(57)【要約】【課題】騒音低減のための演算処理を低減して、頭部位置近辺の騒音を低減できる車両用騒音低減装置を提供すること。【解決手段】車室内の騒音を検出する検出する騒音検出手段２０と、検出された騒音から逆位相の信号を生成する信号生成手段１７と、逆位相の信号により駆動される音出力手段１４と、を有する車両用騒音低減装置１００であって、騒音の音源と車両の乗員の頭部の距離を検出する距離検手段１２Ｌ、１２Ｒ、１３Ｌ、１３Ｒと、距離に応じて、逆位相の信号が音出力手段１４に到達する時間を遅延させる遅延手段Ｄ１〜Ｄ３と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内の騒音を検出する騒音検出手段と、
検出された前記騒音から逆位相の信号を生成する信号生成手段と、
前記逆位相の信号により駆動される音出力手段と、を有する車両用騒音低減装置であって、
乗員の頭部の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置に応じて、前記逆位相の信号が前記音出力手段に到達する時間を遅延させる遅延手段と、
を有することを特徴とする車両用騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車室内の騒音を低減する車両用騒音低減装置に関し、特に、騒音と逆位相の音で騒音を打ち消すようにして低減する車両用騒音低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車室内で発生する騒音が乗員に到達しないよう低減する技術が知られている。この技術はマイクロフォンで車室内の騒音を検出し、マイクロフォンの設置位置と乗員の位置に応じて騒音を低減させるものである。例えば、運転者の頭部近辺で騒音を低減できるよう、頭部に向けて騒音と逆位相の信号で駆動された音（以下、単に「逆位相の音」という）を出力するスピーカを配置すれば、運転者の耳に到達する騒音を低減できる。
【０００３】
しかしながら、スピーカの開口部は運転者が推奨されるドライビングポジションに着座した状態で、正面方向を向いた際（以下、この時の運転者の頭部位置を推奨頭部位置という）に、頭部近辺を向くように配置されている。このようにスピーカの位置は固定であるため、運転者が頭部を動かすと、例えば、運転者が首を傾けたり、運転者の姿勢が悪くなると騒音の低減効果が現れにくくなる。
【０００４】
図１（ａ）は、運転者の頭部位置と音源との位置の関係を、図１（ｂ）は騒音と、騒音と逆位相の音のスペクトル波形の一例を示す。図１（ｂ）では、上段が騒音のスペクトル波形を、下段が逆位相の音のスペクトル波形を示す。
【０００５】
図１（ａ）では、運転者の左側に騒音などの音源が有り、右側に騒音と逆位相の信号で駆動されるスピーカが配置されている。運転者の頭部が推奨頭部位置（位置P）にあれば、騒音の音源から頭部までの距離ａと、スピーカから頭部までの距離ｂはほぼ等しい（ａ＝ｂ）。この場合、騒音と逆位相の音が同時に運転者に到達するため、頭部で左右から到達する音が相殺されることで騒音を低減できる。
【０００６】
しかし、運転者の頭部が推奨頭部位置より左（位置O）にあれば、騒音の音源から頭部までの距離ａ‘は、スピーカから頭部までの距離ｂ’よりも短くなる（ａ‘＜ｂ’）。この場合、騒音の方が逆位相の音よりも早く運転者に到達するため、左右から到達する音が相殺されない。同様に、運転者の頭部が推奨頭部位置より右（位置Q）にあれば、騒音の音源から頭部までの距離ａ“は、スピーカから頭部までの距離ｂ”よりも長くなる（ａ“＞ｂ”）。この場合、逆位相の音が騒音よりも早く運転者に到達するため、左右から到達する音が相殺されない。位置O、Qに頭部位置がある場合、相殺されなかった音は雑音やエコーとなって運転者に到達してしまう。
【０００７】
この点について、運転者の頭部位置に応じて騒音低減の制御値を変更する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、前方又は後方のどちらに運転者の頭部位置があるかにより騒音推定の演算方法を変えることで、それぞれの頭部位置に適当な制御指令値で音を出力する騒音低減装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００７−２９６８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の騒音低減装置では、運転者の頭部位置に応じて制御指令値を演算するため、処理負荷が増大しコスト増となるという問題がある。すなわち、制御指令値により騒音を低減する信号を可変に形成することを前提にするため、演算が複雑になる。また、頭部位置が前後方向以外に移動した場合について考慮されていない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、騒音低減のための演算処理を低減して、頭部位置近辺の騒音を低減できる車両用騒音低減装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題に鑑み、本発明は、車室内の騒音を検出する検出する騒音検出手段と、検出された前記騒音から逆位相の信号を生成する信号生成手段と、逆位相の信号により駆動される音出力手段と、を有する車両用騒音低減装置であって、騒音の音源と車両の乗員の頭部の距離を検出する距離検手段と、距離に応じて、逆位相の信号が前記音出力手段に到達する時間を遅延させる遅延手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
騒音低減のための演算処理を低減して、頭部位置近辺の騒音を低減できる車両用騒音低減装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図２は、本実施例の頭部位置に対する騒音の音源１５とスピーカ１４の位置を模式的に説明する図の一例である。騒音低減装置１００は、運転者の頭部位置が例えばヘッドレストやシートバック（以下、単にヘッドレストという）１１に対しどの程度右より又は左よりにあるかを検出する。このため、騒音低減装置１００は、左側のウェアラブル接点１３Ｌとヘッドレスト１１の左側の車両側接点１２Ｌの接触、又は、右側のウェアラブル接点１３Ｒと右側の車両側接点１２Ｒとの接触を検出する。これにより、騒音低減装置１００は、頭部位置が右側に寄ったこと、中央にあること、左側に寄ったことをそれぞれ検出し、頭部位置に応じて逆位相の音を遅延させる遅延時間を制御する。
【００１４】
すなわち、騒音低減装置１００は、
・運転者の頭部位置が右側に寄った場合、騒音の音源１５からの距離が大きくなりスピーカ１４からの距離が近くなるので、遅延を大きくして逆位相の音を出力する。
・運転者の頭部位置が中央にある場合、騒音の音源１５からの距離とスピーカ１４からの距離が等距離になるので、中程度の時間、遅延させて逆位相の音を出力する。
・運転者の頭部位置が左側に寄った場合、騒音の音源１５からの距離が小さくなりスピーカ１４からの距離が大きくなるので、遅延を最小限にして逆位相の音を出力する。
【００１５】
こうすることで、運転者の頭部位置が左右に移動しても、騒音と逆位相の音が同時期に運転者に到達するので、左右から到達する音が相殺され騒音を低減できる。また、逆位相の音は遅延されるだけでその波形まで演算により形成する必要がないので演算処理を低減することができる。
【００１６】
図３は、騒音低減装置１００の全体構成図の一例を示す。本実施形態では、運転者を例にして説明するが助手席の乗員等、その他の乗員に対しても騒音を低減することができる。音源１５とは、運転者に騒音となって到達する1個以上の音源であり例えばロードノイズやエンジン音が知られている。騒音低減装置１００はこれら音源１５毎に逆位相の音を出力して騒音を打ち消すことができるが、図では音源１５を１つとした。また、図３では、推奨されるドライビングポジションに着座した状態で、正面方向を向いた際（以下、この時の運転者の頭部位置を推奨頭部位置という）の推奨頭部位置から音源１５までの距離と、推奨頭部位置からスピーカ１４までの距離を同程度に示したが、遅延時間を適宜調整すればよいので、推奨頭部位置から音源１５までの距離と、推奨頭部位置からスピーカ１４までの距離は同程度である必要はない。また、図示するように音源１５に対しスピーカ１４が対向配置されている必要はない。
【００１７】
騒音低減装置１００はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及び、端子１６Ｌ、１６Ｒがバスにより接続されたコンピュータを実体とする。そして、ＣＰＵがＥＥＰＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで、逆位相の信号の遅延時間を制御する。
【００１８】
騒音の音は例えば騒音の音源１５付近に配置されたマイクロフォン２０で集音されインバータ１７に入力される。このインバータ１７は騒音と逆位相の信号を生成する。なお、マイクロフォンで集音するのでなく、振動を直接電気信号に変換してもよい。
【００１９】
図４（ａ）は騒音のＬＰＣスペクトルを、図４（ｂ）はＬＰＣスペクトルの逆位相の信号の一例をそれぞれ示す。ＬＰＣスペクトルはピッチ成分のピークを極として高調波構造を抽出したスペクトルで、波形の包絡情報を取得する処理に適した波形である。インバータ１７はマイクロフォン２０が変換した電気信号をゼロと中心にプラス値をマイナス値に、マイナス値をプラス値にそれぞれ変換して、図4（ｂ）に示す逆位相の信号を生成する。
【００２０】
ヘッドレスト１１には、上記のようにヘッドレスト１１の左側に車両側接点１２Ｌが設けられており、ＣＰＵの端子１６Ｌと接続されている。端子１６Ｌと車両側接点１２Ｌの接続線には抵抗Ｒ１が分岐して接続されている。抵抗Ｒ１に不図示の電源から電圧を印可すると、ＣＰＵの端子１６ＬにはＨｉｇｈ信号が入力される。同様にヘッドレスト１１の右側に設けられた車両側接点１２ＲがＣＰＵの端子１６Ｒと接続されている。端子１６Ｒと車両側接点１２Ｒの接続線には抵抗Ｒ２が分岐して接続されている。抵抗Ｒ２に不図示の電源から電圧を印可すると、ＣＰＵの端子１６ＲにＨｉｇｈ信号が入力される。
【００２１】
一方、左側のウェアラブル接点１３Ｌの他端１０Ｌと、右側のウェアラブル接点１３Ｒの他端１０Ｒは、それぞれグラウンドに接地されている。ウェアラブル接点１３Ｌは例えば運転者の左の襟に、ウェアラブル接点１３Ｒは例えば運転者の右の襟に脱着可能に取り付けられた導通部材である。運転者の頭部が右に移動すれば頭部と一体に左右のウェアラブル接点１３Ｌ、１３Ｒが右に、運転者の頭部が左に移動すれば頭部と一体に左右のウェアラブル接点１３Ｌ、１３Ｒが左に、移動する。なお、頭部位置はヘッドレスに対する相対的な位置として検出されるが、音源１５又はスピーカ１４に対する相対位置を検出することに等しい。
【００２２】
運転者の頭部が左に移動して、ウェアラブル接点１３Ｌが車両側接点１２Ｌと接触すると、プルアップされている抵抗Ｒ１の電圧が低下する（抵抗値を適宜選択することでほぼゼロになる）ので、ＣＰＵの端子１６Ｌに入力される信号はＬＯＷとなる。同様に、運転者の頭部が右に移動して、ウェアラブル接点１３Ｒが車両側接点１２Ｒと接触すると、プルアップされている抵抗Ｒ２の電圧が低下するので、ＣＰＵの端子１６Ｒに入力される信号はＬＯＷとなる。したがって、端子１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの電圧がＨｉｇｈかＬｏｗか検出することで、運転者の頭部位置を検出することができる。
【００２３】
ＣＰＵの端子１６ＬはＮｏｔ回路１８を介してセレクタ２５の端子１９Ｌに、ＣＰＵの端子１６Ｒは直接セレクタ２５の端子１９Ｒにそれぞれ接続されている。セレクタ２５は、端子１９Ｌ、１９Ｒへの入力（「１」oｒ「０」）に応じて、出力側の端子２１〜２３のいずれか１つから遅延線の選択信号を出力する。
【００２４】
また、インバータ１７が生成した逆位相の信号は遅延線Ｄ１〜Ｄ３に出力される。遅延線Ｄ１は短時間、逆位相の信号を遅延させる回路で、遅延線Ｄ２は中時間、逆位相の信号を遅延させる回路で、遅延線Ｄ３は長時間、逆位相の信号を遅延させる回路である。遅延線Ｄ１〜Ｄ３は、例えば、バッファ又はインバータを多段に接続することで構成される。
【００２５】
ＣＰＵは、運転者の頭部位置に応じて各遅延線Ｄ１〜D３を選択的にインバータ１７と接続する。すなわち、運転者の頭部位置が左寄りの場合、ＣＰＵは、インバータ１７に遅延線Ｄ１を接続し、運転者の頭部位置が中央の場合、ＣＰＵはインバータ１７に遅延線Ｄ２を接続し、運転者の頭部位置が右寄りの場合、ＣＰＵはインバータ１７に遅延線Ｄ３を接続する。遅延線Ｄ１〜Ｄ３の他方の端点はＮｏｒ回路２４と接続されているので、いずれかの遅延線Ｄ１〜Ｄ３から入力された逆位相の信号のみがスピーカ１４に出力される。
【００２６】
図５は、セレクタ２５の端子１９Ｌ、１９Ｒの入力値と遅延時間の関係を示す真理値表の一例を示す。頭部位置が左寄りの場合、ＣＰＵの端子１６ＬにはＬｏｗ、ＣＰＵの端子１６ＲにはＨｉｇｈが検出されるので、セレクタ２５の端子１９Ｌは「１」端子１９Ｒは「１」となる。頭部位置が中央の場合、ＣＰＵの端子１６ＬにはＨｉｇｈ、ＣＰＵの端子１６ＲにはＨｉｇｈが検出されるので、セレクタ２５の端子１９Ｌは「０」端子１９Ｒは「１」となる。頭部位置が右寄りの場合、ＣＰＵの端子１６ＬにはＨｉｇｈ、ＣＰＵの端子１６ＲにはＬｏｗが検出されるので、セレクタ２５の端子１９Ｌは「０」端子１９Ｒは「０」となる。
【００２７】
セレクタ２５は、端子１９Ｌが「１」端子１９Ｒが「１」の場合、遅延線Ｄ１に選択信号を出力し、端子１９Ｌが「０」端子１９Ｒが「１」の場合、遅延線Ｄ２に選択信号を出力し、端子１９Ｌが「０」端子１９Ｒが「０」の場合、遅延線Ｄ３に選択信号を出力する。
【００２８】
こうすることで、スピーカ１４には頭部位置に応じた遅延時間が経過してから、騒音と逆位相の信号が到達する。スピーカ１４又はその手前でこの信号を増幅しスピーカ１４が駆動されることで、騒音を打ち消す音が出力される。なお、スピーカ１４は、オーディオシステムのスピーカを兼用してもよいし、騒音低減用のスピーカ１４を搭載してもよい。このスピーカ１４の搭載位置と頭部位置の距離に応じて、遅延回路Ｄ１〜Ｄ３の遅延時間を調整すればよいので、スピーカ１４の位置は柔軟に決定できる。
【００２９】
なお、ＣＰＵの一方の端子１６Ｌへの入力をＮｏｔ回路１８で反転させるのは、セレクタ２５の回路構成によるものなのでＮｏｔ回路１８はなくてもよい。また、遅延線Ｄ１〜Ｄ３を１つのタップ型遅延線として実装し、所望の遅延がえられるタップ位置からそれぞれ逆位相の信号を取り出すように構成してもよい。
【００３０】
ところで、本実施例の騒音低減装置１００は、運転者の頭部位置を「左寄り」「中央」「右寄り」の３つの状態のいずれかに判定したが、運転者の頭部位置をより高い分解能で判定することができる。例えば、ウェアラブル接点１３Ｌを複数にして左から何番目まで車両側接点１２Ｌと接触したか、をＣＰＵが検出することで、「中央」から「左寄り」に至るまでの頭部位置を細かく検出できる。同様に、ウェアラブル接点１３Ｒを複数にして右から何番目まで車両側接点１２Ｒと接触したか、をＣＰＵが検出することで、「中央」から「右寄り」に至るまでの頭部位置を細かく検出できる。
【００３１】
図６は、運転者の頭部位置をより高い分解能で検出した際のセレクタ２５の端子３２の構成の一例を示す。セレクタ２５の端子３２の数は検出する頭部位置の状態数に応じて設計できる。例えば、セレクタ２５の入力用の端子３２を３つとすれば２３＝８個、セレクタ２５の入力用の端子３２を４つとすれば２４＝１６個、の頭部位置を判別できる。
【００３２】
また、セレクタ２５の出力側には頭部位置の数に応じて端子３３を設ける。図６では、出力側の端子３３は１６個あり、騒音低減装置１００は１６段階に逆位相の信号を遅延させることができる。１６段階に遅延できれば、ほぼ無段階に遅延させることができるので、騒音低減装置１００は頭部位置がどこにあっても騒音を低減することができる。
【００３３】
また、このように頭部位置を精度よく判定する場合、非接触の距離計により頭部位置を検出してもよい。例えば、ヘッドレスト１１に静電容量型の距離計を複数内設しておくことで、運転者の頭部位置を精度よく検出できる。
【実施例２】
【００３４】
実施例１では逆位相の信号を遅延させたが、本実施例では騒音が頭部に到達する時間を調整する騒音低減装置１００について説明する。
図７は、騒音低減装置１００の全体構成図の一例を示す。図７において図３と同一部には同一の符号を付しその説明は省略する。
【００３５】
実施例１のように、逆位相の信号を遅延させただけでは遅延が不十分となるおそれがある。そこで、本実施例の騒音低減装置１００は、騒音が頭部に至る経路の媒体（空気）を低温源で冷却することで、騒音が頭部に到達する時間を調整する。このような構成は、騒音の音源１５の位置が頭部位置に近い場合に有効である。なお、図７ではドライアイスを低熱源としたが、ペルチェ素子、エアコン又は冷凍機などで冷却してもよい。
【００３６】
空気中で音が伝わる速さ、いわゆる空気中の音速は、音速〔ｍ／ｓ〕＝３３１＋０．６T（Ｔ：摂氏温度）により概算される。例えば、車内の室温が３０度であれば音速は３４９〔ｍ／ｓ〕である。ドライアイスにより媒体の温度を−３０度まで冷却できたとすると音速は３１３〔ｍ／ｓ〕となる。すなわち、騒音が頭部に到達する時間を約１０％遅らせることができる。
【００３７】
したがって、騒音が通過する空間を冷却することで騒音の到達時間を調整することができ、例えば騒音の音源１５の位置が頭部位置に近くても、騒音低減装置１００が頭部近辺の騒音を逆位相の音で打ち消すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】運転者の頭部位置と音源との位置の関係、左の騒音と右の逆位相の音のスペクトル波形の一例を示す図である。
【図２】頭部位置に対する騒音の音源とスピーカの位置を模式的に説明する図の一例である。
【図３】騒音低減装置の全体構成図の一例である。
【図４】騒音のＬＰＣスペクトル、ＬＰＣスペクトルの逆位相の信号の一例をそれぞれ示す図である。
【図５】セレクタの端子の入力値と遅延時間の関係を示す真理値表の一例である。
【図６】運転者の頭部位置をより高い分解能で判定した際のセレクタの端子の構成の一例を示す図である。
【図７】騒音低減装置の全体構成図の一例である。
【符号の説明】
【００３９】
１１    ヘッドレスト
１２Ｌ、１２Ｒ    車両側接点
１３Ｌ、１３Ｒ    ウェアラブル接点    
１４    スピーカ
１５    音源
１７    インバータ
２０    マイクロフォン
２５    セレクタ
１００  騒音低減装置
Ｄ１〜Ｄ３        遅延線
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
2010195109.tif 000006
【図７】
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【図１】
2010195109.tif 000008
【図４】
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