JPH07234688A - 車両走行騒音の能動消音装置 - Google Patents

車両走行騒音の能動消音装置

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JPH07234688A
JPH07234688A JP6027681A JP2768194A JPH07234688A JP H07234688 A JPH07234688 A JP H07234688A JP 6027681 A JP6027681 A JP 6027681A JP 2768194 A JP2768194 A JP 2768194A JP H07234688 A JPH07234688 A JP H07234688A
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JP
Japan
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noise
signal
reference signal
microprocessor
vibration
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Application number
JP6027681A
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English (en)
Inventor
Shuichi Nakano
秀一 仲野
Koichi Ono
浩一 小野
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】騒音検知信号と振動検知信号を、対数圧縮する
ことにより制御範囲を広げ、必要領域で精度を上げるこ
とで消音効果の向上を得ることを目的とする。 【構成】マイクロホン2で検知した騒音信号を対数圧縮
手段4で、およびGセンサ7で検知した振動信号を対数
圧縮手段9で、それぞれ対数圧縮しマイクロプロセッサ
6に入力して、ディジタル信号処理を行いパワーアンプ
13を介してスピーカ14に出力して2次音を発生させ
る。 【効果】検知信号の大小に拘らず安定した消音効果が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両の走行時のタイ
ヤ,サスペンションの振動により発生する車室内騒音を
能動的に消音する車両走行騒音の能動消音装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】車両の運転時において発生する騒音は、
エンジン音,風切音,ロードノイズなど様々であるが、
このうち走行中の路面の凹凸によるタイヤ及びサスペン
ションの振動が車室内に伝搬されて発生する騒音が一般
にロードノイズと呼ばれ、通常30〜300Hzのブロ
ードバンドスペクトルを持っている。ロードノイズは、
粗い路面では時速40〜60km程度でも発生し、人間に
とって不快な音であることから、これを低減するための
様々な努力がなされてきた。
【0003】ところで、これら騒音に対する対策は車体
の構造設計上の変更や遮音材を用いた対策など、所謂
「消極的(パッシブ)」な方法を用いるのが一般的であ
った。一方、発生する騒音に対し逆位相の2次音を人工
的に作り出して、「能動的(アクティブ)」に音を消す能
動消音制御技術が注目されている。特に、ロードノイズ
に対して2次音源を用いて能動的消音を行うシステムに
関する研究例としては例えば文献“Active Noise and V
ibration Control within the Automobile",AM Mcdona
ld,et al, Internatonal Symposium on Active Contro
l of Soundand Vibration,ASJ Proc.'91,Tokyo,Apr
il 9−11,1991,pp.147−156がある。こ
のなかで、AM Mcdonald らは、リアサスペンションの振
動をホイールハブに接近して取り付けた2個の加速度セ
ンサの測定出力を参照信号として用い、2個のマイクロ
フォンと2個のスピーカで構成される能動消音システム
により、リニアシートの位置での100Hz付近での騒
音レベルをかなり低減できた例について報告している。
【0004】この、能動騒音制御の基本的なアイディア
は古く、1930年代にLuegによって行われた先駆的な
研究以降、1950年代にはOlson,Conver 等によって
研究が行われてきているが、実際に製品に適応されるよ
うになったのは比較的最近である。これはディジタルシ
グナルプロセッサなど制御を可能とするための高速演算
素子の出現によるところが大きいが、制御アルゴリズム
に関する理論面の整備が進んできていることも挙げられ
る。
【0005】能動騒音制御技術に関する最近の注目すべ
き研究例としては、G.B.B.Chaplinによるもの(例え
ば、公表特許昭56−501062号公報)とP.A.Nelson/S.
J.Elliotによるもの(例えば、公表特許平1−5
01344号公報)の2例を挙げることができる。両者の制
御方法の違いは、前者の制御が対象とする騒音の周期性
を前提とした「繰り返し制御」を用いているのに対し
て、後者のそれは最急降下法の一種であるLMSアルゴ
リズムを用いた適応信号処理を行っている点にあり、対
象騒音は必ずしも周期的であることを要しない。
【0006】このLMS適応制御アルゴリズムは195
0年代にWidrowによって体系化された方法であるが、凡
用性に富むことから能動騒音制御に関する最近の研究例
は、殆どこの制御アルゴリズムに依っている。本発明に
おいても、基本的にはこの制御アルゴリズムの使用を前
提としているので、前述の公表特許平1−501344 号公報
(P.A.Nelson/S.J.Elliot)を例に取って従来技術の説
明を行う。
【0007】図2は、前述の公表特許に記載されてい
る、複数のラウドスピーカとマイクロフォンにより自動
車の車室内などの特定の閉空間中を消音する能動騒音制
御装置を示している。これは、閉空間内の所定位置の音
圧を測定する複数個のマイクロフォンと各マイクロフォ
ン位置で1次音(騒音)と2次音が干渉し合って騒音低
減させるための2次音を出力する2個のラウドスピー
カ,エンジンの回転に同期した信号を発生する基準信号
発生器,基準信号を、位相振幅変調させてスピーカを駆
動する信号を出力してラウドスピーカを駆動するための
一対の適応形フィルタを有する制御回路で構成されてい
る。また、基準信号発生器へはエンジン回転信号(例え
ば、点火タイミング信号,クランク角センサの信号等)
が入力されており、基準信号発生器は時々刻々のエンジ
ン回転周期の整数倍に比例した正弦波信号を生成してい
る。
【0008】LMS適応制御アルゴリズムは、各マイク
ロフォン位置での音圧の二乗値が最小になるよう適応フ
ィルタの係数を時々刻々変更しているが、1次音と2次
音がうまく干渉し合って騒音低減が図られるためには、
基準信号若しくはその元となる参照信号の中に1次音に
対して充分相関性が高い成分が含まれていなければなら
ない。通常、2つの信号間の相関性の度合を表す指標と
してコヒーレンスと呼ばれる0〜1の間の値をとる無次
元量が定義されている。厳密な理論解析の結果から、L
MS適応制御アルゴリズムに基づく能動騒音制御システ
ムによる騒音低減量はこのコヒーレンスの値で決定され
ることが分かっている。
【0009】図2に示すような自動車の車室内における
能動騒音制御装置においては、エンジンの回転信号に伴
う騒音が制御対象になっており、エンジン回転信号を参
照信号として供給してこれに同期した正弦波信号を生成
することにより、エンジン騒音成分に対してコヒーレン
スの高い基準信号を得ている。例えば、エンジンが4サ
イクル4気筒である場合には、エンジン回転の2倍の周
波数の振幅が大きく、一般的にエンジン2次振動と呼ば
れている。この原因は、1/2回転ごとのガス燃焼によ
るガストルク変動とクランクシャフト系のモーメントの
アンバランスによる慣性トルク変動によるものである。
そして、これが加振トルクとなって車体を振動させ、こ
れが車室内に伝搬されて定在波の騒音を発生させてい
る。従って、この時はクランク角180度ごとの回転信
号を参照信号として供給させることにより2次振動騒音
の能動騒音制御が可能となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のこのような消音
システムでの騒音(音圧)信号は、フィルタを通し制御
対象外の周波数領域を減衰させてからA/D変換器を介
してマイクロプロセッサに入力される。
【0011】この時、マイクロプロセッサに入力される
騒音(音圧)範囲はA/D変換器の分解能によって決定
される。つまり8ビットの分解能であれば48dBとな
る。制御対象周波数領域で、A/D変換器に入力される
最大騒音(音圧)を110dBに設定とすると、62d
Bから110dBの騒音(音圧)が入力されるが、62
dB以下の騒音(音圧)は入力されない。また、ロード
ノイズの騒音を60dBから80dBと考えると、数ビ
ットの情報でしかないという問題があった。また、A/
D変換器に入力される最大騒音(音圧)を90dBに設
定とすると、42dBから90dB騒音(音圧)が入力
されるが、90dB以上の騒音(音圧)が入力されたと
き、歪んだ情報がプロセッサに入力されるという問題が
あった。
【0012】また、上記のことは振動信号を入力する場
合でも、同じような問題が起こる。本発明は上記の問題
点に鑑みなされたもので、その目的は路面の状態が滑ら
かで振動信号が、小信号でも、あるいは車室内騒音が低
く、騒音信号が小信号でも充分に消音効果を得ることが
期待できる車両走行騒音の能動消音装置を提供すること
にある。
【0013】また、路面の状態が粗く振動信号が、大信
号でも、あるいは車室内騒音が高く、騒音信号が大信号
でも充分に消音効果を得ることが期待できる車両走行騒
音の能動消音装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項1の発明は、1個若しくは複数個の騒音検知
手段と、その騒音を能動的に打ち消すための1個若しく
は複数個の2次音出力手段と、サスペンション若しくは
車体の振動を検知する1個若しくは複数個の振動検知手
段と、前記振動検知手段より得た検知信号を参照信号と
して用い、騒音(音圧)に関する評価関数を最小にする
ように、前記参照信号をフィルタリングして2次音制御
信号を適応的に生成する適応信号処理手段を有する車両
走行騒音の能動消音装置において、前記検知信号の入力
検知範囲を広げ、また検知精度を上げる手段を有してい
る事を特徴とする。
【0015】請求項2の発明は、1個若しくは複数個の
騒音検知手段により検知された騒音(音圧)を対数圧縮
する対数圧縮手段を有し、前記対数圧縮手段より得た信
号を、前記適応信号処理手段に入力させている事を特徴
とする。
【0016】請求項3の発明は、1個若しくは複数個の
振動検知手段により検知された振動信号を対数圧縮する
対数圧縮手段を有し、前記対数圧縮手段より得た信号
を、フィルタリングして、基準信号としている事を特徴
とする。
【0017】
【作用】本発明では、マイクロプロセッサに、騒音(音
圧)信号の範囲が広く、しかもロードノイズ騒音の精度
を上げた状態で入力されるので、消音効果を向上させる
ことが期待できる。また、振動信号についても同じ事が
言える。
【0018】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。
【0019】図1は、本発明の一実施例に係わる車両走
行騒音の能動消音装置の全体構成を示す。この実施例は
自動車に適応した一例であり、音響空間であるところの
車室内1には車両の走行時のタイヤ,サスペンション等
の振動により、いわゆる「ロードノイズ」とよばれる騒
音が発生する。この車両走行騒音の能動消音は、この
「ロードノイズ」騒音を低減するものである。
【0020】図1に示すように、騒音検知手段2は複数
個あり、それらはマイクロホン2が用いられる。これら
のマイクロホン2の出力はアンチェリアシングフィルタ
(ローパスフィルタ)8を通って、高周波成分が減衰
し、「ロードノイズ」騒音の要素となる低周波成分が、
本発明の対数圧縮手段4に入力される。この対数圧縮手
段4の出力は、A/D変換器5でディジタル値に変換さ
れて残留騒音データとなり、マイクロプロセッサ6に入
力される。このとき、マイクロプロセッサ6に入力され
る騒音(音圧)範囲は、例えば前記A/D変換器5の分
解能を8ビットとすると48dBであるが、前記対数圧
縮手段4の特性を例えば図3のように対数特性とすれ
ば、前記に述べた「ロードノイズ」騒音の要素となる低
周波成分のレベル範囲が96dBは広範囲にとれると同
時に、今まで−48dB近傍の小信号が増幅され精度が
向上した情報として、A/D変換器5を介してマイクロ
プロセッサ6に入力される。
【0021】騒音制御を行うためには、騒音源からの騒
音に相関した騒音相関信号いわゆる基準信号が必要であ
る。この実施例では、タイヤ,サスペンションからの振
動を振動検知手段にGセンサ7を用いて検知している。
このGセンサ7からの出力はアンチェリアシングフィル
タ(ローパスフィルタ)8を通って、本発明の対数圧縮
手段9に入力されA/D変換器10でディジタル値に変
換されて、基準信号データとしてマイクロプロセッサ6
に入力される。このときの基準信号データは、前記同様
検知レベルの範囲が広範囲にとれると同時に小信号の精
度が向上した情報として、マイクロプロセッサ6に入力
される。
【0022】マイクロプロセッサ6は前記A/D変換器
5からの残留騒音データの評価関数が最小となるように
適応フィルタ11を用いて、A/D変換器10からの基
準信号データをディジタル制御する。この制御されたデ
ィジタル信号がD/A変換器12に送られアナログ量に
変換され、パワーアンプ13によって増幅され複数個の
2次音出力手段であるスピーカ14に出力さ車室内1で
「ロードノイズ」騒音と音響的に干渉させることによっ
て消音制御、すなわち騒音低減を行うことができる。
【0023】以上のことより、マイクロプロセッサ6に
残量騒音データと基準信号データの情報量が増加するた
め消音効果の向上が計られる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、消音効果が向上させる
ことができ、不快なロードノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシステム全体の構成図である。
【図2】従来のシステム全体の構成図である。
【図3】対数圧縮手段の特性図である。
【符号の説明】
1…車室内、2…マイクロホン、3,14…スピーカ、
4,9…対数圧縮手段、5,10…A/D変換器、6…
マイクロプロセッサ、7…Gセンサ、8…アンチェリア
シングフィルタ、11…適応フィルタ、12…D/A変
換器、13…パワーアンプ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 G10K 11/16 H03H 21/00 8842−5J (72)発明者 小野 浩一 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 3 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1個若しくは複数個の騒音検知手段と、そ
    の騒音を能動的に打ち消すための1個若しくは複数個の
    2次音出力手段と、サスペンション若しくは車体の振動
    を検知する1個若しくは複数個の振動検知手段と、前記
    振動検知手段より得た検知信号を参照信号として用い、
    騒音(音圧)に関する評価関数を最小にするように、前
    記参照信号をフィルタリングして2次音制御信号を適応
    的に生成する適応信号処理手段を有する車両走行騒音の
    能動消音装置において、前記検知信号の入力検知範囲を
    広げ、また検知精度を上げる手段を有している事を特徴
    とする車両走行騒音の能動消音装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、1個若しくは複数個の
    騒音検知手段により検知された騒音(音圧)を対数圧縮
    する対数圧縮手段を有し、前記対数圧縮手段より得た信
    号を、前記適応信号処理手段に入力させている事を特徴
    とする車両走行騒音の能動消音装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、1個若しくは複数個の
    振動検知手段により検知された振動信号を対数圧縮する
    対数圧縮手段を有し、前記対数圧縮手段より得た信号
    を、基準信号としている事を特徴とする車両走行騒音の
    能動消音装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017504815A (ja) * 2013-12-16 2017-02-09 ハーマン ベッカー オートモーティブ システムズ ゲーエムベーハー アクティブ・ノイズ・コントロール・システム
US11393444B2 (en) 2019-11-12 2022-07-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Noise suppressor for a vehicle and noise suppressing method for a vehicle

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US10373600B2 (en) 2013-12-16 2019-08-06 Harman Becker Automotive Systems Gmbh Active noise control system
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