(57)【要約】【課題】乗員に不快な騒音変動を感じさせることを抑制する。【解決手段】制御信号算出部６は、騒音源の変化を検出又は推定し、検出又は推定の結果を利用して騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方の変化の過渡目標値を算出し、騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方が過渡目標値に従って変化するように制御空間５５に出力する制御音を制御する。これにより、過渡的な騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方を過渡目標値に従って制御するので、乗員に不快な騒音変動を感じさせることを抑制できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物内部の制御空間内における騒音を検出又は推定する騒音検出手段と、
前記制御空間に波動を印加する波動印加手段と、
前記騒音検出手段により検出又は推定された騒音に基づいて、当該騒音を低減するように前記波動印加手段が印加する波動を制御する騒音制御手段と、
騒音源の変化を検出又は推定し、検出又は推定の結果を利用して前記騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方の変化の過渡目標値を算出する過渡目標値算出手段とを備え、
前記騒音制御手段は、前記騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方が前記過渡目標値算出手段により算出された過渡目標値に従って変化するように前記波動印加手段が前記制御空間に印加する波動を制御すること
を特徴とする騒音制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の騒音制御装置において、
前記過渡目標値算出手段は、騒音源の周波数帯域に含まれない周波数を有する騒音成分を除去した騒音源の周波数特性に基づいて前記過渡目標値を算出することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の騒音制御装置において、
前記過渡目標値算出手段は、前記騒音制御手段を設計した際の前記騒音源の周波数特性と現時刻における騒音源の周波数特性との差に応じて音質の過渡目標値を設定することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の騒音制御装置において、
前記過渡目標値算出手段は、前記騒音制御手段を設計した際の前記騒音源の騒音の大きさと現時刻における騒音源の騒音の大きさとの差に応じて騒音の大きさの過渡目標値を設定することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の騒音制御装置において、
前記過渡目標値算出手段は、車速による騒音の大きさの増減を考慮して騒音の音圧の過渡目標値を設定することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の騒音制御装置において、
前記過渡目標値算出手段は、前記騒音源の変化を予測する予測手段を有し、当該予測手段により予測された騒音源の変化に応じて騒音の大きさと音質の少なくとも一方の過渡目標値を設定することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の騒音制御装置において、
前記過渡目標値算出手段は、制御空間毎に過渡目標値を設定することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の騒音制御装置において、
前記過渡目標値算出手段は、制御空間毎に異なる過渡目標値を設定することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の騒音制御装置において、
前記構造物は車両であり、前記騒音変化制御手段は、車両の運転者のみが騒音源の変化を感じるように過渡目標値を設定することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載の騒音制御装置において、
前記騒音検出手段は、前記構造物上に配置され、当該構造物の振動を前記騒音として検出することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のうち、いずれか１項に記載の騒音制御装置において、
前記波動印加手段は、前記構造物に波動を印加することにより前記制御空間に波動を印加することを特徴とする騒音制御装置。
【請求項１２】
構造物内部の制御空間内における騒音を検出又は推定する第１処理と、
前記第１処理により検出又は推定された騒音を低減するように当該制御空間に波動を印加する第２処理と、
騒音源の変化を検出又は推定し、検出又は推定の結果を利用して前記騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方の変化の過渡目標値を算出する第３処理とを有し、
前記第２処理は、騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方が前記第３処理により算出された過渡目標値に従って変化するように制御空間に印加する波動を制御する処理を含む
ことを特徴とする騒音制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波や振動等の波動を騒音に重ね合わせることにより騒音を低減する騒音制御装置及び騒音制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、騒音レベルの目標値を算出し、算出された目標値と現在の騒音レベルとの間の音圧差に応じて騒音制御に用いる適応フィルタの係数を変更することにより、騒音源の特性が変化しても制御音源から出力する制御音により騒音を能動的に低減可能にした騒音制御装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７３０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、適応フィルタの係数の収束速度は音圧に依存する。このため従来の騒音制御装置によれば、騒音源の特性の変化に対して最適な消音状態に騒音レベルを新たに収束させるまでの騒音の大きさ及び音質の過渡的な変化（以下、応答特性と表記）を制御することは難しい。このような背景から従来の騒音制御装置によれば、応答特性が所望の応答特性よりも早すぎて不意に騒音が急減したり、応答特性が所望の応答特性よりも遅すぎて騒音の低減が遅かったり、応答特性が所望の応答特性に対し変動したりすることにより、乗員に不快な騒音変動を感じさせる可能性がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は乗員に不快な騒音変動を感じさせることを抑制可能な騒音制御装置及び騒音制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、騒音源の変化を検出又は推定し、検出又は推定の結果を利用して騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方の変化の過渡目標値を算出し、騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方が算出された過渡目標値に従って変化するように制御空間に印加する波動を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、過渡的な騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方を過渡目標値に従って制御するので、乗員に不快な騒音変動を感じさせることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】路面の凹凸の影響による車体の振動及びロードノイズが伝播する様子を示す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態となる騒音制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御信号算出部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態となる騒音制御処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】図４に示すコントローラ変更サブルーチンの流れを示すフローチャート図である。
【図６】本発明の第１の実施形態となる騒音制御処理における騒音状態を示すブロック図である。
【図７】Ｈ２制御系設計用の一般化プラントを示すブロック図である。
【図８】音圧の過渡目標値の一例を示す図である。
【図９】音圧の周波数特性の一例を示す図である。
【図１０】音圧の過渡目標値の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態となる騒音制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】騒音制御時における音及び振動の伝播経路を示す模式図である。
【図１３】図１１に示す制御信号算出部の内部構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態となる騒音制御処理における騒音状態を示すブロック図である。
【図１５】Ｈ２制御系設計用の一般化プラントを示すブロック図である。
【図１６】運転席及び運転席以外の空間における音圧の過渡目標値の一例を示す図である。
【図１７】（ａ）運転席以外の空間及び（ｂ）運転席における音圧のシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態となる騒音制御装置の構成について説明する。なお本実施形態の騒音制御装置は、車両が走行している路面の凹凸に起因する騒音（以下、ロードノイズと表記）を低減することを目的とするものであるが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、エンジンの振動に起因するエンジン騒音，車両走行時に空気の気流によって発生する風切音等、ロードノイズ以外の騒音の低減にも適用することができる。
【００１０】
〔ロードノイズの伝播経路〕
始めに、図１（ａ），（ｂ）を参照して、ロードノイズの伝播経路について説明する。
【００１１】
一般に、タイヤ５０を介して車体に伝達したロードノイズの主成分となる振動は、図１（ｂ）に示すように、車軸５１及びサスペンション５２の取付部を介してメンバ５３（剛性が高い梁状の部材）に伝達した後、図１（ａ）に示すように、メンバ５３によって囲まれたフロアパネル５４（比較的剛性が低い板状部材）に伝達することによりフロアパネル５４を振動させる。そしてフロアパネル５４が振動することによって車室内の空気が振動し、車室内に共振現象が生じることにより、車室空間（以下、制御空間と表記）５５内においてロードノイズが聞こえるようになる。
【００１２】
なお騒音はフロアパネル５４の他にルーフパネルや窓ガラスが振動することによっても発生するが、サスペンション５２の取付部から伝達するロードノイズの大部分はフロアパネル５４の振動と関連性が高いことが知られている。従ってフロアパネル５４の振動に応じた騒音制御を行うことにより、ロードノイズを低減させることができる。但し本発明は、フロアパネル５４の振動による騒音の低減に限定されることはなく、ダッシュパネル，フロントガラス，ルーフパネル等の同じメカニズムで発生する車室内の騒音源にも適用できる。
【００１３】
〔第１の実施形態〕
〔騒音制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、本発明の第１の実施形態となる騒音制御装置の構成について説明する。
【００１４】
本発明の第１の実施形態となる騒音制御装置は、車両に搭載され、図２に示すように、車両の制御空間５５内の騒音を検出するマイクロフォン１と、制御音を出力するスピーカ２と、マイクロフォン１の検出信号に基づいてスピーカ２の駆動を制御することにより制御空間５５内の騒音を低減する制御装置本体３とを主な構成要素として備える。なお制御空間５５は、例えば車室内の乗員位置を検出する赤外線センサ等を用いて乗員の数や位置等に応じて適切に設定されていればよい。
【００１５】
〔制御装置本体の構成〕
制御装置本体３は、図２に示すように、マイクロフォン１により検出されたアナログ形態の騒音信号ｙを増幅する増幅部４，増幅部４により増幅された騒音信号ｙをデジタル形態に変換するＡ／Ｄ変換部５と、スピーカ２の駆動を制御する制御信号ｕを算出する制御信号算出部６，制御信号算出部６により算出された制御信号ｕをアナログ形態に変換するＤ／Ａ変換部７，及びアナログ形態の制御信号ｕを増幅してスピーカ２に出力する増幅部８を備え、スピーカ２は増幅部８から出力された制御信号ｕに従って制御音を出力する。
【００１６】
〔制御信号算出部の構成〕
制御信号算出部６は、マイクロコンピュータにより構成され、図３に示すように、騒音信号ｙから制御信号ｕ（制御空間音圧ＳＰＬ）を算出する騒音コントローラ１１を備える。なお騒音信号ｙと制御信号ｕの関係は以下の数式１で表される。数式１及び図３中、パラメータＧＳＰＬｕは制御信号ｕから騒音信号ｙへの伝達関数，パラメータｗは外乱信号（制御を加えない時の騒音信号ｙ）を示す。
【数１】
2010202073.tif 000003
【００１７】
〔騒音制御処理〕
このような構成を有する騒音制御装置では、制御信号算出部６が以下に示すように騒音コントローラ１１の構成を逐次変更することにより、騒音源の特性の変化に対し最適な消音状態に新たに収束させるまでの騒音の大きさ及び音質の過渡的な変化（以下、応答特性と表記）を所望の応答特性に制御する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この騒音制御処理を実行する際の騒音制御装置の動作について説明する。
【００１８】
図４に示すフローチャートは、騒音制御装置の電源がオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、この騒音制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお本実施形態では、騒音制御処理は1msec等の所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
【００１９】
ステップＳ１の処理では、制御信号算出部６が、外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を抽出する。具体的には、制御信号算出部６は、上記数式１から導出される以下の数式２を利用して外乱信号ｗを抽出し、抽出された外乱信号ｗに対し高速フーリエ変換処理（FFT）を施すことにより外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を抽出する。
【数２】
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【００２０】
なおロードノイズの周波数帯は数10〜数100Hzの範囲内にあるのでFFTを行う外乱信号wの時間長は0.1sec程度あればよい。但し、外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）の抽出方法はFFTに限定されるものではなく、外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を推定できればどのような方法であってもよい。例えば外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を予め幾つか記憶しておき、その特徴的な周波数成分と検出された外乱信号ｗの周波数成分とを比較して外乱信号ｗの周波数成分に最も近い周波数成分を有する周波数特性ｗ（ｆ）を選択することにより、外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を抽出してもよい。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、騒音制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００２１】
ステップＳ２の処理では、制御信号算出部６が、ステップＳ１の処理により抽出された外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）（以下ｗｃ（ｆ））と前回の騒音制御処理により抽出された外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）（以下ｗｐ（ｆ））とを比較することにより、ロードノイズの音源（外乱。例えばアスファルト路，コンクリート路，雪路等）が変化したか否かを判別する。具体的には、制御信号算出部６は、周波数特性ｗｃ（ｆ）の各周波数毎のパワースペクトルと周波数特性ｗｐ（ｆ）の各周波数毎のパワースペクトルとの差の二乗和が所定値以上である場合、ロードノイズの音源が変化したと判別する。なお判別に使用する周波数帯はロードノイズの周波数帯である数10〜数100Hzの範囲内に制限することによりロードノイズの音源以外の騒音源の変化による誤判断を避けることができる。また車速によるロードノイズの変化では騒音の周波数特性の形は変わらずレベルのみ上昇するので、制御コントローラ１１を変更しても制御結果は変わらない。従ってこのような場合には、今回の処理における音圧レベルから前回の処理における音圧レベルを差し引いた値に基づいて周波数特性ｗｃ（ｆ）を補正した後に周波数特性ｗｃ（ｆ）と周波数特性ｗｐ（ｆ）を比較することにより、車速変化によってコントローラを変更することを除外でき、不要なコントローラ再設計による演算負荷を低減できる。判別の結果、ロードノイズの音源が変化していない場合、制御信号算出部６は騒音制御処理をステップＳ４の処理に進める。一方、ロードノイズの音源が変化している場合には、制御信号算出部６は騒音コントローラ１１の過渡応答を設計するために騒音制御処理をステップＳ３の処理に進める。
【００２２】
ステップＳ３の処理では、制御信号算出部６が、ステップＳ２の処理により判別されたロードノイズの音源の変化に応じて騒音を所望の応答特性で変化させるように騒音コントローラ１１の構成を変更する（コントローラ変更サブルーチン）。このコントローラ変更サブルーチンについては図５に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、騒音制御処理はステップＳ４の処理に進める。
【００２３】
ステップＳ４の処理では、騒音コントローラ１１が、マイクロフォン１により検出された騒音信号ｙから制御信号ｕを演算する。本実施形態では、騒音コントローラ１１は、カウンタＮに応じて選択され、それぞれのカウンタに対応した騒音コントローラ１１はコントローラ変更サブルーチンにより設計される。なおカウンタは例えばカウントダウンタイプのものが例示でき、この場合、カウントがゼロになった後は継続してカウントゼロ時における騒音コントローラ１１を用いることとする。この処理によれば、毎時刻毎に所望の騒音状態を実現する騒音コントローラ１１に切り替えられ、騒音の応答特性を所望の状態に調整できるので、乗員に不快な騒音変動を感じさせることを抑制できる。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、一連の騒音制御処理は終了する。
【００２４】
〔コントローラ変更サブルーチン〕
次に、図５に示すフローチャートを参照して、上記コントローラ変更サブルーチンを実行する際の制御信号算出部６の動作について説明する。
【００２５】
図５に示すフローチャートは、上記ステップＳ２の処理によりロードノイズの音源の変化が検出されたタイミングで開始となり、このサブルーチンはステップＳ１１の処理に進む。
【００２６】
ステップＳ１１の処理では、制御信号算出部６が、現在使用している騒音コントローラ１１、すなわちロードノイズの音源変化前に使用している騒音コントローラ１１を使い続けた場合の騒音の周波数特性を推定する。図６は騒音状態を示すブロック図である。図６中、Ｃは騒音コントローラ１１の伝達関数，Ｗｄは外乱の周波数特性を示す。このブロック図において、各周波数成分が１であるホワイトノイズが外乱として入力された場合、騒音状態は制御空間音圧ＳＰＬで表され、ホワイトノイズから制御空間音圧ＳＰＬへの特性Ｐは以下の数式３で表される。
【数３】
2010202073.tif 000005
【００２７】
この特性Ｐは外乱の周波数特性がＷｄである時の騒音の周波数特性である。従ってロードノイズの音源変化前に使用している騒音コントローラ１１をロードノイズの音源変化後に使い続けた場合の騒音の周波数特性は、現在使用している騒音コントローラ１１の伝達関数Ｃとロードノイズの音源変化後の外乱の周波数特性Ｗｄを用いて上記数式３から算出できる。なお本実施形態では、マイクロフォン１で騒音を計測できるので、ＦＦＴを利用してマイクロフォン１の検出信号から騒音の周波数特性を算出してもよい。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、サブルーチンはステップＳ１２の処理に進む。
【００２８】
ステップＳ１２の処理では、制御信号算出部６が、騒音の周波数特性Ｗｄの変化に合わせて騒音コントローラ１１を再設計する。なお騒音コントローラ１１はＨ２制御を用いて再設計するとよい（Ｈ２制御に関しては、Active Structural Acoustic Control in a car cabin using a virtual sound sensing method, メンスレミシェル（日産自動車），高松吉郎，出口欣高，屋代春樹，Dynamics and Design Conference 2006 (D&D2006)参照）。Ｈ２制御理論は、外乱入力ｄとコントローラ出力ｕを入力、評価出力ｚとコントローラ入力ｙを出力とする一般化プラントに対し、騒音コントローラ１１を含むｄからｚまでの伝達関数のＨ２ノルムを最小化するように騒音コントローラ１１を設計する理論である。この時、コントローラ１１を含むｄからｚまでの伝達特性は周波数的に平坦であり、ｚが複数ある場合には外乱ｄから各ｚへのゲインもほぼ等しくなる。
【００２９】
本実施形態では、ある周波数特性を有する外乱信号ｗが図７に示す一般化プラントＰに入った時の制御空間音圧ＳＰＬを所望の特性Ｗｅにすることを目的とする。従って図７に示す一般化プラントＰの入力ｄに外乱の周波数特性を示す重み関数Ｗｄを付加し、制御空間音圧ＳＰＬに制御目標の逆特性を示す重み関数Ｗｅ−１を付加することにより、図７に示すように一般化プラントＰを構成する。この構成により、ｄをホワイトノイズと仮定すると、重み関数Ｗｄにより実際の周波数特性と同じ外乱ｗが入力プラントＰに入力された場合が模擬され，その時の評価出力ｚが平坦になるように騒音コントローラ１１が設計されるので、制御空間音圧ＳＰＬの特性は特性Ｗｅと同じになる。
【００３０】
以上の説明を数式を用いて説明すると、いまｄをホワイトノイズと仮定すると、図７に示す状態は実際の外乱特性と同じ周波数特性ｗが一般化プラントＰに入力された状態である。この時、設計された騒音コントローラ１１を用いた時の評価出力ｚは周波数的に平坦になるので、評価出力ｚは以下の数式４で表される。なお数式４中、パラメータＩは単位行列、パラメータｋは制御結果の音圧レベルを表す定数である。
【数４】
2010202073.tif 000006
【００３１】
また制御空間音圧ＳＰＬと評価出力ｚの関係は以下の数式５で表される。
【数５】
2010202073.tif 000007
【００３２】
従って上記数式４，５を用いて設計された騒音コントローラ１１を用いた時の制御空間音圧ＳＰＬの特性は以下の数式６で表される。
【数６】
2010202073.tif 000008
【００３３】
以上に示す方法を用いて外乱変化後の外乱特性を重み関数Ｗｄとして騒音コントローラ１１を設計すればよい。なお所望の特性Ｗｅは，例えば各制御点で音圧が同じとなり、平坦な周波数特性となるように以下の数式７に示すように設定するとよい。
【数７】
2010202073.tif 000009
【００３４】
またコントローラ設計に用いる際の外乱特性の重み関数Ｗｄはパラメトリックな伝達関数形式である必要があるので、例えば文献１（ロバスト適応制御；寺尾  満，金井  喜美雄，オーム社）記載の最小二乗法による確率的パラメータ同定則，又は文献２（独立成分分析によるパラメータと外乱の同時推定；杉本  謙二，宮浦  泰弘，自動制御連合講演会, 2001.11.22-23）記載の同定則を用いてパラメータを同定するとよい。但し、コントローラ設計法は以上の方法に限定されるものではなく、所望の騒音状態を一意に設計できれば他の方法であってもよい。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、サブルーチンはステップＳ１３の処理に進む。
【００３５】
ステップＳ１３の処理では、制御信号算出部６が、ロードノイズの音源変化に合わせて騒音コントローラ１１を変更した場合の騒音の周波数特性を推定する。この騒音の周波数特性は、ステップＳ１２の処理により再設計した新たな騒音コントローラ１１の特性とロードノイズの音源変化後の外乱特性の重み関数Ｗｄを用いて以下の数式８により算出することができる。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、サブルーチンはステップＳ１４の処理に進む。
【数８】
2010202073.tif 000010
【００３６】
ステップＳ１４の処理では、制御信号算出部６が、ステップＳ１１の処理により推定されたコントローラ変更前の制御空間音圧ＳＰＬｐとステップ１３の処理により推定されたコントローラ変更後の制御空間音圧ＳＰＬｃとを用いて、騒音の過渡応答目標値を設定する。具体的には、制御信号算出部６は、図８に示すように各周波数において音圧が制御空間音圧ＳＰＬｐから制御空間音圧ＳＰＬｃまである時間ｘ秒で直線的に変化するように過渡目標値をカウンタ（カウンタ値＝Ｎ０〜０）毎に設定する。これにより、制御空間音圧の周波数特性は図９に示すように、ロードノイズの音源変化により騒音が変化した状態ＳＰＬｐから最良の騒音状態ＳＰＬｃに変化する。なお本実施形態では、初期カウンタ数Ｎ０はｘ秒／１ｍｓとする。但し、過渡目標値の設定方法は本方法に限定されることはなく、設計者が任意に設定すればよい。例えば現在使用している騒音コントローラ１１とロードノイズの音源変化後の外乱特性を重み関数Ｗｄを用いて数式３により算出された制御空間音圧ＳＰＬｐの周波数特性Ｗｅｐと、変更後の騒音コントローラ１１とロードノイズの音源変化後の外乱特性を重み関数Ｗｄを用いて数式３により算出された制御空間音圧ＳＰＬｃの周波数特性Ｗｅｃとを用いて以下の数式８に示すように設定する方法も考えられる。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、サブルーチンはステップＳ１５の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ１５の処理では、制御信号算出部６が、各カウンタ毎に目標音圧を実現するように騒音コントローラ１１を設計する。具体的には、制御信号算出部６は、始めにステップＳ１４の処理により設定された過渡応答目標値の周波数特性の逆特性を各カウンタ数での制御重み関数Ｗｅ−１として設定して騒音コントローラ１１を設計する。次に制御信号算出部６は、各カウンタ数で設計された騒音コントローラ１１を用いた時の音圧をステップＳ１２の処理に記載の方法を用いて推定する。次に制御信号算出部６は、推定音圧が過渡応答目標値より小さければ制御重み関数Ｗｅ−１を小さい方向にオフセットさせて再度騒音コントローラ１１を設計し、逆に推定音圧が過渡応答目標値より大きければ制御重み関数Ｗｅ−１を大きい方向にオフセットさせて再度騒音コントローラ１１を設計する。そして制御信号算出部６は、以上の処理を推定音圧と過渡応答目標値との差が所定値以下になるまで繰り返す。
【００３８】
ここで過渡応答目標値の周波数特性をパラメトリックな重み関数に設定する具体的な方法を説明する。この場合、始めに制御信号算出部６は、現在使用している騒音コントローラ１１とロードノイズの音源変化後の外乱特性の重み関数Ｗｄを用いて数式３から制御空間音圧ＳＰＬｐの周波数特性を算出する。次に制御信号算出部６は、変更後の騒音コントローラ１１とロードノイズの音源変化後の外乱特性の重み関数Ｗｄを用いて数式３から制御空間音圧ＳＰＬｃの周波数特性を算出する。次に制御信号算出部６は、図１０に示すように各カウンタ毎の目標音圧周波数特性を算出する。そして最後に制御信号算出部６は、各カウンタ毎の目標音圧の周波数特性にホワイトノイズを入力した場合の入出力信号から各カウンタ毎のパラメトリックな関数Ｗｅをパラメータ同定し、その逆特性を重み関数に設定する。
【００３９】
なおコントローラの設計方法は上記方法に限定されることはなく、各カウンタ毎の目標音圧を実現できる方法であれば適用することができる。また上記方法は騒音の大きさ及び音質を合わせて変化させる例であるが、騒音の大きさ及び音質の過渡目標値を独立に設定して、これらの組み合わせ又はどちらか一方を使って過渡目標値を設定することにより、騒音の大きさ及び音質の過渡特性をそれぞれ独立に制御することができる。またこの他にも各カウンタ毎に騒音の大きさの過渡目標値に合わせて音質を変えずに騒音の大きさのみを制御するように周波数特性Ｗｅを設定して設計した騒音コントローラと、音質の過渡目標値に合わせて騒音の大きさは変えずに音質のみを制御するように周波数特性Ｗｅを設定して設計した騒音コントローラとを用い、各カウンタ毎に各騒音コントローラの出力を組み合わせたり、一方の騒音コントローラ出力を用いたりするようにしても騒音の大きさ及び音質の過渡特性をそれぞれ独立に制御することができる。
【００４０】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる騒音制御装置は、騒音源の変化をマイクロフォン１により検出又は推定し、検出又は推定の結果を利用して騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方の変化の過渡目標値を算出し、騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方が過渡目標値に従って変化するように制御空間５５に出力する制御音を制御する。そしてこのような構成によれば、過渡的な騒音の大きさ及び音質の少なくとも一方を過渡目標値に従って制御するので、乗員に不快な騒音変動を感じさせることを抑制できる。
【００４１】
また本発明の第１の実施形態となる騒音制御装置は、騒音源の周波数帯域に含まれない周波数を有する騒音成分を除去した騒音源の周波数特性に基づいて過渡目標値を算出するので、制御対象の騒音源以外の音源の変化による誤判断を抑制できる。また本発明の第１の実施形態となる騒音制御装置は、騒音源の変化前の周波数特性と変化後の周波数特性との差に応じて騒音の音質の過渡目標値を設定するので、騒音の音質変化を確実に検出することができる。また本発明の第１の実施形態となる騒音制御装置は、騒音源の変化前の騒音の大きさと変化後の騒音の大きさとの差に応じて騒音の大きさの過渡目標値を設定するので、騒音の音圧変化を確実に検出することができる。また本発明の第１の実施形態となる騒音制御装置は、車速による騒音の大きさの増減を考慮して騒音の音圧の過渡目標値を設定するので、車速変化によるコントローラの変更を抑制でき、不要なコントローラ再設計による演算負荷を低減できる。
【００４２】
なお現在の騒音コントローラの出力ｕｐとステップＳ１２の処理により重み関数Ｗｄの変化に合わせて再設計した騒音コントローラの出力ｕｃとを以下の数式９に示すように組み合わせて出力し、上記ステップＳ１４の処理ではカウンタ数の減少に応じてパラメータａの変化を設定するようにしてもよい。具体的には、パラメータａの変化は以下の数式１０及び図１０に示すように直線的に設定するとよい。
【数９】
2010202073.tif 000011
【数１０】
2010202073.tif 000012
【００４３】
この場合、制御信号ｕと騒音信号ｙと騒音コントローラ１１の伝達関数Ｃの関係は以下の数式１１で表される。従って数式９〜数式１１から各カウンタ毎の騒音コントローラ１１の伝達関数Ｃは以下の数式１２に示すようになり、音圧の過渡特性をパラメータａの変化に合わせて変化させることができる。なおカウンタ数の減少に応じたパラメータａの変化は、数式１０や図１２に示した形に限定されることはなく、設計者が任意に設定することができる。
【数１１】
2010202073.tif 000013
【数１２】
2010202073.tif 000014
【００４４】
〔第２の実施形態〕
〔騒音制御装置の構成〕
次に、図１１を参照して、本発明の第２の実施形態となる騒音制御装置の構成について説明する。
【００４５】
本発明の実施形態となる騒音制御装置は、車両に搭載され、図１１に示すように、車両のフロアパネル５４の振動を測定する加速度センサ２１と、フロアパネル５４に振動を与えるピエゾアクチュエータ２２と、加速度センサ２１の出力信号に基づいてピエゾアクチュエータ２２の駆動を制御することにより制御空間５５内の騒音を低減する制御装置本体２３とを主な構成要素として備える。なお加速度センサ２１は、いわゆる電荷チャージタイプである場合には、電荷と電圧との間の変換の機能を有する。
【００４６】
〔加速度センサ及びピエゾアクチュエータの構成〕
車両が走行している路面からタイヤに入力される加振力はフロアパネルを振動させ、図１２に破線Ａで示すようにフロアパネルに設置された加速度センサ２１において加振力に起因した振動が検出される。またフロアパネルの振動は車室内騒音を発生させることから、図１２に実線Ｂで示すように制御空間５５内において加振力に起因した騒音が発生する。一方、ピエゾアクチュエータ２２が制振振動によりフロアパネルを振動させることから、図１２に破線Ｃで示すように加速度センサ２１において制振振動に起因した振動が検出される。またタイヤ５０に入力された加振力の場合と同様、図１２に一点破線Ｄで示すように制御空間５５内において制振振動に起因した騒音が発生する。
【００４７】
従って、フロアパネル上の具体的な加速度センサ２１の数及び設置位置は各加速度センサ２１と制御空間５５における騒音の音圧との間のコヒーレンシーが十分高くなるように（例えば０．９以上）決定すればよい。またピエゾアクチュエータ２２は、制御空間５５での騒音を低減するために十分な数が車体のフロアパネルの適切な位置、例えば制御空間音圧へのゲインが高い点に貼り付けられる。なおコヒーレンシーＣｘｙ（ω）は以下の数式１３により定義され、信号ｘと信号ｙとの間の因果関係の度合いを表す。数式１３中、パラメータＰｘｙは信号ｘと信号ｙとの間のクロスパワースペクトル、パラメータＰｘｘは信号ｘのオートパワースペクトル、パラメータＰｙｙは信号ｙのオートパワースペクトル、パラメータＰＨはＰのエルミート転置行列を表す。
【数１３】
2010202073.tif 000015
【００４８】
〔制御装置本体の構成〕
制御装置本体２３は、図１１に示すように、加速度センサ２１により検出されたアナログ形態の騒音信号ｙを増幅する増幅部２４，増幅部２４により増幅された騒音信号ｙをデジタル形態に変換するＡ／Ｄ変換部２５と、ピエゾアクチュエータ２２の駆動を制御する制御信号ｕを算出する制御信号算出部２６，制御信号算出部２６により算出された制御信号ｕをアナログ形態に変換するＤ／Ａ変換部２７，及びアナログ形態の制御信号ｕを増幅してピエゾアクチュエータ２２に出力する増幅部２８を備え、ピエゾアクチュエータ２２は増幅部２８から出力された制御信号ｕに従ってフロアパネルに振動を印加する。
【００４９】
〔制御信号算出部の構成〕
制御信号算出部２６は、マイクロコンピュータにより構成され、図１３に示すように、騒音信号ｙから制御信号ｕを算出する騒音コントローラ３１を備える。なお制御空間音圧ＳＰＬ及び騒音信号ｙと制御信号ｕの関係は以下の数式１４及び数式１５で表される。すなわち加速度センサ２１はロードノイズの外乱振動ｗとピエゾアクチュエータ２２の制御振動を合わせて検出し、制御空間音圧ＳＰＬはロードノイズの外乱振動ｗによる音とピエゾアクチュエータ２２の制御振動による音との和となる。数式１４及び数式１５中、パラメータＧＳＰＬＷは加速度センサ位置振動から制御空間音圧への伝達関数，パラメータｗは外乱信号（制振振動を加えない時の騒音信号ｙ），パラメータＧＳＰＬｕはアクチュエータ制御信号から制御空間音圧への伝達関数、パラメータＧαｕはアクチュエータ制御信号から加速度センサ位置振動への伝達関数を示す。
【数１４】
2010202073.tif 000016
【数１５】
2010202073.tif 000017
【００５０】
〔騒音制御処理〕
このような構成を有する騒音制御装置では、制御信号算出部２６が以下に示すように騒音コントローラ３１の構成を逐次変更することにより、騒音源の特性変化に対し最適な消音状態に新たに収束させるまでの騒音の大きさ及び音質の過渡的な変化（応答特性）を所望の応答特性に制御する。なお本実施形態における騒音制御処理は、図４に示すフローチャートにおけるステップＳ１の処理が異なるだけであるので、以下ではステップＳ１の処理についてのみ説明する。
【００５１】
本実施形態におけるステップＳ１の処理では、制御信号算出部２６が、外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を抽出する。具体的には、制御信号算出部２６は、以下に示す数式１６を用いて加速度センサ２１により検出された騒音信号ｙとピエゾアクチュエータ２２への制御信号ｕから外乱信号ｗを抽出し、抽出された外乱信号ｗに対して高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）を施すことにより外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を抽出する。
【数１６】
2010202073.tif 000018
【００５２】
なおロードノイズの周波数帯は数10〜数100Hzの範囲内にあるのでFFTを行う外乱信号wの時間長は0.1sec程度あればよい。但し、外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）の抽出方法はFFTに限定されるものではなく、外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を推定できればどのような方法であってもよい。例えば外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を予め幾つか記憶しておき、その特徴的な周波数成分と検出された外乱信号ｗの周波数成分とを比較して外乱信号ｗの周波数成分に最も近い周波数成分を有する周波数特性ｗ（ｆ）を選択することにより、外乱信号ｗの周波数特性ｗ（ｆ）を抽出してもよい。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、騒音制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００５３】
〔コントローラ変更サブルーチン〕
次に、本実施形態におけるコントローラ変更サブルーチンを実行する際の制御信号算出部２６の動作について説明する。なお本実施形態におけるサブルーチンの流れは、図５のフローチャートに示すサブルーチンの流れと同じであるので、以下では図５に示すフローチャートを参照してコントローラ変更サブルーチンを実行する際の制御信号算出部６の動作について説明する。
【００５４】
ステップＳ１１の処理では、制御信号算出部２６が、現在使用している騒音コントローラ３１、すなわちロードノイズの音源変化前に使用している騒音コントローラ３１を使い続けた場合の騒音の周波数特性を推定する。図１４は騒音状態を示すブロック図である。図１４中、Ｃは騒音コントローラ３１の伝達関数，Ｗｄは外乱の周波数特性を示す。このブロック図において、各周波数成分が１であるホワイトノイズが外乱として入力された場合、騒音状態は制御空間音圧ＳＰＬで表され、ホワイトノイズから制御空間音圧ＳＰＬへの特性Ｐは以下の数式１７で表される。
【数１７】
2010202073.tif 000019
【００５５】
この特性Ｐは外乱の周波数特性がＷｄである時の騒音の周波数特性である。従ってロードノイズの音源変化前に使用している騒音コントローラ３１をロードノイズの音源変化後に使い続けた場合の騒音の周波数特性は、現在使用している騒音コントローラ３１の伝達関数Ｃとロードノイズの音源変化後の外乱の周波数特性Ｗｄを用いて上記数式１７から算出できる。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、サブルーチンはステップＳ１２の処理に進む。
【００５６】
ステップＳ１２の処理では、制御信号算出部６が、外乱の周波数特性Ｗｄの変化に合わせて騒音コントローラ１１を再設計する。なお騒音コントローラ３１の再設計方法は、第１の実施形態と同様であるので、以下ではその説明を省略する。なお本実施形態におけるＨ２制御コントローラ設計時の一般化プラントＰを図１５に示す。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、サブルーチンはステップＳ１３の処理に進む。
【００５７】
ステップＳ１３の処理では、制御信号算出部２６が、ロードノイズの音源変化に合わせて騒音コントローラ３１を変更した場合の騒音の周波数特性を推定する。この騒音状態の周波数特性は、ステップＳ１２の処理により再設計した新たな騒音コントローラ３１の特性とロードノイズの音源変化後の外乱特性Ｗｄを用いて数式１７により算出できる。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、サブルーチンはステップＳ１４の処理に進む。なおステップＳ１４以後の処理は、上記第１の実施形態における処理内容と同じであるので、以下ではその説明を省略する。
【００５８】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる騒音制御装置によれば、外乱の変化を音になる前のフロア振動の変化から検出することができるので、上記第１の実施形態となる騒音制御装置により得られる効果に加えて、外乱変化による騒音変化の立上りから過渡応答の制御を行うことができるという効果が得られる。また騒音源であるフロアパネル振動を制御して騒音制御を行うので、高精度な過渡応答制御が可能になると共に、音響モードのみでなく振動モードに起因した騒音の低減が可能になり、より効果の高い過渡応答の制御を行うことができる。
【００５９】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば上記ステップＳ１４の処理において騒音過渡目標を以下のように設定するようにしてもよい。すなわちステップＳ１１の処理により推定されたコントローラ変更前の制御空間音圧ＳＰＬｐとステップＳ１３の処理により推定されたコントローラ変更後の制御空間音圧ＳＰＬｃとから騒音の過渡応答目標値を設定するようにしてもよい。具体的には始めに、例えば図１６に示すように、運転席とそれ以外の空間とで異なる音圧目標を設定する。図１６に示す例ではカウンタ値Ｎ０からカウンタ値Ｎ１の間に運転席以外の空間の音圧を直線的に音圧ＳＰＬｃまで減少させ、運転席音圧はカウンタ値Ｎ２まで音圧ＳＰＬｐに保持する。そしてカウンタ値Ｎ２からカウンタ値０までの間に運転席以外の空間の音圧を直線的に音圧ＳＰＬｃまで減少させる。このような処理によれば、運転者のみにロードノイズの音源変化による騒音の変化を一定時間与えることになるので、運転者以外の空間では早期に最良の騒音状態になり静寂状態を維持し易くなると共に運転者には路面状態の変化等のロードインフォメーションを与えて運転の違和感を抑えたり、路面変化に対する運転操作の注意を促すことができる。
【００６０】
図１７（ａ），（ｂ）はそれぞれ運転席以外の空間での音圧ＳＰＬ１及び運転席での音圧ＳＰＬ２のシミュレーション結果を示す。コントローラは第２の実施形態記載の方法を用いて設計し、過渡目標値は図１６に示すように設定した。すなわちカウンタ値Ｎ２までは運転席音圧ＳＰＬ２ではコントローラ変更前の音圧を維持し，運転席以外の音圧ＳＰＬ１では最良の騒音低減状態にしておく。そしてカウンタ値Ｎ２からカウンタ値０までの間でコントローラを徐々に変更し、カウンタ値０以後は運転席と運転席以外の空間共に最良の騒音低減状態にした。この結果、図１７（ａ），（ｂ）に示す通り、運転席以外の空間での音圧ＳＰＬ１（図１７（ａ））は常時最良の制御状態を保ち、運転席での音圧ＳＰＬ２（図１７（ｂ））は騒音の大きな状態からカウンタＮ２からカウンタ０までの間で徐々に減少し、カウンタ０以後では運転席以外の空間での音圧ＳＰＬ１と同じように最良の騒音低減状態になることが確認された。
【００６１】
また先読みで外乱変化を判断する手段を設け、先読みした外乱変化に応じて過渡応答を制御するようにしてもよい。先読みで外乱変化を判断する手段としては、図１１に示すような車両前方に配置された路面状態検出用のＣＣＤカメラ等の撮像装置４１を例示できる。この場合、上記ステップＳ１の処理において推定した路面状態に応じて外乱の周波数特性ｗ（ｆ）を設定し、予め路面状況（アスファルト路，コンクリート路，雪路等）に応じてメモリされた周波数特性を推定した路面状態に応じて選択する。そしてステップＳ２以後の処理では、選択された周波数特性ｗ（ｆ）を用いてコントローラを変更すればよい。このように撮像装置を利用して路面状況を検出する方法としては、例えば特開昭６２−１８７６２３号公報記載の方法が知られており、この方法では撮像装置により検出された画像の画像処理で求めたマップを予めメモリに記憶したマップと比較することにより路面状況を判別する。なお先読み判断手段は撮像装置に限定するものではなく、先読みで外乱変化を判断できるものであればよく、例えば経路案内装置からの情報等でもよい。以上のように先読みで外乱特性の変化を検出する場合には、外乱変化がタイヤから入る前に変化を検出し、先読みでコントローラ変更が可能になり、より確実に外乱変化による騒音変化の立上りから過渡応答の制御を行うことができる。このように本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００６２】
１：マイクロフォン
２：スピーカ
３：制御装置本体
４，８：増幅部
６：制御指令値算出部
７：Ｄ／Ａ変換部
５５：制御空間
【図１】
2010202073.tif 000020
【図２】
2010202073.tif 000021
【図３】
2010202073.tif 000022
【図４】
2010202073.tif 000023
【図５】
2010202073.tif 000024
【図６】
2010202073.tif 000025
【図７】
2010202073.tif 000026
【図８】
2010202073.tif 000027
【図９】
2010202073.tif 000028
【図１０】
2010202073.tif 000029
【図１１】
2010202073.tif 000030
【図１２】
2010202073.tif 000031
【図１３】
2010202073.tif 000032
【図１４】
2010202073.tif 000033
【図１５】
2010202073.tif 000034
【図１６】
2010202073.tif 000035
【図１７】
2010202073.tif 000036