JPH07325586A

JPH07325586A - 車室内騒音低減装置

Info

Publication number: JPH07325586A
Application number: JP6117268A
Authority: JP
Inventors: Eiji Shibata; 英司柴田; Manpei Tamamura; 万平玉村; Hiroshi Iitaka; 宏飯高
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジン回転数の変動に係わらず消音性能を常
に高く維持することができノイズ成分の除去も確実に行
うことの可能な車室内騒音低減装置を提供する。【構成】Ｉg パルスを成形・間引きしプライマリソー
スＰs とし、プライマリソースＰs を適応フィルタ４の
フィルタ係数と畳み込み積和し可変デジタルフィルタ回
路３に入力しエンジン回転数に応じて設定されたフィル
タ特性でフィルタリングしスピーカ９から受聴点での振
動騒音に対する相殺音として出力する。騒音低減状態を
マイク１０でエラー信号として検出しＬＭＳ演算回路６
に入力する。ＬＭＳ演算回路６ではＣMN0 回路５を介し
て入力されたプライマリソースＰsとＡ／Ｄ変換器１２
からの信号とに基づき適応フィルタ４の係数修正量を求
めフィルタ係数を更新する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの振動騒音を
主要因として発生する車室内の騒音を、相殺音と干渉さ
せて低減させる車室内騒音低減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの振動騒音を主要因として発生
する車室内騒音に対し、この騒音と同一振幅で逆位相と
なる音（相殺音）を音源から発生させ、車室内騒音を低
減させる種々の技術が提案されている。

【０００３】また、最近では、例えば特開平３−１７８
８４５号公報等に示されるように、ＬＭＳ（Ｌeast Ｍ
ean Ｓquare ）アルゴリズム（適応フィルタのフィルタ
係数を求める計算式を簡略化するため、フィルタの修正
式が再帰式であることを利用し、平均自乗誤差で近似し
て求める理論）、あるいは、このＬＭＳアルゴリズムを
多チャンネルに拡大したＭＥＦＸ−ＬＭＳ（Ｍultiple
Ｅrror Ｆiltered Ｘ−ＬＭＳ）アルゴリズムを利用し
た車室内騒音低減装置が提案され、一部実用化され始め
ている。このＬＭＳアルゴリズムを利用した車室内騒音
低減装置では、エンジン振動を主要因として発生する車
室内騒音を消音する場合、エンジン振動と相関の高い信
号を騒音振動源信号（プライマリソース）として検出
し、このプライマリソースから適応フィルタによって騒
音に対する相殺音を合成してスピーカから発生する。そ
して、受聴点における騒音低減状態をエラー信号として
マイクにより検出し、このエラー信号と上記プライマリ
ソースとからＬＭＳアルゴリズムにより適応フィルタの
フィルタ係数を更新して受聴点における騒音低減を最適
な値とするようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のＬＭ
ＳアルゴリズムあるいはＭＥＦＸ−ＬＭＳアルゴリズム
を利用した周期音を対象とする車室内騒音低減装置で
は、消音対象とする周期騒音（エンジンの振動騒音）の
周波数範囲をできるだけ拡大し消音量を高めようとする
が、その一方で、この消音対象とした周波数範囲に周期
騒音以外（例えばロードノイズなどのランダム音、音
楽、話し声、物音などのランダム音）のノイズ成分が存
在する場合があり、これらノイズ成分が大きい場合には
望まない適応処理が行われ、消音性能を劣化させる場合
がある。従って、消音対象周波数範囲は必要最小限の範
囲に限定した方が良い。

【０００５】一方、周期騒音（エンジンの振動騒音）の
周波数はエンジンの回転数により変わる。（Ｎrpm ／６
０＊次数＝周波数）即ち、同じ次数成分であっても低回転域では周波数が低
く、高回転域では周波数が高くなる。また、周期騒音の
特徴として基本波に近い低次数の成分ほど騒音レベルが
大きい傾向にあるため、例えばエンジンの低回転数域で
はエンジンの振動騒音の周波数は全体的に低く、高回転
数域では全体的に高くなるというようにエンジンの回転
数によりエンジン音の周波数域が変化する場合がある。

【０００６】また、上述の車室内騒音低減装置では、適
応フィルタのフィルタ特性をバンドパスのデジタル等で
フィルタリングすることで消音対象周波数外の相殺音を
除去し消音対象周波数外の周波数域のノイズ成分による
適応を抑制できる。しかし、このバンドパスフィルタ等
の特性を固定とした場合には、エンジン回転数によりエ
ンジンの振動騒音の周波数範囲が変化するにもかかわら
ず、全回転数域の消音性能を確保するため、最大公約数
的なバンドパスフィルタ等の特性を与える必要があり、
ノイズ成分の混入を減らすことが難しいといった問題が
ある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、エンジン回転数の変動に係わらず、消音性能を常に
高く維持することができ、また、ノイズ成分の除去も確
実に行うことの可能な車室内騒音低減装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による車室内騒音低減装置は、エンジン振動と相
関の高い騒音振動源信号を適応フィルタにより合成し出
力するキャンセル信号合成手段と、上記キャンセル信号
合成手段の適応フィルタの特性を予め設定しておいた複
数のフィルタ特性からエンジン回転数に応じ選択したフ
ィルタ特性でフィルタリングする可変フィルタ手段と、
上記キャンセル信号合成手段の出力信号を騒音に対する
相殺音として発生する相殺音発生手段と、受聴点におけ
る騒音低減状態を誤差信号として検出する誤差信号検出
手段と、上記騒音振動源信号と上記誤差信号とに基づき
上記適応フィルタのフィルタ係数を更新するフィルタ係
数更新手段とを備えたものである。

【０００９】

【作用】上記構成において、まず、エンジンの振動騒
音を主要因として車室内に騒音が発生すると、キャンセ
ル信号合成手段で、エンジン振動と相関の高い騒音振動
源信号を適応フィルタにより合成し出力するが、同時に
本適応フィルタのフィルタ係数値列、即ちインパルスレ
スポンスに対し、予め設定しておいた複数のフィルタ特
性からエンジン回転数に応じ選択したフィルタ特性でフ
ィルタリングする。次いで、相殺音発生手段から、上記
キャンセル信号合成手段からの出力信号を騒音に対する
相殺音として発生する。そして、受聴点における騒音低
減状態は、誤差信号検出手段で、誤差信号として検出さ
れ、フィルタ係数更新手段で、上記騒音振動源信号と上
記誤差信号とに基づき上記適応フィルタのフィルタ係数
を更新する。

【００１０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１〜図７は本発明の実施例を示し、図１は車室
内騒音低減装置のシステム概略図、図２は入力信号変換
回路の説明図、図３はプライマリソースと振動騒音との
関係説明図、図４は可変デジタルフィルタ回路の構成説
明図、図５は適応フィルタの構成説明図、図６はフィル
タ特性記憶部の概念説明図、図７はフィルタ特性の説明
図である。

【００１１】図１において、符号１は４サイクルエンジ
ンを示し、このエンジン１の図示しないイグニッション
コイルへのイグニッションパルス信号（Ｉg パルス）
は、入力信号変換回路２および可変フィルタ手段として
の可変デジタルフィルタ回路３に対しても出力される。

【００１２】上記入力信号変換回路２は、図２に示すよ
うに、波形成形回路２ａと間引回路２ｂとで構成されて
おり、この入力信号変換回路２に入力された上記Ｉg パ
ルスは、エンジン回転に同期してエンジン２回転で１パ
ルスで、エンジン回転の０．５×ｎ（ｎ：整数）次成分
の周波数からなる信号に成形・間引されて、騒音振動源
信号（プライマリソースＰs ）として、キャンセル信号
合成手段としての適応フィルタ４とスピーカ／マイク間
伝達特性補償回路（以下「ＣMN0 回路」と略称）５に出
力される。

【００１３】これは、４サイクルエンジン関連の振動騒
音（図３（ｂ））は、エンジン１が２回転（７２０℃
Ａ）で吸入・圧縮・爆発・排気の４行程を完了するため
に、エンジン２回転を１周期とする振動騒音となってお
り、周波数領域ではエンジン回転の０．５次成分を基本
波とし、その高次成分が主体となったスペクトル（図３
（ｄ））となっている（０．５×ｎ（ｎ：整数）次成分
により構成されている）ためである。従って、Ｉg パル
スを前述のように成形・加工することにより、消音した
い振動騒音と極めて相関の高いプライマリソースＰs を
得ることができる（図３（ａ），（ｃ））。

【００１４】また、上記適応フィルタ４は、フィルタ係
数更新手段としてのＬＭＳ演算回路６により更新可能な
フィルタ係数Ｗ(n) を有するＦＩＲ（Ｆinite Ｉmpulse
Ｒesponse ）フィルタであり、所定のタップ数（例え
ば、５１２タップ）に形成されている。この適応フィル
タ４に入力された上記プライマリソースＰs は、上記フ
ィルタ係数Ｗ(n) と畳み込み積和され、キャンセル信号
として、上記可変デジタルフィルタ回路３に入力される
ように構成されている。

【００１５】上記可変デジタルフィルタ回路３は、図４
に示すように、エンジン回転数算出部（パルスカウン
タ）３ａと、フィルタ特性記憶部３ｂと、フィルタ特性
選択設定部３ｃとから主に構成されている。

【００１６】上記エンジン回転数算出部３ａには、前記
Ｉg パルスが入力され、このＩg パルスのパルス間隔か
らエンジン回転数ＮE を算出するパルスカウンタ回路部
となっており、算出したエンジン回転数ＮE に対応する
信号は上記フィルタ特性選択設定部３ｃに対して出力さ
れる。

【００１７】また、上記フィルタ特性記憶部３ｂはＲＯ
Ｍ回路で、図６に示すように、予め実験等により求めて
おいた複数のデジタルフィルタ特性（図６中、フィルタ
特性１，フィルタ特性２，…フィルタ特性ｎ）が、エン
ジン回転数ＮE をパラメータとして記憶されている。こ
のデジタルフィルタ特性は、例えば、消音対象（出力対
象）とする次数成分が１．０次〜３．０次の場合で、フ
ィルタ特性１がエンジン回転数低回転用の際には、図７
（ａ）の破線で示すように消音周波数帯域は狭く設定さ
れ、フィルタ特性２がエンジン回転数高回転用の際に
は、図７（ｂ）の破線で示すように消音周波数帯域は広
く設定されている。

【００１８】また、上記フィルタ特性選択設定部３ｃ
は、上記エンジン回転数算出部３ａから入力されたエン
ジン回転数ＮE に対応する信号に基づき、上記フィルタ
特性記憶部３ｂから、このエンジン回転数ＮE をパラメ
ータとして該当するデジタルフィルタ特性を選択し、上
記適応フィルタ４のフィルタ特性フィルタリング回路４
ａに、この特性を出力する回路部となっている。

【００１９】上記適応フィルタ４は、ＬＭＳ演算回路６
の信号によりフィルタ特性を更新するフィルタ特性更新
回路４ｂと、上記フィルタ特性フィルタリング回路４ａ
と上記フィルタ特性更新回路４ｂとの出力に基づき相殺
音出力信号を演算する相殺音出力演算回路４ｃとを有す
る。

【００２０】そして、この相殺音出力演算回路４ｃから
の信号が、Ｄ／Ａ変換器７に出力され、アンプ回路（Ａ
ＭＰ回路）８を介して、相殺音発生手段としてのスピー
カ９から相殺音を発生するようになっている。

【００２１】上記スピーカ９は、例えば、図示しない車
内のフロントドア等に配設されており、車内の受聴点
（例えば、運転席の乗員の耳位置に近接する位置）に
は、誤差信号検出手段としてのマイク１０が設けられて
いる。

【００２２】上記マイク１０にて検出された騒音低減状
態を示す誤差信号（相殺音とエンジン関連の振動騒音と
の干渉の結果を示す信号；エラー信号）は、アンプ回路
（ＡＭＰ回路）１１、フィルタ回路（図示せず）および
Ａ／Ｄ変換器１２を介して前記ＬＭＳ演算回路６に入力
されるようになっている。

【００２３】一方、前記ＣMN0 回路５には、予めスピー
カ／マイク間伝達特性ＣMNが有限のインパルスレスポン
スで近似して（補償係数ＣMN0 として）設定されてお
り、入力されたプライマリソースＰs に、上記補償係数
ＣMN0 を乗じる（畳み込み積和する）ことにより補償し
て、上記ＬＭＳ演算回路６に信号を出力する回路となっ
ている。

【００２４】また、上記ＬＭＳ演算回路６では、上記Ａ
／Ｄ変換器１２からの信号と、上記ＣMN0 回路５で補償
された（畳み込み積和された）プライマリソースＰs と
から、周知のＬＭＳアルゴリズムにより前記適応フィル
タ４のフィルタ係数Ｗ(n) の修正量を求め、フィルタ係
数Ｗ(n) を更新する。ここで、更新後のｉ番目のフィル
タ係数をＷi(n+1)，更新するｉ番目のフィルタ係数をＷ
i(n)，ステップサイズをμ，上記ＬＭＳ演算回路６に入
力される上記Ａ／Ｄ変換器１２の出力信号をＥ(n) ，上
記補償係数ＣMN0 （Ｊタップ）のｊ番目の係数をＣMjN
0，プライマリソースＰs の値をｘ(n) とすると、更新
後のｉ番目のフィルタ係数Ｗi(n+1)は、で与えられる。

【００２５】尚、図１中、符号Ｃはエンジン１の振動騒
音に対する車体伝達特性を示す。

【００２６】次に、上記構成による実施例の作用につい
て説明する。まず、エンジンの振動騒音は、エンジン１
から図示しないマウント等を伝達して車内音となり、ま
た、吸気や排気の音等も車室内に伝播する。これらのエ
ンジン関連振動騒音は、周波数領域では、いずれも０．
５×ｎ（ｎ：整数）次成分の周波数スペクトルにより主
に構成されており、各々の振動源に対する車体伝達特性
Ｃが乗ぜられて受聴点（例えばドライバーの耳に近接す
る位置）に達する。

【００２７】一方、エンジン１のイグニッションコイル
（図示せず）へのイグニッションパルス信号（Ｉg パル
ス）は、入力信号変換回路２と可変デジタルフィルタ回
路３とに入力され、上記入力信号変換回路２に入力され
たＩg パルスは、波形成形回路２ａと間引回路２ｂによ
り、エンジン回転に同期してエンジン２回転で１パルス
で、エンジン回転の０．５×ｎ（ｎ：整数）次成分の周
波数からなる信号に成形・間引されて、騒音振動源信号
（プライマリソースＰs ）として、適応フィルタ４、ス
ピーカ／マイク間伝達特性補償回路（以下「ＣMN0 回
路」と略称）５および指数平均処理回路６に出力され
る。

【００２８】上記適応フィルタ４に入力されたプライマ
リソースＰs は、この適応フィルタ４のフィルタ係数Ｗ
(n) との畳み込み積和され、上記Ｄ／Ａ変換器７に出力
され、アンプ回路（ＡＭＰ回路）８を介して、スピーカ
９に出力され、このスピーカ９から受聴点における振動
騒音に対する相殺音として出力される。このとき、上記
相殺音は、スピーカ／マイク間伝達特性ＣMNを受けて上
記受聴点に達する。

【００２９】可変デジタルフィルタ回路３では、エンジ
ン回転数算出部３ａで、入力されたＩg パルスからエン
ジン回転数ＮE が算出され、フィルタ特性選択設定部３
ｃで、このエンジン回転数ＮE に基づき、上記フィルタ
特性記憶部３ｂから、上記エンジン回転数ＮE をパラメ
ータとして該当するデジタルフィルタ特性が選択され、
適応フィルタ４のフィルタ特性フィルタリング回路４ａ
に出力される。

【００３０】そして、前記適応フィルタ４のフィルタ特
性（即ちインパルスレスポンス）を、上記フィルタ特性
選択設定部３ｃで選択設定されたデジタルフィルタ特性
でフィルタリングが行われ、信号が、Ｄ／Ａ変換器７に
出力される。

【００３１】このため、上記受聴点では、上記エンジン
関連の振動騒音と上記相殺音とが干渉して振動騒音が低
減させられると同時に、上記受聴点の近傍に配設されて
いるマイク１０により、振動騒音と相殺音との干渉の結
果が検出され、エラー信号として、アンプ回路（ＡＭＰ
回路）１１、フィルタ回路（図示せず）およびＡ／Ｄ変
換器１２を介して上記ＬＭＳ演算回路６に入力される。

【００３２】そして、上記ＬＭＳ演算回路６で、上記Ａ
／Ｄ変換器１２からの信号と、上記ＣMN0 回路５で補償
されたプライマリソースＰs とから、周知のＬＭＳアル
ゴリズムにより前記適応フィルタ４のフィルタ係数Ｗ
(n) の修正量を求め、フィルタ係数Ｗ(n) を更新する。

【００３３】このため、図７に示すように、例えば、消
音対象（出力対象）とする次数成分が１．０次〜３．０
次成分の場合であって、エンジン回転数の変動により周
波数に対応する次数成分が異なる（エンジン回転数が低
くａＨｚのとき３次成分が対応する（図７（ａ））のに
対し、エンジン回転数が高くなりａＨｚのとき２次成分
が対応する（図７（ｂ））ように異なる）際において
も、騒音の主体である消音対象（出力対象）とする次数
成分を維持して消音性能の低下することなくノイズ成分
による不要な適応による相殺音の誤出力を防止すること
ができる。

【００３４】すなわち、何ら対策を行わず、従来の固定
されたバンドパスフィルタを用いた場合では、エンジン
回転数が低いときには、１．０次〜３．０次成分のみを
消音対象としたい場合にも、エンジン回転数が高いとき
の１．０次〜３．０次成分を消音するために広帯域のバ
ンドパスフィルタを設定することになり、不必要なノイ
ズ成分の混入が行われ、消音性能低下の一因となってい
た。

【００３５】また、エンジン回転数が変動（周期が変
動）し、ノイズ成分の周波数も変化してしまうような場
合であっても、消音対象とする次数成分を維持して、こ
のようなノイズ成分が含まれることが確実に防止でき
る。

【００３６】さらに、エンジン回転数が変動（周期が変
動）しても、例えば、スピーカ出力限界以下の周波数
域、又、消音の難しい高周波域での出力を確実に防止す
ることができる。

【００３７】また、ＦＩＲデジタルフィルタによるフィ
ルタリングであるため、位相ずれ等の問題が生じること
がない。

【００３８】尚、本実施例では、プライマリソースＰs
としてＩg パルスを用いるように構成しているが、他の
エンジン関連の振動騒音と相関の高い信号（例えば、燃
料噴射パルスＴi 等）をプライマリソースＰs としても
良い。

【００３９】また、本実施例では、可変デジタルフィル
タ回路にＩg パルスを入力しエンジン回転数を算出する
ようにしているが、プライマリソースＰs からエンジン
回転数を算出するようにしても良く、さらに、エンジン
コントロールユニット（ＥＣＵ）等から、他のエンジン
回転数を表現する信号を入力してエンジン回転数を求め
るようにしても良い。

【００４０】また、本実施例では、１チャンネル（マイ
ク１個、スピーカ１個）のＬＭＳアルゴリズムを利用し
た騒音低減装置の例について説明したが、ＬＭＳアルゴ
リズムを多チャンネルに拡大したＭＥＦＸ−ＬＭＳ（Ｍ
ultiple Ｅrror ＦilteredＸ−ＬＭＳ）アルゴリズム
を利用した車室内騒音低減装置（例えば、マイク４個、
スピーカ４個等の装置）についても適用可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
エンジン回転数の変動に係わらず、消音性能を常に高く
維持することができ、また、ノイズ成分の除去も確実に
行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による車室内騒音低減装置のシ
ステム概略図

【図２】本発明の実施例による入力信号変換回路の説明
図

【図３】本発明の実施例によるプライマリソースと振動
騒音との関係説明図

【図４】本発明の実施例による可変デジタルフィルタ回
路の構成説明図

【図５】本発明の実施例による適応フィルタの構成説明
図

【図６】本発明の実施例によるフィルタ特性記憶部の概
念説明図

【図７】本発明の実施例によるフィルタ特性の説明図

【符号の説明】

１エンジン３可変デジタルフィルタ回路（可変フィルタ手
段）４適応フィルタ（キャンセル信号合成手段）６ＬＭＳ演算回路（フィルタ係数更新手段）９スピーカ（相殺音発生手段）１０マイク（誤差信号検出手段）Ｐs プライマリソース（騒音振動源信号）Ｗ(n) フィルタ係数

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン振動と相関の高い騒音振動源信
号（Ｐs ）を適応フィルタにより合成し出力するキャン
セル信号合成手段（４）と、上記キャンセル信号合成手段（４）の適応フィルタの特
性を予め設定しておいた複数のフィルタ特性からエンジ
ン回転数（ＮE ）に応じ選択したフィルタ特性でフィル
タリングする可変フィルタ手段（３）と、上記キャンセル信号合成手段（４）からの出力信号を騒
音に対する相殺音として発生する相殺音発生手段（９）
と、受聴点における騒音低減状態を誤差信号として検出する
誤差信号検出手段（１０）と、上記騒音振動源信号（Ｐs ）と上記誤差信号とに基づき
上記適応フィルタ（４）のフィルタ係数（Ｗ(n) ）を更
新するフィルタ係数更新手段（６）とを備えたことを特
徴とする車室内騒音低減装置。