WO2007011010A1

WO2007011010A1 - 能動騒音低減装置

Info

Publication number: WO2007011010A1
Application number: PCT/JP2006/314450
Authority: WO
Inventors: Masahide Onishi; Yoshio Nakamura; Shigeki Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2007-01-25
Also published as: EP1906384A1; EP1906384B1; US20090279710A1; US8014538B2; JP4513810B2; EP1906384A4; CN101040320A; CN101040320B; JPWO2007011010A1

Abstract

　２次騒音発生部としての第１のスピーカ（３０）及び第２のスピーカ（３１）から残留信号検出部としてのマイクロフォン（３２）までの間の伝達利得特性において、レベル低下やディップの影響がより少ない方のスピーカとその周波数帯域を切り替え周波数記憶部（１１）に記憶させ、エンジン（１）の回転数に基づいて周波数算出部（３３）で算出した現在の騒音の周波数に応じて、適宜第１のスピーカ（３０）及び第２のスピーカ（３１）を出力切り替え器（９）で択一的に切り替える。このような構成により、スピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性にレベル低下やディップが生じている場合でも、安定的な適応動作ができるとともに、発散による異常音や過大出力による歪音の発生を抑制して理想的な騒音低減効果を得る。

Description

能動騒音低減装置

技術分野

[0001] 本発明はエンジン回転に伴って車室内に発生する不快なエンジンこもり音に対し、逆位相かつ等振幅の信号を干渉させることで、このエンジンこもり音を低減する能動騒音低減装置に関する。

背景技術

[0002] 従来の能動騒音低減装置として、特に車載用途向けにエンジン回転に伴って車室内に発生する不快なエンジンこもり音を低減させるために、適応ノッチフィルタを利用した適応フィードフォワード制御を行う方法が知られて、る。この従来の能動騒音低減装置においては、車室内に固定して配置されたマイクロフォンを含んだ残留信号検出部と、同じく車室内に固定して配置されたスピーカを含んだ 2次騒音発生部を使用しており、残留信号検出部の位置における課題となる騒音を低減するために、常に同じ場所に配置されている 2次騒音発生部との組み合わせで騒音低減制御を行つていた。

[0003] なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特開 2000

99037号公報力知られて!/、る。

[0004] し力しながら、狭い車室内環境下では、スピーカを含んだ 2次騒音発生部力もマイクロフオンを含んだ残留信号検出部までの間の伝達利得特性にぉ、て深、ディップや急激なピークを生じる場合がある。これらは車室空間での音波干渉や反射に起因するもので、車室内に配置される残留信号検出部と 2次騒音発生部の場所に限らず発生する。上記従来技術に係る能動騒音低減装置では、残留信号検出部の位置における課題となる騒音を低減するために、常に同じ場所に配置されている 2次騒音発生部を用いて騒音低減制御を行っている。そのため、騒音低減制御を行いたい周波数帯域内において、 2次騒音発生部から残留信号検出部までの間の伝達利得特性にディップやピークを生じてしまう可能性が非常に大きヽ。伝達利得特性にディップやピークが発生している周波数帯域では、伝達位相特性も急峻に変化するとともに、その発生周波数自体のばらつきも大きい。従って、このような周波数で騒音低減制御を行う場合、適応フィルタの動作が不安定になりやすく理想的な騒音低減効果が得られない。また、最悪の場合には適応フィルタが発散状態に陥ってしまい、異常音を発生させてしまう。さらに、このような周波数では 2次騒音発生部力放射された 2次騒音が残留信号検出部まで到達しにくいため、能動騒音低減装置の出力が増大し、 2次騒音発生部から歪音が発生してしまう。

発明の開示

[0005] 本発明は、上記従来の課題を解決するもので、騒音低減制御を行う周波数において、スピーカを含んだ 2次騒音発生部からマイクロフォンを含んだ残留信号検出部までの間の伝達利得特性にディップやピークを生じてヽる場合でも、安定的な動作ができるとともに、発散による異常音や過大出力による歪音の発生を抑制して理想的な騒音低減効果が得られる能動騒音低減装置を提供する。

[0006] 上記課題を解決するための本発明は、騒音の周波数に同期した余弦波信号を発生する余弦波発生器と、騒音の周波数に同期した正弦波信号を発生する正弦波発生器と、余弦波発生器力の出力信号である参照余弦波信号が入力される第 1の 1 タップ適応フィルタと、正弦波発生器力の出力信号である参照正弦波信号が入力される第 2の 1タップ適応フィルタと、第 1の 1タップ適応フィルタ力の出力信号と第 2 の 1タップ適応フィルタ力の出力信号を加算する加算器と、加算器力の出力信号を 2次騒音として発生させる複数個の 2次騒音発生部と、加算器と複数個の 2次騒音発生部との間に設けられ、複数個の 2次騒音発生部を択一的に切り替える切り替え部と、切り替え部によって選択された 2次騒音発生部力の 2次騒音と騒音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出部と、複数個の 2次騒音発生部から残留信号検出部までの間の伝達特性を模擬した複数の補正値を有し、参照余弦波信号及び参照正弦波信号が入力され、切り替え部によって選択された 2次騒音発生部から残留信号検出部までの間の補正値で補正した模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を出力する模擬信号発生部と、残留信号検出部からの出力信号と模擬信号発生部からの出力信号で残留信号検出部の位置での騒音が最小となるように第 1の 1タツプ適応フィルタ及び第 2の 1タップ適応フィルタのフィルタ係数を更新する係数更新部と、を備える。

[0007] このような構成により、騒音低減制御を行う周波数において、スピーカを含んだ 2次騒音発生部からマイクロフォンを含んだ残留信号検出部までの間の伝達利得特性にディップやピークを生じている場合でも、安定的な動作ができるとともに、発散による異常音や過大出力による歪音の発生を抑制して理想的な騒音低減効果が得られる能動騒音低減装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]図 1は本発明の実施の形態 1における能動騒音低減装置の構成を示すブロック図である。

[図 2]図 2は本発明の実施の形態 1における能動騒音低減装置の第 1のスピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性を示す図である。

[図 3]図 3は本発明の実施の形態 1における能動騒音低減装置の第 1のスピーカからマイクロフォンまでの伝達位相特性を示す図である。

[図 4]図 4は本発明の実施の形態 1における能動騒音低減装置の第 2のスピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性を示す図である。

[図 5]図 5は本発明の実施の形態 2または 3における能動騒音低減装置の構成を示すブロック図である。

[図 6]図 6は図 2に示した第 1のスピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性を示す図と図 4に示した第 2のスピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性を示す図を同時に示す図である。

[図 7]図 7は図 5に示した本発明の実施の形態 2における能動騒音低減装置の第 1のスピーカ力もマイクロフォンまでの伝達利得特性と第 2のスピーカ力もマイクロフォンまでの伝達利得特性を同時に示す図である。

[図 8]図 8は図 5に示した本発明の実施の形態 3における能動騒音低減装置の第 1のスピーカ力もマイクロフォンまでの伝達利得特性と第 2のスピーカ力もマイクロフォンまでの伝達利得特性を同時に示す図である。

符号の説明

[0009] 1 エンジン 3 余弦波発生器

4 正弦波発生器

5 適応ノッチフィルタ

6 第 1の 1タップ適応フィルタ

7 第 2の 1タップ適応フィルタ

8, 16, 17, 22, 23 カロ算器

9 出力切り替え器 (切り替え部）

10 乗算器

12, 13, 14, 15 第 1の補正値としての伝達要素 (模擬信号発生部）

18, 19, 20, 21 第 2の補正値としての伝達要素 (模擬信号発生部）

24 模擬信号選択器

25, 26 適応制御アルゴリズム演算器 (係数更新部）

27 離散信号処理装置

28 第 1の電力増幅器 (2次騒音発生部）

29 第 2の電力増幅器 (2次騒音発生部）

30 第 1のスピーカ（2次騒音発生部）

31 第 2のスピーカ（2次騒音発生部）

32 マイクロフォン (残留信号検出部）

発明を実施するための最良の形態

[0010] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。本発明を例えば自動車等の車両に搭載し、エンジンの振動に起因して車室内に発生した不快な騒音を低減させる場合について説明する。

[0011] (実施の形態 1)

図 1は、本発明の実施の形態 1における能動騒音低減装置の構成を示すブロック図である。図 1において、エンジン 1は騒音を発生させる騒音源である。そして、デジタル信号処理装置やマイクロコンピュータ等の離散信号処理装置 27がソフトウェア処理することにより、この騒音を打ち消す信号を生成させて騒音低減制御を行う。

[0012] この能動騒音低減装置は、エンジン 1の回転数に同期した顕著な周期性を有する騒音を低減するように動作する。低減される騒音はエンジン 1の回転によって発生した加振力が車体を伝播することで発生する騒音と同種のものである。例えば、 4サイクル 4気筒エンジンであれば、エンジン回転数の 2倍の周波数を有する回転 2次成分と称される騒音が制御の対象となる。この制御の対象となる騒音は、エンジンクランク 1/2回転ごとに発生するガス燃焼によりトルクが変動することで生じる。すなわち、ェンジンを発生源とした加振振動が車室内に騒音を出す。この騒音はこもり感が強ぐ乗員が非常に不快に感じるものである。

[0013] エンジン 1の回転に同期した電気信号であるエンジンパルスは、波形整形器 2に入力され、重畳しているノイズ等が除去されるとともに波形整形される。このエンジンパルスとしては、上死点センサの出力信号ゃタコパルスを利用することが考えられる。タコパルスを利用する場合、タコパルスはタコメータの入力信号等として既に車両側に具備されている場合が多ぐ特別な装置を別に設置する必要はないため、コストの上昇を抑えることができる。

[0014] 波形整形器 2の出力信号は周波数算出部 33、及び余弦波発生器 3と正弦波発生器 4に加えられる。周波数算出部 33では、エンジン 1の回転数情報から消音すべきノツチ周波数 (以下、「ノッチ周波数」と記す)を算出する。そして、余弦波発生器 3及び正弦波発生器 4は、この得られたノッチ周波数に同期した参照信号としての余弦波と正弦波を発生させる。

[0015] 余弦波発生器 3の出力信号である参照余弦波信号は、適応ノッチフィルタ 5のうち、第 1の 1タップ適応フィルタ 6のフィルタ係数 WOと乗算される。同じぐ正弦波発生器 4の出力信号である参照正弦波信号は、適応ノッチフィルタ 5のうち、第 2の 1タップ適応フィルタ 7のフィルタ係数 W1と乗算される。そして、第 1の 1タップ適応フィルタ 6の出力信号と第 2の 1タップ適応フィルタ 7の出力信号は、加算器 8で加算される。

[0016] 第 1の電力増幅器 28と第 1のスピーカ 30、及び第 2の電力増幅器 29と第 2のスピー力 31は、適応ノッチフィルタ 5の出力信号である加算器 8からの出力信号を騒音を打ち消すための 2次騒音として車室内に放射させるための 2次騒音発生部である。ここで、第 1のスピーカ 30及び第 2のスピーカ 31は車室内に場所が固定して配置されている。ここでは、第 1のスピーカ 30としてはオーディオ信号再生用に予め車両に具備されているフロントドアスピーカを使用し、第 2のスピーカ 31としては同じくオーディオ信号再生用に予め車両に具備されて、るリアトレィスピーカを使用するものとする。

[0017] 従来の一般的な能動騒音低減装置は、背景技術で述べたように、 2次騒音を発生させるためのスピーカは常に同じ場所に配置されているものを使用する。従って、常に第 1のスピーカ 30及び第 2のスピーカ 31の何れか一方を使用して騒音低減制御を行う。以下、 2次騒音を発生させるためのスピーカとして常に第 1のスピーカ 30を使用する場合について、説明する。

[0018] 第 1のスピーカ 30より放射された 2次騒音と課題となる騒音との干渉により消音しきれな力つた騒音制御部の残留信号は、残留信号検出部としてのマイクロフォン 32により検出され、誤差信号 e (n)として適応ノッチフィルタ 5のフィルタ係数 WO及び W1を更新するための適応制御アルゴリズムに使用される。ここで、 nは自然数で、アルゴリズムの繰り返し数を示す。

[0019] ノッチ周波数における第 1の電力増幅器 28からマイクロフォン 32までの伝達特性を模擬する模擬信号発生部は、第 1の補正値としての伝達要素 12, 13, 14, 15とカロ算器 16, 17とから構成される。まず、伝達要素 12に参照余弦波信号を入力し、同じく伝達要素 13に参照正弦波信号を入力する。次に、伝達要素 12と伝達要素 13の出力信号を加算器 16にて加算して第 1の模擬余弦波信号 rO (n)を発生させる。この第 1の模擬余弦波信号 rO (n)は、適応制御アルゴリズム演算器 25に入力され、第 1の 1 タップ適応フィルタ 6のフィルタ係数 WOを更新するための適応制御アルゴリズムに使用される。

[0020] 同様に、伝達要素 14に参照正弦波信号を入力し、同じく伝達要素 15に参照余弦波信号を入力する。次に、伝達要素 14と伝達要素 15の出力信号を加算器 17にて加算して第 1の模擬正弦波信号 rl (n)を発生させる。この第 1の模擬正弦波信号 rl ( n)は、適応制御アルゴリズム演算器 26に入力され、第 2の 1タップ適応フィルタ 7のフィルタ係数 W1を更新するための適応制御アルゴリズムに使用される。

[0021] 一般的には、適応制御アルゴリズムとして、最急降下法の一種である最小二乗法（ LMS (Least Mean Square) )アルゴリズムに基づいて適応ノッチフィルタ 5のフィルタ係数 WO及び W1を更新する。この時、適応ノッチフィルタ 5のフィルタ係数 WO (n+ l )及び Wl (n+ 1)は次式で求められる。

[0022] WO (n+ l) =WO (n) - _iu -e (n) -rO (n)……（1)

Wl (n+ l) =Wl (n) - _iu -e (n) -rl (n)…… (2)

但し、 μはステップサイズパラメータである。

[0023] このようにして、再帰的に適応ノッチフィルタ 5のフィルタ係数 WO (η+ 1)及び Wl ( n+ 1)は誤差信号 e (n)が小さくなるように、言、換えれば騒音制御部であるマイクロフォン 32での騒音を減少させるように最適値に収束して！/、く。

[0024] 上述のように、常に同じ場所に配置されているスピーカを使用して騒音低減制御を行うことは、制御を行、た、周波数帯域にぉ、てスピーカ（2次騒音発生部)からマイクロフオン (残留信号検出部）までの間の伝達利得特性にレベルの低下ゃ深、デイツプまたは急激なピークが発生していない場合は、有効である。しかし、実際に車室内で能動騒音低減装置が使用される環境下においては、伝達利得特性に狭い車室内特有のディップやピークが数多く存在する。これらは車室内で生じる音波の反射や干渉が原因となって発生する。

[0025] 図 2は本発明の実施の形態 1における能動騒音低減装置の第 1のスピーカ力マイクロフオンまでの伝達利得特性を示す図である。車室内での伝達利得特性の一例である。フロントドアに配置された 2次騒音発生部としての第 1のスピーカ 30から、前席のマップランプに配置された残留信号検出部としてのマイクロフォン 32までの伝達利得特性である。図 2において、 35Hz以下は第 1のスピーカ 30自身の出力の低下に伴う伝達利得特性の低下である力それ以上の帯域で特に 43Hzから 47Hzの帯域におヽて、大きなディップが発生して、るのがわかる。

[0026] 図 3は本発明の実施の形態 1における能動騒音低減装置の第 1のスピーカ力マイクロフオンまでの伝達位相特性を示す図である。図 3から、特に 43Hzから 47Hzの帯域において伝達位相特性が非常に急峻に変化していることがわかる。この帯域のデイッブは車室内で生じる音波の反射や干渉が原因となって発生している。そのため、第 1のスピーカ 30やマイクロフォン 32の特性の経時変化や乗員の増減、窓の開閉等の能動騒音低減装置を使用する環境の微妙な変化によって、その発生周波数は大きく変化する。それに伴い、伝達位相特性も大きく変化する。そのため、模擬信号発生部の補正値とのずれも大きくなり、適応ノッチフィルタ 5の動作が不安定になる。また、最悪の場合、発散による異常音を乗員が聞いてしまう。さらに、このような帯域では第 1のスピーカ 30から放射される 2次騒音がマイクロフォン 32に到達しにくいため、能動騒音低減装置の出力が必然的に大きくなり、第 1のスピーカ 30から歪音を発生させてしまう。

[0027] そこで、 2次騒音発生部であるスピーカから残留信号検出部であるマイクロフォンまでの伝達利得特性にレベルの低下やディップまたはピークがある場合でも、適応ノッチフィルタの動作を安定的に保ち発散等の異常動作を抑制する必要がある。

[0028] 本実施の形態 1における能動騒音低減装置は、適応ノッチフィルタ 5の出力信号を 2次騒音として放射するための 2次騒音発生部を複数個設けるとともに、これらを択一的に切り替える切り替え部を設けている。そして、 2次騒音発生部を適宜切り替えることで適応ノッチフィルタ 5の発散を抑制して安定的な騒音低減効果を得るものである。

[0029] 上記を実現するために、加算器 8と 2次騒音発生部である第 1の電力増幅器 28、及び第 2の電力増幅器 29の間に切り替え部としての出力切り替え器 9を設ける。この出力切り替え器 9は、適応ノッチフィルタ 5の出力信号を第 1のスピーカ 30及び第 2のスピー力 31の何れより放射するかを択一的に切り替えるスィッチである。出力切り替え器 9の内部には、入力信号である加算器 8の出力信号に乗じられる乗算器 10の係数 Kと、第 1のスピーカ 30及び第 2のスピーカ 31を切り替えるポイントとなる周波数 (以下、「切り替え周波数」と記す)を記憶しておく切り替え周波数記憶部 11が設けられている。この乗算器 10の係数 Kの値は、出力切り替え器 9が後述する切り替え動作を実行中でない状態においては「1」となっている。出力切り替え器 9は、周波数算出部 33で算出された現在のノッチ周波数と切り替え周波数記憶部 11が記憶している切り替え周波数を常時比較しており、適宜第 1のスピーカ 30及び第 2のスピーカ 31のうちの一方を選択する。

[0030] 図 4は本発明の実施の形態 1における能動騒音低減装置の第 2のスピーカ力マイクロフオンまでの伝達利得特性を示す図である。車室内での伝達利得特性の別の一例である。リアトレイに配置された 2次騒音発生部としての第 2のスピーカ 31から、前述と同様に前席のマップランプに配置された誤差信号検出部としてのマイクロフォン 32までの伝達利得特性である。図 2と図 4を比較すると、図 2でディップを発生している 43Hzから 47Hzの帯域において、図 4では図 2のようなディップは見られない。また 65Hzまでの帯域では、リアトレイに配置された第 2のスピーカ 31からの方がフロントドァに配置された第 1のスピーカ 30からよりもマイクロフォン 32への音の伝達が大きぐ騒音低減制御で使用するには有利であることがわかる。

[0031] よって、この能動騒音低減装置を、例えば 40Hzから 80Hzまで動作させるとした場合、 40Hz以上 43Hz未満の帯域では第 1のスピーカ 30を使用し、 43Hz以上 60Hz 未満の帯域では第 2のスピーカ 31を使用し、 60Hz以上 80Hz以下では再度第 1のスピーカ 30を使用することにより、騒音低減制御を行いたい周波数帯域全域で伝達利得特性のレベル低下やディップの影響を排除することができる。従って、出力切り替え器 9内に設けられた切り替え周波数記憶部 11には、切り替え周波数を 43Hzと 6 0Hzとして記憶させるとともに、上記使用するスピーカも同時に記憶させる。

[0032] 例えば、現在の騒音の周波数算出部 33の算出結果が 41Hzである定常的な場合を説明する。切り替え周波数記憶部 11からの情報を基に、出力切り替え器 9は第 1のスピーカ 30を選択している。このとき、乗算器 10の係数 Kには値「1」がセットされている。適応制御アルゴリズム演算器 25, 26の前段には、模擬信号選択器 24が設けられており、現在選択されている第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの第 1の模擬余弦波信号 rO (n)及び第 1の模擬正弦波信号 rl (n)を選択してヽる。この模擬信号選択器 24は出力切り替え器 9からの切り替え信号により、出力切り替え器 9が切り替えた 2次騒音発生部としてのスピーカからマイクロフォン 32までの間の伝達特性を模擬した模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を選択するスィッチである。

[0033] 次に、エンジン 1の回転数が上昇し、 50Hzに変化したとする。この時、切り替え周波数記憶部 11は、記憶して、る切り替え周波数と現在の周波数である 50Hzとを比較し、第 2のスピーカ 31に切り替えるように判断し、切り替え動作を開始する。しかし、急激に出力切り替え器 9による切り替え動作を実行した場合、今まで 2次騒音の出力として用いていた第 1のスピーカ 30からボッ音と呼ばれる異音を発生させたり、また急激な制御音場の変化に適応ノッチフィルタ 5が追従できず制御不安定に陥ったりする [0034] そこで、切り替え周波数記憶部 11がスピーカの切り替えを判断すると、まず適応ァルゴリズム演算器 25, 26に信号を送出し適応演算をー且停止させる。次に、乗算器 10の係数を現在の値である「1」から段階的に「0」に近づけていき、第 1のスピーカ 3 0から放射される 2次騒音を段階的に少なぐフェードアウトをさせていく。乗算器 10 の値が「0」になった後、出力切り替え器 9はスィッチを第 2のスピーカ 31側に切り替えるとともに、模擬信号選択器 24のスィッチも第 2のスピーカ 31側に切り替える切り替え信号を送出する。また乗算器 10の値を再度「1」にリセットするとともに、適応アルゴリズム演算器 25, 26の動作を再開させる。

[0035] ここで、模擬信号選択器 24が選択し、適応アルゴリズム演算器 25, 26が使用する第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの間の伝達特性を模擬した信号について説明する。

[0036] 第 1のスピーカ 30の時と同様、ノッチ周波数における第 2の電力増幅器 29からマイクロフオン 32までの伝達特性を模擬する模擬信号発生部は、第 2の補正値としての伝達要素 18, 19, 20, 21とカロ算器 22, 23と力ら構成される。まず、伝達要素 18に参照余弦波信号を入力し、同じく伝達要素 19に参照正弦波信号を入力する。次に、伝達要素 18と伝達要素 19の出力信号を加算器 22にて加算して第 2の模擬余弦波信号 r2 (n)を発生させる。この第 2の模擬余弦波信号 r2 (n)は、適応制御アルゴリズム演算器 25に入力され、第 1の 1タップ適応フィルタ 6のフィルタ係数 WOを更新するための適応制御アルゴリズムに使用される。

[0037] 同様に、伝達要素 20に参照正弦波信号を入力し、同じく伝達要素 21に参照余弦波信号を入力する。次に、伝達要素 20と伝達要素 21の出力信号を加算器 23にて加算して第 2の模擬正弦波信号 r3 (n)を発生させる。この第 2の模擬正弦波信号 r3 ( n)は適応制御アルゴリズム演算器 26に入力され、第 2の 1タップ適応フィルタ 7のフィルタ係数 W1を更新するための適応制御アルゴリズムに使用される。適応ノッチフィルタ 5のフィルタ係数 WO (n+ 1)及び Wl (n+ 1)は（1)式、（2)式と同様に次式で求められる。

[0038] WO (n+ l) =WO (n) - _iu -e (n) -r2 (n)…… (3)

Wl (n+ l) =Wl (n) - _iu -e (n) -r3 (n)……（4) 但し、 μはステップサイズパラメータである。

[0039] さらに、エンジン 1の回転数が上昇し 70Hzに変化したとする。この時、切り替え周波数記憶部 11は現在の第 2のスピーカ 31から再度第 1のスピーカ 30に切り替えるように動作し始める。この際、切り替えの過程は上述と同様である。

[0040] (実施の形態 2)

図 5は、本発明の実施の形態 2における能動騒音低減装置の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態 1と同様の構成を有するものについては、同一の符号を付しその説明を省略する。

[0041] 実施の形態 1では、第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得特性及び第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性を計測器等を用いて予め測定しておき、その結果に基づき予め出力切り替え器 9内に設けられた切り替え周波数記憶部 11に切り替え周波数と使用するスピーカを記憶させておく方法について述べた。実施の形態 2では、これらの切り替えに関わる判断を能動騒音低減装置自身が行う方法にっ、て述べる。

[0042] 図 5において、図 1との相違点は、切り替え周波数記憶部 11が模擬伝達特性比較部 34に変更されている点のみである。これは、切り替え周波数記憶部 11が予め切り替え周波数と使用すべきスピーカを記憶していたのに対し、能動騒音低減装置がその時点で使用すべきスピーカを自らで逐次判断するための変更である。以下にこの模擬伝達特性比較部 34の具体的な動作について述べる。

[0043] 模擬伝達特性比較部 34は、周波数算出部 33が算出した課題となる騒音の周波数が変化するごとに、現在の周波数における第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの間の伝達特性を模擬する第 1の補正値としての伝達要素 12, 13の値である CO , C1と、同じく現在の周波数における第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの間の伝達特性を模擬する第 2の補正値としての伝達要素 18, 19の値である C2, C3 を用いて、各伝達特性のうちの利得特性を算出する。第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得特性 G1及び第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性 G2は、次式で求められる。

[0044] Gl = 20 X log ( （C0²+C1²) ) [dB] …… (5) G2 = 20 X log ( （C2²+C3²) ) [dB] …… (6)

10

この Gl, G2の値に基づき、模擬伝達特性比較部 34は現在使用すべきスピーカを選択する。具体的には、現在の周波数において、 G1もしくは G2の値が最大となる方を選択する。これは、能動的な騒音低減制御において、スピーカからマイクロフォンまでの伝達特性のうちの利得特性が大きい方がより大きな騒音低減効果が期待できるためである。

[0045] 図 5に示したブロック図では、スピーカは第 1のスピーカ 30と第 2のスピーカ 31の 2 個しかないので最大となる方は単に大きい方と等しくなる力スピーカが 3個以上の複数個 (n個）存在する場合は、式 (5)、（6)と同様にして求めた各スピーカからマイク口フォンまでの n個の利得特性 Gl, G2, G3, 〜,Gnのうちの最大値を得るスピーカが選択される。

[0046] 図 6は図 2に示した第 1のスピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性を示す図と図 4に示した第 2のスピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性を示す図を同時に示す図である。図 6では、図 2に示した第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得特性を一点鎖線で示し、図 4に示した第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性を実線で示している。実施の形態 1と同様、図 5に示した能動騒音低減装置を 40Hzから 80Hzまで動作させるものとする。

[0047] 例えば、現在の騒音の周波数算出部 33の算出結果が 45Hzである定常的な場合を説明する。この周波数算出部 33からの算出結果を受けて、模擬伝達特性比較部 3 4は制御すべき 45Hzにおける第 1の補正値としての伝達要素 12, 13の値である CO , C1と、同じく 45Hzにおける第 2の補正値としての伝達要素 18, 19の値である C2, C3を用いて Gl, G2を計算する。この場合、 G1は一 15 [dB]、 G2は一 2[dB]となり、その値はそれぞれ図 6の 45Hzにおける値と一致する。何故なら、 CO, C1及び、 C 2, C3は予め計測器を用いて測定して得たスピーカ力もマイクロフォンまでの伝達利得特性と伝達位相特性を基に、次式の演算を行ヽ求めてヽるからである。

[0048] すなわち、計測器で測定した第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得値を Gainl、伝達位相値を Phase 1とし、同様に計測器で測定した第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得値を Gain2、伝達位相値を Phase2とすると、次式が得られる。

[0049] CO= Gainl X cos (Phasel)…… (7)

Cl = -Gainl X sin (Phase 1)…… (8)

C2= Gain2 X cos (Phase2)…… (9)

C3 = - Gain2 X sin (Phase2)…… (10)

現在の制御周波数である 45Hzにおいて、模擬伝達特性比較部 34は Glと G2を比較した結果最大値となる G2、即ち第 2のスピーカ 31を選択する判断を行う。そして、現時点での最適なスピーカである、第 2のスピーカ 31を用いて、能動騒音低減動作を行う。

[0050] 以後、周波数算出部 33が算出した課題となる騒音の周波数が変化するごとに、模擬伝達特性比較部 34は同様の演算を行ヽ、その時点での最も大きな伝達利得特性が得られるスピーカを逐次選択する。模擬伝達特性比較部 34が現時点でのスピー力を選択した後に行われるスピーカ切り替えの過程は、前述の実施の形態 1と同様である。

[0051] まず適応アルゴリズム演算器 25, 26に信号を送出し適応演算をー且停止させる。

次に、乗算器 10の係数を現在の値である「1」から段階的に「0」に近づけていき、現在選択されているスピーカから放射される 2次騒音を段階的に少なぐフェードアウトをさせていく。乗算器 10の値が「0」になった後、出力切り替え器 9はスィッチを第 2のスピーカ 31側に切り替えるとともに、模擬信号選択器 24のスィッチも新たに選択されたスピーカ側に切り替える切り替え信号を送出する。また乗算器 10の値を再度 1にリセットするとともに、適応アルゴリズム演算器 25, 26の動作を再開させる。このようにすることで、急激なスピーカ切り替え時に発生するボッ音を防止して、る。

[0052] 図 7は図 5に示した本発明の実施の形態 2における能動騒音低減装置の第 1のスピ一力力もマイクロフォンまでの伝達利得特性と第 2のスピーカ力もマイクロフォンまでの伝達利得特性を同時に示す図である。図 6に示したように、能動騒音低減装置の動作周波数範囲にぉ、て、選択可能なスピーカからマイクロフォンまでのそれぞれの伝達利得特性のレベルに明確な差がある場合は、騒音の周波数が変化しても頻繁に選択されるスピーカが変わることはない。 [0053] しかし、図 7に示すように、互いの伝達利得特性の値が非常に似力った周波数帯域が存在する場合、上述の様に伝達利得特性が最大となるスピーカを選択するだけでは使用されるスピーカが頻繁に変化しすぎて充分な騒音低減効果が得られなくなることがある。従って、このような場合には、頻繁にスピーカが変わることを防止することが必要となる。

[0054] そこで、模擬伝達特性比較部 34は周波数算出部 33が算出した課題となる騒音の周波数が変化するごとに、現在の周波数における現在選択中のスピーカからマイク口フォンまでの伝達利得特性 (Gnow)と、現在の周波数における選択可能な全てのスピーカ力もマイクロフォンまでの伝達利得特性のうちの最大値 (Gmax)を比較し、 Gmax力Gnowより所定の閾値以上大き、場合にのみ、使用するスピーカの切り替え動作に遷移するようにする。

[0055] 図 7の伝達利得特性を例に、具体的に説明する。この例でも、図 5に示した能動騒音低減装置は、 40Hzから 80Hzまで動作するものとする。ここでは、上述のスピーカ切り替えのための伝達利得特性の差の閾値 (所定値)を 6 [dB]とする。図 7にお、て、第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得特性を一点鎖線で示し、第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性を実線で示している。

[0056] 現在の課題となる騒音の周波数が 41Hzの定常的な場合、この周波数算出部 33からの算出結果を受けて、模擬伝達特性比較部 34は制御すべき 41Hzにおける第 1の補正値としての伝達要素 12, 13の値である CI, C2と、同じく 41Hzにおける第 2の補正値としての伝達要素 18, 19の値である C3, C4を用いて、第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの利得特性（G5)及び第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32 までの利得特性（G6)を計算する。この場合、 G5は— 29 [dB]、 G6は— 18 [dB]であり、図 7から読み取れる値と同一になるのは前述の通りである。この時、 G6と G5の差は 11 [dB]であり、スピーカ切り替えのための伝達利得特性の差の閾値 (所定値である 6 [dB])より大きいので、能動騒音低減装置は第 2のスピーカ 31を選択して能動音低減動作を行う。

[0057] 次に、騒音の周波数が上昇して 53Hzになった場合、同様に G5, G6を比較すると、 G5は— 15 [dB]、 G6は— 16 [dB]である。 G5の方が G6より大きいので、本来は現在選択中の第 2のスピーカ 31から第 1のスピーカ 30に切り替える方が騒音低減効果の観点から見ると有利ではある力 G5と G6の差はわずか l [dB]しかないため、効果の差としても極わずかしかない。また、改めて図 7を見ると、 45Hzから 71Hzの帯域において、 G5と G6はその差がわず力かなぐ極わずかの騒音低減効果の差を考慮するよりも、むしろこの周波数帯域内で頻繁にスピーカを変えることによる制御の不安定さを払拭する方が優先的に考慮すべきである。この例でスピーカ切り替えのための伝達利得特性の差の閾値を 6 [dB]に設定したのもこれに起因する。現在の騒音の周波数 53Hzにお、ては、 G5と G6の差（1 [dB] )は閾値 (所定値である 6 [dB] )未満であるため、能動騒音低減装置は使用するスピーカを切り替えない。

[0058] さらに騒音の周波数が上昇し、 60Hzになったとしても、同じ理由力も使用するスピ一力は当初の第 2のスピーカ 31のままである。図 7の例の場合、騒音の周波数が 76 Hzになった場合、 G5は 2[dB]、 G6は一 4[dB]となり、 G5と G6の差（6 [dB])は閾値 (6 [dB])以上となるため、能動騒音低減装置は使用するスピーカを第 1のスピー力 30に切り替える。

[0059] (実施の形態 3)

実施の形態 3における能動騒音低減装置のブロック図は実施の形態 2と同様に図 5 を用いる。

[0060] 前述の実施の形態 2では、能動騒音低減装置が自ら使用すべきスピーカを選択して能動騒音低減動作を行う方法について述べた。実施の形態 3では、その中の特殊なケースとして、能動騒音低減装置が選択可能な全てのスピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性力同一の周波数帯域でディップやピークを生じて、る場合について述べる。

[0061] 図 8は図 5に示した本発明の実施の形態 3における能動騒音低減装置の第 1のスピ一力力もマイクロフォンまでの伝達利得特性と第 2のスピーカ力もマイクロフォンまでの伝達利得特性を同時に示す図である。図 8において、図 6、図 7と同じく前者を一点鎖線で示し、後者を実線で示している。特に 100Hz付近に注目すると、両者ともこの周波数帯域で深、ディップを生じて、ることがわ力る。このようなディップの帯域は位相回転も早ぐ制御が不安定になる恐れがあるということは実施の形態 1に述べたとおりである。能動騒音低減装置が自ら使用するスピーカを選択する際、先に実施の形態 2で述べた方法を適用するだけでは、このような同一帯域に存在するディップやピークに対して充分に対処しきれないことがある。実施の形態 3では、それを回避する方法について述べる。

[0062] この例では、図 5に示した能動騒音低減装置は、 70Hzから 120Hzまで動作するものとする。現在、周波数算出部 33が算出した課題となる騒音の周波数が 90Hzであるとする。能動騒音低減装置は 90Hzにおける第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 3 2までの伝達利得特性（― 17dB)と第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性（一 12dB)を比較し、その最大値を得る第 2のスピーカ 31を選択して能動騒音低減動作を行っている。ここでは、説明の簡単化のため、スピーカ切り替えのための伝達利得特性の差の閾値は OdBとして考慮しないものとする。

[0063] 次に、課題となる騒音の周波数が変化し、 95Hzになった場合を説明する。同様にして、第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得特性（一 18dB)と第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性（一 15dB)を比較することで、模擬伝達特性比較部 34は第 2のスピーカ 31を今回使用するスピーカの第一候補として選択する。しかし、すぐにこの選択したスピーカを実際に使用せず、後述する方法で先程選択したスピーカからマイクロフォンまでの伝達利得特性カこの帯域でディップまたはピークを生じて、な、かを調査する。模擬伝達特性比較部 34がディップまたはピークでな、と判断した場合は、実際に先程選択したスピーカを用いて能動騒音低減動作を行う。ディップまたはピークであると判断した場合は、先程選択したスピ一力を除外して残りの全てのスピーカで再度同様にスピーカ選択のための動作を繰り返す。こうすることで、現在制御しょうとする周波数で伝達利得特性にディップまたはピークを生じて、るスピーカを使用しな、ようにして、能動騒音低減動作の安定度を高める。

[0064] 以下、模擬伝達特性 34がディップまたはピークを判断する方法について説明する。この例では、能動騒音低減装置内にある騒音算出部 33が算出可能な騒音の周波数分解能は 1Hzであり、第 1の補正値としての伝達要素 12, 13, 14, 15と第 2の補正値としての伝達要素 18, 19, 20, 21は 1Hzごとに値を有しているものとする。それを受けて、模擬伝達特性比較部 34は、まず現在の課題となる騒音の周波数より 1Hz 低い周波数（94Hz)での第 2のスピーカ 31の伝達利得特性を求める。図 8より、この値は 14 [dB]であることが読み取れる。更に、同じく現在の課題となる騒音の周波数より 1Hz高い周波数（96Hz)での第 2のスピーカ 31の伝達利得特性を求める。この値は、図 8より一 19 [dB]であることがわかる。

[0065] 次に、今求めた 2つの周波数での伝達利得特性の値と現在の周波数での伝達利得特性の値の差の絶対値をそれぞれ求める。これら 2つの値のうち少なくともどちらか一方が、模擬伝達特性比較部 34がディップまたはピークであると判断する閾値以上の場合、選択して、るスピーカがこの周波数帯域でディップまたはピークの特性を生じていると判断してこのスピーカを使用することを止める。この例では、模擬伝達特性比較部 34がディップまたはピークであると判断する閾値を 5 [dB]とする。上述の方法に従い、まず 95Hzと 94Hzでの伝達利得特性の差の絶対値を求めると、その値は 1 [dB]であり閾値未満である。

[0066] 同様に、 95Hzと 96Hzでの伝達利得特性の差の絶対値を求めると、その値は 5 [d B]であり閾値以上である。よって、当初選択した第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性はこの周波数帯域でディップまたはピークとなっていると判断される。

[0067] 上述の結果を受け、模擬伝達特性比較部 34は第 2のスピーカ 31を除外して残りのスピーカで再度同様の動作を繰り返す。この例では、残りのスピーカは第 1のスピー力 30のみであるため、改めて残りのスピーカの中で現在の周波数での伝達利得特性が最大となるスピーカを探す必要はないが、残りのスピーカが 2個以上ある場合はこの動作を行う必要がある。

[0068] さて、第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得特性を用いて再度同様の動作を行うと、 951¾ではー18. 2[dB]、 941¾ではー18. 0[dB]、 96Hzでは - 18. 5 [dB]であることが図 8より読み取れる。よって、 95Hzと 94Hzでの伝達利得特性の差の絶対値は 0. 2 [dB]で閾値未満、同様に、 95Hzと 96Hzでの伝達利得特性の差の絶対値も 0. 3 [dB]であり閾値未満である。よって、模擬伝達特性比較部 34は、第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得特性はこの周波数帯域でディップまたはピークを生じてヽな、と判断し、実際にこのスピーカを用いて能動消音動作を行うためにスピーカの切り替え動作を行う。このスピーカ切り替えの過程は、前述の実施の形態 1または実施の形態 2と同様であるため、ここでは説明を省略する。

[0069] 次に、騒音の周波数が上昇して lOOHzになった場合を説明する。 lOOHzにおいて、スピーカからマイクロフォンまでの最大となる伝達利得特性を得るのは第 1のスピ一力 30であり、その値は一 30 [dB]である。この第 1のスピーカ力もマイクロフォン 32 までの伝達利得特性は、 99Hzで— 25 [dB]であり、 101Hzで— 35 [dB]であることが読み取れる。よって、 100Hzと 99Hzでの伝達利得特性の差の絶対値は 5 [dB]で閾値以上、同様に、 100Hzと 101Hzでの伝達利得特性の差の絶対値も 5 [dB]であり閾値以上であるため、選択した第 1のスピーカ 30からマイクロフォン 32までの伝達利得特性はこの周波数帯域でディップまたはピークとなっていると判断される。

[0070] この結果を受け、模擬伝達特性比較部 34は第 1のスピーカ 30を除外して、残りのスピーカである第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性を用いて再度同様の動作を行う。 lOOHzでは 33 [dB]、 99Hzでは 28 [dB]、 101Hzでは— 28 [dB]であることが図 8より読み取れる。よって、 lOOHzと 99Hzでの伝達利得特性の差の絶対値は 5 [dB]で閾値以上、同様に、 lOOHzと 101Hzでの伝達利得特性の差の絶対値も 5 [dB]であり閾値以上であるため、模擬伝達特性比較部 34は、第 2のスピーカ 31からマイクロフォン 32までの伝達利得特性もこの周波数帯域でデイッブまたはピークを生じていると判断する。この結果、能動騒音低減装置は選択可能な全てのスピーカがこの帯域でディップまたはピークを生じているという理由から、制御の安定性を確保するためにこの帯域での能動消音動作を行わない。

[0071] なお、本発明の実施の形態 1から 3では、出力切り替え器 9はソフトウェアで処理されるスィッチの場合を述べたが、機械的に動作するスィッチやトランジスタなどの半導体で構成されるスィッチであっても構わない。この時、ソフトウェアで処理されるスイツチと同様に、切り替え周波数記憶部 11または模擬伝達特性比較部 34からの情報に基づ、て、適宜スピーカを切り替える構成とすることで同様の効果を得ることができる [0072] また、本発明の実施の形態 1から 3では、周波数算出部 33の算出結果に基づく騒音の周波数に応じてスピーカの切り替え判断を行う方法を示した力エンジン 1からのエンジンパルスに基づ、て直接切り替え判断を行うようにしても構わな、。これは、課題となる騒音の周波数成分が、エンジン回転に同期した調波周波数となるためである。

[0073] また、本発明の実施の形態 1から 3では、 2次騒音発生部であるスピーカが 2個の場合を示した力 3個以上の複数個であっても構わない。この時、複数個のスピーカそれぞれに対応した電力増幅器と模擬信号発生部を用意し、複数個のスピーカ力ゝら使用するスピーカを択一的に適宜切り替える構成とすることで同様の効果を得ることができる。

産業上の利用可能性

[0074] 本発明にかかる能動騒音低減装置は、適応ノッチフィルタの出力を 2次騒音として放射する 2次騒音発生部としてのスピーカを適宜切り替えることで、スピーカからマイクロフオンの間の伝達利得特性にディップやピークを生じている場合でも安定的な動作ができるとともに、発散による異常音や過大入力による歪音の発生を抑制して理想的な騒音低減効果が得られるので、自動車などへの適用に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 騒音の周波数に同期した余弦波信号を発生する余弦波発生器と、

前記騒音の周波数に同期した正弦波信号を発生する正弦波発生器と、

前記余弦波発生器からの出力信号である参照余弦波信号が入力される第 1の 1タツプ適応フィルタと、

前記正弦波発生器からの出力信号である参照正弦波信号が入力される第 2の 1タツプ適応フィルタと、

前記第 1の 1タップ適応フィルタからの出力信号と前記第 2の 1タップ適応フィルタからの出力信号を加算する加算器と、

前記加算器からの出力信号を 2次騒音として発生させる複数個の 2次騒音発生部と前記加算器と前記複数個の 2次騒音発生部との間に設けられ、前記複数個の 2次騒音発生部を択一的に切り替える切り替え部と、

前記切り替え部によって選択された前記 2次騒音発生部からの 2次騒音と前記騒音との干渉による残留信号を検出する残留信号検出部と、

前記複数個の 2次騒音発生部から前記残留信号検出部までの間の伝達特性を模擬した複数の補正値を有し、前記参照余弦波信号及び前記参照正弦波信号が入力され、前記切り替え部によって選択された前記 2次騒音発生部から前記残留信号検出部までの間の補正値で補正した模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を出力する模擬信号発生部と、

前記残留信号検出部からの出力信号と前記模擬信号発生部からの出力信号で前記残留信号検出部の位置での前記騒音が最小となるように前記第 1の 1タップ適応フィルタ及び前記第 2の 1タップ適応フィルタのフィルタ係数を更新する係数更新部と、を備える

能動騒音低減装置。

[2] 前記切り替え部は、前記騒音の周波数に応じて、切り替え信号を送出することを特徴とする

請求項 1記載の能動騒音低減装置。

[3] 前記切り替え部は、前記 2次騒音発生部の切り替え時、前記係数更新部による前記第 1の 1タップ適応フィルタ及び前記第 2の 1タップ適応フィルタのフィルタ係数更新を停止させ、

前記加算器力の出力信号に値が 1から 0まで段階的に減少する係数を乗算し、前記係数が 0に至った後に前記係数更新部による適応フィルタのフィルタ係数更新を開始して切り替え信号を送出することを特徴とする

請求項 1または請求項 2のいずれか 1項に記載の能動騒音低減装置。

[4] 前記切り替え部は、前記騒音の周波数が変化するごとに、前記複数個の 2次騒音発生部から前記残留信号検出部までの伝達特性を模擬した複数の補正値のうちの現在の周波数での利得特性の値を比較し、前記値が最大となる 2次騒音発生部を選択することを特徴とする

[5] 前記切り替え部は、前記値が最大となる 2次騒音発生部から前記残留信号検出部までの伝達特性を模擬した補正値のうちの現在の周波数での利得特性の値と、現在より以前に選択され既に動作中である 2次騒音発生部から前記残留信号検出部までの伝達特性を模擬した補正値のうちの現在の周波数での利得特性の値との差分の絶対値が、所定値以上の場合にのみ切り替え信号を送出することを特徴とする請求項 4に記載の能動騒音低減装置。

[6] 前記切り替え部は、前記値が最大となる 2次騒音発生部から前記残留信号検出部までの伝達特性を模擬した補正値のうちの現在の周波数での利得特性の値と、前記補正値を有する現在の周波数より低くかつ現在の周波数に最も近い周波数での利得特性の値との差分の絶対値及び前記補正値を有する現在の周波数より高くかつ現在の周波数に最も近!、周波数での利得特性の値との差分の絶対値のうち、少なくともどちらか一方が所定値以上である場合は前記選択された 2次騒音発生部を除外して再度新たな 2次騒音発生部を選択することを特徴とする

請求項 4に記載の能動騒音低減装置。

[7] 前記切り替え部は、択一的に 2次騒音発生部を選択することができない場合は、何れの 2次騒音発生部も選択せず、能動騒音低減のための動作を行わな、ことを特徴とする

請求項 6に記載の能動騒音低減装置。