WO2018168335A1

WO2018168335A1 - 能動型騒音低減装置及び能動型騒音低減方法

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Publication number: WO2018168335A1
Application number: PCT/JP2018/005644
Authority: WO
Inventors: 雅文垰; 智史山梨
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2018-09-20
Also published as: DE112018001323B4; CN110402463B; US20200005760A1; US10789934B2; DE112018001323T5; JP2018154173A; CN110402463A; JP6928865B2

Abstract

能動型騒音低減装置は、基準信号生成部と、適応フィルター部と、制御音出力部と、誤差信号検出部と、を有する。適応フィルター部は、制御信号生成部と、フィルター係数更新部と、ステップサイズ設定部と、を有する。制御信号生成部は、基準信号にフィルター係数を乗算して、制御信号を生成する。フィルター係数更新部は、参照信号と誤差信号とに基づいて、誤差信号が最小となるようにフィルター係数を更新する。ステップサイズ設定部は、フィルター係数の更新量を示すステップサイズパラメーターを設定する。フィルター係数更新部は、オーディオ情報特徴量と、制御信号の変化とに基づいて、ステップサイズパラメーターを調整するためのステップサイズ調整係数を設定する。

Description

能動型騒音低減装置及び能動型騒音低減方法

　本発明は、移動体のエンジン振動に伴い車室内に発生するエンジンこもり音を能動的に低減する能動型騒音低減装置及び能動型騒音低減方法に関する。

　近年、車両の走行中に車室内に発生するエンジンこもり音に対して、逆位相で、かつ等振幅の制御音を干渉させることで、エンジンこもり音を低減する能動型騒音低減装置が実用化されている。エンジンこもり音は、エンジンの振動が車体を介して伝達され、閉空間である車室が一定の条件下で共振を起こすことにより発生する放射音であり、エンジンの回転数に同期した顕著な周期性を有する。

　能動型騒音低減装置は、エンジン振動の伝達系における伝達関数を自己適応させることにより、制御点に向けて出力すべき制御音の信号Ｙ（ｎ）（以下「制御信号Ｙ（ｎ）」と称する）を生成する適応フィルターを有している。適応フィルターは、制御信号Ｙ（ｎ）を生成する制御信号生成部と、制御信号生成部のフィルター係数Ｗ（ｎ）を更新するフィルター係数更新部と、を有する。

　フィードフォワード制御方式の適応フィルターにおいて、制御信号生成部は、例えばエンジンパルスに基づく基準信号Ｘ（ｎ）に、フィルター係数Ｗ（ｎ）を乗算して制御信号Ｙ（ｎ）を生成する。この制御信号Ｙ（ｎ）に対応する制御音が制御点に向けて出力される。また、フィルター係数更新部は、制御点に残留する残留騒音に対応する信号Ｅ（ｎ）（制御対象音と制御音の差分、以下「誤差信号Ｅ（ｎ）」と称する）と、参照信号Ｒ（ｎ）に基づいて、誤差信号Ｅ（ｎ）が小さくなるように、フィルター係数Ｗ（ｎ）を逐次更新する。フィルター係数更新部には、例えばＬＭＳアルゴリズム（ＬＭＳ：Least Mean Square）などの最適化アルゴリズムが適用される。

　適応フィルターのタップ長が「１」である場合、すなわち１タップ適応フィルターの場合、時刻（ｎ＋１）におけるフィルター係数Ｗ（ｎ＋１）は、下式（１）で表される。式（１）において、μは、フィルター係数Ｗ（ｎ）の更新量、すなわち収束速度を制御するパラメーターであり、ステップサイズパラメーターと呼ばれる。ステップサイズパラメーターμが小さければ、収束精度は向上するが、収束速度は遅くなる。

　ところで、能動型騒音低減装置で用いられる基準信号Ｘ（ｎ）には、通常、エンジン回転数に相当する周波数（エンジン回転数［ｒｐｍ］／６０［ｓｅｃ］、以下「基本周波数」と称する。）の高次の周波数成分が含まれる。例えば、直列４気筒エンジンの場合、クランクシャフトが２回転する間に４回爆発するので、基本周波数の偶数倍の周波数成分、すなわち２Ｎ次成分（Ｎは正の整数）が、基準信号Ｘ（ｎ）の主要成分となる。つまり、基準信号Ｘ（ｎ）は、基本波となる２次成分と、高調波となる４次成分、６次成分、・・・とを含む。従来、制御信号Ｙ（ｎ）は、基準信号Ｘ（ｎ）に含まれる全ての次数成分に対して、同じフィルター係数Ｗ（ｎ）が乗算されることにより生成されている。

　ここで、上述した能動型騒音低減装置を、オーディオ信号が再生される車室内環境に適用した場合について説明する。信号Ｅ（ｎ）にオーディオ信号が入力された場合に、オーディオ信号を使用してフィルター係数Ｗ（ｎ）の更新がされるため、オーディオ信号を消音してしまう虞がある。このような問題を解決する技術としては、例えば特許文献１，２がある。特許文献１，２では、オーディオ信号の出力レベルの大きさに応じてステップサイズパラメーターμを小さくすることで更新速度を遅くし、オーディオ信号に対する消音効果の影響を低減させる技術が開示されている。

特開平３－１７８８４５号公報特開２００８－２１３７５５号公報

　本発明は、オーディオ信号が再生される環境に適用された場合に、残留異音を低減する事ができる能動型騒音低減装置および能動型騒音低減方法を提供する。

　本発明の一側面を反映した能動型騒音低減装置は、騒音源から発生する周期性を有する制御対象音に対して、制御音を干渉させることにより、車両内の制御点における騒音を能動的に低減する。能動型騒音低減装置は、基準信号生成部と、適応フィルター部と、制御音出力部と、誤差信号検出部と、を有する。基準信号生成部は、制御対象音と相関のある基準信号を生成する。適応フィルター部は、基準信号と、車両内で再生されるオーディオ信号に関するオーディオ情報特徴量とに基づいて制御信号を生成する。制御音出力部は、制御信号に対応する制御音を出力する。誤差信号検出部は、制御点における制御対象音と制御音との干渉による残留騒音を集音し、残留騒音に対応する誤差信号を検出する。適応フィルター部は、参照信号生成部と、制御信号生成部と、フィルター係数更新部と、ステップサイズ設定部と、を有する。参照信号生成部は、適応フィルター部に入力される基準信号に基づいて参照信号を生成する。制御信号生成部は、基準信号にフィルター係数を乗算して、制御信号を生成する。フィルター係数更新部は、参照信号と誤差信号とに基づいて、誤差信号が最小となるようにフィルター係数を更新する。ステップサイズ設定部は、フィルター係数の更新量を示すステップサイズパラメーターを設定する。フィルター係数更新部は、オーディオ情報特徴量と、制御信号の変化とに基づいて、ステップサイズパラメーターを調整するためのステップサイズ調整係数を設定する。

　本発明の別の一側面を反映した能動型騒音低減方法は、騒音源から発生する周期性を有する制御対象音に対して、制御音を干渉させることにより、車両内の制御点における騒音を能動的に低減する。能動型騒音低減方法は、（Ａ）基準信号を生成する工程と、（Ｂ）制御信号を生成する工程と、（Ｃ）制御音を出力する工程と、（Ｄ）誤差信号を検出する工程と、を含む。（Ａ）基準信号を生成する工程では、制御対象音と相関のある基準信号を生成する。（Ｂ）制御信号を生成する工程では、基準信号と、車両内で再生されるオーディオ信号に関するオーディオ情報特徴量とに基づいて制御信号を生成する。（Ｃ）制御音を出力する工程では、制御信号に対応する制御音を出力する。（Ｄ）誤差信号を検出する工程では、制御点における制御対象音と制御音との干渉による残留騒音を集音し、残留騒音に対応する誤差信号を検出する。（Ｂ）制御信号を生成する工程は、（Ｂ１１）参照信号を生成する工程と、（Ｂ１２）制御信号を生成する工程と、（Ｂ１３）フィルター係数を更新する工程と、（Ｂ１４）ステップサイズパラメーターを設定する工程と、を含む。（Ｂ１１）参照信号を生成する工程では、入力される基準信号に基づいて参照信号を生成する。（Ｂ１２）制御信号を生成する工程では、基準信号にフィルター係数を乗算して、制御信号を生成する。（Ｂ１３）フィルター係数を更新する工程では、参照信号と誤差信号に基づいて、誤差信号が最小となるようにフィルター係数を更新する。（Ｂ１４）ステップサイズパラメーターを設定する工程では、フィルター係数の更新量を制御するステップサイズパラメーターを設定する。（Ｂ１３）フィルター係数を更新する工程では、オーディオ情報特徴量と、制御信号の変化とに基づいて、ステップサイズパラメーターを調整するためのステップサイズ調整係数を設定する。

　本発明によれば、能動型騒音低減装置をオーディオ信号が再生される環境に適用した場合に、残留異音を低減する事ができる。

図１は、実施の形態に係る能動型騒音低減装置を示すブロック図である。図２は、適応フィルターの構成を示す図である。

　本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の技術における問題点を簡単に説明する。特許文献１，２に開示された技術では、オーディオ信号の出力レベルの大きさに応じてステップサイズパラメーターμを下げる為、制御信号Ｙ（ｎ）の近傍の周波数のオーディオ信号を誤差信号Ｅ（ｎ）としてフィルター係数Ｗ（ｎ）の更新に使用した場合でも、オーディオ信号に対する適応速度は低減する。しかし一方で、オーディオ信号が制御信号Ｙ（ｎ）の近傍以外の周波数に変化した場合に、オーディオ信号によって誤って更新したフィルター係数Ｗ（ｎ）の値が正常値に変化する間も、低減したステップサイズパラメーターμを用いた適応処理を行う為、残留異音の発生時間が長くなるという問題がある。

　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態に係る能動型騒音低減装置１を示す図である。能動型騒音低減装置１は、エンジンを駆動源として有する車両に搭載される。能動型騒音低減装置１は、エンジンが振動することにより車室内に発生するエンジンこもり音（制御対象音）に対して、逆位相で、かつ等振幅の制御音を干渉させることで、エンジンこもり音を低減する。

　図１に示すように、能動型騒音低減装置１は、回転数取得部１０、基準信号生成部２０、適応フィルター部３０、制御音出力部４０、誤差信号検出部５０、及び音楽情報取得部６０等を有する。

　回転数取得部１０は、エンジンの回転に同期したエンジンパルスに基づいてエンジン回転数を取得する。エンジンパルスは、例えば、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサー（図示略）から入力される。回転数取得部１０は、エンジン回転数を示す回転数情報ＲＰＭを、基準信号生成部２０に出力する。

　基準信号生成部２０は、回転数取得部１０からの回転数情報ＲＰＭに基づいて、エンジン振動の周波数ｆ０（基本周波数）を算出し、制御対象音と相関のある基準信号Ｘ（ｎ）を生成する。基準信号Ｘ（ｎ）は、例えばｓｉｎ成分及びｃｏｓ成分を有し、複数の次数成分を含む。以下において、基準信号Ｘ（ｎ）のｋ次成分をＸｋ（ｎ）で表す。

　直列４気筒エンジンの場合、クランクシャフトが２回転する間に４回爆発するので、基本周波数ｆ０の偶数倍の周波数成分、すなわち２Ｎ次成分（Ｎは正の整数）が、基準信号Ｘ（ｎ）の主要成分となる。ここでは、制御対象音に含まれる２次成分（基本波成分）と、４次成分及び８次成分（高調波成分）を制御対象とする。すなわち、基準信号生成部２０は、２次成分Ｘ２（ｎ）、４次成分Ｘ４（ｎ）、８次成分Ｘ８（ｎ）を含む基準信号Ｘ（ｎ）を生成し、適応フィルター部３０に出力する。なお、基準信号の成分は、基本周波数ｆ０の偶数倍の周波数成分に限らず、基本周波数ｆ０およびその高調波成分から選択することができる。

　例えば、直列４気筒エンジンにおいて、エンジンの回転数が２４００ｒｐｍである場合、基本周波数ｆ０は４０Ｈｚとなる。このとき、基準信号Ｘ（ｎ）の２次成分Ｘ２（ｎ）、４次成分Ｘ４（ｎ）、８次成分Ｘ８（ｎ）の周波数ｆ２、ｆ４、ｆ８は、８０Ｈｚ、１６０Ｈｚ、３２０Ｈｚとなる。

　適応フィルター部３０は、基準信号Ｘ（ｎ）に基づいて制御信号Ｙ（ｎ）を生成する。制御信号Ｙ（ｎ）は、車室内に発生するエンジンこもり音を相殺するための制御音に対応する信号である。

　適応フィルター部３０は、２次成分用の適応フィルター３１、４次成分用の適応フィルター３２、８次成分用の適応フィルター３３、及び加算部３４を有する。すなわち、制御対象となる次数成分ごとに、適応フィルターが設けられている。

　適応フィルター３１～３３は、それぞれ、制御信号Ｙ（ｎ）の２次成分Ｙ２（ｎ）、４次成分Ｙ４（ｎ）、８次成分Ｙ８（ｎ）を生成し、加算部３４に出力する。適応フィルター３１～３３は、例えば、タップ長が「１」である１タップ適応フィルターで構成される。適応フィルター３１～３３の詳細については、後述する。

　加算部３４は、適応フィルター３１～３３から出力される次数成分Ｙ２（ｎ）、Ｙ４（ｎ）、Ｙ８（ｎ）を合成して、制御信号Ｙ（ｎ）を生成し、制御音出力部４０に出力する。

　制御音出力部４０は、車室内の所定位置（例えば後部座席の背後）に配置されるスピーカーを有する。制御音出力部４０は、ＤＡ（digital to analog）コンバーター（図示略）によって制御信号Ｙ（ｎ）をアナログ信号に変換して、スピーカーから制御音を出力する。制御音出力部４０から出力された制御音は、伝達特性Ｃの伝達系（二次経路）を伝達して制御点に到達する。制御点において、一次経路を伝達してきた制御対象音と二次経路を伝達してきた制御音が干渉することにより、制御対象音が消音される。

　誤差信号検出部５０は、制御点近傍（例えば車室中央の天井部）に配置されるマイクロフォンを有する。誤差信号検出部５０は、制御音によって消音されずに残留する残留騒音をマイクロフォンで集音して、残留騒音に対応する誤差信号Ｅ（ｎ）を適応フィルター部３０に出力する。誤差信号Ｅ（ｎ）は、適応フィルター部３０において、フィルター係数Ｗ（ｎ）を更新する際に利用される。

　車室内では、オーディオ信号が再生される。オーディオ信号は、例えば音楽再生機器が再生する音楽信号である。オーディオ信号は、音楽信号に限られず、ラジオ受信機、ナビゲーション装置、またはハンズフリーフォンで再生される、音声信号、効果音、または雑音であっても良い。本実施の形態では音楽信号を例に挙げて説明するが、同様の内容は、他のオーディオ信号に対しても適用できる。

　音楽情報取得部６０は、音楽再生機器から再生されるオーディオ信号に基づいて、音楽情報を取得する。音楽情報としては、例えばカーオーディオ（図示略）のボリューム情報、またはカーオーディオ内のＤＳＰ（Digital Signal Processor）から出力される音楽信号の振幅値の情報が入力される。音楽情報取得部６０は、取得した音楽情報を、適応フィルター部３０に出力する。

　図２は、適応フィルター３１～３３の各々の構成を示す図である。図２において、信号を示す符号の添え字「ｋ」は、ｋ次成分用の信号であることを示す。本実施の形態では、ｋ＝２、４、８である。

　図２に示すように、適応フィルター３１～３３の各々は、制御信号生成部３０１、フィルター係数更新部３０２、参照信号生成部３０３、ステップサイズ設定部３０４、及び音楽情報処理部３０５を有する。

　制御信号生成部３０１は、基準信号Ｘ（ｎ）のｋ次成分Ｘｋ（ｎ）にフィルター係数Ｗｋ（ｎ）を乗算して、制御信号Ｙ（ｎ）のｋ次成分Ｙｋ（ｎ）を生成する。時刻（ｎ＋１）におけるｋ次成分用のフィルター係数Ｗｋ（ｎ＋１）は、下式（２）で表される。

　このように、本実施の形態では、次数成分ごとにステップサイズパラメーターμｋが設定され、フィルター係数Ｗｋ（ｎ）が算出される。制御信号生成部３０１から出力される次数成分Ｙｋ（ｎ）は、加算部３４において合成され、制御信号Ｙ（ｎ）として出力される。

　参照信号生成部３０３は、基準信号Ｘ（ｎ）のｋ次成分Ｘｋ（ｎ）に基づいて参照信号Ｒｋ（ｎ）を生成する。参照信号Ｒｋ（ｎ）には、例えば制御音の伝達系の伝達特性Ｃを模擬した伝達特性Ｃ＾（二次経路モデル）により、基準信号Ｘ（ｎ）を補正した信号が用いられる（いわゆるＦｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘ　ＬＭＳアルゴリズム）。

　ステップサイズ設定部３０４は、フィルター係数Ｗｋ（ｎ）の更新量を制御するステップサイズパラメーターμｋを設定する。ステップサイズ設定部３０４は、基準信号Ｘ（ｎ）におけるｋ次成分Ｘｋ（ｎ）の周波数変動に基づいて、ｋ次成分用のステップサイズパラメーターμｋを設定する。

　音楽情報処理部３０５は、音楽情報取得部６０からの音楽情報に基づいて、音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）を算出する。ここで、音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）は、ｋ次成分に対して算出された特徴量である。以降の説明では、音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）として、音楽情報に含まれるｋ次成分の振幅情報を例に挙げて説明する。なお、後述するように、音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）は振幅情報に限られない。また、特に次数を限定せず、全次数に対する音楽情報特徴量を指す場合はＡ（ｎ）と表記する。

　フィルター係数更新部３０２は、参照信号Ｒｋ（ｎ）と誤差信号Ｅ（ｎ）に基づいて、誤差信号Ｅ（ｎ）が最小となるようにフィルター係数Ｗｋ（ｎ）を逐次更新する。フィルター係数更新部３０２における適応アルゴリズムには、例えば、最急降下法の一種であるＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム等を適用できる。フィルター係数Ｗｋ（ｎ）は、再帰的に誤差信号Ｅ（ｎ）が小さくなるように、言い換えれば制御点での残留騒音が減少するように最適値に収束する。

　フィルター係数更新部３０２は、制御信号Ｙ（ｎ）におけるｋ次成分Ｙｋ（ｎ）の変化傾向と音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）とに基づいて、ステップサイズパラメーターμｋに対するステップサイズ調整係数Ｖｋ（ｎ）を決定する。これにより、音楽再生器からの再生音楽の振幅値が大きい場合に、音楽信号を誤差信号Ｅ（ｎ）に考慮することにより誤って更新されたフィルター係数Ｗｋが短時間で正常な値に戻り、残留異音の発生時間を短くすることが可能になる。

　具体的には、フィルター係数更新部３０２は、音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）の振幅情報が、所定のしきい値以上となった場合に、制御信号Ｙ（ｎ）におけるｋ次成分Ｙｋ（ｎ）と次サンプルでの制御信号Ｙ（ｎ＋１）におけるｋ次成分Ｙｋ（ｎ＋１）の絶対値を比較する。比較の結果、制御信号Ｙ（ｎ）の変化が減少方向にある場合は、ステップサイズパラメーターμｋに対して、ステップサイズ調整係数Ｖ（ｎ）の当該次数成分Ｖｋ（ｎ）を通常時より大きく設定し（表１では、２．０）、このステップサイズ調整係数Ｖｋ（ｎ）を用いてフィルター係数を更新する。これにより、次サンプルの更新量を増加させる。なお、ここでは、通常時の係数を１．０とする。

　フィルター係数更新部３０２は、例えば表１に従ってステップサイズパラメーターμｋに乗算するステップサイズ調整係数Ｖｋ（ｎ）を選択する。すなわち、表１に従うと、制御信号Ｙ（ｎ）が減少方向に向かい、且つ音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）がしきい値以上となった場合にステップサイズ調整係数Ｖ（ｎ）の当該次数成分Ｖｋ（ｎ）は２．０が設定される。ステップサイズパラメーターμｋに対してＶｋ（ｎ）が乗算されるため、フィルター係数Ｗｋ（ｎ）の更新量は２倍となり、更新量が大きくなる。よって、適応フィルターの追従速度が高くなる。

　例えば、直列４気筒エンジンにおいて、エンジンの回転数が２４００ｒｐｍであった場合、基本周波数ｆ０は４０Ｈｚとなり、２次成分ｆ２は、８０Ｈｚとなる。このとき、音楽再生機器から８０Ｈｚの周波数成分を含んだ信号が再生されていた場合に、音楽再生機器からの信号を誤差信号Ｅ（ｎ）に反映した状態で、フィルター係数Ｗ２の更新を行ってしまう。このような状態で、誤ったフィルター係数Ｗ２の更新を長期にわたり行った後に、音楽再生機器から出力される８０Ｈｚの周波数成分を含んだ信号が、振幅が変化せず５０Ｈｚの周波数成分を含む音楽信号に変化したとする。この場合に、フィルター係数Ｗ２の係数値は減少方向の更新となるため、制御信号Ｙ（ｎ）における２次成分Ｙ２（ｎ）と次サンプルでの制御信号Ｙ（ｎ＋１）における２次成分Ｙ２（ｎ＋１）の絶対値を比較すると、減少方向となる。制御信号Ｙ（ｎ）が減少方向であり、且つ音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）がしきい値以上である場合、ステップサイズパラメーターμ２に対して、追従速度が高くなるステップサイズ調整係数Ｖ２（ｎ）が乗算される。これにより、短時間で、フィルター係数を正常な状態（すなわち、誤差信号検出部５０の入力信号に音楽信号が含まれない状態）に対する値に変化させることができる。その結果として８０Ｈｚの残留異音の発生時間を短縮させることができる。本実施の形態では、以上のようなステップサイズパラメーターの調整を各次数成分の適応フィルターに対して行う。

　このように、実施の形態に係る能動型騒音低減装置１は、騒音源から発生する周期性を有する制御対象音に対して、制御音を干渉させることにより、制御点における騒音を能動的に低減する。能動型騒音低減装置１は、基準信号生成部２０と、適応フィルター部３０と、制御音出力部４０と、誤差信号検出部５０と、を有する。基準信号生成部２０は、制御対象音と相関のある、複数の次数成分Ｘｋ（ｎ）を含む基準信号Ｘ（ｎ）を生成する。適応フィルター部３０は、基準信号Ｘ（ｎ）と音楽情報に基づいて制御信号Ｙ（ｎ）を生成する。制御音出力部４０は、制御信号Ｙ（ｎ）に対応する制御音を出力する。誤差信号検出部５０は、制御点における制御対象音と制御音との干渉による残留騒音を集音し、残留騒音に対応する誤差信号Ｅ（ｎ）を検出する。適応フィルター部３０は、複数の次数成分Ｘｋ（ｎ）に対応する複数の適応フィルター３１～３３と、複数の適応フィルター３１～３３から出力される次数成分Ｙｋ（ｎ）を合成して制御信号Ｙ（ｎ）を生成する加算部３４と、を有する。さらに、能動型騒音低減装置１において、複数の適応フィルター３１～３３の各々は、それぞれ、参照信号生成部３０３と、制御信号生成部３０１と、フィルター係数更新部３０２と、ステップサイズ設定部３０４と、音楽情報処理部３０５と、を有する。参照信号生成部３０３は、当該適応フィルターに入力される基準信号Ｘ（ｎ）の次数成分Ｘｋ（ｎ）に基づいて参照信号Ｒｋ（ｎ）を生成する。制御信号生成部３０１は、基準信号Ｘ（ｎ）の当該次数成分Ｘｋ（ｎ）にフィルター係数Ｗｋ（ｎ）を乗算して、制御信号Ｙ（ｎ）の当該次数成分Ｙｋ（ｎ）を生成する。フィルター係数更新部３０２は、参照信号Ｒｋ（ｎ）と誤差信号Ｅ（ｎ）に基づいて、誤差信号Ｅ（ｎ）が最小となるようにフィルター係数Ｗｋ（ｎ）を更新する。ステップサイズ設定部３０４は、フィルター係数Ｗｋ（ｎ）の更新量を制御するステップサイズパラメーターμｋを設定する。音楽情報処理部３０５は、当該適応フィルターに入力される音楽情報に基づいて、音楽情報特徴量を算出する。

　そして、フィルター係数更新部３０２は、制御信号Ｙ（ｎ）の当該次数成分Ｙｋ（ｎ）の変化と、音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）に基づいて、ステップサイズ調整係数Ｖ（ｎ）の当該次数成分Ｖｋ（ｎ）を算出する。算出されたステップサイズ調整係数の次数成分Ｖｋ（ｎ）を用いて、ステップサイズパラメーターμｋの調整をおこなう。

　また、実施の形態に係る能動型騒音低減方法は、以下の工程を含み、騒音源から発生する周期性を有する制御対象音に対して、制御音を干渉させることにより、制御点における騒音を能動的に低減する。すなわち、能動型騒音低減方法は、基準信号Ｘ（ｎ）を生成する工程（Ａ）と、制御信号Ｙ（ｎ）を生成する工程（Ｂ）と、制御音を出力する工程（Ｃ）と、誤差信号Ｅ（ｎ）を検出する工程（Ｄ）と、を含む。基準信号Ｘ（ｎ）を生成する工程（Ａ）では、制御対象音と相関のある、複数の次数成分を含む基準信号Ｘ（ｎ）を生成する。制御信号Ｙ（ｎ）を生成する工程（Ｂ）では、基準信号Ｘ（ｎ）と音楽情報に基づいて制御信号Ｙ（ｎ）を生成する。制御音を出力する工程（Ｃ）では、制御信号Ｙ（ｎ）に対応する制御音を出力する。誤差信号Ｅ（ｎ）を検出する工程（Ｄ）では、制御点における制御対象音と制御音との干渉による残留騒音を集音し、残留騒音に対応する誤差信号Ｅ（ｎ）を検出する。工程（Ｂ）は、複数の次数成分ｋごとに制御信号Ｙ（ｎ）の次数成分Ｙｋ（ｎ）を生成する工程（Ｂ１）と、次数成分Ｙｋ（ｎ）を合成して制御信号Ｙ（ｎ）を生成する工程（Ｂ２）と、を含む。さらに、複数の次数成分ｋごとに制御信号Ｙ（ｎ）の次数成分Ｙｋ（ｎ）を生成する工程（Ｂ１）は、それぞれ、参照信号Ｒｋ（ｎ）を生成する工程（Ｂ１１）と、制御信号Ｙ（ｎ）の当該次数成分Ｙｋ（ｎ）を生成する工程（Ｂ１２）と、フィルター係数Ｗｋ（ｎ）を更新する工程（Ｂ１３）と、ステップサイズパラメーターμｋを設定する工程（Ｂ１４）と、音楽情報特徴量を算出する工程（Ｂ１５）と、を含む。参照信号Ｒｋ（ｎ）を生成する工程（Ｂ１１）では、入力される基準信号Ｘ（ｎ）の次数成分ｋに基づいて参照信号Ｒｋ（ｎ）を生成する。Ｂ１２）制御信号Ｙ（ｎ）の当該次数成分Ｙｋ（ｎ）を生成する工程では、基準信号Ｘ（ｎ）の当該次数成分Ｘｋ（ｎ）にフィルター係数Ｗｋ（ｎ）を乗算して、制御信号Ｙ（ｎ）の当該次数成分Ｙｋ（ｎ）を生成する。フィルター係数Ｗｋ（ｎ）を更新する工程（Ｂ１３）では、参照信号Ｒｋ（ｎ）と誤差信号Ｅ（ｎ）に基づいて、誤差信号Ｅ（ｎ）が最小となるようにフィルター係数Ｗｋ（ｎ）を更新する。ステップサイズパラメーターμｋを設定する工程（Ｂ１４）とでは、フィルター係数Ｗｋ（ｎ）の更新量を制御するステップサイズパラメーターμｋを設定する。音楽情報特徴量を算出する工程（Ｂ１５）では、当該適応フィルターに入力される音楽情報に基づいて、音楽情報特徴量を算出する。

　そして、工程（Ｂ１３）は、制御信号Ｙ（ｎ）と音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）に基づいて、ステップサイズ調整係数Ｖ（ｎ）の当該次数成分Ｖｋ（ｎ）を算出する。算出されたステップサイズ調整係数の次数成分Ｖｋ（ｎ）を用いて、ステップサイズパラメーターμｋの調整をおこなう。

　実施の形態に係る能動型騒音低減装置１及び能動型騒音低減方法によれば、音楽情報特徴量Ａ（ｎ）と制御信号Ｙ（ｎ）の変化とによって、制御対象音の次数成分ごとにステップサイズパラメーターμｋが適切に設定され、設定されたステップサイズパラメーターμｋを用いてフィルター係数Ｗｋ（ｎ）が算出される。このため、音楽信号の振幅や周波数が変動する場合においても、安定した音楽信号の損失低減効果が得られると共に、残留騒音の低減効果が得られる。

　（その他の実施の形態）
　以下、その他の実施の形態について説明する。

　例えば、フィルター係数更新部３０２は、表２に従い、ステップサイズ調整係数Ｖｋ（ｎ）を設定しても良い。表２のように、制御信号Ｙ（ｎ）の当該次数成分Ｙｋ（ｎ）が増加方向であり、且つ音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）がしきい値以上である場合、ステップサイズ調整係数Ｖ（ｎ）の当該次数成分Ｖｋ（ｎ）に通常時より小さい値（表２では、０．５）を設定する事で、更新速度を低くしてもよい。上記ステップサイズ調整係数の設定例を表２に示す。表２に従うと、制御信号Ｙ（ｎ）が増加方向に向かう場合であり、かつ音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）がしきい値以上となった場合にステップサイズ調整係数Ｖ（ｎ）の当該次数成分Ｖｋ（ｎ）は０．５が設定される。このとき、フィルター係数Ｗｋ（ｎ）は－６ｄＢとなり、更新量が小さくなる（追従速度が低くなる）。これにより、音楽再生機器から出力される、制御対象帯域の成分を含む音楽信号が誤差信号検出部に入力され始めた場合、フィルター係数更新部において誤った状態でフィルター係数が更新される程度を軽減することができる。

　さらに、表１に示した実施の形態では、フィルター係数更新部３０２は、ステップサイズ調整係数Ｖ（ｎ）の当該次数成分Ｖｋ（ｎ）を１段階のしきい値で判定を行っているが、表３のように複数のしきい値（しきい値１～しきい値４）で音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）の判定を行ってもよい。

　さらに、ステップサイズ調整比例定数を設定し、音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）に対してシームレスにステップサイズ調整係数Ｖｋ（ｎ）を算出するようにしてもよい。

　上述した実施の形態では、音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）として、音楽情報の各周波数に対する振幅情報を判定値として使用しているが、例として、音楽情報の全周波数に対する平均振幅値、音楽情報の周波数に応じて抽出した特徴量、音楽情報の位相情報、あるいは音楽再生機器のボリューム情報、等を使用してもよい。

　また、上述した実施の形態では、適応フィルターが音楽情報を取得して、音楽情報特徴量Ａ（ｎ）の算出をおこなっているが、音楽再生機器、または外部の機器から、音楽情報特徴量Ａ（ｎ）を受信してもよい。すなわち、適応フィルターから音楽情報処理部３０５を省略してもよい。この場合、当然のことながら、適応フィルターが音楽情報に基づいて音楽情報特徴量を算出する工程も省略される。

　また、上述した実施の形態では、フィルター係数更新部において、ｋ次成分毎に算出された音楽情報特徴量Ａｋ（ｎ）を使用してフィルター係数を更新する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、全周波数帯域に対する音楽情報特徴量Ａ（ｎ）を用いてフィルター係数を更新する方法にも同様に適用できる。この方法により、音楽情報処理部３０５において、各ｋ次成分に対する周波数解析を行わなくてもよくなるため、適応フィルター部における処理量を削減できる。

　また、適応フィルター部３０は、誤差信号Ｅ（ｎ）を安定化する安定化部を有してもよい。安定化部は、例えば制御音の伝達系の伝達特性Ｃを模擬した伝達特性Ｃ＾（二次経路モデル）により、制御信号Ｙ（ｎ）を補正した信号を生成し、これを誤差信号Ｅ（ｎ）と合成する。これにより、制御点における騒音が制御対象音以外の外的要因に起因する騒音を含む場合に、安定性を向上することができる。

　さらに、適応フィルター部３０は、フィルター係数更新部３０２とは別に、基準信号Ｘ（ｎ）と制御信号Ｙ（ｎ）に基づいてフィルター係数を更新する第２のフィルター係数更新部を有してもよい。

　また、上述した実施の形態では、基準信号の各次数成分に対応する複数の適応フィルターを有し、当該複数の適応フィルターが次数成分毎にステップサイズパラメーターμｋの調整を行っていたが、基本周波数を含む複数の次数成分の内の何れか１つの次数成分に対応した１つの適応フィルターのみを有し、当該１つの次数成分のステップサイズパラメーターμｋを調整しても良い。この場合、複数の適応フィルターの出力を合成する加算部、および複数の適応フィルターの出力を合成する工程は省略することができる。

　また、上述した実施の形態では、制御信号Ｙ（ｎ）の変化を検知する際、Ｙ（ｎ）と連続する次サンプルでのＹ（ｎ＋１）との絶対値を比較し、その増減量から増減方向を判定していた。しかしながら、制御信号Ｙ（ｎ）の変化を検知する方法はこれに限られない。例えば、間の空いた２つのサンプルでの制御信号Ｙ（ｎ）を用いても良い。また、３つ以上のサンプルでの制御信号Ｙ（ｎ）を用いて、その変化割合に基づいて増減方向を判定しても良い。

　上述した実施の形態において説明した装置の全部又は一部、又は図１および図２の機能ブロック図に記載された機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）を含む一つ又は一つ以上の電子回路によって実現されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。ここでは、ＬＳＩやＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ(Very Large Scale Integration)、若しくはＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれる場合もある。また、上述した実施の形態において説明した装置の全部又は一部の機能又は動作は、コンピュータプログラムによって実現することが可能である。コンピュータはＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、プログラムはＲＯＭ（Read Only Memory）、光学ディスク、ハードディスクドライブ、などの非一過性記録媒体に記録される。各機能又は動作は、ＣＰＵが非一過性記録媒体に格納されているプログラムを呼び出して実行することにより実現される。

　上述した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　本発明は、エンジン振動に伴い車室内に発生するエンジンこもり音を能動的に低減する能動型騒音低減装置及び能動型騒音低減方法に好適である。

１　能動型騒音低減装置
１０　回転数取得部
２０　基準信号生成部
３０　適応フィルター部
３１，３２，３３　適応フィルター
３４　加算部
４０　制御音出力部
５０　誤差信号検出部
６０　音楽情報取得部
３０１　制御信号生成部
３０２　フィルター係数更新部
３０３　参照信号生成部
３０４　ステップサイズ設定部
３０５　音楽情報処理部

Claims

　騒音源から発生する周期性を有する制御対象音に対して、制御音を干渉させることにより、車両内の制御点における騒音を能動的に低減する能動型騒音低減装置であって、
　前記制御対象音と相関のある基準信号を生成する基準信号生成部と、
　前記基準信号と、前記車両内で再生されるオーディオ信号に関するオーディオ情報特徴量とに基づいて制御信号を生成する適応フィルター部と、
　前記制御信号に対応する制御音を出力する制御音出力部と、
　前記制御点における前記制御対象音と前記制御音との干渉による残留騒音を集音し、前記残留騒音に対応する誤差信号を検出する誤差信号検出部と、を備え、
　前記適応フィルター部は、
　当該適応フィルター部に入力される前記基準信号に基づいて参照信号を生成する参照信号生成部と、
　前記基準信号にフィルター係数を乗算して、前記制御信号を生成する制御信号生成部と、
　前記参照信号と前記誤差信号とに基づいて、前記誤差信号が最小となるように前記フィルター係数を更新するフィルター係数更新部と、
　前記フィルター係数の更新量を示すステップサイズパラメーターを設定するステップサイズ設定部と、を有し、
　前記フィルター係数更新部は、前記オーディオ情報特徴量と、前記制御信号の変化とに基づいて、前記ステップサイズパラメーターを調整するためのステップサイズ調整係数を設定する、能動型騒音低減装置。
　前記適応フィルター部は、前記基準信号の複数の次数成分に対応する、複数の適応フィルターを有し、
　前記複数の適応フィルターの各々は、対応する次数成分の前記制御信号を生成する、請求項１に記載の能動型騒音低減装置。
　前記フィルター係数更新部は、前記オーディオ情報特徴量がしきい値を上回り、かつ前記制御信号が増加方向にある場合に、前記ステップサイズパラメーターが小さくなるように設定された前記ステップサイズ調整係数を使用して、前記ステップサイズパラメーターを調整する、請求項１又は２に記載の能動型騒音低減装置。
　前記フィルター係数更新部は、前記オーディオ情報特徴量がしきい値を上回り、かつ前記制御信号が減少方向にある場合に、前記ステップサイズパラメーターが大きくなるように設定された前記ステップサイズ調整係数を使用して、前記ステップサイズパラメーターを調整する、請求項１又は２に記載の能動型騒音低減装置。
　前記オーディオ情報特徴量は、前記オーディオ信号の振幅情報、前記オーディオ信号の周波数毎の振幅値、前記オーディオ信号の周波数に応じて抽出した特徴量、前記オーディオ信号の位相情報、および前記オーディオ信号を再生するオーディオ再生機器のボリューム情報の内、少なくとも一つを含む、請求項１から４の何れかに記載の能動型騒音低減装置。
　騒音源から発生する周期性を有する制御対象音に対して、制御音を干渉させることにより、車両内の制御点における騒音を能動的に低減する能動型騒音低減方法であって、
（Ａ）前記制御対象音と相関のある基準信号を生成する工程と、
（Ｂ）前記基準信号と、前記車両内で再生されるオーディオ信号に関するオーディオ情報特徴量とに基づいて制御信号を生成する工程と、
（Ｃ）前記制御信号に対応する制御音を出力する工程と、
（Ｄ）前記制御点における前記制御対象音と前記制御音との干渉による残留騒音を集音し、前記残留騒音に対応する誤差信号を検出する工程と、を含み、
　前記工程（Ｂ）は、
（Ｂ１１）入力される前記基準信号に基づいて参照信号を生成する工程と、
（Ｂ１２）前記基準信号にフィルター係数を乗算して、前記制御信号を生成する工程と、
（Ｂ１３）前記参照信号と前記誤差信号に基づいて、前記誤差信号が最小となるように前記フィルター係数を更新する工程と、
（Ｂ１４）前記フィルター係数の更新量を制御するステップサイズパラメーターを設定する工程と、を含み、
　前記工程（Ｂ１３）は、前記オーディオ情報特徴量と、前記制御信号の変化とに基づいて、前記ステップサイズパラメーターを調整するためのステップサイズ調整係数を設定する、能動型騒音低減方法。