全体を制御するＡＮＣコ
ントローラ５００とを有している。

【００１９】図２は当該第１実施例のＡＮＣにおける概
略構成を示すブロック図である。図２において、ＳＰ１
〜４はキャンセル音出力用スピーカであり、ＭＩＣ１〜
４はエラー検出用マイクロホン（以下、単にマイクロホ
ンと称する）である。

【００２０】Ｃ１１〜４４はスピーカＳＰ１〜４及びマ
イクロホンＭＩＣ１〜４間の実際の伝達関数であり、Ｃ
ｈａｔ１１〜４４はスピーカＳＰ１〜４及びマイクロホ
ンＭＩＣ１〜４間のシステム同定により推定された伝達
関数である。

【００２１】「ＡＤＳＧ１〜４」は適応フィルタ（キャ
ンセル信号発生器）［Adaptive Digital Signal Genera
tor ）であり、従来より一般的に使用されているもので
ある。

【００２２】「ＳＴＦ」はＡＤＳＧ係数安定化ＦＩＲフ
ィルタ、「ＵＰＦ」は一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳ係数更
新用ＦＩＲフィルタ、「ＳＳ１」はステップサイズ１、
各パス毎にかかる固定のステップサイズ、「ＳＳ２」は
ステップサイズ２であり、回転数、回転状態により変化
するステップサイズである。

【００２３】ｗ1 （ｎ）〜ｗ4 （ｎ）は更新前のＡＤＳ
Ｇ係数である。１１はＡＤＳＧ１〜４から出力された出
力値の位相を１８０度反転させる位相反転部である。１
０は監視手段及び制御手段であるエンジン回転数・回転
状態判断部である。

【００２４】尚、ＥＮＧＩＮＥ ＰＵＬＳＥはＡＤＳＧ
１〜４及びエンジン回転数・回転状態判断部１０に入力
されるエンジン回転数に同期したパルスである。

【００２５】また、図２に示すＡＮＣにて実行される演
算はデジタル信号処理にて行われるのであるが、図２に
おいてはＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、アナログフィル
タ、アンプ等は図示しないものとする。

【００２６】このシステムは図１に示すように１個のエ
ンジン１００を騒音源とし、４個のエラーマイクロホン
４００と４個のスピーカ３００を使うＣＡＳＥ（１，
４，４）である。

【００２７】では、次に図２に示すブロック図の動作に
ついて簡単に説明する。

【００２８】エンジン騒音とスピーカＳＰ１〜４より発
せられる消音信号の空間での和を、マイクロホンＭＩＣ
１〜４で取り込み、Ａ／Ｄ変換してエラー信号とする。
そして、推定した伝達関数（Ｃｈａｔ）を時間軸上で逆
並べ（Data Reverse）した数値とエラー信号との畳み込
み演算を行う。これが一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳの特徴
である。このＦＩＲフィルタをＵＰＦと呼ぶ。（このＳ
ＦＸ−ＬＭＳについての詳細は後述する）。さらに、畳
み込んだ値にステップサイズ１を乗算する。

【００２９】ステップサイズ１の乗算した結果を各マイ
クロホンＭＩＣ１〜４入力毎に加算し、エンジン回転
数、回転状態に応じたステップサイズ２（ＳＳ２）を乗
算する。これが、エンジン回転数、回転状態感応型ステ
ップサイズ変更方式である。また、この計算結果が、Ａ
ＤＳＧ係数の更新値である。

【００３０】現在のＡＤＳＧ係数［ｗ1 （ｎ）］〜［ｗ
4 （ｎ）］に更新値を、それぞれ加算する。

【００３１】その加算結果を安定させるために、ＳＴＦ
でフィルタリングし、そのフィルタリング結果を新しい
ＡＤＳＧ係数［ｗ1 （ｎ＋１）］〜［ｗ4 （ｎ＋１）］
とする。ＳＴＦの特性はエンジン回転数、回転状態によ
り変化する。これが回転数感応型ＳＴＦ変更方式であ
る。

【００３２】さらにＡＤＳＧから出力された信号の出力
値の位相を位相反転部１１により１８０度反転させる。
そして、当該反転された出力信号をＤ／Ａ変換後にスピ
ーカＳＰ１〜ＳＰ４より出力する。以上がＡＮＣモード
の基本動作である。

【００３３】次にＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳについ
て説明する。

【００３４】通常のＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳで
は、３次元空間のＡＮＣを実現する場合、消音したい信
号（騒音）に相関性のある信号を参照信号として取り込
む。この場合の信号処理アルゴリズムを図３に示す。こ
れが一般的なＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳのアルゴリ
ズムである。

【００３５】このＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳの係数
更新式を（数１）、（数２）に示す。

【００３６】

【数１】

【００３７】

【数２】 但し、ここでｗは適応フィルタ係数、ｉはフィルタ係数
の番号、μはステップサイズ、ｅはエラー信号、ｒは伝
達関数補正用フィルタ出力信号、ｃはマイクロホンとス
ピーカとの間の推定された伝達関数、Ｘは参照信号、ｊ
はｃのインパルス応答の番号、ｋはｃのタップ数であ
る。

【００３８】（数２）がＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘの特徴で
ある空間（スピーカ〜マイクロホン間）の伝達関数ｃと
入力データ（参照信号）Ｘの畳込み演算である。

【００３９】ここで参照信号に次式のようなインパルス
を入力したとする。ただし、このインパルスは消音対象
である周期性騒音に同期して繰り返される。

【００４０】Ｘ（０）＝１ Ｘ（ｉ）＝０ ｉ＜０ ｉ＞０ 上記式の条件を満たすということは、次式が成り立つ。

【００４１】ｎ＝ｊ→Ｘ（ｎ−ｊ）＝１ ｎ≠ｊ→Ｘ（ｎ−ｊ）＝０ とすると（数２）は次式になる。

【００４２】ｒ（ｎ）＝ｃn すなわち、ｒ（ｎ）は伝達関数ｃのインパルスレスポン
スｃn を順次出力することであり、畳込み演算を必要と
しない。フィルタＷに関しても、これと同様に畳込み演
算をせずにフィルタ係数ｗ_i を順次出力すればよく、演
算量を大幅に削減できかつ、図３のような通常のＦｉｌ
ｔｅｒｅｄ−Ｘの参照入力にパルスが入力した場合と演
算結果は等価である。これがSynchronized Filtered-X
（ＳＦＸ） ＬＭＳアルゴリズムである。

【００４３】次に、一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳについて
説明する。

【００４４】ＳＦＸでは（数１），（数２）は、（数
３）になる。

【００４５】

【数３】 従来のアルゴリズムでは、図３（Ｈ部）に示すように
（数３）をｋ＋１回、１サンプル毎に更新していた。従
って、フィルタＷの係数ｗ_i の更新が完了するために
は、Ｃのタップ数であるｋ＋１回分更新しなければなら
ない。この説明を図４を交えて説明する。図４は（数
３）を図式化した説明図である。

【００４６】図４において縦に並ぶｅとｃが（数３）の
右辺第２項の乗算を示すものであり、これはＣを８タッ
プ（ｋ＝７）とし、参照信号のパルスが２２サンプル目
に入力した場合の例であり、縦軸がサンプル数（ｎ）、
横軸がフィルタＷのタップ番号（ｉ）である。Ｐ１、Ｐ
２、Ｐ３はポインタの位置を示している。これらポイン
タについては後で説明する。

【００４７】例えば、図４において１１サンプル目のｗ
_i 、つまりｗ₁₂を更新する場合を考える。従来型のＳＦ
Ｘ−ＬＭＳアルゴリズムでは（数３）にしたがって、ｗ
₁₉からｗ₁₂までの計８個の係数を更新する（図４の点線
で囲んだ部分の演算）。この処理で１つの参照信号のパ
ルスに対する係数ｗ₁₂の更新は終了する。

【００４８】次に係数ｗ₁₂に着目すると、このタップ
は、４サンプル目から更新が始まり、１１サンプル目で
更新が終了する。更新が完了したｗ₁₂´は（数４）のよ
うに示される。尚、ｗ_i ´の更新が終了したことを示す
ものである。

【００４９】

【数４】 （数４）を一般式に直すと（数５）で表される。

【００５０】

【数５】 （数５）式の右辺第２項はエラー信号ｅと伝達関数Ｃの
係数ｃ_j を逆並べした係数列との畳込み演算である。
（図４の実線で囲んだ部分の演算を示す。）ここで、
（数５）は従来の（数３）をｋ＋１回演算するのに比
べ、乗算、減算ともｋ＋１回削減することができる。

【００５１】また、ＤＳＰの特徴として、畳込み演算を
得意とするアーキテクチャを採用しているため、実際
は、削減された演算数以上に、演算結果を短縮すること
ができる。

【００５２】これが、一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳアルゴ
リズムである。図２のＵＰＦが当該一括更新型ＳＦＸ−
ＬＭＳによる更新係数演算部であり、処理としては、伝
達関数Ｃを推定したＣｈａｔのインパルスレスポンスを
逆並べした数列を係数とするＦＩＲフィルタである。

【００５３】なお、図４において、Ｐ１は係数出力用ポ
インタ、Ｐ２は一括更新する係数ｗを示す係数更新用ポ
インタ、Ｐ３はＳＴＦ出力をＡＤＳＧに格納するポイン
タである。ポインタはフィルタ係数ｗ_i の内容を入出力
するために、当該フィルタ係数ｗ列上を１サンプル毎に
インクリメントされる。ＳＦＸなので畳込み演算を行わ
ず、Ｐ１の示す値ｗ_i を出力すればよい。

【００５４】また、このポインタＰ１は、参照入力にパ
ルスが入力するとｗ₀ に戻る。すなわち適応フィルタ
（ＡＤＳＧ）のタップ数が可変である。図４の説明から
明らかなようにポインタＰ３が示す係数ｗ_i （図４の場
合だとｗ₁₂）が１サンプルで一括して更新される。

【００５５】では、次に当該係数ｗ_i を安定化させるＡ
ＤＳＧ係数安定化ＦＩＲフィルタ（ＳＴＦ）について説
明する。

【００５６】本システムの適応フィルタが不安定になる
条件としては、次のようなことが考えられる。

【００５７】１）騒音の周波数帯域をスピーカＳＰ１〜
４の特性がカバーできない場合、フィルタ係数が発散す
る。例えば、騒音の周波数が５０Ｈｚで、スピーカＳＰ
１〜４が５０Ｈｚのような低域を発生できない場合、適
応フィルタは５０Ｈｚの信号を生成するが、エラー信号
は減少しないために、適応フィルタが発散してしまう。

【００５８】２）Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ ＬＭＳの特性
として、高音域が発散しやすい。

【００５９】３）マイクロホンＭＩＣ１〜４入力に何ら
かの理由でオフセットがかかった場合、適応フィルタに
もＤＣ成分が重畳してしまう。

【００６０】４）エンジン回転数が変化した場合、適応
フィルタの出力に不連続点が生じてしまう。

【００６１】これらの問題点を解決する方法として、フ
ィルタ係数安定化フィルタ（ＳＴＦ）を採用した。

【００６２】このフィルタ係数安定化フィルタ（ＳＴ
Ｆ）の原理について説明する。

【００６３】一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳアルゴリズムに
より更新される値を直線位相のＦＩＲフィルタでフィル
タリングする。このＦＩＲフィルタの特性は基本的には
バンドパスフィルタとし、スピーカＳＰ１〜４の再生で
きない低音域と、空間で消音できない高音域の更新をカ
ットする。このフィルタにより、低音域や高音域の発散
を防止し、また、エンジン回転数が変化した場合の不連
続音の発生を減少させることができる。

【００６４】つまり、当該フィルタは、高音域を減衰さ
せることで不連続により発生する高調波成分を除いて、
ノイズの発生を抑制し、高音域の発散を防止することが
できると共に、低音域を減衰させることでスピーカが再
生できない帯域での適応フィルタの成長及びＤＣ成分の
成長を抑止することができる。

【００６５】当該ＳＴＦに直線位相のＦＩＲフィルタを
使うことで、位相状態は保たれたまま周波数のフィルタ
リングが可能となる。このＳＴＦによる遅延はタップ数
の半分のサンプル数となるため、その時間経過後に、適
応フィルタの更新を行わなければならない。

【００６６】当該遅延時間は、Ｔ：タップ数、Ｄ：遅延
時間とした場合、次に示すような式にて求められる。

【００６７】タップ数が偶数の場合： Ｄ＝Ｔ／２ タップ数が奇数の場合： Ｄ＝（Ｔ−１）／２＋１ この説明を図４を使い説明する。ＳＴＦを７タップのＦ
ＩＲフィルタとした場合、フィルタリングされた結果は
３サンプル後に出力される、つまり遅延サンプル数は３
である。従って、（数５）の結果であるｗ_i ´（ｎ＋
１）をフィルタリングした値は、３サンプル後に更新さ
れれば良く、Ｐ３が更新されるアドレスである。

【００６８】次に回転数、回状態感応型ステップサイ
ズ、ＳＴＦ変更方式について説明する。

【００６９】ＳＦＸアルゴリズムの欠点として、その構
造上、エラー信号の影響が直接出力信号に反映される。
言い換えると、エラー信号に参照信号と相関性のない信
号が入力された場合、出力信号にその相関性のない信号
が重畳されてしまっていた。

【００７０】本システムのようなＡＮＣの場合、マイク
ロホンに向かって声を発するようなことを行うと、スピ
ーカよりエコーが発生する場合がある。このような対策
として、ステップサイズを小さくし、更新量を小さくす
ることでエコーを抑える方法があるが、この処理は、シ
ステムの性能を劣化させてしまう。

【００７１】従来は、これらのバランスを考えてステッ
プサイズを決定していた。その結果、エンジンの加減速
に追従する性能を出すことができなかった。

【００７２】また、もう一つの問題として、アルゴリズ
ムの構成上、加減速時にキャンセル信号に不連続点が発
生する場合がある。その対策として、ＳＴＦを付加した
が、単一の特性では効果的に不連続音を低減させること
ができなかった。

【００７３】そこで、当該第１実施例においてはエンジ
ン回転数、回転状態を監視し、これによりステップサイ
ズ、ＳＴＦを変更することで、前記の問題点が緩和させ
た。

【００７４】この方式の原理について説明する。

【００７５】エンジン回転数、回転状態をＤＳＰを使い
監視し、それにより、ステップサイズ、ＳＴＦを制御さ
せた。回転数は低回転、中回転、高回転の３段階に、回
転状態は、定常回転、加速、減速、急減速の４段階に分
け、これらの組み合わせの計１２通りの場合分けを行
い、夫々に最適なステップサイズ、ＳＴＦの係数を図示
せぬ記憶手段であるメモリに記憶しておき、当該メモリ
から夫々を選択した。

【００７６】図５にエンジン回転数、回転状態に対する
ステップサイズ、ＳＴＦの例を、図６にＳＴＦの周波数
特性を示す。例えば、加減速時は、不連続点が発生しや
すいため、ローパス・フィルタのカットオフ周波数を低
く設定する。この時のカットオフ周波数は、２００〜４
００Ｈｚが適当である。また騒音の変化に対する追従性
を上げるため、ステップサイズを大きく設定する。

【００７７】対して、定常回転時は、なるべく高い周波
数まで消音するため、ローパス・フィルタのカットオフ
周波数を高くし、エコーを抑えるために、ステップサイ
ズを小さくする。ギアチェンジ等の急減速時は、適応処
理が追従できないとして、ＡＤＳＧの係数をすべてクリ
アする。なお、図５、図６は説明のための例であり、こ
の値にとらわれるものではない。

【００７８】次にエンジンパルス割り込みによるサンプ
リングタイミング調整機能について説明する。

【００７９】本システムのアルゴリズム（一括更新型Ｓ
ＦＸ−ＬＭＳ）は適応フィルタのタップ長をエンジン回
転数により変化させる可変タップアルゴリズムである。
適応フィルタのタップ長はエンジン二回転の周期に一致
させるのであるが、これは、サンプリング周期を単位と
して離散的になる。従って、従来の方法では騒音の周期
とキャンセル音の周期を正確に一致させることができ
ず、ビート音を発生するという問題があった。

【００８０】そこで、この対策として、エンジンパルス
をサンプリング周期の基準とし、強制的に騒音の周期と
キャンセル音の周期とを一致させる。この動作を図６に
示す。

【００８１】具体的には、エンジンパルスをＤＳＰの外
部割り込みに入力し、エンジンパルスにサンプリング周
期（Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器のタイミング）を同期
させる。エンジンパルスが入力されると、図７のＮ番目
のサンプルの処理を中断し、新たなサンプリングを開始
する。これにより、エンジンパルス入力時のみ疑似的に
サンプリング周波数が高くなることになり、ビート音の
発生を抑えることができる。

【００８２】また、先に前記フィルタ係数安定化フィル
タ（ＳＴＦ）の原理説明にて説明したように、いかなる
場合であれ、図４に示すように係数出力用ポインタＰ１
と係数更新用ポインタＰ２との間隔は、ＦＩＲフィルタ
（ＵＰＦ）のタップ数分であり、係数更新用ポインタＰ
２とＳＴＦの出力結果をＡＤＳＧに格納するポインタＰ
３との間隔は、前記ＳＴＦのタップ数の半分であり、こ
のような各ポインタ間の間隔におけるＳＴＦ及びＵＰＦ
のタップ数における因果律は不変である。

【００８３】また、前記係数出力用ポインタＰ１から係
数を出力した結果、係数更新用ポインタＰ２の係数が算
出され、当該係数更新用ポインタＰ２の係数をＳＴＦに
入力した結果、ポインタＰ３にて前記算出された値がＡ
ＤＳＧに格納される。

【００８４】ところが、エンジンの回転数が上がると、
当該エンジン回転数に同期したエンジンパルスの間隔が
短くなり、係数出力用ポインタＰ１がポインタＰ３を追
い抜いてしまう場合が発生する。この場合には、先に説
明した各ポインタ間の間隔におけるＳＴＦ及びＵＰＦの
タップ数における因果律を満たせなくなり、正確な適応
が行えなくなって、ノイズが発生するといった問題があ
った。

【００８５】そこで、当該第１実施例のＡＮＣによれ
ば、このような場合に限り、エンジンパルスを一つ無視
して、つまり当該一つのエンジンパルスを読み飛ばすこ
とにより、係数出力用ポインタＰ１がポインタＰ３を追
い抜いてしまうといった事態の発生を無くすようにした
ので、ノイズの発生を防止することができる。

【００８６】また、エンジンパルス間隔で、騒音が繰り
返されるので、キャンセル音も繰り返される。そこで、
はじめのエンジンパルス間隔分のキャンセル信号を読み
飛ばされたエンジンパルス以降に複写することにより、
不連続音に対してより一層の効果を上げることができ
る。

【００８７】当該第１実施例のＡＮＣによれば、閉空間
にて発生する騒音を抑圧する場合、適応フィルタのフィ
ルタ係数更新時に発生する、高音域での係数の発散、Ｄ
Ｃ成分の成長及びエンジン回転数の加減速時の不連続音
によるノイズを防止することができる。 （第２実施例）では、次に当該エンジン回転数の加減速
時の不連続音をより一層平滑にすることができる第２実
施例のＡＮＣについて説明する。図８は第２実施例のＡ
ＮＣの概略構成を示すブロック図である。図１０は当該
第２実施例に使用されるＳＴＦの周波数振幅特性を示す
説明図である。尚、前記第１実施例と重複するものに
は、同一名称及び同一符号を付すと共に、その構成及び
動作の説明を省略する。

【００８８】図８に示すように当該第２実施例のＡＮＣ
のブロック構成は、図２に示すように第１実施例のＡＮ
Ｃに設けられた前記ステップサイズ２（ＳＳ２）及びエ
ンジン回転数・回転状態判断部１０を無くすと共に、各
ＡＤＳＧ１〜４の前段に夫々設けられていた適応安定化
フィルタ（ＳＴＦ）を各ＡＤＳＧ１〜４の後段に夫々設
けるようにしたことにある。尚、エンジン騒音に同期し
たエンジンパルスをエンジンコントロールユニット２０
０、又はイグニッション等から取り込むことでＳＦＸ−
ＬＭＳアルゴリズムを採用することができる。

【００８９】では、当該第２実施例のＡＮＣにおける動
作を図８に基づいて説明する。

【００９０】エンジン騒音及びスピーカＳＰ１〜４より
発せられるキャンセル信号の空間での和を、マイクロホ
ンＭＩＣ１〜４で取り込みＡ／Ｄ変換してエラー信号と
する。当該エラー信号に対して推定した伝達関数（Ｃｈ
ａｔ）を時間軸上で逆並べ（Data Reverse）した数値と
エラー信号との畳み込み演算を行う。さらに、当該畳み
込み演算結果にステップサイズ１（ＳＳ１）を乗算す
る。

【００９１】当該ステップサイズ１（ＳＳ１）の乗算結
果を各スピーカが共通な組み合わせで加算する。この値
が各ＡＤＳＧ１〜４におけるＡＤＳＧ係数の更新値とす
る。当該加算結果にて得られたＡＤＳＧ係数の更新値と
各現在のＡＤＳＧ係数値ｗ1（ｎ）〜ｗ4 （ｎ）とを夫
々加算し、当該加算結果にて夫々得られる更新値を各Ａ
ＤＳＧ１〜４に夫々格納する。このように更新値を演算
し、一度で更新する方法が一括更新型である。

【００９２】当該ＡＤＳＧ１〜４は、当該格納された更
新値に基づいて出力信号を生成し、当該生成された出力
信号を各ＳＴＦに供給する。当該ＳＴＦは、当該ＡＤＳ
Ｇ１〜４からの出力信号をフィルタリングし、当該フィ
ルタリング結果を前記位相反転部１１に供給すると共
に、一方で当該ＳＴＦ入力前の位置に入力されるように
ＳＴＦによる遅延を補正して前記フィルタリング結果を
格納する。尚、図８に示すようにＡＤＳＧにかかる矢印
は、適応処理演算でのＡＤＳＧ係数更新と、ＳＴＦでの
ＡＤＳＧ係数フィルタリング結果の格納を意味するもの
とする。

【００９３】前記位相反転部１１は、当該フィルタリン
グ結果の位相を１８０度反転させ、図示せぬＤ／Ａ変換
器及びアンプ部を介して各スピーカＳＰ１〜４より音声
出力する。

【００９４】このようなＳＴＦの動作によれば、前記Ａ
ＤＳＧ１〜４のＡＤＳＧ係数をフィルタリングされるこ
とにより安定化することができ、かつ、エンジン回転数
の変動時の出力信号の不連続も平滑化することができ
る。

【００９５】では、当該第２実施例における一括更新型
ＳＦＸ−ＬＭＳについて説明する。図９は当該第２実施
例における一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳを図式化した説明
図である。

【００９６】図９において縦に並ぶｅとｃが（数３）の
右辺第２項の乗算を示すものであり、これはＣを８タッ
プ（ｋ＝７）とし、参照入力のパルスが２０サンプル目
に入力した場合の例であり、縦軸がサンプル数（ｎ）、
横軸がフィルタＷのタップ番号（ｉ）である。Ｐ１はＳ
ＴＦ入力用ポインタ、Ｐ２はＳＴＦフィルタリング結果
格納用ポインタ、Ｐ３は係数更新演算用ポインタであ
る。

【００９７】例えば、１７サンプル目の係数ｗ_i 、つま
りｗ₈ を更新する場合を考える。従来のＳＦＸ−ＬＭＳ
アルゴリズムでは（数３）にしたがって、図９の点線で
囲んだ部分に示すように係数ｗ₈ からｗ₁₅までの計８個
の係数を更新する。この処理で一つの参照信号のパルス
に対する係数ｗ₈ の更新は終了する。

【００９８】次に係数ｗ₈ に着目すると、このタップ
は、１０サンプル目から更新が始まり、１７サンプル目
で更新が終了する。更新が終了したｗ₈ ´は（数６）の
ように示す。尚、ｗ_i ´はｗ_i の更新が終了したことを
示すものである。

【００９９】

【数６】 当該（数６）を一般式に直すと、前述した（数５）に示
すようになる。

【０１００】従って、（数５）からも明らかなように当
該第２実施例においても第１実施例と同様に一括更新型
ＳＦＸ−ＬＭＳアルゴリズムの効果を得ることができ
る。

【０１０１】図９に示すようにポインタはフィルタ係数
ｗ_i の内容を入出力するために、当該フィルタ係数ｗ列
上を１サンプル毎にインクリメントされる。前記ポイン
タＰ１が示す値は適応フィルタ（ＡＤＳＧ）からの出力
値であり、当該出力値が前記ＳＴＦに入力されるもので
ある。

【０１０２】また、前記ポインタＰ１は参照信号のパル
スが入力されるとｗ₀ に戻る。すなわち適応フィルタ
（ＡＤＳＧ）のタップ数が可変である。図９の説明から
明らかなようにポインタＰ３が示す係数ｗ_i （図９の場
合だとｗ₈ ）が１サンプルで一括して更新される。

【０１０３】前記ＳＴＦは、当該ＡＤＳＧの出力信号を
フィルタリングすることにより、前記係数ｗを安定化さ
せるものである。すなわち、前記ポインタＰ１が示す係
数ｗを当該ＳＴＦに入力する。当該ＳＴＦは直線位相の
ＦＩＲフィルタであるためにタップ数の半分のサンプル
の遅延を持つ。尚、当該遅延時間は、第１実施例にて説
明したように、タップ数が偶数の場合にはＤ＝Ｔ／２、
タップ数が奇数の場合にはＤ＝（Ｔ−１）／２＋１にて
求められる。

【０１０４】そこでポインタＰ１が示す係数ｗのＡＤＳ
Ｇ出力はＳＴＦ入力後に、上記遅延サンプル後に出力さ
れる。図９に示すように当該ＳＴＦを７タップとする
と、遅延サンプル数は３である。１４サンプル目で出力
されたｗ₁₅はＳＴＦに入力され、１７サンプル目で出力
される。この結果を一つは適応フィルタからの出力と
し、もう一方をｗ₁₅に格納し、ＳＴＦによるフィルタリ
ングを終了する。

【０１０５】前記ポインタＰ２は、ＳＴＦの出力を係数
ｗに格納する位置を示すポインタである。また、図９に
示すように前記ポインタＰ１及びＰ２は必ず３タップ離
れている。当該ポインタＰ２及びＰ３は、前記ポインタ
Ｐ１がｗ₀ に戻ったタップまでくると、次のサンプルで
はｗ₀ に戻る。

【０１０６】従って、当該第２実施例のＡＮＣによれ
ば、上記第１実施例の効果はもちろんのこと、ＡＤＳＧ
１〜４の出力段にＳＴＦを設けるようにしたので、エン
ジン回転数の加減速時による不連続をより平滑にするこ
とができる。 （第３実施例）では、次に第３実施例のＡＮＣについて
説明する。図１１は当該第３実施例のＡＮＣにおける概
略構成を示すブロック図である。

【０１０７】当該第３実施例のＡＮＣの目的とするとこ
ろは、マイクロホンに車室等の閉空間内における例えば
エンジン騒音以外の音、例えば人の声等の音声が混入さ
れた場合に、当該混入された人の声による不要なエコー
を確実に抑止することにある。

【０１０８】図１１において当該第３実施例のＡＮＣ
は、例えば騒音を発生するエンジン等の騒音源２１と、
当該騒音源２１からの騒音に相関性のある信号を参照信
号として抽出するピックアップ２２と、前記閉空間２３
における前記騒音源２１からの騒音の他に、音声信号及
び後述するスピーカ２４から出力される消音信号を有す
る騒音信号であるエラー信号を抽出する騒音信号抽出手
段であるマイクロホン２５と、当該マイクロホン２５に
て抽出されたエラー信号に予め定められた係数μ（ステ
ップサイズ）を乗算する乗算部２６と、前記エラー信号
に含まれる前記音声信号に基づいて当該乗算部２６のス
テップサイズを制御するエコー処理演算部２７と、当該
乗算部２６からの出力信号及び前記ピックアップ２２か
らの参照信号に基づいて後述する適応フィルタ２８のフ
ィルタ係数を更新制御する係数更新演算部２９と、当該
係数更新演算部２９にて更新されたフィルタ係数に基づ
いて前記参照信号をフィルタリングする適応フィルタ２
８と、当該適応フィルタ２８のフィルタリング結果の位
相を１８０度反転させる位相反転部２９と、当該位相反
転されたフィルタリング結果を音声出力するスピーカ２
４と、当該音声出力されたフィルタリング結果に前記ス
ピーカ２４及びマイクロホン２５間の伝達関数を畳み込
んだ信号を消音信号とする畳み込み部３０とを有してい
る。尚、当該ＡＮＣにて実行される演算はデジタル信号
処理にて行われるのであるが、図１１においてはＡ／Ｄ
変換器、Ｄ／Ａ変換器、アナログフィルタ、アンプ等は
図示しないものとする。

【０１０９】図１２は前記エコー処理演算部２７の内部
構成を示すブロック図である。

【０１１０】また、前記エコー処理演算部２７は、図１
２に示すように前記エラー信号中に含まれる音声帯域の
音声信号を抽出するバンドパスフィルタ（以下、単にＢ
ＰＦと称する）４１と、当該ＢＰＦ４１にて抽出された
音声信号を絶対値化する絶対値化部４２と、当該絶対値
化された音声信号に低域成分を抽出するローパスフィル
タ（以下、単にＬＰＦと称する）４３と、当該ＬＰＦ４
３にて抽出された音声信号のエンベロープを算出するエ
ンベロープ監視部４４と、当該算出されたエンベロープ
に基づいて前記乗算部２６のステップサイズ（係数μ）
を制御するＡＮＣステップサイズ制御部４５とを有して
いる。尚、請求項４記載の音声レベル検出手段は主に前
記ＢＰＦ４１、絶対値化部４２、ＬＰＦ４３及びエンベ
ロープ監視部４４に相当するものであり、請求項４記載
の制御手段は主にＡＮＣステップサイズ制御部４５に相
当するものである。

【０１１１】では、当該第３実施例のＡＮＣにおける動
作を図１１乃至図１３に基づいて説明する。図１３は前
記ＡＮＣステップサイズ制御部４５にて行われるステッ
プサイズ制御に係わる動作を示す説明図である。

【０１１２】図１１において騒音源２１から発生した騒
音である信号（Ｎｐ）は、空間を伝搬して消音点である
マイクロホン２５に到達する。次に前記ピックアップ２
２は前記騒音源２１の信号（Ｎｐ）に相関性のある信号
（Ｎｒ）を抽出し、当該抽出された信号（Ｎｒ）を参照
信号として前記適応フィルタ２８に供給する。

【０１１３】当該適応フィルタ２８は、当該参照信号
（Ｎｒ）をフィルタリングし、当該フィルタリング結果
（Ｎｒ' ）を前記位相反転部２９に供給する。当該位相
反転部２９は、当該フィルタリング結果（Ｎｒ' ）の位
相を反転させ、当該位相反転されたフィルタリング結果
（Ｎｒ' ）を前記スピーカ２４より音声出力する。

【０１１４】当該スピーカ２４より音声出力された信号
（Ｎｒ' ）は、空間を伝搬して消音点に到達する。この
際、当該消音点に到達する信号は、前記スピーカ２４よ
り音声出力された信号（Ｎｒ' ）に当該スピーカ２４及
びマイクロホン２５間の伝達関数を畳み込んだ信号（Ｎ
ｒ''）、すなわち消音信号となる。前記マイクロホン２
５は、空間で騒音である信号（Ｎｐ）と消音信号（Ｎ
ｒ''）とが加算されたエラー信号（Ｅ）を収音する。
尚、前記適応フィルタ２８は、当該エラー信号（Ｅ）を
最小にするように係数更新するものである。

【０１１５】前記マイクロホン２５は、当該エラー信号
（Ｅ）を乗算部２６に供給する。当該乗算部２６は、前
記エラー信号（Ｅ）に係数μ（ステップサイズ）を乗算
し、当該乗算結果を係数更新演算部２９に供給する。当
該係数更新演算部２９は、前記ピックアップ２２からの
参照信号（Ｎｒ）及び前記乗算部２６の乗算結果に基づ
いて前記適応フィルタ２８の係数更新を制御している。
尚、前記乗算部２６にて乗算される係数μ（ステップサ
イズ）は、当該適応フィルタ２８の係数更新精度及び速
度に係わる値である。

【０１１６】最終的に前記消音信号（Ｎｒ''）は、前記
騒音である信号（Ｎｐ）と同一周波数及び同一振幅で１
８０度位相が異なる信号に近づくように更新される。

【０１１７】だが、前記乗算部２６のステップサイズ
（係数μ）をある程度上げると、消音の速度が上昇し、
騒音の変動に対する追従性が良くなる。しかしながら、
本発明の抑止対象である前記音声信号によるエコーが発
生する。

【０１１８】また、前記乗算部２６のステップサイズ
（係数μ）を上げすぎると、前記適応フィルタ２８が発
散してノイズを発生する。前記乗算部２６のステップサ
イズ（係数μ）を下げすぎると、前記消音の速度が劣化
するが、エコーが小さくなる。

【０１１９】そこで、前記マイクロホン２５に消音対象
の騒音以外の音である音声信号を混入されると、その信
号が適応フィルタに取り込まれて、スピーカ２４より音
声出力され、エコーとして聞こえる現象がある。このよ
うな現象への対策として前記エコー処理演算部２７を設
けるようにした。尚、当該第３実施例においては騒音の
周波数帯域を例えば５００Ｈｚ以下とする。

【０１２０】図２において前記エコー処理演算部２７の
ＢＰＦ４１は、前記マイクロホン２５にて収音されたエ
ラー信号から音声信号の影響が強い周波数帯域を抽出す
る。尚、この際の周波数帯域は、例えば中心周波数を３
５０Ｈｚ〜５００Ｈｚ付近に設定するのが妥当である。

【０１２１】さらに前記絶対値化部４２は、当該ＢＰＦ
４１にて抽出された音声信号を絶対値化して前記ＬＰＦ
４３に供給する。当該ＬＰＦ４３は、当該絶対値化され
た音声信号の低域成分を抽出し、当該抽出された低域成
分をエンベロープ監視部４４に供給する。

【０１２２】当該エンベロープ監視部４４は、当該音声
信号の低域成分に基づいてエンベロープを算出し、当該
算出されたエンベロープを前記ＡＮＣステップサイズ制
御部４５に供給する。

【０１２３】当該ＡＮＣステップサイズ制御部４５は、
当該算出されたエンベロープＡに基づいて図１３に示す
ように騒音の最大値付近に閾値Ｂを設定し、当該設定さ
れた閾値Ｂよりも当該算出されたエンベロープＡが大き
い場合には、前記ＡＮＣの乗算部２６のステップサイズ
（係数μ）を大幅に小さくする。

【０１２４】従って、当該第３実施例のＡＮＣによれ
ば、騒音よりも大きい音声等が前記マイクロホン２５に
混入されたとしても、エコーの発生を確実に防止するこ
とができる。

【０１２５】尚、当該第３実施例の適応フィルタ２８に
おいては、ＬＭＳ法、ＲＬＳ法等の多数が提案されてい
るが、本機能はマイクロホンにより信号を収音して、そ
れを係数更新に用いる適応処理アルゴリズム全てに適用
することができる。

【０１２６】また、当該第３実施例においては、マイク
ロホンが一つの場合を例にとり説明したが、前述した第
１及び第２実施例のような複数のマイクロホンを要する
ような場合にも適用可能であり、前記第１及び第２実施
例に当該第３実施例を適用した場合には、より一層の効
果が得られることはいうまでもない。

【０１２７】

【発明の効果】上記のように構成された第１の発明のア
クティブ・ノイズ・コントロール・システムによれば、
エンジン回転数及び回転状態を各段階毎に対応した最適
なステップサイズを予め設定しておき、前記監視手段か
らの検出結果に基づいて、前記記憶手段から最適なステ
ップサイズを選択し、当該選択されたステップサイズに
基づいて適応フィルタのフィルタ係数を更新するように
したので、エンジンの動作状態に対応したステップサイ
ズの変更が可能である。

【０１２８】また、第２の発明のアクティブ・ノイズ・
コントロール・システムによれば、音声レベル検出手段
により、騒音信号に含まれる、例えば人の声等の音声信
号における音声レベルを検出し、当該検出された音声レ
ベルに基づいて記憶手段から最適なステップサイズを選
択し、当該選択されたステップサイズに基づいて適応フ
ィルタのフィルタ係数をを更新するようにしたので、閉
空間における騒音を低減する際に、前記音声信号による
不要なエコーの発生を確実に抑止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成を立体的に表わした斜視図で
ある。

【図２】第１実施例におけるＡＮＣの概略構成を示すブ
ロック図である。

【図３】第１実施例におけるＳＦＸ−ＬＭＳの基本的な
アルゴリズムを示すブロック図である。

【図４】第１実施例における一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳ
を図式化した説明図である。

【図５】第１実施例におけるエンジン回転数、回転状態
のチューニング結果を示す説明図である。

【図６】第１実施例におけるＳＴＦの周波数振幅特性を
示す説明図である。

【図７】第１実施例におけるエンジンパルス割り込み状
態を示す概念図である。

【図８】第２実施例におけるＡＮＣの概略構成を示すブ
ロック図である。

【図９】第２実施例における一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳ
を図式化した説明図である。

【図１０】第２実施例におけるＳＴＦの周波数振幅特性
を示す説明図である。

【図１１】第３実施例におけるＡＮＣの概略構成を示す
ブロック図である。

【図１２】第３実施例のＡＮＣにおけるエコー処理演算
部の内部構成を示すブロック図である。

【図１３】第３実施例のＡＮＣのステップサイズ制御に
係わる動作を示す説明図である。

【符号の説明】

ＳＰ１〜４ キャンセル音出力用スピーカ ＭＩＣ１〜４ エラーマイクロホン Ｃ１１〜４４ 伝達関数 Ｃｈａｔ１１〜４４ 推定伝達関数 ＡＤＳＧ１〜４ 適応フィルタ ＳＴＦ ＡＤＳＧ係数安定化フィルタ ＵＰＦ 一括更新型ＳＦＸ−ＬＭＳ係数更新用ＦＩＲフ
ィルタ ＭＹＵ２ Ｒ ステップサイズ２ ＥＮＧＩＮＥ ＰＵＬＳＥ エンジンパルス １０ エンジン回転数・回転状態判断部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車の車室等における閉空間で適応フ
   ィルタを用いてエンジン騒音を相殺して低減するシステ
   ムであって、 前記エンジン騒音の騒音源であるエンジンの回転数及び
   回転状態を検出する監視手段と、 前記回転数及び回転状態を段階化し、各段階毎に予め設
   定された最適なステップサイズを記憶する記憶手段と、 前記監視手段からの検出結果に基づいて前記記憶手段か
   らステップサイズを選択し、当該選択されたステップサ
   イズに基づいて適応フィルタのフィルタ係数を更新する
   制御手段とを有することを特徴とするアクティブ・ノイ
   ズ・コントロール・システム。
2. 【請求項２】 前記記憶手段には、前記ステップサイズ
   の他に各段階毎に対応した最適な安定化フィルタを構成
   する情報が記憶されていることを特徴とする請求項１記
   載のアクティブ・ノイズ・コントロール・システム。
3. 【請求項３】 前記閉空間におけるエンジン騒音に混入
   された音声帯域の信号を抽出して、当該抽出された音声
   帯域の信号に基づいて音声レベルを検出する音声レベル
   検出手段を有し、 前記制御手段は、当該検出された音声レベルに基づいて
   前記記憶手段からステップサイズを選択することを特徴
   とする請求項１又は２記載のアクティブ・ノイズ・コン
   トロール・システム。
4. 【請求項４】 閉空間で適応フィルタを用いて騒音を相
   殺して低減するシステムであって、 当該閉空間にて発生する音声信号を含む騒音信号を抽出
   する騒音信号抽出手段と、 前記適応フィルタのフィルタ係数を更新するための予め
   各段階に対応したステップサイズを記憶する記憶手段
   と、 前記抽出された騒音信号から音声信号を抽出し、当該抽
   出された音声信号に基づいて音声レベルを検出する音声
   レベル検出手段と、 当該検出された音声レベルに基づいて前記記憶手段から
   ステップサイズを選択し、当該選択されたステップサイ
   ズに基づいて前記適応フィルタのフィルタ係数を更新す
   る制御手段とを有することを特徴とするアクティブ・ノ
   イズ・コントロール・システム。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記音声レベル検出手
   段からの音声レベルが所定レベルを超えたとき、前記記
   憶手段から小さいステップサイズを選択することを特徴
   とする請求項４記載のアクティブ・ノイズ・コントロー
   ル・システム。