WO2018008487A1 - 騒音低減装置、移動体装置、及び、騒音低減方法 - Google Patents

騒音低減装置、移動体装置、及び、騒音低減方法 Download PDF

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庄太郎 上野
林 昌志
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Definitions

  • the present invention relates to a noise reduction device that actively reduces noise.
  • Patent Document 1 discloses an active silencer.
  • the present invention provides a noise reduction device, a mobile device, and a noise reduction method that can effectively reduce noise at the listening position even when the listening position and the sound collection position are different.
  • a noise reduction device is a noise reduction device that reduces noise at a listening position, and includes a first input terminal, a reference signal generation unit, an adaptive filter unit, an output terminal, and a first correction. Unit, a second input terminal, a second correction unit, and a filter coefficient update unit.
  • the first input terminal inputs a noise reference signal having a correlation with noise.
  • the reference signal generation unit generates a reference signal having a frequency specified based on the input noise reference signal.
  • the adaptive filter unit applies the filter coefficient to the generated reference signal to generate an output signal used to output a canceling sound for reducing noise.
  • the output terminal outputs the generated output signal.
  • the first correction unit generates a corrected reference signal in which the generated reference signal is corrected based on the transfer characteristic of the output signal transfer path.
  • the second input terminal inputs an error signal based on a residual sound generated at a sound collection position different from the listening position due to interference between a canceling sound and noise.
  • the second correction unit generates a correction signal by correcting the output signal or the reference signal with a predetermined parameter, and adds the generated correction signal to the error signal, thereby generating an error signal at the listening position.
  • a corrected error signal that is close to an error signal indicating sound is generated.
  • the filter coefficient update unit sequentially updates the filter coefficient based on the generated corrected error signal and the generated corrected reference signal.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a general noise reduction device.
  • FIG. 2A is a vector diagram of canceling sound and noise.
  • FIG. 2B is a schematic diagram illustrating a time waveform of noise heard at the position of the microphone.
  • FIG. 2C is a schematic diagram illustrating a time waveform of noise heard at the listening position.
  • FIG. 3A is a vector diagram of canceling sound and noise when the listening position and the microphone position are greatly different.
  • FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a time waveform of noise heard at the listening position when the listening position and the microphone position are greatly different.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an outline of the noise reduction device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an outline of the noise reduction device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a vector diagram of canceling sound and noise output from the noise reduction apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 5B is a schematic diagram illustrating a time waveform of noise heard at the listening position 30 when the noise reduction device according to Embodiment 1 is used.
  • FIG. 5C is a schematic diagram illustrating a time waveform of noise heard at the position of the microphone when the noise reduction apparatus according to Embodiment 1 is used.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a vehicle including the noise reduction device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a functional block diagram of the noise reduction apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart of the operation of the noise reduction apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of the noise reduction apparatus according to the second embodiment.
  • a noise reduction device is a noise reduction device that reduces noise at a listening position, and includes a first input terminal, a reference signal generation unit, an adaptive filter unit, an output terminal, and a first correction. Unit, a second input terminal, a second correction unit, and a filter coefficient update unit.
  • the first input terminal inputs a noise reference signal having a correlation with noise.
  • the reference signal generation unit generates a reference signal having a frequency specified based on the input noise reference signal.
  • the adaptive filter unit applies the filter coefficient to the generated reference signal to generate an output signal used to output a canceling sound for reducing noise.
  • the output terminal outputs the generated output signal.
  • the first correction unit generates a corrected reference signal in which the generated reference signal is corrected based on the transfer characteristic of the output signal transfer path.
  • the second input terminal inputs an error signal based on a residual sound generated at a sound collection position different from the listening position due to interference between a canceling sound and noise.
  • the second correction unit generates a correction signal by correcting the output signal or the reference signal with a predetermined parameter, and adds the generated correction signal to the error signal, thereby generating an error signal at the listening position.
  • a corrected error signal that is close to an error signal indicating sound is generated.
  • the filter coefficient update unit sequentially updates the filter coefficient based on the generated corrected error signal and the generated corrected reference signal.
  • Such a noise reduction device can effectively reduce the noise at the listening position even when the listening position and the sound collection position are different.
  • the second correction unit generates a correction signal by correcting the output signal with a predetermined parameter.
  • Such a noise reduction device can effectively reduce the noise at the listening position even when the listening position and the sound collection position are different by signal processing for correcting the output signal with a predetermined parameter.
  • the second correction unit corrects the reference signal with a predetermined parameter and generates a correction signal by applying a filter coefficient.
  • Such a noise reduction device can effectively reduce the noise at the listening position even when the listening position and the sound collection position are different by signal processing for correcting the reference signal with a predetermined parameter.
  • such a noise reduction device can significantly reduce the amount of signal processing (calculation amount) by making the application target of the predetermined parameter a signal having a single frequency.
  • the noise reduction device further includes a storage unit that stores a plurality of predetermined parameters.
  • the second correction unit further acquires a movement state signal having a correlation with the movement state of the mobile device in which the noise reduction device is used, and a plurality of predetermined parameters stored in the storage unit according to the acquired movement state signal
  • a correction signal is generated by selecting one of the signals and correcting the output signal or the reference signal with the selected predetermined parameter.
  • a mobile device includes a noise reduction device, a sound output device that outputs a cancellation sound using an output signal, a sound collection device that is disposed at a sound collection position and outputs an error signal to a second input terminal. And a sound device.
  • Such a mobile device can effectively reduce noise at the listening position when the listening position and the sound collection position are different.
  • the noise reduction method is a noise reduction method for reducing noise at a listening position, and generates a reference signal having a frequency specified based on a noise reference signal having a correlation with noise. Further, by applying a filter coefficient to the generated reference signal, an output signal used to output a canceling sound for reducing noise is generated. Further, a corrected reference signal is generated by correcting the generated reference signal based on the transfer characteristic of the output signal transfer path. Further, a correction signal is generated by correcting the output signal or the reference signal with a predetermined parameter. An error signal indicating the residual sound generated at the listening position by adding the generated correction signal to the error signal based on the residual sound generated at the sound collection position different from the listening position due to interference between the canceling sound and noise. A corrected error signal close to is generated. Further, the filter coefficient is sequentially updated based on the generated corrected error signal and the generated corrected reference signal.
  • Such a noise reduction method can effectively reduce noise at the listening position even when the listening position and the sound collection position are different.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a general noise reduction device.
  • a noise reduction device 10b shown in FIG. 1 is, for example, a device that is installed in a vehicle interior and reduces noise generated during the traveling of the automobile. Noise caused by the engine 51 is instantaneously close to a single frequency sine wave. Therefore, the noise reduction device 10 b acquires a pulse signal indicating the frequency of the engine 51 from the engine control unit 52 that controls the engine 51, and outputs a canceling sound for canceling the noise from the speaker 53. An adaptive filter is used to generate the canceling sound, and the canceling sound is generated so that the residual sound acquired by the microphone 54 becomes small.
  • the transfer characteristic from the position of the speaker 53 (sound output position) to the listening position 30 is C e
  • the transfer characteristic from the position of the speaker 53 to the position of the microphone 54 (sound collection position) is C m.
  • the output signal for outputting the canceling sound is expressed by the symbol Out.
  • the canceling sound reaching the listening position 30 is expressed as C e * Out
  • the canceling sound reaching the position of the microphone 54 (sound collecting position) is expressed as C m * Out.
  • “*” means a convolution operator.
  • FIG. 2A is a vector diagram of canceling sound and noise.
  • the canceling sound C m * Out reaching the microphone 54 from the speaker 53 is theoretically the same as the noise N m reaching the microphone 54 from the engine 51.
  • the sound has an amplitude and is 180 degrees out of phase.
  • the noise N m is expressed by the following (Expression 1), where R is the amplitude, ⁇ is the frequency, and ⁇ is the phase, and C m * Out is expressed by the following (Expression 2).
  • the noise reduction device 10b can output a canceling sound for canceling the noise by calculating the filter coefficient A and the filter coefficient B in (Expression 2) by, for example, the LMS (Least Mean Square) method.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing a time waveform of noise heard at the position of the microphone 54.
  • the noise heard at the position of the microphone 54 converges to zero.
  • FIG. 2C is a schematic diagram showing a time waveform of noise heard at the listening position 30. As shown in FIG. 2C, the noise audible at the listening position 30 is not completely eliminated but is reduced.
  • the arrangement of the microphone 54 is restricted by the vehicle safety standards and the equipment (for example, sunroof etc.) arranged in the passenger compartment. Therefore, the listening position 30 and the position of the microphone 54 may be separated.
  • FIG. 3A is a vector diagram of canceling sound and noise when the listening position 30 and the position of the microphone 54 are greatly different.
  • the position of the listening position 30 and the microphone 54 is significantly different, there is a case where, as shown in FIG. 3A, the phase difference between the sound C e * Out and noise N e cancellation deviates significantly from 180 degrees.
  • FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a time waveform of noise heard at the listening position 30 when the listening position 30 and the position of the microphone 54 are greatly different.
  • the noise heard at the listening position 30 is reduced as shown in FIG. 3B. May not be.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an outline of the noise reduction device according to the first embodiment.
  • F is provided.
  • the feedback term F predetermined parameter F
  • the noise heard at the listening position 30 becomes zero
  • the input to the adaptive filter becomes zero. Specifically, it becomes 0 at the point (2) instead of the point (1) in FIG. That is, the following (Formula 3) is established.
  • FIG. 5A is a vector diagram of the canceling sound and noise output from the noise reduction device 10.
  • FIG. 5A the canceling sound C e * Out output by the noise reduction apparatus 10 is adjusted in gain and phase by the feedback term F, and the phase difference between the canceling sound C e * Out and the noise N e is 180 degrees.
  • FIG. 5B is a schematic diagram showing a time waveform of noise heard at the listening position 30 when the noise reduction device 10 is used. As shown in FIG. 5B, the noise heard at the listening position 30 converges to zero.
  • FIG. 5C is a schematic diagram illustrating a time waveform of noise heard at the position of the microphone 54 when the noise reduction device 10 is used. As shown in FIG. 5C, the noise heard at the position of the microphone 54 is not sufficiently reduced.
  • the noise reduction device 10 can effectively reduce noise heard at the listening position 30 even when the listening position 30 and the position of the microphone 54 are different. Details of the noise reduction device 10 will be described below.
  • the noise reduction device 10 is mounted on a vehicle as an example.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a vehicle including the noise reduction device 10.
  • the vehicle 50 is an example of a mobile device, and includes a noise reduction device 10, an engine 51, an engine control unit 52, a speaker 53, a microphone 54, and a vehicle main body 55.
  • the vehicle 50 is specifically an automobile, but is not particularly limited.
  • the engine 51 is a drive device that is a power source of the vehicle 50 and a noise source of the space 56 that is a compartment of the vehicle 50.
  • the engine 51 is disposed in a space different from the space 56.
  • engine 51 is installed in a space formed in the hood of vehicle body 55.
  • the engine control unit 52 controls (drives) the engine 51 based on the accelerator operation of the driver of the vehicle 50. Further, the engine control unit 52 outputs a pulse signal (engine pulse signal) corresponding to the rotation speed (frequency) of the engine 51 as a noise reference signal.
  • the frequency of the pulse signal is proportional to the rotational speed (frequency) of the engine 51, for example.
  • the pulse signal is an output signal of a TDC (Top Dead Center) sensor or a so-called tacho pulse.
  • the noise reference signal may be in any form as long as it has a correlation with noise.
  • the speaker 53 is an example of a sound output device, and is a speaker that outputs a canceling sound using an output signal.
  • the speaker 53 is disposed in the space 56.
  • the position (sound output position) of the speaker 53 is not particularly limited.
  • the microphone 54 is an example of a sound collecting device, and acquires a residual sound generated at a sound collecting position due to cancellation sound and noise interference.
  • the microphone 54 outputs an error signal based on the acquired residual sound.
  • the microphone 54 is disposed in the space 56.
  • the position (sound collecting position) of the microphone 54 is not particularly limited. As described above, the noise reduction device 10 can effectively reduce noise even when the sound collection position and the listening position 30 are different.
  • the vehicle main body 55 is a structure configured by a chassis and a body of the vehicle 50.
  • the vehicle main body 55 forms a space 56 (vehicle interior space) in which the speaker 53 and the microphone 54 are arranged.
  • FIG. 7 is a functional block diagram of the noise reduction device 10.
  • FIG. 8 is a flowchart of the operation of the noise reduction device 10.
  • the noise reduction device 10 is an active noise reduction device that reduces noise at the listening position 30.
  • the noise reduction apparatus 10 includes a first input terminal 11a, a reference signal generation unit 12, an adaptive filter unit 13, an output terminal 11c, a first correction unit 14, and a second input terminal. 11b, a second correction unit 17, and a filter coefficient update unit 15.
  • Each of the reference signal generation unit 12, the adaptive filter unit 13, the first correction unit 14, the second correction unit 17, and the filter coefficient update unit 15 is realized by a processor such as a DSP (Digital Signal Processor). It may be realized by a microcomputer or a dedicated circuit.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the standard signal generator 12 generates a standard signal based on the noise reference signal input to the first input terminal 11a (S11 in FIG. 8).
  • the first input terminal 11a is a terminal formed of metal or the like.
  • a noise reference signal having a correlation with noise is input to the first input terminal 11a.
  • the noise reference signal is, for example, a pulse signal output by the engine control unit 52.
  • the reference signal generation unit 12 specifies an instantaneous frequency of noise based on the noise reference signal input to the first input terminal 11a, and generates a reference signal having the specified frequency.
  • the reference signal generation unit 12 includes a frequency detection unit 12a, a sine wave generation unit 12b, and a cosine wave generation unit 12c.
  • the frequency detection unit 12a detects the frequency of the pulse signal, and outputs the detected frequency to the sine wave generation unit 12b, the cosine wave generation unit 12c, and the first control unit 14a included in the first correction unit 14. In other words, the frequency detection unit 12a specifies the instantaneous frequency of noise.
  • the sine wave generation unit 12b outputs a sine wave having a frequency detected by the frequency detection unit 12a as a first reference signal.
  • the first reference signal is an example of a reference signal.
  • the first reference signal is output to the first filter 13 a included in the adaptive filter unit 13 and the first correction signal generation unit 14 b included in the first correction unit 14.
  • the cosine wave generation unit 12c outputs the cosine wave having the frequency detected by the frequency detection unit 12a as the second reference signal.
  • the second reference signal is output to the second filter 13b included in the adaptive filter unit 13 and the second correction signal generation unit 14c included in the first correction unit 14.
  • the adaptive filter unit 13 generates an output signal by applying (multiplying) the filter coefficient to the reference signal generated by the reference signal generation unit 12 (S12 in FIG. 8). The output signal is used to output a canceling sound for reducing noise, and is output to the output terminal 11c.
  • the adaptive filter unit 13 includes a first filter 13a, a second filter 13b, and an adder 13c.
  • the adaptive filter unit 13 is a so-called adaptive notch filter.
  • the first filter 13a multiplies the first reference signal output from the sine wave generator 12b by the first filter coefficient.
  • the first filter coefficient to be multiplied is a filter coefficient corresponding to A in the above (Equation 2), and is sequentially updated by the first updating unit 15 a included in the filter coefficient updating unit 15.
  • the first output signal that is the first reference signal multiplied by the first filter coefficient is output to the adder 13c.
  • the second filter 13b multiplies the second reference signal output from the cosine wave generator 12c by the second filter coefficient.
  • the second filter coefficient to be multiplied is a filter coefficient corresponding to B in the above (Equation 2), and is sequentially updated by the second update unit 15b included in the filter coefficient update unit 15.
  • the second output signal that is the second reference signal multiplied by the second filter coefficient is output to the adder 13c.
  • the adding unit 13c adds the first output signal output from the first filter 13a and the second output signal output from the second filter 13b.
  • the adder 13c outputs an output signal obtained by adding the first output signal and the second output signal to the output terminal 11c.
  • the output terminal 11c is a terminal formed of metal or the like.
  • the output signal generated by the adaptive filter unit 13 is output to the output terminal 11c.
  • a speaker 53 is connected to the output terminal 11c. For this reason, an output signal is output to the speaker 53 via the output terminal 11c.
  • the speaker 53 outputs a canceling sound based on the output signal.
  • amendment part 14 produces
  • the first correction unit 14 includes a first control unit 14a, a first correction signal generation unit 14b, and a second correction signal generation unit 14c.
  • the transfer characteristic is a characteristic obtained by adding a transfer parameter simulating a route from the position of the speaker 53 (sound output position) to the position of the microphone 54 (sound collection position) and a predetermined parameter F. If this transfer characteristic is expressed as C ⁇ , the transfer characteristic C ⁇ is expressed by the following (formula 6).
  • the above transfer characteristics are specifically gain and phase (phase delay) for each frequency.
  • the transfer characteristics are measured in advance for each frequency in the space 56 and stored in the storage unit 16. That is, the storage unit 16 stores the frequency and the gain and phase for correcting the signal of the frequency.
  • the first control unit 14a acquires the frequency output by the frequency detection unit 12a, reads (selects) the gain and phase corresponding to the acquired frequency from the storage unit 16, and the first correction signal generation unit 14b and the first correction signal generation unit 14b. 2 is output to the correction signal generator 14c.
  • the first correction signal generation unit 14b generates a first corrected reference signal obtained by correcting the first reference signal based on the gain and phase output by the first control unit 14a.
  • the first corrected reference signal is an example of a corrected reference signal.
  • the gain output by the first control unit 14a is ⁇ and the phase is ⁇ 1
  • the first corrected reference signal is expressed as ⁇ ⁇ sin ( ⁇ t ⁇ 1).
  • the generated first corrected reference signal is output to the first update unit 15 a included in the filter coefficient update unit 15.
  • the second correction signal generation unit 14c generates a second corrected reference signal obtained by correcting the second reference signal based on the gain and phase output by the first control unit 14a.
  • the second corrected reference signal is an example of a corrected reference signal.
  • the gain output by the first control unit 14a is ⁇ and the phase is ⁇ 2
  • the second corrected reference signal is expressed as ⁇ ⁇ cos ( ⁇ t ⁇ 2).
  • the generated second corrected reference signal is output to the second update unit 15 b included in the filter coefficient update unit 15.
  • the storage unit 16 is a storage device in which transfer characteristics are stored. As described above, the storage unit 16 stores the frequency and the gain and phase for correcting the signal of the frequency.
  • the transfer characteristic may be stored in the storage unit 16 in the form of a transfer function or a filter coefficient.
  • the storage unit 16 also stores a predetermined parameter F, a first filter coefficient A and a second filter coefficient B, which will be described later.
  • the storage unit 16 is realized by a semiconductor memory or the like.
  • the storage unit 16 also stores a control program executed by the processor.
  • the storage unit 16 may store other parameters used for signal processing performed by the noise reduction device 10.
  • the second correction unit 17 generates a correction signal by correcting the output signal with a predetermined parameter F, and adds the generated correction signal to the error signal, thereby generating an error signal at the listening position 30. A corrected error signal that is close to the error signal indicating the sound is generated (S14 in FIG. 8).
  • the second correction unit 17 includes a correction signal generation unit 17a and an addition unit 17b. The error signal is input from the second input terminal 11b.
  • the second input terminal 11b is a terminal formed of metal or the like.
  • An error signal based on residual sound generated at the position of the microphone 54 (sound collecting position) due to interference between the canceling sound and noise is input to the second input terminal 11b.
  • the error signal is output by the microphone 54.
  • the position of the microphone 54 is different from the listening position 30.
  • the correction signal generation unit 17a corrects the output signal with the predetermined parameter F expressed by the above (Expression 5), and outputs a correction signal, which is an output signal after being corrected with the predetermined parameter F, to the addition unit 17b. To do. Specifically, the correction signal generation unit 17a multiplies the output signal by a predetermined parameter F, for example. Such a correction signal is used for correction (addition) for bringing the error signal output from the microphone 54 closer to the error signal indicating the residual sound generated at the listening position 30. In other words, the correction signal is used for correction (addition) of an error signal for bringing the phase difference between the cancellation sound C e * Out and the noise N e close to 180 degrees at the listening position 30.
  • the predetermined parameter F is determined experimentally or empirically based on the data actually measured in the space 56 in advance or the data simulating the space 56 and the above (Equation 5).
  • the predetermined parameter F is stored in the storage unit 16.
  • the correction signal generation unit 17a reads a predetermined parameter F from the storage unit 16 and uses it.
  • a plurality of predetermined parameters F may be stored in the storage unit 16, and the second correction unit 17 (correction signal generation unit 17a) may switch and use the plurality of predetermined parameters F.
  • the second correction unit 17 may acquire (detect) a traveling state signal having a correlation with the traveling state of the vehicle 50 in which the noise reduction device 10 is used, and switch the predetermined parameter F.
  • the second correction unit 17 selects one of a plurality of predetermined parameters stored in the storage unit 16 in accordance with the acquired traveling state signal, and an output signal or a reference signal is selected.
  • the correction signal may be generated by correcting with the predetermined parameter.
  • the traveling state refers to information such as the accelerator opening, the vehicle speed, the engine torque, and the gear position.
  • the driving state signal may be in any form as long as it has a correlation with the driving state.
  • the vehicle 50 is an example of a mobile device
  • the traveling state is an example of a traveling state
  • the traveling state signal is an example of a traveling state signal.
  • the traveling state signal is acquired from, for example, the vehicle 50 in which the noise reduction device 10 is used.
  • N e and N m in the above (Formula 5) change according to the traveling state of the vehicle 50. For this reason, the noise reduction apparatus 10 can reduce the noise heard in the listening position 30 effectively by switching the predetermined parameter F according to the running state.
  • the addition unit 17b adds the correction signal to the error signal.
  • the adding unit 17b outputs the error signal after the correction signal is added to the filter coefficient updating unit 15 as a corrected error signal.
  • the correction signal generation unit 17a described above is actually configured with a plurality of taps (multiplication, delay, addition processing), for example, in the same manner as a general digital filter.
  • the predetermined parameter F is a coefficient used for the tap multiplication process.
  • the gain and phase of the cancellation sound C e * Out are adjusted as shown in FIG. 5A.
  • the filter coefficient updating unit 15 sequentially updates the filter coefficient based on the generated corrected error signal and the generated corrected reference signal (S15 in FIG. 8).
  • the filter coefficient update unit 15 includes a first update unit 15a and a second update unit 15b.
  • the first update unit 15a calculates the first filter coefficient based on the first corrected reference signal acquired from the first correction signal generation unit 14b and the corrected error signal acquired from the second correction unit 17. . Specifically, the first updating unit 15a uses the LMS (Least Mean Square) method to calculate the first filter coefficient so that the corrected error signal is minimized, and calculates the calculated first filter coefficient. Output to the first filter 13a. The first update unit 15a sequentially updates the first filter coefficient.
  • the first corrected reference signal is expressed as r 1 and the corrected error signal is expressed as e
  • the first filter coefficient A (corresponding to A in (Expression 2) above) is expressed by the following (Expression 7).
  • n is a natural number and corresponds to a sampling period.
  • is a scalar quantity, and is a step size parameter that determines the update quantity of the filter coefficient per sampling.
  • the second update unit 15b calculates a second filter coefficient based on the second corrected reference signal acquired from the second correction signal generation unit 14c and the corrected error signal acquired from the second correction unit 17. . Specifically, the second update unit 15b uses the LMS method to calculate the second filter coefficient so that the corrected error signal is minimized, and the calculated second filter coefficient is supplied to the second filter 13b. Output. Further, the second update unit 15b sequentially updates the second filter coefficient.
  • the second filter coefficient B (corresponding to B in the above (Expression 2)) is expressed by the following (Expression 8).
  • the canceling sound C e * Out output using the output signal output by the noise reduction device 10 is adjusted in gain and phase by a predetermined parameter F, so that the phase difference from the noise N e approaches 180 degrees. . Therefore, the noise heard at the listening position 30 converges to zero. According to the noise reduction device 10, by correcting the error signal, it is possible to effectively reduce noise heard at the listening position 30 even when the listening position 30 and the position of the microphone 54 are different.
  • the second correction unit 17 generates the correction signal by correcting the output signal with the predetermined parameter F.
  • the reference signal by correcting the reference signal with the predetermined parameter F, it is also possible to realize a correction similar to the correction performed by the second correction unit 17 on the error signal.
  • the signal processing amount (calculation amount) for generating the correction signal can be significantly reduced by correcting the reference signal with the predetermined parameter F.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of the noise reduction apparatus according to the second embodiment. In the following description of the second embodiment, detailed description of the components already described in the first embodiment is omitted.
  • the noise reduction device 10 a includes a second correction unit 18 instead of the second correction unit 17.
  • the second correction unit 18 includes a second control unit 18a, a third correction signal generation unit 18b, a fourth correction signal generation unit 18c, a first coefficient multiplication unit 18d, a second coefficient multiplication unit 18e, An adder 18f and a second adder 18g are provided.
  • the second control unit 18a acquires the frequency output by the frequency detection unit 12a, reads a predetermined parameter F corresponding to the acquired frequency from the storage unit 16, and generates a third correction signal generation unit 18b and a fourth correction signal generation To the unit 18c.
  • a predetermined parameter F is stored in the storage unit 16 as a gain and a phase for each frequency.
  • the third correction signal generation unit 18b corrects the first reference signal output by the sine wave generation unit 12b based on the gain and phase of the predetermined parameter F output by the second control unit 18a. Generate a reference signal. The generated third corrected reference signal is output to the first coefficient multiplier 18d. The third corrected reference signal is a first reference signal whose gain and phase are corrected by the parameter F. That is, the signal processing performed by the third correction signal generation unit 18b is the same as the signal processing performed by the first correction signal generation unit 14b except that the gain and phase correction amounts are based on the parameter F.
  • the fourth correction signal generation unit 18c corrects the second reference signal output by the cosine wave generation unit 12c based on the gain and phase of the predetermined parameter F output by the second control unit 18a. Generate a reference signal. The generated fourth corrected reference signal is output to the second coefficient multiplier 18e. The fourth corrected reference signal is a second reference signal whose gain and phase are corrected by the parameter F. That is, the signal processing performed by the fourth correction signal generation unit 18 c is the same as the signal processing performed by the second correction signal generation unit 14 c except that the gain and phase correction amounts are based on the parameter F.
  • the first coefficient multiplier 18d multiplies the third corrected reference signal output from the third correction signal generator 18b by the first filter coefficient.
  • the first filter coefficient to be multiplied is a filter coefficient corresponding to A in (Expression 2), and is sequentially updated based on (Expression 7) by the first updating unit 15a.
  • the third output signal that is the third corrected reference signal multiplied by the first filter coefficient is output to the first adder 18f.
  • the second coefficient multiplication unit 18e multiplies the fourth corrected reference signal output from the fourth correction signal generation unit 18c by the second filter coefficient.
  • the second filter coefficient to be multiplied is a filter coefficient corresponding to B in (Expression 2), and is sequentially updated based on (Expression 8) by the second updating unit 15b.
  • the fourth output signal, which is the fourth corrected reference signal multiplied by the second filter coefficient, is output to the first adder 18f.
  • the first adder 18f adds the third output signal output from the first coefficient multiplier 18d and the fourth output signal output from the second coefficient multiplier 18e.
  • the first adder 18f outputs a correction signal obtained by adding the third output signal and the fourth output signal to the second adder 18g.
  • Such a correction signal is used for correction (addition) for bringing the error signal output from the microphone 54 closer to the error signal indicating the residual sound generated at the listening position 30.
  • the correction signal is used for correction (addition) of an error signal for bringing the phase difference between the cancellation sound C e * Out and the noise N e close to 180 degrees at the listening position 30.
  • the second adder 18g adds the correction signal to the error signal.
  • the second adding unit 18g outputs the error signal after the addition to the filter coefficient updating unit 15 as a corrected error signal. By outputting the corrected error signal to the filter coefficient updating unit 15, the gain and phase of the cancellation sound are adjusted as shown in FIG. 5A.
  • the cancellation sound C e * Out at the listening position 30 that is output using the output signal output by the noise reduction device 10a according to the second embodiment is adjusted so that the noise N
  • the noise reduction device 10a by correcting the error signal, noise heard at the listening position 30 can be effectively reduced even when the listening position 30 and the position of the microphone 54 are different.
  • the processing performed by the second correction unit 17 in the first embodiment is processing using a plurality of taps as in the case of a general digital filter.
  • amendment part 18 becomes a process according to a single frequency by making the application object of the predetermined parameter F into the signal of a single frequency, and the noise reduction apparatus 10a is signal processing amount ( The amount of calculation) can be greatly reduced.
  • the correction signal may be generated by correcting the output signal with the predetermined parameter F as in the first embodiment, or the reference signal as the predetermined parameter as in the second embodiment. It may be generated by correcting with F.
  • the noise reduction device may be mounted on a mobile device other than a vehicle.
  • the mobile device may be, for example, an aircraft or a ship.
  • the present invention may be realized as a mobile device other than such a vehicle.
  • the engine is exemplified as the noise source, but the noise source is not particularly limited.
  • the noise source may be, for example, a motor.
  • the configuration of the noise reduction device according to the above embodiment is an example.
  • the noise reduction device includes components such as a digital / analog (D / A) converter, a low-pass filter (LPF), a high-pass filter (HPF), a power amplifier, or an analog / digital (A / D) converter. May be included.
  • the process performed by the noise reduction device according to the above embodiment is an example.
  • some processes described in the above embodiments may be realized by analog signal processing instead of digital signal processing.
  • another processing unit may execute a process executed by a specific processing unit. Further, the order of the plurality of processes may be changed, and the plurality of processes may be executed in parallel.
  • each component may be configured by dedicated hardware or may be realized by executing a software program suitable for each component.
  • Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.
  • a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.
  • Each component may be a circuit (or an integrated circuit). These circuits may constitute one circuit as a whole, or may be separate circuits. Each of these circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit.
  • the general or specific aspect of the present invention may be realized by a non-transitory recording medium such as a system, apparatus, method, integrated circuit, computer program, or computer-readable CD-ROM. Further, the present invention may be realized by any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a computer-readable non-transitory recording medium.
  • the present invention may be realized as a noise reduction method executed by the noise reduction device, or may be realized as a program for causing a computer to execute the noise reduction method.
  • the present invention may also be realized as a noise reduction system including the noise reduction device according to the above-described embodiment, a speaker (sound output device), and a microphone (sound collection device).
  • the order of the plurality of processes in the operation of the noise reduction device described in the above embodiment is an example.
  • the order of the plurality of processes may be changed, and the plurality of processes may be executed in parallel.
  • the noise reduction device of the present invention is useful, for example, as a device for reducing noise in the passenger compartment.

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Abstract

騒音低減装置は、出力信号または基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、生成された補正用信号を誤差信号に加算することにより、誤差信号を受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する第2補正部を備える。

Description

騒音低減装置、移動体装置、及び、騒音低減方法
 本発明は、騒音を能動的に低減する騒音低減装置に関する。
 従来、スピーカから騒音を打ち消すための音を出力することにより、受聴位置における騒音を能動的に低減する騒音低減装置が知られている。このような騒音低減装置として、例えば、特許文献1には、能動型消音装置が開示されている。
日本国特許第5829052号公報
 本発明は、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる騒音低減装置、移動体装置、及び、騒音低減方法を提供する。
 本発明の一態様に係る騒音低減装置は、受聴位置における騒音を低減する騒音低減装置であって、第1入力端子と、基準信号生成部と、適応フィルタ部と、出力端子と、第1補正部と、第2入力端子と、第2補正部と、フィルタ係数更新部とを備える。第1入力端子は、騒音と相関を有する騒音参照信号を入力する。基準信号生成部は、入力された騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成する。適応フィルタ部は、生成された基準信号にフィルタ係数を適用することにより、騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成する。出力端子は、生成された出力信号を出力する。第1補正部は、生成された基準信号を出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する。第2入力端子は、打ち消し音及び騒音の干渉により受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号を入力する。第2補正部は、出力信号または基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、生成された補正用信号を誤差信号に加算することにより、誤差信号を受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する。フィルタ係数更新部は、生成された補正後誤差信号及び生成された補正後基準信号に基づいて、フィルタ係数を逐次更新する。
 本発明によれば、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる騒音低減装置、移動体装置、及び、騒音低減方法が実現される。
図1は、一般的な騒音低減装置の概要を示す図である。 図2Aは、打ち消し音及び騒音のベクトル図である。 図2Bは、マイクの位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図2Cは、受聴位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図3Aは、受聴位置とマイクの位置とが大きく異なる場合の、打ち消し音及び騒音のベクトル図である。 図3Bは、受聴位置とマイクの位置とが大きく異なる場合に、受聴位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図4は、実施の形態1に係る騒音低減装置の概要を示す図である。 図5Aは、実施の形態1に係る騒音低減装置から出力される打ち消し音、及び、騒音のベクトル図である。 図5Bは、実施の形態1に係る騒音低減装置が用いられた場合に、受聴位置30の位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図5Cは、実施の形態1に係る騒音低減装置が用いられた場合に、マイクの位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。 図6は、実施の形態1に係る騒音低減装置を備える車両の模式図である。 図7は、実施の形態1に係る騒音低減装置の機能ブロック図である。 図8は、実施の形態1に係る騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図9は、実施の形態2に係る騒音低減装置の機能ブロック図である。
 本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。従来の騒音低減装置においては、受聴者の位置(受聴位置)と、マイクの位置(集音位置)とが異なる場合に、受聴位置における騒音を十分に低減することができないことが問題である。
 本発明の一態様に係る騒音低減装置は、受聴位置における騒音を低減する騒音低減装置であって、第1入力端子と、基準信号生成部と、適応フィルタ部と、出力端子と、第1補正部と、第2入力端子と、第2補正部と、フィルタ係数更新部とを備える。第1入力端子は、騒音と相関を有する騒音参照信号を入力する。基準信号生成部は、入力された騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成する。適応フィルタ部は、生成された基準信号にフィルタ係数を適用することにより、騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成する。出力端子は、生成された出力信号を出力する。第1補正部は、生成された基準信号を出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する。第2入力端子は、打ち消し音及び騒音の干渉により受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号を入力する。第2補正部は、出力信号または基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、生成された補正用信号を誤差信号に加算することにより、誤差信号を受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する。フィルタ係数更新部は、生成された補正後誤差信号及び生成された補正後基準信号に基づいて、フィルタ係数を逐次更新する。
 このような騒音低減装置は、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。
 例えば、第2補正部は、出力信号を所定のパラメータで補正することにより補正用信号を生成する。
 このような騒音低減装置は、出力信号を所定のパラメータで補正する信号処理により、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。
 また、例えば、第2補正部は、基準信号を所定のパラメータで補正し、かつ、フィルタ係数を適用することにより補正用信号を生成する。
 このような騒音低減装置は、基準信号を所定のパラメータで補正する信号処理により、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。また、このような騒音低減装置は、所定のパラメータの適用対象を単一の周波数の信号とすることで、信号処理量(演算量)を大幅に削減できる。
 また、例えば、騒音低減装置は、さらに、複数の所定のパラメータが記憶される記憶部を備える。第2補正部は、騒音低減装置が用いられる移動体装置の移動状態と相関を有する移動状態信号をさらに取得し、取得された移動状態信号に応じて記憶部に記憶された複数の所定のパラメータのうちの1つを選択し、出力信号または基準信号を選択された所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成する。
 本発明の一態様に係る移動体装置は、騒音低減装置と、出力信号を用いて打ち消し音を出力する出音装置と、集音位置に配置され、誤差信号を第2入力端子に出力する集音装置とを備える。
 このような移動体装置は、受聴位置と集音位置とが異なる場合に、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。
 本発明の一態様に係る騒音低減方法は、受聴位置における騒音を低減する騒音低減方法であって、騒音と相関を有する騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成する。さらに、生成された基準信号にフィルタ係数を適用することにより、騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成する。さらに、生成された基準信号を出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する。さらに、出力信号または基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成する。生成された補正用信号を、打ち消し音及び騒音の干渉により受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号に加算することにより、誤差信号を受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する。さらに、生成された補正後誤差信号及び生成された補正後基準信号に基づいて、フィルタ係数を逐次更新する。
 このような騒音低減方法は、受聴位置と集音位置とが異なる場合であっても、受聴位置における騒音を効果的に低減することができる。
 以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
 また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
 (実施の形態1)
 [概要]
 まず、実施の形態1に係る騒音低減装置の概要について説明する。まず、一般的な騒音低減装置の動作について説明する。図1は、一般的な騒音低減装置の概要を示す図である。
 図1に示される騒音低減装置10bは、例えば、車室内に設置され、自動車の走行中に発生する騒音を低減する装置である。エンジン51に起因する騒音は、瞬間的には単一周波数の正弦波に近い音である。そこで、騒音低減装置10bは、エンジン51を制御するエンジン制御部52からエンジン51の周波数を示すパルス信号を取得し、スピーカ53から騒音を打ち消すための打ち消し音を出力する。打ち消し音の生成には、適応フィルタが用いられ、マイク54によって取得される残留音が小さくなるように打ち消し音が生成される。
 図1に示されるように、スピーカ53の位置(出音位置)から受聴位置30までの伝達特性はC、スピーカ53の位置からマイク54の位置(集音位置)までの伝達特性はC、打ち消し音を出力するための出力信号はOutの記号で表現される。この場合、受聴位置30に到達する打ち消し音はC*Out、マイク54の位置(集音位置)に到達する打ち消し音はC*Outと表現される。なお、「*」は、畳み込み演算子を意味する。
 図2Aは、打ち消し音及び騒音のベクトル図である。図2Aに示されるように、騒音低減装置10bによれば、スピーカ53からマイク54に到達する打ち消し音C*Outは、理論的には、エンジン51からマイク54に到達する騒音Nと同じ振幅を有し、位相が180度ずれた音となる。
 なお、騒音Nは、振幅をR、周波数をω、位相をθとすると、下記の(式1)で表現され、C*Outは、下記の(式2)で表される。騒音低減装置10bは、(式2)におけるフィルタ係数A及びフィルタ係数Bを、例えば、LMS(Least Mean Square)法によって算出することで、騒音を打ち消すための打ち消し音を出力することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 図2Bは、マイク54の位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。この場合、図2Bに示されるように、マイク54の位置において聞こえる騒音は、0に収束する。
 一般に、通常、受聴位置30とマイク54の位置とは完全には一致しない。したがって、図2Aのベクトル図に示されるように、スピーカ53から受聴位置30に到達する打ち消し音C*Outと、エンジン51から受聴位置30に到達する騒音Nとの位相差は、180°度からわずかにずれる。図2Cは、受聴位置30において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。図2Cに示されるように、受聴位置30において聞こえる騒音は完全には無くならないが、小さくなる。
 ところで、車両安全基準、及び、車室内に配置された設備(例えば、サンルーフなど)によってマイク54の配置は制限を受ける。したがって、受聴位置30とマイク54の位置とが離れてしまう場合がある。
 図3Aは、受聴位置30とマイク54の位置とが大きく異なる場合の、打ち消し音及び騒音のベクトル図である。受聴位置30とマイク54の位置とが大きく異なると、図3Aに示されるように、打ち消し音C*Outと騒音Nとの位相差が180度から大きくずれてしまう場合がある。
 図3Bは、受聴位置30とマイク54の位置とが大きく異なる場合に、受聴位置30において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。図3Aの例に示されるように、打ち消し音C*Outと騒音Nとの位相差が180度から大きくずれてしまうと、図3Bに示されるように、受聴位置30において聞こえる騒音が低減されない場合がある。
 実施の形態1に係る騒音低減装置は、受聴位置30にマイク54が設置されているように適応フィルタを動作させることで、受聴位置30において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。図4は、実施の形態1に係る騒音低減装置の概要を示す図である。
 騒音低減装置10では、受聴位置30にマイク54が設置されているように適応フィルタ(後述の適応フィルタ部及びフィルタ係数更新部)を動作させるために、出力信号Outから入力信号Inへのフィードバック項Fが設けられる。フィードバック項F(所定のパラメータF)によれば、受聴位置30において聞こえる騒音が0になるときに、適応フィルタへの入力が0になる。具体的には、図4の(1)のポイントではなく、(2)のポイントにおいて0になる。すなわち、以下の(式3)が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 受聴位置30において聞こえる騒音が消えるときには、打ち消し音C*Outと、騒音Nとは、下記の(式4)の関係を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 上記(式3)及び(式4)に基づき、以下の(式5)が成立する。つまり、打ち消し音の出音位置から受聴位置30までの伝達特性をC、出音位置から集音位置までの伝達特性をC、受聴位置30における騒音をN、集音位置における騒音をNとした場合、所定のパラメータFは、(式5)に基づいて定められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 騒音低減装置10は、受聴位置30とマイク54の位置とが異なる場合も、受聴位置30において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。図5Aは、騒音低減装置10から出力される打ち消し音、及び、騒音のベクトル図である。
 図5Aに示されるように、騒音低減装置10によって出力される打ち消し音C*Outは、フィードバック項Fによってゲインおよび位相が調整され、打ち消し音C*Outと騒音Nとの位相差は、180度となる。図5Bは、騒音低減装置10が用いられた場合に、受聴位置30の位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。図5Bに示されるように、受聴位置30において聞こえる騒音は、0に収束する。
 一方、図5Aの例では、騒音低減装置10が用いられた場合、打ち消し音C*Outと騒音Nとの位相差は、180度から大きくずれてしまう。図5Cは、騒音低減装置10が用いられた場合に、マイク54の位置において聞こえる騒音の時間波形を示す模式図である。図5Cに示されるように、マイク54の位置において聞こえる騒音は十分に低減されない。
 [騒音低減装置を備える車両の全体構成]
 このように、騒音低減装置10は、受聴位置30とマイク54の位置とが異なる場合も、受聴位置30において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。以下、騒音低減装置10の詳細について説明する。実施の形態1では、騒音低減装置10は、一例として車両に搭載される。図6は、騒音低減装置10を備える車両の模式図である。
 車両50は、移動体装置の一例であって、騒音低減装置10と、エンジン51と、エンジン制御部52と、スピーカ53と、マイク54と、車両本体55とを備える。車両50は、具体的には、自動車であるが、特に限定されない。
 エンジン51は、車両50の動力源であって、かつ、車両50の車室となる空間56の騒音源となる駆動装置である。エンジン51は、例えば、空間56とは別の空間内に配置される。エンジン51は、具体的には、車両本体55のボンネット内に形成された空間に設置される。
 エンジン制御部52は、車両50の運転手のアクセル操作等に基づいて、エンジン51を制御(駆動)する。また、エンジン制御部52は、エンジン51の回転数(周波数)に応じたパルス信号(エンジンパルス信号)を騒音参照信号として出力する。パルス信号の周波数は、例えば、エンジン51の回転数(周波数)に比例する。パルス信号は、具体的には、TDC(Top Dead Center)センサの出力信号、または、いわゆるタコパルスなどである。なお、騒音参照信号は、騒音と相関を有するのであればどのような態様であってもよい。
 スピーカ53は、出音装置の一例であって、出力信号を用いて打ち消し音を出力するスピーカである。スピーカ53は、空間56内に配置される。スピーカ53の位置(出音位置)は、特に限定されない。
 マイク54は、集音装置の一例であって、打ち消し音及び騒音の干渉により集音位置において生じる残留音を取得する。また、マイク54は、取得された残留音に基づく誤差信号を出力する。マイク54は、空間56内に配置される。マイク54の位置(集音位置)は、特に限定されない。上述のように、騒音低減装置10は、集音位置と受聴位置30とが異なる場合も効果的に騒音を低減することができる。
 車両本体55は、車両50のシャーシ及びボディなどによって構成される構造体である。車両本体55は、スピーカ53及びマイク54が配置される空間56(車室内空間)を形成する。
 [騒音低減装置の構成及び動作]
 次に、騒音低減装置10の構成及び動作について説明する。図7は、騒音低減装置10の機能ブロック図である。図8は、騒音低減装置10の動作のフローチャートである。
 騒音低減装置10は、受聴位置30における騒音を低減する能動型の騒音低減装置である。図7に示されるように、騒音低減装置10は、第1入力端子11aと、基準信号生成部12と、適応フィルタ部13と、出力端子11cと、第1補正部14と、第2入力端子11bと、第2補正部17と、フィルタ係数更新部15とを備える。基準信号生成部12、適応フィルタ部13、第1補正部14、第2補正部17、及び、フィルタ係数更新部15のそれぞれは、例えば、DSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサによって実現されるが、マイクロコンピュータまたは専用回路によって実現されてもよい。以下、図8のフローチャートに示されるステップごとに、関連する構成要素を詳細に説明する。
 [基準信号の生成]
 まず、基準信号生成部12は、第1入力端子11aに入力された騒音参照信号に基づいて基準信号を生成する(図8のS11)。
 第1入力端子11aは、金属等により形成される端子である。第1入力端子11aには、騒音と相関を有する騒音参照信号が入力される。騒音参照信号は、例えば、エンジン制御部52によって出力されるパルス信号である。
 基準信号生成部12は、より詳細には、第1入力端子11aに入力された騒音参照信号に基づいて騒音の瞬間的な周波数を特定し、特定した周波数を有する基準信号を生成する。基準信号生成部12は、具体的には、周波数検出部12aと、正弦波生成部12bと、余弦波生成部12cとを有する。
 周波数検出部12aは、パルス信号の周波数を検出し、検出した周波数を正弦波生成部12b、余弦波生成部12c、及び、第1補正部14が備える第1制御部14aに出力する。周波数検出部12aは、言い換えれば、騒音の瞬間的な周波数を特定する。
 正弦波生成部12bは、周波数検出部12aによって検出された周波数の正弦波を、第1基準信号として出力する。第1基準信号は、基準信号の一例であり、周波数検出部12aによって検出された周波数がfの場合には、sin(2πft)=sin(ωt)で表現される信号である。つまり、第1基準信号は、周波数検出部12aによって特定された周波数(騒音と同じ周波数)を有する。第1基準信号は、適応フィルタ部13が備える第1フィルタ13a、及び、第1補正部14が備える第1補正信号生成部14bに出力される。
 余弦波生成部12cは、周波数検出部12aによって検出された周波数の余弦波を、第2基準信号として出力する。第2基準信号は、基準信号の一例であり、周波数検出部12aによって検出された周波数がfの場合には、cos(2πft)=cos(ωt)で表現される信号である。つまり、第2基準信号は、周波数検出部12aによって特定された周波数(騒音と同じ周波数)を有する。第2基準信号は、適応フィルタ部13が備える第2フィルタ13b、及び、第1補正部14が備える第2補正信号生成部14cに出力される。
 [出力信号の生成]
 適応フィルタ部13は、基準信号生成部12によって生成された基準信号にフィルタ係数を適用(乗算)することにより、出力信号を生成する(図8のS12)。出力信号は、騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられ、出力端子11cに出力される。適応フィルタ部13は、第1フィルタ13aと、第2フィルタ13bと、加算部13cとを備える。適応フィルタ部13は、いわゆる適応ノッチフィルタである。
 第1フィルタ13aは、正弦波生成部12bから出力される第1基準信号に第1のフィルタ係数を乗算する。乗算される第1のフィルタ係数は、上記(式2)のAに対応するフィルタ係数であり、フィルタ係数更新部15が備える第1更新部15aによって逐次更新される。第1のフィルタ係数が乗算された第1基準信号である第1出力信号は、加算部13cに出力される。
 第2フィルタ13bは、余弦波生成部12cから出力される第2基準信号に第2のフィルタ係数を乗算する。乗算される第2のフィルタ係数は、上記(式2)のBに対応するフィルタ係数であり、フィルタ係数更新部15が備える第2更新部15bによって逐次更新される。第2のフィルタ係数が乗算された第2基準信号である第2出力信号は、加算部13cに出力される。
 加算部13cは、第1フィルタ13aから出力される第1出力信号と、第2フィルタ13bから出力される第2出力信号とを加算する。加算部13cは、第1出力信号と第2出力信号との加算によって得られる出力信号を出力端子11cに出力する。
 出力端子11cは、金属等により形成される端子である。出力端子11cには、適応フィルタ部13によって生成された出力信号が出力される。出力端子11cには、スピーカ53が接続される。このため、スピーカ53には出力端子11cを介して出力信号が出力される。スピーカ53は、出力信号に基づいて打ち消し音を出力する。
 [基準信号の補正]
 第1補正部14は、生成された基準信号を出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する(図8のS13)。第1補正部14は、第1制御部14aと、第1補正信号生成部14bと、第2補正信号生成部14cとを備える。
 なお、伝達特性は、スピーカ53の位置(出音位置)からマイク54の位置(集音位置)までの経路を模擬した伝達特性と、所定のパラメータFとを加算した特性である。この伝達特性をCと表現すると、伝達特性Cは、以下の(式6)で表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 上記伝達特性は、具体的には、周波数ごとのゲイン及び位相(位相遅れ)である。伝達特性は、あらかじめ空間56において周波数ごとに実測され、記憶部16に記憶される。つまり、記憶部16には、周波数と、当該周波数の信号を補正するためのゲイン及び位相が記憶される。
 第1制御部14aは、周波数検出部12aによって出力された周波数を取得し、取得した周波数に対応するゲイン及び位相を記憶部16から読み出して(選択して)第1補正信号生成部14b及び第2補正信号生成部14cに出力する。
 第1補正信号生成部14bは、第1制御部14aによって出力されたゲイン及び位相に基づいて第1基準信号を補正した第1補正後基準信号を生成する。第1補正後基準信号は、補正後基準信号の一例である。第1制御部14aによって出力されたゲインをα、位相をφ1とすると、第1補正後基準信号は、α・sin(ωt-φ1)と表現される。生成された第1補正後基準信号は、フィルタ係数更新部15が備える第1更新部15aに出力される。
 第2補正信号生成部14cは、第1制御部14aによって出力されたゲイン及び位相に基づいて第2基準信号を補正した第2補正後基準信号を生成する。第2補正後基準信号は、補正後基準信号の一例である。第1制御部14aによって出力されたゲインをβ、位相をφ2とすると、第2補正後基準信号は、β・cos(ωt-φ2)と表現される。生成された第2補正後基準信号は、フィルタ係数更新部15が備える第2更新部15bに出力される。
 記憶部16は、伝達特性が記憶される記憶装置である。上述のように記憶部16には、周波数と、当該周波数の信号を補正するためのゲイン及び位相が記憶される。なお、伝達特性は、伝達関数またはフィルタ係数の形式で記憶部16に記憶されてもよい。
 記憶部16には、所定のパラメータF、並びに、後述する第1のフィルタ係数A及び第2のフィルタ係数Bなども記憶される。記憶部16は、具体的には、半導体メモリなどによって実現される。なお、騒音低減装置10がDSPなどのプロセッサによって実現される場合、記憶部16には、プロセッサによって実行される制御プログラムも記憶される。記憶部16には、騒音低減装置10が行う信号処理に用いられるその他のパラメータが記憶されてもよい。
 [誤差信号の補正]
 第2補正部17は、出力信号を所定のパラメータFで補正することにより補正用信号を生成し、生成された補正用信号を誤差信号に加算することにより、誤差信号を受聴位置30において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する(図8のS14)。第2補正部17は、補正信号生成部17aと、加算部17bとを備える。誤差信号は、第2入力端子11bから入力される。
 第2入力端子11bは、金属等により形成される端子である。第2入力端子11bには、打ち消し音及び騒音の干渉によりマイク54の位置(集音位置)において生じる残留音に基づく誤差信号が入力される。誤差信号は、マイク54によって出力される。マイク54の位置は、受聴位置30と異なる位置である。
 補正信号生成部17aは、上記(式5)で表現される所定のパラメータFで出力信号を補正し、所定のパラメータFで補正された後の出力信号である補正用信号を加算部17bに出力する。補正信号生成部17aは、具体的には、例えば、出力信号に所定のパラメータFを乗算する。このような補正用信号は、マイク54から出力される誤差信号を受聴位置30において生じる残留音を示す誤差信号に近づけるための補正(加算)に用いられる。言い換えれば、補正用信号は、受聴位置30における打ち消し音C*Outと騒音Nとの位相差を180度に近づけるための誤差信号の補正(加算)に用いられる。
 所定のパラメータFは、あらかじめ空間56において実測されたデータ、または、空間56をシミュレートしたデータと、上記(式5)とに基づいて実験的または経験的に定められる。所定のパラメータFは、記憶部16に記憶される。補正信号生成部17aは、記憶部16から所定のパラメータFを読み出して使用する。
 なお、記憶部16には複数の所定のパラメータFが記憶されていてもよく、第2補正部17(補正信号生成部17a)は、複数の所定のパラメータFを切り替えて使用してもよい。第2補正部17は、例えば、騒音低減装置10が用いられる車両50の走行状態と相関を有する走行状態信号を取得(検出)し、所定のパラメータFを切り替えてもよい。第2補正部17は、具体的には、取得された走行状態信号に応じて記憶部16に記憶された複数の所定のパラメータのうちの1つを選択し、出力信号または基準信号を選択された所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成してもよい。
 なお、走行状態とは、アクセル開度、車速、エンジントルク、ギアポジションなどの情報を指す。走行状態信号は、走行状態と相関を有する信号であればどのような態様であってもよい。車両50は、移動体装置の一例であり、走行状態は、移動状態の一例であり、走行状態信号は、移動状態信号の一例である。走行状態信号は、例えば、騒音低減装置10が用いられる車両50から取得される。
 上記(式5)のN及びNは、車両50の走行状態に応じて変化する。このため、騒音低減装置10は、走行状態に応じて所定のパラメータFを切り替えることで、受聴位置30において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。
 加算部17bは、補正用信号を誤差信号に加算する。加算部17bは、補正用信号の加算が行われた後の誤差信号を補正後誤差信号としてフィルタ係数更新部15に出力する。なお、以上説明した補正信号生成部17aは、実際には、例えば、一般的なデジタルフィルタと同様に複数のタップ(乗算、遅延、加算処理)で構成される。この場合、所定のパラメータFは、タップの乗算処理に用いられる係数である。
 以上説明した補正後誤差信号がフィルタ係数更新部15に出力されることにより、上記図5Aに示されるように打ち消し音C*Outのゲイン及び位相が調整される。
 [フィルタ係数の更新]
 フィルタ係数更新部15は、生成された補正後誤差信号及び生成された補正後基準信号に基づいて、フィルタ係数を逐次更新する(図8のS15)。フィルタ係数更新部15は、第1更新部15aと、第2更新部15bとを備える。
 第1更新部15aは、第1補正信号生成部14bから取得した第1補正後基準信号、及び、第2補正部17から取得した補正後誤差信号に基づいて、第1のフィルタ係数を算出する。第1更新部15aは、具体的には、LMS(Least Mean Square)法を用いて、補正後誤差信号が最小になるように第1のフィルタ係数を算出し、算出した第1のフィルタ係数を第1フィルタ13aに出力する。また、第1更新部15aは、第1のフィルタ係数を逐次更新する。第1補正後基準信号をr、補正後誤差信号をeと表現すると、第1のフィルタ係数A(上記(式2)のAに相当)は、以下の(式7)で表現される。なお、nは自然数であり、サンプリング周期に相当する。μはスカラ量であり、1サンプリング当たりのフィルタ係数の更新量を決定するステップサイズパラメータである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 第2更新部15bは、第2補正信号生成部14cから取得した第2補正後基準信号、及び、第2補正部17から取得した補正後誤差信号に基づいて、第2のフィルタ係数を算出する。第2更新部15bは、具体的には、LMS法を用いて、補正後誤差信号が最小になるように第2のフィルタ係数を算出し、算出した第2のフィルタ係数を第2フィルタ13bに出力する。また、第2更新部15bは、第2のフィルタ係数を逐次更新する。第2補正後基準信号をr、補正後誤差信号をeと表現すると、第2のフィルタ係数B(上記(式2)のBに相当)は、以下の(式8)で表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 [実施の形態1の効果等]
 騒音低減装置10によって出力される出力信号を用いて出力される打ち消し音C*Outは、所定のパラメータFによってゲイン及び位相が調整されるため、騒音Nとの位相差が180度に近づく。したがって、受聴位置30において聞こえる騒音は、0に収束する。騒音低減装置10によれば、誤差信号が補正されることにより、受聴位置30とマイク54の位置とが異なる場合も、受聴位置30において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。
 (実施の形態2)
 [実施の形態2に係る誤差信号の補正]
 実施の形態1では、第2補正部17は、出力信号を所定のパラメータFで補正することにより補正用信号を生成した。しかしながら、基準信号を所定のパラメータFで補正することにより、第2補正部17が誤差信号に対して行う補正と同様の補正を実現することも可能である。実施の形態2では、基準信号を所定のパラメータFで補正することにより補正用信号を生成する信号処理量(演算量)を大幅に削減できる例について説明する。図9は、実施の形態2に係る騒音低減装置の機能ブロック図である。なお、以下の実施の形態2の説明においては、実施の形態1において既に説明された構成要素の詳細な説明が省略される。
 図9に示されるように、実施の形態2に係る騒音低減装置10aは、第2補正部17に代えて第2補正部18を備える。第2補正部18は、第2制御部18aと、第3補正信号生成部18bと、第4補正信号生成部18cと、第1係数乗算部18dと、第2係数乗算部18eと、第1加算部18fと、第2加算部18gとを備える。
 第2制御部18aは、周波数検出部12aによって出力された周波数を取得し、取得した周波数に対応する所定のパラメータFを記憶部16から読み出して第3補正信号生成部18b及び第4補正信号生成部18cに出力する。実施の形態2では、所定のパラメータFが周波数ごとにゲイン及び位相として記憶部16に記憶されている。
 第3補正信号生成部18bは、正弦波生成部12bによって出力された第1基準信号を、第2制御部18aによって出力された所定のパラメータFのゲイン及び位相に基づいて補正した第3補正後基準信号を生成する。生成された第3補正後基準信号は、第1係数乗算部18dに出力される。第3補正後基準信号は、パラメータFにより、ゲイン及び位相が補正された第1基準信号である。つまり、第3補正信号生成部18bによって行われる信号処理は、ゲイン及び位相の補正量がパラメータFに基づく点を除いて、第1補正信号生成部14bが行う信号処理と同様である。
 第4補正信号生成部18cは、余弦波生成部12cによって出力された第2基準信号を、第2制御部18aによって出力された所定のパラメータFのゲイン及び位相に基づいて補正した第4補正後基準信号を生成する。生成された第4補正後基準信号は、第2係数乗算部18eに出力される。第4補正後基準信号は、パラメータFにより、ゲイン及び位相が補正された第2基準信号である。つまり、第4補正信号生成部18cによって行われる信号処理は、ゲイン及び位相の補正量がパラメータFに基づく点を除いて、第2補正信号生成部14cが行う信号処理と同様である。
 第1係数乗算部18dは、第3補正信号生成部18bから出力される第3補正後基準信号に第1のフィルタ係数を乗算する。乗算される第1のフィルタ係数は、上記(式2)のAに対応するフィルタ係数であり、第1更新部15aによって上記(式7)に基づいて逐次更新される。第1のフィルタ係数が乗算された第3補正後基準信号である第3出力信号は、第1加算部18fに出力される。
 第2係数乗算部18eは、第4補正信号生成部18cから出力される第4補正後基準信号に第2のフィルタ係数を乗算する。乗算される第2のフィルタ係数は、上記(式2)のBに対応するフィルタ係数であり、第2更新部15bによって上記(式8)に基づいて逐次更新される。第2のフィルタ係数が乗算された第4補正後基準信号である第4出力信号は、第1加算部18fに出力される。
 第1加算部18fは、第1係数乗算部18dから出力される第3出力信号と、第2係数乗算部18eから出力される第4出力信号とを加算する。第1加算部18fは、第3出力信号と第4出力信号との加算によって得られる補正用信号を第2加算部18gに出力する。このような補正用信号は、マイク54から出力される誤差信号を受聴位置30において生じる残留音を示す誤差信号に近づけるための補正(加算)に用いられる。言い換えれば、補正用信号は、受聴位置30における打ち消し音C*Outと騒音Nとの位相差を180度に近づけるための誤差信号の補正(加算)に用いられる。
 第2加算部18gは、補正用信号を誤差信号に加算する。第2加算部18gは、加算が行われた後の誤差信号を補正後誤差信号としてフィルタ係数更新部15に出力する。補正後誤差信号がフィルタ係数更新部15に出力されることにより、上記図5Aに示されるように打ち消し音のゲインおよび位相が調整される。
 [実施の形態2の効果等]
 実施の形態2に係る騒音低減装置10aによって出力される出力信号を用いて出力される受聴位置30における打ち消し音C*Outは、所定のパラメータFによってゲイン及び位相が調整されることによって騒音Nとの位相差が180度に近づく。したがって、受聴位置30において聞こえる騒音は、0に収束する。騒音低減装置10aによれば、誤差信号が補正されることにより、受聴位置30とマイク54の位置とが異なる場合も、受聴位置30において聞こえる騒音を効果的に低減することができる。
 また、実施の形態1において第2補正部17によって行われる処理は、一般的なデジタルフィルタと同様に複数のタップを用いた処理となる。これに対し、第2補正部18は、所定のパラメータFの適用対象を単一の周波数の信号とすることで、単一の周波数に応じた処理となり、騒音低減装置10aは、信号処理量(演算量)を大幅に削減できる効果を奏する。
 以上説明したように、補正用信号は、実施の形態1のように出力信号を所定のパラメータFで補正することによって生成されてもよいし、実施の形態2のように基準信号を所定のパラメータFで補正することによって生成されてもよい。
 (その他の実施の形態)
 以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
 上記実施の形態に係る騒音低減装置は、車両以外の移動体装置に搭載されてもよい。移動体装置は、例えば、航空機または船舶であってもよい。また、本発明は、このような車両以外の移動体装置として実現されてもよい。
 また、上記実施の形態では、騒音源としてエンジンが例示されたが、騒音源についても特に限定されない。騒音源は、例えば、モータなどであってもよい。
 また、上記実施の形態に係る騒音低減装置の構成は、一例である。例えば、騒音低減装置は、デジタル/アナログ(D/A)変換器、ローパスフィルタ(LPF)、ハイパスフィルタ(HPF)、電力増幅器、または、アナログ/デジタル(A/D)変換器などの構成要素を含んでもよい。
 また、上記実施の形態に係る騒音低減装置が行う処理は、一例である。例えば、上記実施の形態で説明された一部の処理が、デジタル信号処理ではなくアナログ信号処理によって実現されてもよい。
 また、例えば、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよいし、複数の処理が並行して実行されてもよい。
 また、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)またはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
 また、各構成要素は、回路(または集積回路)でもよい。これらの回路は、全体として1つの回路を構成してもよいし、それぞれ別々の回路でもよい。また、これらの回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
 また、本発明の全般的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なCD-ROMなどの非一時的な記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及びコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
 例えば、本発明は、騒音低減装置が実行する騒音低減方法として実現されてもよいし、上記騒音低減方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現されてもよい。また、本発明は、上記実施の形態に係る騒音低減装置と、スピーカ(出音装置)と、マイク(集音装置)とを備える騒音低減システムとして実現されてもよい。
 また、上記実施の形態において説明された騒音低減装置の動作における複数の処理の順序は一例である。複数の処理の順序は、変更されてもよいし、複数の処理は、並行して実行されてもよい。
 その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
 本発明の騒音低減装置は、例えば、車室内の騒音を低減する装置として有用である。
 10,10a,10b 騒音低減装置
 11a 第1入力端子
 11b 第2入力端子
 11c 出力端子
 12 基準信号生成部
 12a 周波数検出部
 12b 正弦波生成部
 12c 余弦波生成部
 13 適応フィルタ部
 13a 第1フィルタ
 13b 第2フィルタ
 13c,17b 加算部
 14 第1補正部
 14a 第1制御部
 14b 第1補正信号生成部
 14c 第2補正信号生成部
 15 フィルタ係数更新部
 15a 第1更新部
 15b 第2更新部
 16 記憶部
 17,18 第2補正部
 17a 補正信号生成部
 18a 第2制御部
 18b 第3補正信号生成部
 18c 第4補正信号生成部
 18d 第1係数乗算部
 18e 第2係数乗算部
 18f 第1加算部
 18g 第2加算部
 30 受聴位置
 50 車両
 51 エンジン
 52 エンジン制御部
 53 スピーカ(出音装置)
 54 マイク(集音装置)
 55 車両本体
 56 空間

Claims (6)

  1.  受聴位置における騒音を低減する騒音低減装置であって、
     前記騒音と相関を有する騒音参照信号が入力される第1入力端子と、
     入力された前記騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、
     生成された前記基準信号にフィルタ係数を適用することにより、前記騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成する適応フィルタ部と、
     生成された前記出力信号が出力される出力端子と、
     生成された前記基準信号を前記出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成する第1補正部と、
     前記打ち消し音及び前記騒音の干渉により前記受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号が入力される第2入力端子と、
     前記出力信号または前記基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、生成された前記補正用信号を前記誤差信号に加算することにより、前記誤差信号を前記受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成する第2補正部と、
     生成された前記補正後誤差信号及び生成された前記補正後基準信号に基づいて、前記フィルタ係数を逐次更新するフィルタ係数更新部とを備える
     騒音低減装置。
  2.  前記第2補正部は、前記出力信号を前記所定のパラメータで補正することにより前記補正用信号を生成する
     請求項1に記載の騒音低減装置。
  3.  前記第2補正部は、前記基準信号を前記所定のパラメータで補正し、かつ、前記フィルタ係数を適用することにより前記補正用信号を生成する
     請求項1に記載の騒音低減装置。
  4.  さらに、複数の前記所定のパラメータが記憶される記憶部を備え、
     前記第2補正部は、
     前記騒音低減装置が用いられる移動体装置の移動状態と相関を有する移動状態信号をさらに取得し、
     取得された前記移動状態信号に応じて前記記憶部に記憶された複数の前記所定のパラメータのうちの1つを選択し、
     前記出力信号または前記基準信号を選択された前記所定のパラメータで補正することによって前記補正用信号を生成する
     請求項1~3のいずれか1項に記載の騒音低減装置。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載の騒音低減装置と、
     前記出力信号を用いて前記打ち消し音を出力する出音装置と、
     前記集音位置に配置され、前記誤差信号を前記第2入力端子に出力する集音装置とを備える
     移動体装置。
  6.  受聴位置における騒音を低減する騒音低減方法であって、
     前記騒音と相関を有する騒音参照信号に基づいて特定される周波数を有する基準信号を生成し、
     生成された前記基準信号にフィルタ係数を適用することにより、前記騒音を低減するための打ち消し音の出力に用いられる出力信号を生成し、
     生成された前記基準信号を前記出力信号の伝達経路の伝達特性に基づいて補正した補正後基準信号を生成し、
     前記出力信号または前記基準信号を所定のパラメータで補正することによって補正用信号を生成し、
     生成された前記補正用信号を、前記打ち消し音及び前記騒音の干渉により前記受聴位置とは異なる集音位置において生じる残留音に基づく誤差信号に加算することにより、前記誤差信号を前記受聴位置において生じる残留音を示す誤差信号に近づけた補正後誤差信号を生成し、
     生成された前記補正後誤差信号及び生成された前記補正後基準信号に基づいて、前記フィルタ係数を逐次更新する
     騒音低減方法。
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