WO2018047790A1 - 能動騒音低減装置、移動体装置、及び、能動騒音低減方法 - Google Patents

能動騒音低減装置、移動体装置、及び、能動騒音低減方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an active noise reduction device that actively reduces a noise by causing a canceling sound to interfere with the noise, a mobile device using the noise, and an active noise reduction method.
  • the present invention provides an active noise reduction device that can reduce the number of adaptive filters in an active noise reduction device that uses a plurality of reference signals.
  • An active noise reduction device is an active noise reduction device that reduces noise in a predetermined space, and includes a plurality of reference signal input units, a combined reference signal generation unit, an adaptive filter unit, and a cancel signal.
  • An output unit, a cancellation sound source, an error signal input unit, a simulated sound transfer characteristic filter unit, and a filter coefficient update unit are provided.
  • Each of the plurality of reference signal input units receives a reference signal having a correlation with the noise.
  • the combined reference signal generation unit generates a combined reference signal using the plurality of input reference signals.
  • the adaptive filter unit generates a cancel signal by applying an adaptive filter to the generated synthesized reference signal.
  • the cancel signal output unit outputs the generated cancel signal.
  • the cancellation sound source generates a cancellation sound in response to the cancellation signal.
  • the error signal input unit receives an error signal corresponding to residual sound due to interference with the noise.
  • the simulated acoustic transfer characteristic filter unit generates a filtered synthesized reference signal obtained by correcting the synthesized reference signal with a simulated transfer characteristic simulating the acoustic transfer characteristic from the cancel signal output unit to the error signal input unit.
  • the filter coefficient update unit sequentially updates the coefficient of the adaptive filter using the error signal and the generated filter synthesis reference signal.
  • the synthesized reference signal generation unit generates the synthesized reference signal by adding a plurality of filters applied to the plurality of inputted reference signals and a plurality of the reference signals to which the plurality of filters are applied. And an adding unit.
  • an active noise reduction device capable of reducing the number of adaptive filters is realized even with an active noise reduction device using a plurality of reference signals. Therefore, since the number of sensors can be increased with the same circuit configuration, the performance can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a vehicle including an active noise reduction device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the active noise reduction apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart of the operation of the active noise reduction apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for generating a combined reference signal.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of spectra of the reference signal and the error signal in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the coherence of each reference signal and combined reference signal with respect to the error signal illustrated in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of filter characteristics of a plurality of filters.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a vehicle including the active noise reduction device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of the active noise reduction apparatus according to the second embodiment.
  • An active noise reduction device is an active noise reduction device that reduces noise in a predetermined space, and includes a plurality of reference signal input units, a combined reference signal generation unit, an adaptive filter unit, and a cancel signal.
  • An output unit, a cancellation sound source, an error signal input unit, a simulated sound transfer characteristic filter unit, and a filter coefficient update unit are provided.
  • Each of the plurality of reference signal input units receives a reference signal having a correlation with the noise.
  • the combined reference signal generation unit generates a combined reference signal using the plurality of input reference signals.
  • the adaptive filter unit generates a cancel signal by applying an adaptive filter to the generated synthesized reference signal.
  • the cancel signal output unit outputs the generated cancel signal.
  • the cancellation sound source generates a cancellation sound in response to the cancellation signal.
  • the error signal input unit receives an error signal corresponding to residual sound due to interference with the noise.
  • the simulated acoustic transfer characteristic filter unit generates a filtered synthesized reference signal obtained by correcting the synthesized reference signal with a simulated transfer characteristic simulating the acoustic transfer characteristic from the cancel signal output unit to the error signal input unit.
  • the filter coefficient update unit sequentially updates the coefficient of the adaptive filter using the error signal and the generated filter synthesis reference signal.
  • the synthesized reference signal generation unit generates the synthesized reference signal by adding a plurality of filters applied to the plurality of inputted reference signals and a plurality of the reference signals to which the plurality of filters are applied. And an adding unit.
  • Such an active noise reduction device can reduce the number of adaptive filters while using a plurality of reference signals.
  • the amount of computation is reduced by reducing the number of adaptive filters.
  • At least one of the plurality of filters is a band pass filter.
  • the active noise reduction device can attenuate unnecessary bands of a plurality of reference signals by using at least one band-pass filter.
  • one of the plurality of filters is a low-pass filter.
  • the active noise reduction device can attenuate unnecessary bands of a plurality of reference signals by the low-pass filter.
  • the plurality of filters have a characteristic that their passbands do not overlap each other.
  • the error signal is input to the error signal input unit from an error signal source arranged in the predetermined space, and each of the plurality of reference signals is a reference signal source arranged outside the predetermined space. It is input from.
  • Such an active noise reduction device can reduce noise by a reference signal acquired from a device arranged outside a predetermined space.
  • the reference signal source is an acceleration sensor or a microphone.
  • Such an active noise reduction device can reduce noise using an acceleration sensor or a microphone as a reference signal source.
  • a mobile device includes a reference signal source that outputs a plurality of the reference signals, and an error signal source that outputs the error signals to the error signal input unit.
  • Such a mobile device can reduce the number of adaptive filters while using a plurality of reference signals.
  • the amount of computation is reduced by reducing the number of adaptive filters.
  • the mobile device is a vehicle
  • the predetermined space is a space in a vehicle interior
  • the noise is road noise
  • Such a mobile device can reduce road noise that can be heard in the space of the passenger compartment.
  • the reference signal source includes an acceleration sensor and a microphone, and a filter having a pass band in a frequency mainly including structure bone noise is applied to the reference signal output from the acceleration sensor.
  • the reference signal output from the microphone is applied with a filter whose pass band is a frequency mainly composed of airborne noise.
  • Such a mobile device can reduce structure bone noise and air bone noise, which is a different generation mechanism from structure bone noise, using one adaptive filter.
  • the active noise reduction method is an active noise reduction method for reducing noise in a predetermined space.
  • a composite reference signal is generated using a plurality of reference signals each correlated with the noise.
  • a cancel signal is generated by applying an adaptive filter to the generated synthesized reference signal.
  • an error signal input unit to which an error signal corresponding to the cancellation sound and a residual sound due to the interference of the noise is input from a cancellation signal output unit that outputs a cancellation sound generated from a cancellation sound source corresponding to the cancellation signal
  • a filtered synthesized reference signal is generated by correcting the synthesized reference signal with simulated transfer characteristics simulating the acoustic transfer characteristics up to the above.
  • the coefficient of the adaptive filter is sequentially updated, and in generating the combined reference signal, a filter is applied to the plurality of reference signals,
  • the combined reference signal is generated by adding the plurality of reference signals to which filters have been applied.
  • Such an active noise reduction method can reduce the number of adaptive filters while using a plurality of reference signals.
  • the amount of computation is reduced by reducing the number of adaptive filters.
  • Embodiment 1 demonstrates the active noise reduction apparatus mounted in a vehicle as an example.
  • 1 is a schematic diagram of a vehicle including an active noise reduction device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a vehicle including an active noise reduction device according to Embodiment 1.
  • the vehicle 50 is an example of a mobile device, and the active noise reduction device 10 according to the first embodiment, two reference signal sources 510 and 511, a canceling sound source 52, an error signal source 53, and a vehicle main body 54. With.
  • the vehicle 50 is specifically an automobile, but is not particularly limited.
  • the reference signal sources 510 and 511 are transducers that output a reference signal having a correlation with the first component and the second component included in the noise N0 in the predetermined space 55, respectively.
  • the reference signal sources 510 and 511 are acceleration sensors and are disposed outside the predetermined space 55.
  • the reference signal source 510 is attached to the subframe, and the reference signal source 511 is attached to the upper part of the suspension.
  • the reference signal sources 510 and 511 are separate acceleration sensors arranged at different positions, but each of two or more outputs of one multi-axis sensor may be used as a reference signal.
  • the number of reference signal sources may be three or more. That is, the vehicle 50 may include one or more reference signal sources that output a plurality of reference signals. Further, since it is necessary to acquire the reference signal at a timing as early as possible in order to satisfy the causality, it is desirable that the reference signal source be installed outside the predetermined space 55. It does not prevent you from being attached to.
  • the noise N0 is, for example, road noise. Since road noise has a complicated propagation path, a configuration in which acceleration sensors are arranged at a plurality of locations is useful.
  • the cancel sound source 52 outputs a cancel sound N1 to a predetermined space using the cancel signal y.
  • the canceling sound source 52 is a speaker, but a canceling sound N1 is output when a part of the structure of the vehicle 50 (for example, a sunroof or the like) is vibrated by a driving mechanism such as an actuator. May be.
  • a plurality of canceling sound sources 52 may be used, and the position of the canceling sound source 52 is not particularly limited.
  • the error signal source 53 detects a residual sound in which the noise N0 and the canceling sound N1 in the predetermined space 55 interfere with each other, and outputs an error signal e based on the residual sound.
  • the error signal source 53 is a transducer such as a microphone, and is preferably installed in a predetermined space 55 such as a headliner. Note that the vehicle 50 may include a plurality of error signal sources 53.
  • the vehicle main body 54 is a structure configured by a chassis and a body of the vehicle 50.
  • the vehicle body 54 forms a predetermined space 55 (vehicle interior space) in which the canceling sound source 52 and the error signal source 53 are arranged.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the active noise reduction device 10.
  • FIG. 3 is a flowchart of the operation of the active noise reduction device 10.
  • the active noise reduction apparatus 10 includes reference signal input terminals 110 and 111, a cancel signal output terminal 12, an error signal input terminal 13, a combined reference signal generation unit 14, and an adaptive filter unit 15. And a simulated acoustic transfer characteristic filter unit 16 and a filter coefficient update unit 17.
  • Each of the adaptive filter unit 15, the simulated acoustic transfer characteristic filter unit 16, and the filter coefficient update unit 17 is realized by a processor such as a DSP (Digital Signal Processor), for example, by a microcomputer or a dedicated circuit and a combination thereof. It may be realized.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the synthesized reference signal generation unit 14 generates a synthesized reference signal using a plurality of input reference signals (S11 in FIG. 3). Specifically, the combined reference signal generation unit 14 generates the combined reference signal xcomb using the reference signal x0 input to the reference signal input 110 and the reference signal x1 input to the reference signal input terminal 111.
  • the reference signal input terminal 110 is an example of a reference signal input unit, and is a terminal formed of metal or the like.
  • a reference signal x0 having a correlation with the first component included in the noise N0 in the predetermined space 55 is input to the reference signal input terminal 110.
  • the reference signal input terminal 111 is an example of a reference signal input unit, and is a terminal formed of metal or the like.
  • a reference signal x 1 having a correlation with the second component included in the noise N 0 in the space 55 is input to the reference signal input terminal 111.
  • the combined reference signal generation unit 14 includes a plurality of filters (filter 140 and filter 141) and an addition unit 149.
  • filters filter 140 and filter 1411
  • addition unit 149 a method for generating the synthesized reference signal
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for generating a combined reference signal.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of spectra of the reference signals x0 and x1 and the error signal e in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the coherence of the reference signals x0 and x1 and the combined reference signals x0 + x1 and xcomb with respect to the error signal e illustrated in FIG. In the graph shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of filter characteristics of the plurality of filters 140 and 141.
  • the synthesized reference signal generation unit 14 first applies the filter 140 to the reference signal x0 (S21).
  • the filter 140 is a filter having a first passband applied to the input reference signal x0.
  • the filter 140 is a low-pass filter (LPF) having a cutoff frequency of 320 Hz. That is, one of the plurality of filters 140 and 141 is a low-pass filter.
  • the first pass band is a band of 320 Hz or less.
  • the first pass band may be set to a band that the user wants to reduce by the active noise reduction device 10 (a band to be subjected to noise reduction). That is, the first pass band may be appropriately determined according to the reference signal x0.
  • the synthesized reference signal generation unit 14 applies the filter 141 to the reference signal x1 (S22).
  • the filter 141 is a filter having a second passband applied to the input reference signal x1.
  • the filter 141 is a band pass filter (BPF) in which the lower limit value of the cutoff frequency is 430 Hz and the upper limit value of the cutoff frequency is 820 Hz. That is, at least one of the plurality of filters 140 and 141 is a bandpass filter.
  • BPF band pass filter
  • the second passband is different from the first passband.
  • the plurality of filters 140 and 141 have different passbands.
  • the second pass band may be set to a band that the user wants to reduce by the active noise reduction device 10 (a band to be subjected to noise reduction). That is, the second pass band may be appropriately determined according to the reference signal x1.
  • the upper limit frequency of the first pass band is equal to or lower than the lower limit frequency of the second pass band. That is, the plurality of filters 140 and 141 have a characteristic that their low pass frequencies do not overlap each other.
  • the adding unit 149 generates a combined reference signal xcomb by adding a plurality of reference signals each having a filter applied thereto (S23). In other words, the adding unit 149 generates a combined reference signal xcomb by adding a plurality of reference signals to which the plurality of filters 140 and 141 are applied one by one.
  • the adding unit 149 generates the combined reference signal xcomb by adding the reference signal x0 to which the filter 140 is applied and the reference signal x1 to which the filter 141 is applied (S23).
  • the generated synthesized reference signal is output to the adaptive filter unit 15 and the simulated acoustic transfer characteristic filter unit 16.
  • the composite reference signal generation unit 14 described above is realized by an analog circuit, for example. That is, each of the filter 140 and the filter 141 is an analog filter circuit, and the adder 149 is realized by an adder circuit using an operational amplifier or the like.
  • the combined reference signal generation unit 14 may be realized by a processor such as a DSP (Digital Signal Processor) or a CPU (Central Processing Unit).
  • the synthesized reference signal generation unit 14 operates based on, for example, a control program (software) stored in the storage unit 18.
  • the control program may be stored in a storage unit different from the storage unit 18 (for example, a storage unit built in the synthesized reference signal generation unit 14).
  • the adaptive filter unit 15 applies (multiplies) the adaptive filter to the combined reference signal xcomb generated by the combined reference signal generation unit 14 to generate the cancel signal y (S12 in FIG. 3).
  • the cancel signal y is used to output a cancel sound N1 for reducing the noise N0, and is output to the cancel signal output terminal 12.
  • the adaptive filter unit 15 is realized by a so-called FIR filter or IIR filter. The adaptive filter unit 15 outputs the generated cancel signal y to the cancel signal output terminal 12.
  • the cancel signal output terminal 12 is an example of a cancel signal output unit, and is a terminal formed of metal or the like.
  • the cancel signal y generated by the adaptive filter unit 15 is output to the cancel signal output terminal 12.
  • a cancel sound source 52 is connected to the cancel signal output terminal 12. Therefore, a cancel signal y is output to the cancel sound source 52 via the cancel signal output terminal 12.
  • the cancel sound source 52 outputs a cancel sound N1 based on the cancel signal y.
  • the simulated acoustic transfer characteristic filter unit 16 generates a filtered synthesized reference signal rcomb obtained by correcting the synthesized reference signal xcomb with a simulated transfer characteristic Chat that simulates the acoustic transfer characteristic from the cancel signal output terminal 12 to the error signal input terminal 13 (FIG. 3 S13).
  • the simulated transfer characteristic Chat is, for example, measured in advance in the space 55 and stored in the storage unit 18.
  • the simulated transfer characteristic Chat may be determined by an algorithm that does not use a predetermined value.
  • the storage unit 18 is a storage device that stores the simulated transfer characteristic Chat.
  • the storage unit 18 also stores a coefficient W of an adaptive filter described later.
  • the storage unit 18 is realized by a semiconductor memory or the like.
  • the active noise reduction device 10 is realized by a processor such as a DSP
  • the storage unit 18 also stores a control program executed by the processor.
  • the storage unit 18 may store other parameters used for signal processing performed by the active noise reduction device 10.
  • the filter coefficient update unit 17 sequentially updates the coefficient W of the adaptive filter based on the error signal e and the generated filtered synthesis reference signal rcomb (S14 in FIG. 3).
  • the error signal e is input from the error signal input terminal 13.
  • the error signal input terminal 13 is an example of an error signal input unit, and is a terminal formed of metal or the like.
  • the error signal input terminal 13 receives an error signal e corresponding to a residual sound caused by interference between the cancel sound N1 and the noise N0 generated from the cancel sound source 52 in response to the cancel signal y.
  • the error signal e is output from the error signal source 53.
  • the filter coefficient update unit 17 calculates the coefficient W of the adaptive filter using the LMS (Least Mean Square) method so that the square sum of the error signal e is minimized, and calculates the coefficient of the calculated adaptive filter. W is output to the adaptive filter unit 15. Further, the filter coefficient update unit 17 sequentially updates the coefficient W of the adaptive filter.
  • the coefficient W of the adaptive filter is expressed by the following (Equation 1). Note that n is a natural number and represents the nth sample in the sampling period Ts. ⁇ is a scalar quantity, and is a step size parameter that determines the update quantity of the coefficient W of the adaptive filter per sampling.
  • the filter coefficient update unit 17 may update the coefficient W of the adaptive filter by a method other than the LMS method.
  • a filter that attenuates a band other than the band that is the target of noise reduction is applied to each of the plurality of reference signals.
  • the coherence with respect to the error signal e of the combined reference signal xcomb obtained by adding the reference signal x0 to which the filter 140 is applied and the reference signal x1 to which the filter 141 is applied is indicated by “xcomb” in FIG.
  • the combined reference signal generation unit 14 can generate a combined reference signal having high coherence in a band in which high coherence is obtained in a single reference signal. For this reason, the adaptive filter part 15 can produce
  • the active noise reduction apparatus 10 since only one adaptive filter unit 15 needs to be used for a plurality of reference signals, the number of adaptive filters (adaptive filter units) is reduced. That is, the calculation amount is reduced.
  • one reference signal and the other reference signal do not overlap with each other in a band to be subjected to noise reduction.
  • the upper limit frequency (320 Hz) of the first pass band is equal to or lower than the lower limit frequency (430 Hz) of the second pass band, and the first pass band and the second pass band do not overlap. That is, the plurality of filters included in the combined reference signal generation unit 14 have characteristics that passbands do not overlap each other. In such a case, the combined reference signal generation method of the combined reference signal generation unit 14 is particularly effective.
  • each of the first passband and the second passband is appropriately set. As a result, an appropriate combined reference signal is generated.
  • the band that is targeted for noise reduction of one reference signal and the band that is targeted for noise reduction of the other reference signal are separated. In some cases, an appropriate composite reference signal is generated.
  • the plurality of reference signals are all output using the acceleration sensor as a reference signal source.
  • the plurality of reference signal sources only need to output signals having a correlation with noise in the space 55.
  • the plurality of reference signal sources may include a multi-axis acceleration sensor, a microphone, and the like.
  • a two-axis acceleration sensor, an active noise reduction device using a microphone as a plurality of reference signal sources, and a vehicle including the active noise reduction device will be described.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a vehicle including the active noise reduction device according to the second embodiment. In the following second embodiment, description will be made mainly on parts different from the first embodiment, and the description overlapping with the first embodiment will be omitted.
  • the vehicle 50 is an example of a mobile device, and includes the active noise reduction device 20 according to the second embodiment.
  • the vehicle 50 includes reference signal sources 56a to 56d and reference signal sources 57a to 57d.
  • the vehicle 50 is specifically an automobile, but is not particularly limited.
  • Each of the reference signal sources 56a to 56d is a transducer that outputs a reference signal having a correlation with the noise N0 in the predetermined space 55.
  • Each of the reference signal sources 56a to 56d is a biaxial acceleration sensor, and outputs two reference signals corresponding to the two axes.
  • the reference signal sources 56a to 56d are arranged outside the predetermined space 55.
  • the reference signal source 56a is attached to a subframe near the left front wheel
  • the reference signal source 56b is attached to a subframe near the right front wheel
  • the reference signal source 56c is attached to a subframe near the left rear wheel
  • the signal source 56d is attached to a subframe near the right rear wheel.
  • Each of the reference signal sources 57a to 57d is a transducer that outputs a reference signal having a correlation with the noise N0 in the predetermined space 55.
  • Each of the reference signal sources 57a to 57d is a microphone and outputs one reference signal.
  • the reference signal sources 57a to 57d are arranged outside the predetermined space 55.
  • the reference signal source 57a is attached to the left front wheel tire house
  • the reference signal source 57b is attached to the right front wheel tire house
  • the reference signal source 57c is attached to the left rear wheel tire house
  • the reference signal source 57d is attached to the tire house on the right rear wheel.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of the active noise reduction device 20.
  • the active noise reduction apparatus 20 includes reference signal input terminals 210a to 212a, 210b to 212b, 210c to 212c, 210d to 212d, a cancel signal output terminal 22, and an error signal input terminal 23.
  • the active noise reduction device 20 includes a first signal processing unit 200a, a second signal processing unit 200b, a third signal processing unit 200c, a fourth signal processing unit 200d, and a cancel signal adding unit 29.
  • the first signal processing unit 200a includes a synthesized reference signal generation unit 24a, adaptive filter units 250a and 251a, simulated acoustic transfer characteristic filter units 260a and 261a, and filter coefficient update units 270a and 271a.
  • Each of the adaptive filter units 250a and 251a, the simulated sound transfer characteristic filter units 260a and 261a, and the filter coefficient update units 270a and 271a is realized by a processor such as a DSP (Digital Signal Processor), for example. It may be realized by a dedicated circuit.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the synthesized reference signal generation unit 24a included in the first signal processing unit 200a includes a reference signal x0 input from the reference signal source 56a to the reference signal input terminal 210a and a reference output from the reference signal source 57a to the reference signal input terminal 212a.
  • the difference from Embodiment 1 is that the signal x2 is a processing target.
  • the filter 240a is applied to the reference signal x0 input to the reference signal input terminal 210a
  • the filter 242a is applied to the reference signal x2 input to the reference signal input terminal 212a.
  • the reference signal source 56a mainly outputs a reference signal having a correlation with the structure bone noise. Therefore, a filter 240a having a passband of a frequency mainly composed of structure bone noise is applied to the reference signal output from the reference signal source 56a (acceleration sensor).
  • the frequency at which the structure bone noise is dominant is, for example, 20-600 Hz.
  • the reference signal source 57a (microphone) mainly outputs a reference signal having a correlation with airborne noise. Therefore, a filter whose pass band is a frequency mainly including airborne noise is applied to the reference signal output from the microphone.
  • the frequency at which airborne noise is dominant is, for example, 400-10000 Hz.
  • the adding unit 249a generates a combined reference signal by adding the reference signal to which the filter 240a is applied and the reference signal to which the filter 242a is applied.
  • the processing performed by the adaptive filter unit 250a, the simulated acoustic transfer characteristic filter unit 260a, and the filter coefficient update unit 270a on the synthesized reference signal generated by the synthesized reference signal generation unit 24a is the same as that of the first embodiment. is there.
  • a cancel signal is output from the adaptive filter unit 250 a to the cancel signal adding unit 29.
  • the reference signal input from the reference signal source 56a to the reference signal input terminal 211a is input to the adaptive filter unit 251a.
  • the adaptive filter unit 251a generates a cancel signal by applying an adaptive filter to the reference signal x1 input to the reference signal input terminal 211a, and outputs the cancel signal to the cancel signal adding unit 29.
  • the simulated acoustic transfer characteristic filter unit 261a generates a filtered reference signal in which the reference signal is corrected with simulated transfer characteristics that simulate the acoustic transfer characteristics from the cancel signal output terminal 22 to the error signal input terminal 23.
  • the simulated transfer characteristic is stored in the storage unit 28, for example.
  • the filter coefficient update unit 271a sequentially updates the coefficient of the adaptive filter using the error signal and the filtered reference signal generated by the simulated acoustic transfer characteristic filter unit 261a.
  • the second signal processing unit 200b receives two reference signals input from the reference signal source 56b to the reference signal input terminals 210b and 211b and a reference signal output from the reference signal source 57b to the reference signal input terminal 212b. Two cancellation signals are output as processing targets. Since the signal processing performed by the second signal processing unit 200b is the same as the signal processing performed by the first signal processing unit 200a, description thereof is omitted.
  • the third signal processing unit 200c processes two reference signals input from the reference signal source 56c to the reference signal input terminals 210c and 211c and a reference signal output from the reference signal source 57c to the reference signal input terminal 212c. As a result, two cancel signals are output. Since the signal processing performed by the third signal processing unit 200c is the same as the signal processing performed by the first signal processing unit 200a, description thereof is omitted.
  • the fourth signal processing unit 200d is to process two reference signals input from the reference signal source 56d to the reference signal input terminals 210d and 211d and a reference signal output from the reference signal source 57d to the reference signal input terminal 212d. As a result, two cancel signals are output. Since the signal processing performed by the fourth signal processing unit 200d is the same as the signal processing performed by the first signal processing unit 200a, description thereof is omitted.
  • the cancel signal adding unit 29 adds a total of eight cancel signals output from the first signal processing unit 200a, the second signal processing unit 200b, the third signal processing unit 200c, and the fourth signal processing unit 200d. Then, the cancel signal after addition is output to the cancel signal output terminal 22.
  • the cancel signal adding unit 29 is realized by, for example, a processor such as a DSP, but may be realized by an adding circuit using a microcomputer or an operational amplifier.
  • the necessary adaptive filter unit is The total is 8. That is, the number of necessary adaptive filter units can be reduced by four.
  • the active noise reduction device 20 the number of adaptive filter units is reduced. That is, the active noise reduction device 20 can reduce the amount of calculation.
  • Embodiments 1 and 2 have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment (Embodiments 1 and 2).
  • an acceleration sensor a biaxial acceleration sensor, and a microphone are exemplified as the reference signal source, but the reference signal source is not limited to such a device.
  • the arrangement of the plurality of reference signal sources is not particularly limited.
  • Each of the plurality of reference signal sources may be arranged somewhere in the vehicle, such as an engine, an axle, a tire, a tire house, a knuckle, an arm, a subframe, or a body.
  • a microphone when used as a reference signal source, it is necessary to dispose the reference signal source at a position farther from the listener than the error signal source.
  • position outside (space) it does not restrict
  • noise in a band of 300 Hz or less and noise in a band of 500 Hz or more and 700 Hz or less are targeted for noise reduction.
  • the structure bone noise and the air bone noise are targeted for noise reduction.
  • there is no particular limitation on the type and band of noise that is targeted for noise reduction For example, drumming noise of 40 Hz or more and 50 Hz or less, engine noise near 100 Hz, tire pattern noise, and the like may be targeted for noise reduction.
  • the plurality of filters included in the combined reference signal generation unit are a low-pass filter and a band-pass filter.
  • the plurality of filters are a low-pass filter, a band-pass filter, and a high-pass filter (HPF). It may be selected as appropriate from the above.
  • both of the plurality of filters may be band-pass filters, one of the plurality of filters may be a low-pass filter, and the other may be a high-pass filter.
  • first reference signal and the second reference signal to which the first filter is applied are combined, and the first reference signal and the third reference signal to which the second filter having a different pass band from the first filter is applied. It may be synthesized.
  • the active 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 configuration of the active noise reduction device according to the above embodiment is an example.
  • the active noise reduction device may include a component such as a D / A converter, a filter, a power amplifier, or an A / D converter.
  • the processing performed by the active noise reduction apparatus is an example.
  • a part of the digital signal processing described in the above embodiment may be realized by analog 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 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 an active noise reduction method executed by an active noise reduction device (computer or DSP), or may be realized as a program for causing a computer or DSP to execute the active noise reduction method.
  • the present invention may also be realized as a combined reference signal generation device (signal processing device) having the same function as the combined reference signal generation unit according to the above embodiment. Such a synthesized reference signal generation device is used together with a general-purpose active noise reduction device, for example.
  • the present invention may also be realized as a mobile device or noise reduction system including the active noise reduction device according to the above embodiment, a plurality of reference signal sources, a cancellation sound source, and an error signal source.
  • the order of the plurality of processes in the operation of the active 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.

Abstract

能動騒音低減装置が備える合成参照信号生成部は、入力された複数の参照信号に一つずつ適用される、複数のフィルタと、複数のフィルタが一つずつ適用された複数の参照信号を加算することにより合成参照信号を生成する加算部とを有する。

Description

能動騒音低減装置、移動体装置、及び、能動騒音低減方法
 本発明は、騒音にキャンセル音を干渉させることでこの騒音を能動的に低減する能動騒音低減装置、これを用いた移動体装置、及び能動騒音低減方法に関する。
 従来、騒音と相関を有する参照信号と、所定空間内の騒音及びキャンセル音が干渉した残留音に基づく誤差信号とを用いてキャンセル音源から騒音を打ち消すためのキャンセル音を出力することにより、騒音を能動的に低減する能動騒音低減装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。能動騒音低減装置は、誤差信号の二乗和が最小になるように、適応フィルタを用いてキャンセル音を出力するためのキャンセル信号を生成する。
国際公開第2014/006846号
 本発明は、複数の参照信号を用いる能動騒音低減装置において、適応フィルタの数を低減することができる能動騒音低減装置等を提供する。
 本発明の一態様に係る能動騒音低減装置は、所定空間内の騒音を低減する能動騒音低減装置であり、複数の参照信号入力部と、合成参照信号生成部と、適応フィルタ部と、キャンセル信号出力部と、キャンセル音源と、誤差信号入力部と、模擬音響伝達特性フィルタ部と、フィルタ係数更新部とを備える。複数の参照信号入力部は、それぞれに前記騒音と相関を有する参照信号が入力される。合成参照信号生成部は、入力された複数の前記参照信号を用いて合成参照信号を生成する。適応フィルタ部は、生成された前記合成参照信号に適応フィルタを適用することにより、キャンセル信号を生成する。キャンセル信号出力部は、生成された前記キャンセル信号を出力する。キャンセル音源は、前記キャンセル信号に対応してキャンセル音を発生する。誤差信号入力部は、前記騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号が入力される。模擬音響伝達特性フィルタ部は、前記キャンセル信号出力部から前記誤差信号入力部までの音響伝達特性を模擬した模擬伝達特性で前記合成参照信号を補正した濾波合成参照信号を生成する。フィルタ係数更新部は、前記誤差信号と、生成された前記濾波合成参照信号とを用いて、前記適応フィルタの係数を逐次更新する。前記合成参照信号生成部は、入力された複数の前記参照信号に適用される、複数のフィルタと、前記複数のフィルタが適用された複数の前記参照信号を加算することにより前記合成参照信号を生成する加算部とを有する。
 本発明によれば、複数の参照信号を用いる能動騒音低減装置であっても、適応フィルタの数を低減することができる能動騒音低減装置が実現される。よって、同じ回路構成でセンサの数を増やすことができるため、性能を向上させることができる。
図1は、実施の形態に係る能動騒音低減装置を備える車両の模式図である。 図2は、実施の形態に係る能動騒音低減装置の機能ブロック図である。 図3は、実施の形態に係る能動騒音低減装置の動作のフローチャートである。 図4は、合成参照信号の生成方法のフローチャートである。 図5は、実施の形態1における参照信号と誤差信号のスペクトルの例を示す図である。 図6は、図5に示す誤差信号に対するそれぞれの参照信号と合成参照信号のコヒーレンスを示す図である。 図7は、複数のフィルタのフィルタ特性の例を示す図である。 図8は、実施の形態2に係る能動騒音低減装置を備える車両の模式図である。 図9は、実施の形態2に係る能動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。例えば、車室内で聞こえる騒音に能動騒音低減装置を適用する場合には、複数箇所にセンサを設置し、複数の参照信号によってマルチプルコヒーレンスを高める構成が考えられる。このような構成では、1つの参照信号に対して1つの適応フィルタが必要となるため、適応フィルタの数が増え、演算量が増加するという問題がある。
 本発明の一態様に係る能動騒音低減装置は、所定空間内の騒音を低減する能動騒音低減装置であり、複数の参照信号入力部と、合成参照信号生成部と、適応フィルタ部と、キャンセル信号出力部と、キャンセル音源と、誤差信号入力部と、模擬音響伝達特性フィルタ部と、フィルタ係数更新部とを備える。複数の参照信号入力部は、それぞれに前記騒音と相関を有する参照信号が入力される。合成参照信号生成部は、入力された複数の前記参照信号を用いて合成参照信号を生成する。適応フィルタ部は、生成された前記合成参照信号に適応フィルタを適用することにより、キャンセル信号を生成する。キャンセル信号出力部は、生成された前記キャンセル信号を出力する。キャンセル音源は、前記キャンセル信号に対応してキャンセル音を発生する。誤差信号入力部は、前記騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号が入力される。模擬音響伝達特性フィルタ部は、前記キャンセル信号出力部から前記誤差信号入力部までの音響伝達特性を模擬した模擬伝達特性で前記合成参照信号を補正した濾波合成参照信号を生成する。フィルタ係数更新部は、前記誤差信号と、生成された前記濾波合成参照信号とを用いて、前記適応フィルタの係数を逐次更新する。前記合成参照信号生成部は、入力された複数の前記参照信号に適用される、複数のフィルタと、前記複数のフィルタが適用された複数の前記参照信号を加算することにより前記合成参照信号を生成する加算部とを有する。
 このような能動騒音低減装置は、複数の参照信号を用いつつ、適応フィルタの数を低減することができる。適応フィルタの数が低減されることにより、演算量が低減される。
 また、例えば、前記複数のフィルタの少なくとも一つは、バンドパスフィルタである。
 このように、能動騒音低減装置は、少なくとも1つのバンドパスフィルタによって、複数の参照信号の不要な帯域を減衰させることができる。
 また、例えば、前記複数のフィルタの一つは、ローパスフィルタである。
 このように、能動騒音低減装置は、ローパスフィルタによって、複数の参照信号の不要な帯域を減衰させることができる。
 また、例えば、前記複数のフィルタは、互いに通過域が重ならない特性を有する。
 このように、複数のフィルタの通過域が重ならないことにより、一方の参照信号が他方の参照信号の騒音低減の対象となる帯域に与える影響を低減できる。
 また、例えば、前記誤差信号は、前記所定空間内に配置された誤差信号源から前記誤差信号入力部に入力され、複数の前記参照信号のそれぞれは、前記所定空間外に配置された参照信号源から入力される。
 このような能動騒音低減装置は、所定の空間外に配置された機器から取得した参照信号によって、騒音を低減することができる。
 また、例えば、前記参照信号源は、加速度センサまたはマイクロフォンである。
 このような能動騒音低減装置は、加速度センサまたはマイクロフォンを参照信号源として、騒音を低減することができる。
 本発明の一態様に係る移動体装置は、複数の前記参照信号を出力する参照信号源と、前記誤差信号を前記誤差信号入力部に出力する誤差信号源とを備える。
 このような移動体装置は、複数の参照信号を用いつつ、適応フィルタの数を低減することができる。適応フィルタの数が低減されることにより、演算量が低減される。
 また、例えば、前記移動体装置は、車両であり、前記所定空間は、車室内の空間であり、前記騒音は、ロードノイズである。
 このような移動体装置は、車室内の空間において聞こえるロードノイズを低減することができる。
 また、例えば、前記参照信号源には、加速度センサ及びマイクロフォンが含まれ、加速度センサが出力する参照信号には、ストラクチャボーンノイズが主である周波数を通過域とするフィルタが適用される。マイクロフォンが出力する参照信号には、エアボーンノイズが主である周波数を通過域とするフィルタが適用される。
 このような移動体装置は、ストラクチャボーンノイズ、及び、ストラクチャボーンノイズとは発生メカニズムが異なるノイズであるエアボーンノイズを1つの適応フィルタを用いて低減することができる。
 本発明の一態様に係る能動騒音低減方法は、所定空間内の騒音を低減する能動騒音低減方法である。それぞれが前記騒音と相関を有する複数の参照信号を用いて合成参照信号を生成する。さらに、生成された前記合成参照信号に適応フィルタを適用することにより、キャンセル信号を生成する。さらに、前記キャンセル信号に対応してキャンセル音源から発生されるキャンセル音を出力するキャンセル信号出力部から、前記キャンセル音及び前記騒音の干渉による残留音に対応する誤差信号が入力される誤差信号入力部までの音響伝達特性を模擬した模擬伝達特性で前記合成参照信号を補正した濾波合成参照信号を生成する。さらに、前記誤差信号と、生成された前記濾波合成参照信号とを用いて、前記適応フィルタの係数を逐次更新し、前記合成参照信号の生成においては、前記複数の参照信号にフィルタを適用し、それぞれにフィルタが適用された前記複数の参照信号を加算することにより前記合成参照信号を生成する。
 このような能動騒音低減方法は、複数の参照信号を用いつつ、適応フィルタの数を低減することができる。適応フィルタの数が低減されることにより、演算量が低減される。
 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)
 [能動騒音低減装置を備える車両の全体構成]
 実施の形態1では、一例として車両に搭載される能動騒音低減装置について説明する。図1は、実施の形態1に係る能動騒音低減装置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、実施の形態1に係る能動騒音低減装置10と、二つの参照信号源510、511と、キャンセル音源52と、誤差信号源53と、車両本体54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。
 参照信号源510、511は、所定の空間55における騒音N0に含まれる第1成分、第2成分とそれぞれ相関を有する参照信号を出力するトランスデューサである。実施の形態1では、参照信号源510、511は、加速度センサであり、所定の空間55外に配置される。具体的には、参照信号源510はサブフレームに取り付けられ、参照信号源511はサスペンション上部に取り付けられる。図1では参照信号源510、511は、異なる位置に配置された別々の加速度センサであるが、1つの多軸センサの2つ以上の出力のそれぞれが参照信号として使用されてもよい。
 また、実施の形態1では参照信号源の数が2つの場合について説明されるが、参照信号源の数は、3つ以上でもよい。つまり、車両50は、複数の参照信号を出力する1以上の参照信号源を備えればよい。さらに、参照信号は因果律を満たすために騒音よりも極力早いタイミングで取得することが必要であるため、参照信号源は所定の空間55よりも外側に設置されることが望ましいが、所定の空間内に取り付けられることを妨げるものではない。
 なお、図2に示すように騒音N0は、例えば、ロードノイズである。ロードノイズは伝播経路が複雑であるため、複数箇所に加速度センサを配置する構成が有用である。
 キャンセル音源52は、キャンセル信号yを用いてキャンセル音N1を所定の空間に出力する。実施の形態1では、キャンセル音源52は、スピーカであるが、車両50の一部の構造体(例えば、サンルーフなど)がアクチュエータ等の駆動機構によって加振されることにより、キャンセル音N1が出力されてもよい。また、能動騒音低減装置10において、複数のキャンセル音源52が使用されてもよく、キャンセル音源52の位置は特に限定されない。
 誤差信号源53は、所定の空間55における騒音N0とキャンセル音N1とが干渉した残留音を検出し、残留音に基づく誤差信号eを出力する。誤差信号源53は、マイクロフォン等のトランスデューサであり、ヘッドライナー等、所定の空間55内に設置されることが望ましい。なお、車両50は、誤差信号源53を複数備えてもよい。
 車両本体54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54は、キャンセル音源52及び誤差信号源53が配置される所定の空間55(車室内空間)を形成する。
 [能動騒音低減装置の構成及び動作]
 次に、能動騒音低減装置10の構成及び動作について説明する。図2は、能動騒音低減装置10の機能ブロック図である。図3は、能動騒音低減装置10の動作のフローチャートである。
 図2に示されるように、能動騒音低減装置10は、参照信号入力端子110、111と、キャンセル信号出力端子12と、誤差信号入力端子13と、合成参照信号生成部14と、適応フィルタ部15と、模擬音響伝達特性フィルタ部16と、フィルタ係数更新部17とを備える。適応フィルタ部15、模擬音響伝達特性フィルタ部16、及び、フィルタ係数更新部17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及びその組み合わせによって実現されてもよい。以下、図3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。
 [合成参照信号の生成]
 まず、合成参照信号生成部14は、入力された複数の参照信号を用いて合成参照信号を生成する(図3のS11)。合成参照信号生成部14は、具体的には、参照信号入力110に入力された参照信号x0、及び、参照信号入力端子111に入力された参照信号x1を用いて合成参照信号xcombを生成する。
 参照信号入力端子110は、参照信号入力部の一例であって、金属等により形成される端子である。参照信号入力端子110には、所定の空間55内の騒音N0に含まれる第1成分と相関を有する参照信号x0が入力される。
 参照信号入力端子111は、参照信号入力部の一例であって、金属等により形成される端子である。参照信号入力端子111には、空間55内の騒音N0に含まれる第2成分と相関を有する参照信号x1が入力される。
 合成参照信号生成部14は、具体的には、複数のフィルタ(フィルタ140及びフィルタ141)と、加算部149とを有する。以下、図2に加えて図4~図7を参照しながら合成参照信号の生成方法について説明する。図4は、合成参照信号の生成方法のフローチャートである。図5は、実施の形態1における参照信号x0、x1と誤差信号eのスペクトルの例を示す図である。図6は、図5に示す誤差信号eに対するそれぞれの参照信号x0、x1と合成参照信号x0+x1、xcombのコヒーレンスを示す図である。図6に示すグラフにおいては、参照信号x0が高いコヒーレンスを有する帯域と、参照信号x1が高いコヒーレンスを有する帯域とが重複していない。つまり、第1の成分と相関を有する帯域と、第2の成分と相関を有する帯域とが重複していない。図7は、複数のフィルタ140、141のフィルタ特性の例を示す図である。
 合成参照信号生成部14は、まず、参照信号x0にフィルタ140を適用する(S21)。フィルタ140は、入力された参照信号x0に適用される、第1通過域を有するフィルタである。
 実施の形態1では、参照信号x0のうち所定周波数(例えば、280Hz)以下の帯域で高いコヒーレンスを有するので、この帯域を騒音低減の対象とする。したがって、フィルタ140は、カットオフ周波数が320Hzのローパスフィルタ(LPF)である。つまり、複数のフィルタ140、141の一つは、ローパスフィルタである。この場合、第1通過域は、320Hz以下の帯域となる。第1通過域は、ユーザが能動騒音低減装置10によって低減したい帯域(騒音低減の対象となる帯域)に定められればよい。つまり、第1通過域は、参照信号x0に応じて適宜定められればよい。
 次に、合成参照信号生成部14は、参照信号x1にフィルタ141を適用する(S22)。フィルタ141は、入力された参照信号x1に適用される、第2通過域を有するフィルタである。
 実施の形態1では、参照信号x1のうち所定周波数(例えば、500Hz以上700Hz以下)の帯域で高いコヒーレンスを有するので、この帯域を騒音低減の対象とする。つまり、参照信号x0とx1とは、騒音低減の対象となる帯域が異なる。したがって、フィルタ141は、カットオフ周波数の下限値が430Hz、カットオフ周波数の上限値が820Hzであるバンドパスフィルタ(BPF)である。つまり、複数のフィルタ140、141の少なくとも一つは、バンドパスフィルタである。
 第2通過域は、第1通過域と異なる。言い換えれば、複数のフィルタ140、141は、互いに通過域が異なる。第2通過域は、ユーザが能動騒音低減装置10によって低減したい帯域(騒音低減の対象となる帯域)に定められればよい。つまり、第2通過域は、参照信号x1に応じて適宜定められればよい。
 このように、実施の形態1では、第1通過域の上限周波数は、第2通過域の下限周波数以下である。つまり、複数のフィルタ140、141は、互いに通過低域が重ならない特性を有する。
 加算部149は、それぞれにフィルタが適用された複数の参照信号を加算することにより合成参照信号xcombを生成する(S23)。言い換えれば、加算部149は、複数のフィルタ140、141が一つずつ適用された複数の参照信号を加算することにより合成参照信号xcombを生成する。
 加算部149は、具体的には、フィルタ140が適用された参照信号x0、及び、フィルタ141が適用された参照信号x1を加算することにより合成参照信号xcombを生成する(S23)。生成された合成参照信号は、適応フィルタ部15、及び、模擬音響伝達特性フィルタ部16に出力される。
 以上説明した合成参照信号生成部14は、例えば、アナログ回路によって実現される。つまり、フィルタ140及びフィルタ141の各々は、アナログフィルタ回路であり、加算部149は、オペアンプなどを用いた加算回路によって実現される。合成参照信号生成部14は、DSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサ、またはCPU(Central Processing Unit)などによって実現されてもよい。この場合、合成参照信号生成部14は、例えば、記憶部18に記憶された制御プログラム(ソフトウェア)に基づいて動作する。なお、制御プログラムは、記憶部18と別の記憶部(例えば、合成参照信号生成部14に内蔵される記憶部)に記憶されてもよい。
 [キャンセル信号の生成]
 適応フィルタ部15は、合成参照信号生成部14によって生成された合成参照信号xcombに適応フィルタを適用(乗算)することにより、キャンセル信号yを生成する(図3のS12)。キャンセル信号yは、騒音N0を低減するためのキャンセル音N1の出力に用いられ、キャンセル信号出力端子12に出力される。適応フィルタ部15は、いわゆるFIRフィルタやIIRフィルタで実現する。適応フィルタ部15は、生成したキャンセル信号yをキャンセル信号出力端子12に出力する。
 キャンセル信号出力端子12は、キャンセル信号出力部の一例であって、金属等により形成される端子である。キャンセル信号出力端子12には、適応フィルタ部15によって生成されたキャンセル信号yが出力される。キャンセル信号出力端子12には、キャンセル音源52が接続される。このため、キャンセル音源52にはキャンセル信号出力端子12を介してキャンセル信号yが出力される。キャンセル音源52は、キャンセル信号yに基づいてキャンセル音N1を出力する。
 [合成参照信号の補正]
 模擬音響伝達特性フィルタ部16は、キャンセル信号出力端子12から誤差信号入力端子13までの音響伝達特性を模擬した模擬伝達特性Chatで合成参照信号xcombを補正した濾波合成参照信号rcombを生成する(図3のS13)。模擬伝達特性Chatは、例えば、あらかじめ空間55において実測され、記憶部18に記憶される。なお、模擬伝達特性Chatは、あらかじめ定めた値を使用しないアルゴリズムによって定められてもよい。
 記憶部18は、模擬伝達特性Chatが記憶される記憶装置である。記憶部18には、後述する適応フィルタの係数Wなども記憶される。記憶部18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、能動騒音低減装置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18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18には、能動騒音低減装置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。
 [適応フィルタの係数更新]
 フィルタ係数更新部17は、誤差信号e及び生成された濾波合成参照信号rcombに基づいて、適応フィルタの係数Wを逐次更新する(図3のS14)。誤差信号eは、誤差信号入力端子13から入力される。
 誤差信号入力端子13は、誤差信号入力部の一例であって、金属等により形成される端子である。誤差信号入力端子13には、キャンセル信号yに対応してキャンセル音源52から発生されるキャンセル音N1と騒音N0との干渉による残留音に対応する誤差信号eが入力される。誤差信号eは、誤差信号源53によって出力される。
 フィルタ係数更新部17は、具体的には、LMS(Least Mean Square)法を用いて、誤差信号eの二乗和が最小になるように適応フィルタの係数Wを算出し、算出した適応フィルタの係数Wを適応フィルタ部15に出力する。また、フィルタ係数更新部17は、適応フィルタの係数Wを逐次更新する。濾波合成参照信号rcombのベクトルをRと表現すると、適応フィルタの係数Wは、以下の(式1)で表現される。なお、nは自然数であり、サンプリング周期Tsでn番目のサンプルを表す。μはスカラ量であり、1サンプリング当たりの適応フィルタの係数W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-M000001
 なお、フィルタ係数更新部17は、LMS法以外の方法で適応フィルタの係数Wを更新してもよい。
 [効果等]
 上述した合成参照信号の生成方法によって得られる効果について上記図6を参照しながら説明する。
 まず本能動騒音低減装置を用いず、2つの参照信号を直接加算した場合、加算後の信号の、誤差信号eに対するコヒーレンスは、図6において「x0+x1」で示される。加算後の信号においては、単体の参照信号x0、x1において高いコヒーレンスが確保されていた帯域で、コヒーレンスが低下してしまう。
 このように、2つの参照信号を直接加算するとコヒーレンスの低下を招く。したがって、一方の参照信号と他方の参照信号とを加算せずに、複数の参照信号のそれぞれを、互いに異なる適応フィルタ部に入力する構成が一般的である。そうすると、1つの参照信号に対して1つの適応フィルタ部が必要となるため、適応フィルタ部の数が増え、演算量が増加するという問題がある。
 これに対し、能動騒音低減装置10では、騒音低減の対象となる帯域以外の帯域を減衰させるフィルタが、複数の参照信号のそれぞれに適用される。フィルタ140が適用された参照信号x0とフィルタ141が適用された参照信号x1とが加算された合成参照信号xcombの誤差信号eに対するコヒーレンスは、図6の「xcomb」によって示される。
 誤差信号eに対する合成参照信号xcombのコヒーレンスは、単体の参照信号で高いコヒーレンスが得られていた帯域において、同等のコヒーレンスが確保されている。
 このように、合成参照信号生成部14は、単体の参照信号において高いコヒーレンスが得られていた帯域のコヒーレンスが高い合成参照信号を生成することができる。このため、適応フィルタ部15は、合成参照信号に基づいて適切なキャンセル信号を生成することができる。能動騒音低減装置10では、複数の参照信号に対して適応フィルタ部15が1つ使用されればよいため、適応フィルタ(適応フィルタ部)の数が低減される。つまり、演算量が低減される。
 なお、実施の形態1では、一方の参照信号と他方の参照信号とは、騒音低減の対象となる帯域が重ならない。また、第1通過域の上限周波数(320Hz)は、第2通過域の下限周波数(430Hz)以下であり、第1通過域と第2通過域とは重ならない。つまり、合成参照信号生成部14が有する複数のフィルタは、互いに通過域が重ならない特性を有する。このような場合に、合成参照信号生成部14の合成参照信号の生成方法は、特に有効である。
 しかしながら、一方の参照信号の騒音低減の対象となる帯域と、他方の参照信号の騒音低減の対象となる帯域とが重なる場合も、第1通過域及び第2通過域のそれぞれが適切に設定されることにより、適切な合成参照信号が生成される。同様に、第1通過域と第2通過域とが重なる場合も、一方の参照信号の騒音低減の対象となる帯域と、他方の参照信号の騒音低減の対象となる帯域とが切り分けられるような場合には、適切な合成参照信号が生成される。
 (実施の形態2)
 実施の形態1では、複数の参照信号は、いずれも加速度センサを参照信号源として出力された。しかしながら、複数の参照信号源は、空間55内の騒音と相関を有する信号を出力できればよい。例えば、複数の参照信号源には、多軸加速度センサ、及び、マイクロフォンなどが含まれてもよい。実施の形態2では、2軸加速度センサ、及び、マイクロフォンを複数の参照信号源として使用する能動騒音低減装置、及び、これを備える車両について説明する。図8は、実施の形態2に係る能動騒音低減装置を備える車両の模式図である。なお、以下の実施の形態2では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明が行われ、実施の形態1と重複する内容については説明が省略される。
 図8に示されるように、車両50は、移動体装置の一例であって、実施の形態2に係る能動騒音低減装置20を備える。また、車両50は、参照信号源56a~56dと、参照信号源57a~57d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。
 参照信号源56a~56dの各々は、所定の空間55における騒音N0と相関を有する参照信号を出力するトランスデューサである。参照信号源56a~56d各々は、2軸加速度センサであり、2軸に対応した2つの参照信号を出力する。
 参照信号源56a~56dは、所定の空間55外に配置される。参照信号源56aは、左前輪付近のサブフレームに取り付けられ、参照信号源56bは、右前輪付近のサブフレームに取り付けられ、参照信号源56cは、左後輪付近のサブフレームに取り付けられ、参照信号源56dは、右後輪付近のサブフレームに取り付けられる。
 参照信号源57a~57dの各々は、所定の空間55における騒音N0と相関を有する参照信号を出力するトランスデューサである。参照信号源57a~57d各々は、マイクロフォンであり、1つの参照信号を出力する。
 参照信号源57a~57dは、所定の空間55外に配置される。参照信号源57aは、左前輪のタイヤハウスに取り付けられ、参照信号源57bは、右前輪のタイヤハウスに取り付けられ、参照信号源57cは、左後輪のタイヤハウスに取り付けられ、参照信号源57dは、右後輪のタイヤハウスに取り付けられる。
 次に、能動騒音低減装置20の構成について説明する。図9は、能動騒音低減装置20の機能ブロック図である。
 図9に示されるように、能動騒音低減装置20は、参照信号入力端子210a~212a、210b~212b、210c~212c、210d~212dと、キャンセル信号出力端子22と、誤差信号入力端子23とを備える。また、能動騒音低減装置20は、第1信号処理部200a、第2信号処理部200b、第3信号処理部200c、第4信号処理部200d、及び、キャンセル信号加算部29を備える。
 第1信号処理部200aは、合成参照信号生成部24aと、適応フィルタ部250a、251aと、模擬音響伝達特性フィルタ部260a、261aと、フィルタ係数更新部270a、271aとを備える。適応フィルタ部250a、251a、模擬音響伝達特性フィルタ部260a、261a、及び、フィルタ係数更新部270a、271aの各々は、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。
 第1信号処理部200aが備える合成参照信号生成部24aは、参照信号源56aから参照信号入力端子210aに入力される参照信号x0と、参照信号源57aから参照信号入力端子212aに出力される参照信号x2とを処理対象とする点が実施の形態1と異なる。具体的には、参照信号入力端子210aに入力された参照信号x0にフィルタ240aが適用され、参照信号入力端子212aに入力された参照信号x2にフィルタ242aが適用される。
 なお、参照信号源56aは、主に、ストラクチャボーンノイズと相関を有する参照信号を出力する。そこで、参照信号源56a(加速度センサ)が出力する参照信号には、ストラクチャボーンノイズが主である周波数を通過域とするフィルタ240aが適用される。ストラクチャボーンノイズが主である周波数は、例えば、20-600Hzである。
 一方、参照信号源57a(マイクロフォン)は、主に、エアボーンノイズと相関を有する参照信号を出力する。そこで、マイクロフォンが出力する参照信号には、エアボーンノイズが主である周波数を通過域とするフィルタが適用される。エアボーンノイズが主である周波数は、例えば、400-10000Hzである。
 加算部249aは、フィルタ240aが適用された参照信号と、フィルタ242aが適用された参照信号とを加算することにより合成参照信号を生成する。
 合成参照信号生成部24aによって生成された合成参照信号に対して、適応フィルタ部250a、模擬音響伝達特性フィルタ部260a、及び、フィルタ係数更新部270aによって行われる処理は、実施の形態1と同様である。適応フィルタ部250aからキャンセル信号加算部29には、キャンセル信号が出力される。
 一方、参照信号源56aから参照信号入力端子211aに入力される参照信号は、適応フィルタ部251aに入力される。適応フィルタ部251aは、参照信号入力端子211aに入力される参照信号x1に適応フィルタを適用することにより、キャンセル信号を生成し、キャンセル信号加算部29に出力する。なお、模擬音響伝達特性フィルタ部261aは、キャンセル信号出力端子22から誤差信号入力端子23までの音響伝達特性を模擬した模擬伝達特性で参照信号を補正した濾波参照信号を生成する。模擬伝達特性は、例えば、記憶部28に記憶される。フィルタ係数更新部271aは、誤差信号と、模擬音響伝達特性フィルタ部261aによって生成された濾波参照信号とを用いて、適応フィルタの係数を逐次更新する。
 このように、第1信号処理部200aからは2つのキャンセル信号が出力される。
 また、第2信号処理部200bは、参照信号源56bから参照信号入力端子210b、211bに入力される2つの参照信号、及び、参照信号源57bから参照信号入力端子212bに出力される参照信号を処理対象として、2つのキャンセル信号を出力する。第2信号処理部200bによって行われる信号処理は、第1信号処理部200aによって行われる信号処理と同様であるため説明を省略する。
 第3信号処理部200cは、参照信号源56cから参照信号入力端子210c、211cに入力される2つの参照信号、及び、参照信号源57cから参照信号入力端子212cに出力される参照信号を処理対象として、2つのキャンセル信号を出力する。第3信号処理部200cによって行われる信号処理は、第1信号処理部200aによって行われる信号処理と同様であるため説明を省略する。
 第4信号処理部200dは、参照信号源56dから参照信号入力端子210d、211dに入力される2つの参照信号、及び、参照信号源57dから参照信号入力端子212dに出力される参照信号を処理対象として、2つのキャンセル信号を出力する。第4信号処理部200dによって行われる信号処理は、第1信号処理部200aによって行われる信号処理と同様であるため説明を省略する。
 キャンセル信号加算部29は、第1信号処理部200a、第2信号処理部200b、第3信号処理部200c、及び、第4信号処理部200dから2つずつ出力される合計8つのキャンセル信号を加算し、加算後のキャンセル信号をキャンセル信号出力端子22に出力する。キャンセル信号加算部29は、例えば、DSP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オペアンプなどを用いた加算回路によって実現されてもよい。
 合成参照信号生成部24aを備えない従来の能動騒音低減装置において、図8に示されるように2軸加速度センサを4つと、マイクロフォン4つとを参照信号源とする場合、参照信号の数だけ適応フィルタ部が必要となる。つまり、合計12個の適応フィルタ部が必要となる。
 これに対し、能動騒音低減装置20では、参照信号源57a~57dから出力される参照信号が、参照信号源56a~56dから出力される参照信号と合成されるため、必要な適応フィルタ部は、合計8個となる。つまり、必要な適応フィルタ部の数を4個低減することができる。
 なお、図8及び図9の例では、キャンセル音源52は、1つであるが、例えば、車両50内の4つの座席のドア側にそれぞれキャンセル音源52が配置されるような場合がある。つまり、キャンセル音源52が4つ配置される場合がある。この場合、従来の能動騒音低減装置では、合計、4×12=48個の適応フィルタ部が必要となるが、能動騒音低減装置20のような構成であれば、必要な適応フィルタ部の数は、4×8=32個となる。
 このように、能動騒音低減装置20では、適応フィルタ部の数が低減される。つまり、能動騒音低減装置20では、演算量を低減することができる。
 (その他の実施の形態)
 以上、実施の形態1及び2について説明したが、本発明は、上記実施の形態(実施の形態1及び2)に限定されるものではない。
 上記実施の形態では、参照信号源として、加速度センサ、2軸加速度センサ、及び、マイクロフォンが例示されたが、参照信号源は、このような機器に限定されない。
 また、複数の参照信号源の配置も特に限定されない。複数の参照信号源のそれぞれは、エンジン、車軸、タイヤ、タイヤハウス、ナックル、アーム、サブフレーム、またはボディなど、車両のどこかに配置されればよい。特に、参照信号源としてマイクロフォンが用いられるような場合は、誤差信号源よりも受聴者から離れた位置に配置される必要があるため、参照信号源は、車室内空間(騒音低減の対象となる空間)の外に配置されるとよいが、設置位置を制限するものではない。
 また、上記実施の形態1では、300Hz以下の帯域のノイズ及び500Hz以上700Hz以下の帯域のノイズが騒音低減の対象とされた。また、上記実施の形態2では、ストラクチャボーンノイズ及びエアボーンノイズが騒音低減の対象とされた。しかしながら、騒音低減の対象となるノイズの種類及び帯域についても特に限定されない。例えば、40Hz以上50Hz以下のドラミングノイズ、100Hz付近のエンジンのこもり音、タイヤのパターンノイズなどが騒音低減の対象とされてもよい。
 また、上記実施の形態では、合成参照信号生成部が有する複数のフィルタは、ローパスフィルタ及びバンドパスフィルタであったが、複数のフィルタは、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、及び、ハイパスフィルタ(HPF)の中から適宜選択されればよい。例えば、複数のフィルタの両方がバンドパスフィルタであってもよいし、複数のフィルタの一つがローパスフィルタであって、かつ、他方がハイパスフィルタであってもよい。
 また、第1フィルタが適用された第1参照信号と第2参照信号とが合成され、第1フィルタとは通過帯域が異なる第2フィルタが適用された上記第1参照信号と第3参照信号が合成されてもよい。
 上記実施の形態に係る能動騒音低減装置は、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、上記実施の形態に係る能動騒音低減装置の構成は、一例である。例えば、能動騒音低減装置は、D/A変換器、フィルタ、電力増幅器、または、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能動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デジタル信号処理の一部が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、能動騒音低減装置(コンピュータまたはDSP)が実行する能動騒音低減方法として実現されてもよいし、上記能動騒音低減方法をコンピュータまたはDSP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合成参照信号生成部と同一の機能を有する、合成参照信号生成装置(信号処理装置)として実現されてもよい。このような合成参照信号生成装置は、例えば、汎用の能動騒音低減装置とともに使用される。また、本発明は、上記実施の形態に係る能動騒音低減装置と、複数の参照信号源と、キャンセル音源と、誤差信号源とを備える移動体装置または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能動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。
 10,20 能動騒音低減装置
 110,111,210a~212a,210b~212b,210c~212c,210d~212d 参照信号入力端子
 12,22 キャンセル信号出力端子
 13,23 誤差信号入力端子
 14,24a 合成参照信号生成部
 140,141,240a,242a フィルタ
 149,249a 加算部
 29 キャンセル信号加算部
 15,250a,251a 適応フィルタ部
 16,260a,261a 模擬音響伝達特性フィルタ部
 17,270a,271a フィルタ係数更新部
 18,28 記憶部
 200a 第1信号処理部
 200b 第2信号処理部
 200c 第3信号処理部
 200d 第4信号処理部
 50 車両
 510,511,56a~56d,57a~57d 参照信号源
 52 キャンセル音源
 53 誤差信号源
 54 車両本体
 55 空間
 N0 騒音
 N1 キャンセル音

Claims (10)

  1.  所定空間内の騒音を低減する能動騒音低減装置であって、
     前記騒音と相関を有する複数の参照信号の各々が入力される複数の参照信号入力部と、
     入力された前記複数の参照信号を用いて合成参照信号を生成する合成参照信号生成部と、
     生成された前記合成参照信号に適応フィルタを適用することにより、キャンセル信号を生成する適応フィルタ部と、
     生成された前記キャンセル信号を出力するキャンセル信号出力部と、
     前記キャンセル信号に対応してキャンセル音を発生するキャンセル音源と、前記騒音との干渉による残留音に対応する誤差信号が入力される誤差信号入力部と、
     前記キャンセル信号出力部から前記誤差信号入力部までの音響伝達特性を模擬した模擬伝達特性で前記合成参照信号を補正した濾波合成参照信号を生成する模擬音響伝達特性フィルタ部と、
     前記誤差信号と、生成された前記濾波合成参照信号とを用いて、前記適応フィルタの係数を逐次更新するフィルタ係数更新部とを備え、
     前記合成参照信号生成部は、
     入力された前記複数の参照信号の各々に適用される、複数のフィルタと、
     前記複数のフィルタの各々が適用された前記複数の参照信号の各々を加算することにより前記合成参照信号を生成する加算部とを有する
     能動騒音低減装置。
  2.  前記複数のフィルタの少なくとも一つは、バンドパスフィルタである
     請求項1に記載の能動騒音低減装置。
  3.  前記複数のフィルタの一つは、ローパスフィルタである
     請求項2に記載の能動騒音低減装置。
  4.  前記複数のフィルタは、互いに通過域が重ならない特性を有する
     請求項1~3のいずれか1項に記載の能動騒音低減装置。
  5.  前記誤差信号は、前記所定空間内に配置された誤差信号源から前記誤差信号入力部に入力され、
     前記複数の参照信号の各々は、前記所定空間外に配置された参照信号源から入力される
     請求項1~4のいずれか1項に記載の能動騒音低減装置。
  6.  前記参照信号源は、加速度センサまたはマイクロフォンである
     請求項5に記載の能動騒音低減装置。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載の能動騒音低減装置と、
     前記複数の参照信号を出力する参照信号源と、
     前記誤差信号を前記誤差信号入力部に出力する誤差信号源とを備える
     移動体装置。
  8.  前記移動体装置は、車両であり、
     前記所定空間は、車室内の空間であり、
     前記騒音は、ロードノイズである
     請求項7に記載の移動体装置。
  9.  前記参照信号源には、加速度センサ及びマイクロフォンが含まれ、
     前記複数の参照信号のうち加速度センサが出力する参照信号には、ストラクチャボーンノイズが主である周波数を通過域とするフィルタが適用され、
     前記複数の参照信号のうちマイクロフォンが出力する参照信号には、エアボーンノイズが主である周波数を通過域とするフィルタが適用される
     請求項8に記載の移動体装置。
  10.  所定空間内の騒音を低減する能動騒音低減方法であって、
     前記騒音と相関を有する複数の参照信号の各々を用いて合成参照信号を生成し、
     生成された前記合成参照信号に適応フィルタを適用することにより、キャンセル信号を生成し、
     前記キャンセル信号に対応してキャンセル音源から発生されるキャンセル音を出力するキャンセル信号出力部から、前記キャンセル音及び前記騒音の干渉による残留音に対応する誤差信号が入力される誤差信号入力部までの音響伝達特性を模擬した模擬伝達特性で前記合成参照信号を補正した濾波合成参照信号を生成し、
     前記誤差信号と、生成された前記濾波合成参照信号とを用いて、前記適応フィルタの係数を逐次更新し、
     前記合成参照信号の生成においては、
     前記複数の参照信号の各々に複数のフィルタを適用し、
     複数のフィルタ各々が適用された前記複数の参照信号の各々を加算することにより前記合成参照信号を生成する
     能動騒音低減方法。
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