JPH10254457A - 車室内騒音の低減方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車室内の騒音の空洞共鳴する２つ以上
の特定の共鳴周波数の音に対して、実際の騒音の計測結
果に基づいて位相と音圧を調節した相殺音をスピーカか
ら発生させて騒音と干渉させることにより、広い周波数
帯域に渡って騒音を低減できる、車室内騒音の低減方法
とその装置を提供する。 【解決課題】 車室内に配設した騒音検出手段で車室内
で空洞共鳴が生じる二つ以上の共鳴周波数の音の音圧と
位相を検出し、演算制御手段で前記各共鳴周波数の音を
干渉により減衰させる位相と音圧の相殺信号を作成し、
この相殺信号から合成した相殺音発生信号で相殺音発生
手段から相殺音を発生して、当該騒音と干渉させて当該
騒音を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車室内
に生じる空洞共鳴による騒音を、スピーカから逆位相の
音を発生して、騒音と発生音とを干渉させることによ
り、騒音をアクティブに低減する車室内騒音の低減方法
とその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車室内においては、例えば、
エンジン騒音、タイヤ騒音、排気騒音、などさまざまな
騒音があり、これらの騒音に対する対策として、騒音発
生源に対する対策や騒音の吸収・遮断や振動を受けて新
たな音源となる部分の防振・制振などの各種対策が行わ
れている。

【０００３】しかしながら、車室内騒音には対策が難し
い比較的低周波数の騒音が含まれるために、これらの対
策では、遮音材や吸音材の大きさや重量が大きくなり、
車両重量やコスト面による制約から充分な騒音防止対策
を採ることができず、限界があったそのため、アクティ
ブな騒音低減装置として、実開平４−８７８９８号で
は、車室内騒音をマイクロホンで測定して、この測定騒
音に対して、逆位相の相殺信号を適応制御で常時演算し
て、スピーカから出力した相殺音の音波を元の騒音の音
波に干渉させて、車室内騒音を低減するシステムが提案
されている。

【０００４】この装置は、特定の周波数の音波だけでは
なく、広範囲の周波数を持つ車室内の騒音を、適応フィ
ルタ型コントローラで、エンジンマウントからスピーカ
までの音波の伝わり方を表す伝達関数を常時演算し、こ
の伝達関数に予め工場等で白色雑音で同定したスピーカ
とマイクロホン間の音波の伝わり方を表す伝達関数を加
えて、車室内空間全体の音波の伝達関数を求めて、更
に、この伝達関数を利用して騒音に対する相殺信号を演
算している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この適
応フィルタ型コントローラの装置においては、常時伝達
関数を演算して求めているために複雑な演算回路や演算
プログラムが不可欠であり、大幅なコスト高を招くとい
う問題がある。その上に、全周波数帯域の騒音に対応し
て、複雑な収束演算で適応制御を常時行って相殺信号を
算出しているので、適応制御の収束に時間が掛かった
り、あるいはエンジンの運転状況や走行環境の変化など
による騒音の変化に対して演算が追従できず、システム
が発振して正確な相殺音を発生することができず、逆に
騒音拡大となってしまう場合が発生するなど、運転状態
に見合った調整が難しく且つ煩わしいという問題があ
る。

【０００６】一方、車室内の騒音に関しては、騒音分析
の結果、車室が閉鎖空間を形成しているために、エンジ
ンや路面、駆動系等の加振力によって車体が振動し、こ
の閉鎖空間に空洞共鳴現象が生じ、この共鳴周波数の音
波が空洞共鳴により増幅されて不快なこもり音となり、
車室内騒音の大きな要因となっていることが分かってい
る。

【０００７】この空洞共鳴とは、閉鎖空間の境界面で反
射した音波と元の音波とが互いに増幅し合って定在波を
生じ、その腹の部分では大きな音圧上昇を引き起こす音
の共振現象であり、共鳴する周波数は閉鎖空間の形状に
よって決まる。この基本の周波数の定在波の模式図を図
４に示すが、音波の進行方向により幾つかの固有の分布
状態（モード）があり、また、図示していないが基本の
周波数の整数倍の周波数でも共鳴し定在波が生じる。

【０００８】従来技術において、この定在波に注目し
て、エンジンの燃焼騒音の周波数、即ち、エンジンの回
転２次成分の周波数が空洞共鳴周波数に一致した時に大
きなこもり音が発生しているとして、エンジン回転数な
どのエンジンの運転状態を検出し、このエンジンの回転
２次成分の周波数に相当する音波に対して、逆位相の音
波を出力して両者の干渉により騒音を低減するアクティ
ブな騒音低減装置がある。

【０００９】しかしながら、この装置においては、車室
内で空洞共鳴する周波数は、図３の矢印で示すように一
つではなく幾つもあるにもかかわらず、エンジンの回転
２次成分以外の周波数の騒音に対する低減効果を有して
いないため、その他の音源、例えば、走行中の風切り音
や路面からの振動等による騒音に対しては効果が無く、
騒音低減効果が不十分であるという問題がある。

【００１０】また、この空洞共鳴は閉鎖空間に対する固
有の現象であり、共鳴周波数は車室の寸法によって予め
決まってしまい、乗車人員や温度等によって多少の変動
はあるものの、非常に安定した現象であるので、予め、
その特性を調査することにより、ある１点の音波を計測
する事によって閉鎖空間のいずれの点の空洞共鳴してい
る音波の状態を予測することが可能となる。

【００１１】本発明は、車室内の空洞共鳴のこのような
特性に着目して、車室内における騒音を、空洞共鳴する
２つ以上の特定の共鳴周波数に対して、予め車種毎に騒
音を測定・解析して求めて記憶しておいたデータによっ
て発生させて相殺信号の位相と音圧レベルを、実際の騒
音の計測結果に基づいて調整制御して相殺音発生信号を
作成し、この相殺音発生信号でスピーカから相殺音を発
生させて騒音と干渉させることにより、単純な制御と簡
便なシステムで広い周波数帯域に渡って騒音を低減でき
る、車室内騒音の低減方法とその装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の車室内騒音の低
減方法は、車室内に配設した騒音検出手段で検出した車
室内騒音の検出信号から、該車室内で空洞共鳴が生じる
二つ以上の共鳴周波数の音の音圧と位相を検出し、この
検出値に基づいて演算制御手段が前記各共鳴周波数に関
係する音を干渉により減衰させる位相と音圧の相殺信号
を作成し、この相殺信号から相殺音発生信号を合成し
て、相殺音発生手段に出力すると共に、この相殺音発生
手段が相殺音を該車室内に発生して、当該騒音と干渉さ
せて当該騒音を低減するものである。

【００１３】そして、当該騒音の前記各共鳴周波数の音
波に対する相殺信号の位相差を予め前記演算制御手段に
記憶することにより、位相調整を著しく簡便にするもの
である。さらに、当該騒音の前記各共鳴周波数の検出値
である音圧と位相に対して、広い周波数帯域を持つ相殺
信号を予め演算制御手段に記憶しておき、この広い周波
数帯域を持つ相殺信号の位相と音圧を調整して、各共鳴
周波数別の相殺信号を作成するようにすることにより、
単に各共鳴周波数の音波だけでなく、この各共鳴周波数
の音波に関係するより広い周波数帯域の音波を干渉によ
り減少させることができる。

【００１４】また、本発明の車室内騒音の低減装置は、
車室内に配設した騒音検出手段と、この騒音検出手段で
検出した車室内騒音の検出信号から、該車室内で空洞共
鳴が生じる二つ以上の共鳴周波数の音の音圧と位相を検
出し、この検出値に基づいて前記各共鳴周波数に関係す
る音を干渉により減衰させる位相と音圧の相殺信号を作
成し、前記各共鳴周波数に対する前記相殺信号から相殺
音発生信号を合成し出力する演算制御手段と、この演算
制御手段から前記相殺音発生信号を入力して相殺音を該
車室内に発生する相殺音発生手段とを有するように構成
される。

【００１５】そして、前記相殺音発生手段を、該車室内
の空洞共鳴モードにおいて音圧が最大になる位置に配置
することにより、騒音低減効果を高める。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、図１に示すような構成
のものであり、車室内１に発生した音波を騒音検出手段
であるマイクロホン２で実際に測定し、空洞共鳴の２つ
以上の共鳴周波数帯域で位相と音圧を検出し、発振器か
らの相殺信号又は予め記憶していた相殺信号を位相調整
と音圧レベル調整して、騒音の音波に対する相殺音発生
信号を演算制御手段であるコントローラ４で作成し、こ
の相殺音発生信号に基づいてパワーアンプ５を介して相
殺音発生手段であるスピーカ３から相殺音を発生し、騒
音と干渉させて騒音を低減するアクティブ型の騒音低減
方法とその装置である。

【００１７】この方法と装置の詳細について、以下に、
図面を参照して一つの実施の形態につき説明する。先
ず、図１に示すように、騒音検出手段であるマイクロホ
ン２と相殺音発生手段であるスピーカ３とを車室内に配
置する。この室内音モニター用のマイクロホン２の配置
場所は例えば、天井位置、車両ポスト、シートベルトア
ンカーやシートの肩口などが考えられるが、騒音の主た
る共鳴（共振）振動の定在波の腹の部分の音波が計測で
きる場所に配置するのが好ましく、一個でも良いが状況
に応じて複数個配置する。

【００１８】さらに、演算制御手段であるコントローラ
４を設けて、マイクロホン２から得た測定音波信号か
ら、二つ以上の共鳴周波数の音の位相と音圧を検出し、
この共鳴周波数に対応した相殺音のための相殺信号を発
生し、スピーカ３から出る時に騒音の音と逆位相になる
ように位相調整する。この相殺信号は、予め、工場等で
車種毎に実際の車室１内の空洞共鳴特性を解析し、実際
にマイクロホン２を置く場所で計測される測定騒音に対
して、各共鳴周波数の騒音に対する相殺信号を予め求め
ておいて、この相殺信号をコントローラ４に記憶してお
く。

【００１９】一番簡単な相殺信号は、各共鳴周波数に対
応する周波数の正弦波信号であり、記憶するものとして
は、周波数の値のみ記憶しておき、発振器でこの周波数
の信号を発振すればよい。また、この時に、マイクロホ
ン２とスピーカ３との位置関係に関係する各共鳴周波数
の位相差を予め測定して記憶しておき、位相調整の替わ
りにこの位相差を使用してもよく、または、位相調整時
の初期値として用い、これに加えて微調整を行うように
すれば、位相調整が非常に簡単となる。

【００２０】更に、特定の騒音発生源では基本的な音
波、ここでは共鳴振動数の音波に幾つかの音波が乗って
同じパターンの時系列を繰り返すことが多いので、例え
ば、共鳴振動数の基本周期の何倍かの時系列データを測
定して、この時系列データの騒音波形を相殺する波形信
号時系列を記憶しておいて、この相殺信号の位相と音圧
を調整するようにすると、単に共鳴振動数の音波だけで
なく、この上に乗った幾つかの音波も同時に干渉により
打ち消し又は低減することができるので、広い周波数範
囲の騒音を低減できることになる。

【００２１】このように、共鳴周波数に対して、幅広い
周波数範囲の相殺信号を記憶しておくと、例えば、波長
が僅かに異なる音波の干渉によって生じるウナリなども
容易に低減することができる。次に、計測した音波を干
渉により打ち消せるように相殺音の音圧レベルの調整、
即ちスピーカ３の出力調整を行う。この位相と音圧の調
整を複数個の共鳴振動数の測定音に対して行い、これら
の相殺信号を重ね合わせて合成して相殺音発生信号を作
成し、この相殺音発生信号によってスピーカ３から相殺
音を発生して、騒音の音波と干渉させて、騒音を低減す
る。

【００２２】また、この位相調整及び音圧レベルの調整
にフィードバック制御を採用すると一層効果を上げるこ
とができる。そして、相殺音の発生による効果を最大に
するために、相殺音発生手段であるスピーカ３を、車室
１内の空洞共鳴モードにおいて音圧が最大になる位置
に、つまり、空洞共鳴が生じている固有の騒音分布にお
いて、騒音が集中する部分に配置する。一般には、この
音圧の最大となる位置は室内空間のスミ部になるが、工
場等で厳密に測定して特定することができる。

【００２３】この騒音低減装置の制御フローの例を図１
に示す。この制御フローは騒音低減装置の作動時は常時
繰り返し呼ばれて実行されるものである。先ず、スター
トするとＳ１でマイクロホン２から騒音測定データを取
り込む。Ｓ２でこの騒音測定データから共鳴周波数の音
をバンドパスフィルターを使用して検出し、Ｓ３で、こ
の各共鳴周波数の音波の位相と音圧を検出する。

【００２４】そして、Ｓ４で、発振器からの発生した信
号時系列、または、メモリから得た信号時系列を相殺信
号として取り込み、Ｓ５でこの各共鳴周波数に対応する
相殺信号がスピーカ３から相殺音として出て騒音と干渉
する時に、逆位相になって騒音を低減するように位相調
整する。次に、Ｓ６で、測定音との干渉を完全にして測
定騒音を打ち消すことができるようにスピーカ３から出
る相殺音の音圧レベルを調整する。Ｓ７でこれらの相殺
信号を複合して相殺音発生信号を作成し、Ｓ８でこの相
殺音発生信号をパワーアンプ５を経由してスピーカ３に
出力して、スピーカ３から相殺音を発生させて、リター
ンする。

【００２５】この繰り返しにより、車室１内の二つ以上
の各共鳴周波数の騒音に干渉させる相殺音を発生できる
ので、広い範囲の周波数の車室内騒音を低減できる。以
上のような車室内騒音の低減方法とその装置によれば、
適応制御のような複雑な演算が不要になり、マイクロホ
ン２によって各共鳴周波数の位相・音圧を検出して、実
際に生じているこれらの各共鳴周波数の騒音に対する相
殺信号を位相と音圧レベルを調整制御して相殺音発生信
号を作成しているので、この相殺音により、特定の一周
波数の騒音だけでなく、走行時の風切り音や路面からの
振動などを含む広い周波数帯域に渡る騒音を低減するこ
とができる。

【００２６】また、記憶データも各共鳴周波数に対する
位相差又は相殺信号だけでよく、適応制御のような複雑
な演算回路を不要にしているので、非常に簡単な制御方
法となり、装置も単純なもので済み、システム全体を低
コストに構成することができる。そして、この相殺音に
関する信号は、工場等で車種毎に精密に騒音測定した上
で解析して、また、実際に実験して決定できるので、正
確に騒音を低減できる相殺信号を得ることができる。

【００２７】また、スピーカの設定位置を音圧の最大と
なる位置、つまり、騒音が集中する部分に配設したの
で、相殺音の発生による効果を最大にすることができ
る。本発明の効果を例示するために、図３に、車室内騒
音の周波数別の音圧レベルの測定値と、相殺音を発生し
た時の音圧レベルを示す。この図では、矢印で示す７つ
の周波数帯域で空間共鳴を生じており、上記のような騒
音低減方法により、斜線部に示すような騒音低減の効果
を得ている。縦軸はｄＢ表示であり、３ｄＢの減少がパ
ワー比では約０．５倍の減少に相当することを考えれば
著しく騒音が低減されていることが分かる。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明した本発明の車室内騒音の低
減方法とその装置によれば、車室内の幾つかの共鳴周波
数に対応する実際に検出した騒音に対して逆位相の相殺
音を発生して、この相殺音により、特定の一周波数の騒
音のみでなく、広い周波数帯域に渡る騒音を低減するこ
とができるので、騒音全体を著しく低減できる。

【００２９】また、記憶データも各共鳴周波数に対する
位相差又は相殺信号だけでよく、適応制御のような複雑
な演算回路や演算プログラムを不要にしているので非常
に簡単な制御方法となり、装置も単純なもので済み、シ
ステム全体を低コストに構成することができる。また、
スピーカの設定位置を音圧の最大となる位置、つまり、
騒音が集中する部分に配設したので、相殺音の発生によ
る効果を最大にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車室内騒音の低減方法とその装置の制
御フローチャート図である。

【図２】本発明の車室内騒音の低減装置の構成図であ
る。

【図３】車室内騒音の例と本発明の実施例の効果を示す
車室内騒音の周波数別音圧レベルの図である。

【図４】車室内騒音の空洞共鳴の例を示す定在波モード
図であり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）はそれぞれ
の音の伝搬方向の定在波モードを示す。

【符号の説明】

１ … 車室 ２ … マイクロホン
３ … スピーカ ４ … コントローラ（コントロールユニット：ＣＵ） ５ … パワーアンプ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車室（１）内に配設した騒音検出手段
   （２）で検出した車室内騒音の検出信号から、該車室
   （１）内で空洞共鳴が生じる二つ以上の共鳴周波数の音
   の音圧と位相を検出し、この検出値に基づいて演算制御
   手段（４）が前記各共鳴周波数に関係する音を干渉によ
   り減衰させる位相と音圧の相殺信号を作成し、この相殺
   信号から相殺音発生信号を合成して、相殺音発生手段
   （３）に出力すると共に、この相殺音発生手段（３）が
   相殺音を該車室（１）内に発生して、当該騒音と干渉さ
   せて当該騒音を低減する車室内騒音の低減方法。
2. 【請求項２】 当該騒音の前記各共鳴周波数の音波に対
   する相殺信号の位相差を予め前記演算制御手段（４）に
   記憶した請求項１記載の車室内騒音の低減方法。
3. 【請求項３】 当該騒音の前記各共鳴周波数の検出値で
   ある音圧と位相に対して、広い周波数帯域を持つ相殺信
   号を予め演算制御手段（５）に記憶しておき、この広い
   周波数帯域を持つ相殺信号の位相と音圧を調整して、各
   共鳴周波数別の相殺信号を作成する請求項１又は２に記
   載の車室内騒音の低減方法。
4. 【請求項４】車室（１）内に配設した騒音検出手段
   （２）と、この騒音検出手段（２）で検出した雑音の検
   出信号から、該車室（１）内で空洞共鳴が生じる二つ以
   上の共鳴周波数の音の音圧と位相を検出し、この検出値
   に基づいて前記各共鳴周波数に関係する音を干渉により
   減衰させる位相と音圧の相殺信号を作成し、前記各共鳴
   周波数に対する前記相殺信号から相殺音発生信号を合成
   し出力する演算制御手段（４）と、この演算制御手段
   （４）から前記相殺音発生信号を入力して相殺音を該車
   室（１）内に発生する相殺音発生手段（３）とを有する
   車室内騒音の低減装置。
5. 【請求項５】 前記相殺音発生手段（３）を、該車室
   （１）内の空洞共鳴モードにおいて音圧が最大になる位
   置に配置する請求項４記載の車室内騒音の低減装置。