(57)【要約】  能動型騒音低減装置は、騒音の周波数を判定する制御周波数判定器と、判定した周波数を有する参照余弦波信号を発生する参照余弦波発生器と、騒音の周波数を有する参照正弦波信号を発生する参照正弦波発生器と、参照余弦波信号が入力されて第１のフィルタ係数を有する第１の１タップ適応フィルタと、参照正弦波信号が入力されて第２のフィルタ係数を有する第２の１タップ適応フィルタと、第１の１タップ適応フィルタからの出力信号と第２の１タップ適応フィルタからの出力信号とを加算する加算器と、加算器からの出力信号によって駆動されて２次騒音を発生する２次騒音発生器と、２次騒音と騒音との干渉で発生する残留音を検出する残留音検出器と、２次騒音発生器から残留音検出器までの間の伝達特性を模擬した特性で参照余弦波信号及び参照正弦波信号をそれぞれ補正して得られる模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を出力する模擬信号発生器と、残留音検出器からの出力信号と模擬信号発生器からの出力信号と前記参照余弦波信号と前記参照正弦波信号と前記加算器からの出力信号とに基づき第１のフィルタ係数と第２のフィルタ係数とを更新するフィルタ係数更新ユニットとを備える。２次騒音は残留音検出器の設置される空間で騒音を減少させる。
2017006547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音を低減する能動型騒音低減装置であって、
前記騒音の周波数を判定する制御周波数判定器と、
前記判定した周波数を有する参照余弦波信号を発生する参照余弦波発生器と、
前記騒音の周波数を有する参照正弦波信号を発生する参照正弦波発生器と、
前記参照余弦波信号が入力されて第１のフィルタ係数を有する第１の１タップ適応フィルタと、
前記参照正弦波信号が入力されて第２のフィルタ係数を有する第２の１タップ適応フィルタと、
前記第１の１タップ適応フィルタからの出力信号と前記第２の１タップ適応フィルタからの出力信号とを加算する加算器と、
前記加算器からの出力信号によって駆動されて２次騒音を発生する２次騒音発生器と、
前記２次騒音と前記騒音との干渉で発生する残留音を検出する残留音検出器と、
前記２次騒音発生器から前記残留音検出器までの間の伝達特性を模擬した特性で前記参照余弦波信号及び前記参照正弦波信号をそれぞれ補正して得られる模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を出力する模擬信号発生器と、
前記残留音検出器からの出力信号と前記模擬信号発生器からの出力信号と前記参照余弦波信号と前記参照正弦波信号と前記加算器からの出力信号とに基づき前記第１のフィルタ係数と前記第２のフィルタ係数とを更新するフィルタ係数更新ユニットと、
を備えた能動型騒音低減装置。
【請求項２】
前記フィルタ係数更新ユニットは、
前記残留音検出器からの出力信号と前記模擬信号発生器からの前記出力信号とに基づき前記第１のフィルタ係数と前記第２のフィルタ係数とを更新する第１のフィルタ係数更新部と、
前記参照余弦波信号と前記参照正弦波信号と前記加算器からの前記出力信号とに基づき前記第１のフィルタ係数と前記第２のフィルタ係数とを更新する第２のフィルタ係数更新部と、
を有する、請求項１に記載の能動型騒音低減装置。
【請求項３】
前記加算器からの前記出力信号に所定のゲイン係数を乗ずるゲイン調整部をさらに備えた、請求項２に記載の能動型騒音低減装置。
【請求項４】
前記ゲイン調整部は、前記加算器と前記第２のフィルタ係数更新部との間に設けられている、請求項３に記載の能動型騒音低減装置。
【請求項５】
前記第２のフィルタ係数部は前記ゲイン調整部の出力信号を用いて第２のフィルタ係数を更新する、請求項４に記載の能動型騒音低減装置。
【請求項６】
前記所定のゲイン係数は、前記判定した周波数に応じて決定されている、請求項４に記載の能動型騒音低減装置。
【請求項７】
前記所定のゲイン係数は、前記第１のフィルタ係数の二乗と前記第２のフィルタ係数の二乗との和に応じて決定されている、請求項３に記載の能動型騒音低減装置。
【請求項８】
前記第１のフィルタ係数更新部は、前記参照余弦波信号と前記参照正弦波信号と前記加算器からの出力信号とを用いずに、前記残留音検出器からの出力信号と前記模擬信号発生器からの前記出力信号とに基づき前記第１のフィルタ係数と前記第２のフィルタ係数とを更新し、
前記第２のフィルタ係数更新部は、前記残留音検出器からの出力信号と前記模擬信号発生器からの出力信号とを用いずに、前記参照余弦波信号と前記参照正弦波信号と前記加算器からの前記出力信号とに基づき前記第１のフィルタ係数と前記第２のフィルタ係数とを更新する、請求項２に記載の能動型騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン等の振動に伴って車室内に発生する騒音を低減する能動型騒音低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来の能動型騒音低減装置５０１のブロック図である。能動型騒音低減装置５０１は、車両のエンジンの回転に伴って車室内に発生する騒音に対して、騒音と同振幅で、かつ騒音とは逆位相の音波を発生させ、騒音と干渉させることで騒音を低減させる。【０００３】
騒音と干渉させる音波を発生させるための制御信号は、騒音と同一周波数の正弦波信号および余弦波信号にそれぞれ適応フィルタ係数を乗算したのち、加算して生成する。【０００４】
適応フィルタは、制御点に設置したマイクロフォンからの信号と、正弦波信号である基準信号に、スピーカとマイクロフォン間の伝達特性を畳み込んだ信号である模擬信号に基づきＬＭＳアルゴリズムにより更新される。【０００５】
能動型騒音低減装置５０１に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１および特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９９０３７号公報
【特許文献２】特許第４０７９８３１号公報
【発明の概要】
【０００７】
能動型騒音低減装置は、騒音の周波数を判定する制御周波数判定器と、判定した周波数を有する参照余弦波信号を発生する参照余弦波発生器と、騒音の周波数を有する参照正弦波信号を発生する参照正弦波発生器と、参照余弦波信号が入力されて第１のフィルタ係数を有する第１の１タップ適応フィルタと、参照正弦波信号が入力されて第２のフィルタ係数を有する第２の１タップ適応フィルタと、第１の１タップ適応フィルタからの出力信号と第２の１タップ適応フィルタからの出力信号とを加算する加算器と、加算器からの出力信号によって駆動されて２次騒音を発生する２次騒音発生器と、２次騒音と騒音との干渉で発生する残留音を検出する残留音検出器と、２次騒音発生器から残留音検出器までの間の伝達特性を模擬した特性で参照余弦波信号及び参照正弦波信号をそれぞれ補正して得られる模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を出力する模擬信号発生器と、残留音検出器からの出力信号と模擬信号発生器からの出力信号と前記参照余弦波信号と前記参照正弦波信号と前記加算器からの出力信号とに基づき第１のフィルタ係数と第２のフィルタ係数とを更新するフィルタ係数更新ユニットとを備える。２次騒音は残留音検出器の設置される空間で騒音を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は実施の形態１における能動型騒音低減装置のブロック図である。
【図２】図２は実施の形態１における他の能動型騒音低減装置のブロック図である。
【図３】図３は実施の形態１における能動型騒音低減装置のオープンループ特性の測定系のブロック図である。
【図４】図４は従来の能動型騒音低減装置のオープンループ特性の測定系のブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは実施の形態１における能動型騒音低減装置の制御周波数が１００Ｈｚの場合のオープンループの振幅特性図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは実施の形態１における能動型騒音低減装置の制御周波数が１００Ｈｚの場合のオープンループの位相特性図である。
【図６Ａ】図６Ａは実施の形態１における能動型騒音低減装置の制御周波数が２００Ｈｚの場合のオープンループの振幅特性図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは実施の形態１における能動型騒音低減装置の制御周波数が２００Ｈｚの場合のオープンループの位相特性図である。
【図７】図７は実施の形態２における能動型騒音低減装置のブロック図である。
【図８Ａ】図８Ａは実施の形態２における能動型騒音低減装置のオープンループ特性図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは実施の形態２における能動型騒音低減装置のオープンループ特性図である。
【図９】図９は従来の能動型騒音低減装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
従来の能動型騒音低減装置５０１では、経時によるスピーカやマイクロフォンの特性変化や窓の開閉、乗員数増減等の車室内環境の変化により、スピーカとマイクロフォン間の現在の伝達特性が、模擬信号を生成するために能動型騒音低減装置内の演算器に保存している伝達特性データと異なるものとなった場合、適応フィルタの動作が不安定になり、理想的な騒音低減効果が得られないだけでなく、かえって騒音を増大してしまう発散状態に陥る。
【００１０】
また、従来の能動型騒音低減装置５０１では、荒れた路面の走行時や窓の開放時のように、外部からの雑音の混入が著しい条件下においても、フィルタ係数の更新が適切に行われず適応フィルタの動作が不安定になり、最悪の場合には発散による異常音を発生させ乗員に著しい不快感を与える場合がある。さらに、従来の能動型騒音低減装置５０１では、制御点に設置したマイクロフォン位置の騒音レベルと乗員の耳位置での騒音レベルに差がある場合、乗員の耳位置での騒音低減効果が少なくなってしまう過補償状態になる場合がある。
【００１１】
上記の課題を解決するために、特許文献２においては制御信号が初期伝達特性でマイクロフォンに音響伝達される信号（補償信号）を数値演算的に発生させ、補償信号とマイクロフォンの出力信号を加算した信号を適応制御アルゴリズムに使用する。これにより、現在の伝達特性が初期伝達特性から著しく変化した場合や、外部からの雑音の混入で適応ノッチフィルタのフィルタ係数が大きく変動する場合についても適応制御アルゴリズムが安定性を向上するように作用させ、フィルタの発散を抑制するとともに、乗員の耳位置における過補償を抑制する。
【００１２】
しかしながら、この場合は、マイクロフォンごとに補償信号生成演算が必要になる。実際の車両に搭載するシステムでは、複数本のマイクロフォンを設置することが必要となるため、特許文献２に開示されている方法ではマイクロフォンを増やした分だけ演算量が増大し、実際に使用するケースを想定した場合にコスト面で不利になる。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における能動型騒音低減装置１００１のブロック図である。能動型騒音低減装置１００１は、制御周波数判定器１と、参照余弦波発生器２と、参照正弦波発生器３と、１タップ適応フィルタ５、６と、加算器９と、２次騒音発生器１１ａと、模擬信号発生器４と、フィルタ係数更新部７、８と、残留音検出器１２とを備える。制御周波数判定器１は、エンジン・シャフトなど自動車の回転要素に関連する信号を受けて、検出した回転周波数に応じて消音対象となる制御空間Ｓ１での騒音Ｎ０の周波数ｆを出力する。例えばエンジン回転の場合、これに同期した電気信号であるエンジンパルスを受信し、エンジンの回転数を検出する。そして回転数に応じて生じる騒音Ｎ０の周波数ｆを出力する。制御周波数判定器１の出力する周波数ｆは、参照余弦波発生器２、参照正弦波発生器３および模擬信号発生器４に入力される。１タップ適応フィルタ５、６は適応ノッチフィルタ部５１を構成する。フィルタ係数更新部７、８はフィルタ係数更新ユニット５２を構成する。
【００１４】
参照余弦波発生器２と参照正弦波発生器３は、時刻ｎにおいて制御周波数判定器１により求められた消音すべき周波数ｆに同期した参照信号としての参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）をそれぞれ生成する。余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）は互いに９０度位相がずれている。
【００１５】
参照余弦波発生器２の出力信号である参照余弦波信号ｂ０（ｎ）は適応ノッチフィルタ部５１のうち１タップ適応フィルタ５のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）と乗算される。同じく、参照正弦波発生器３の出力信号である参照正弦波信号ｂ１（ｎ）は適応ノッチフィルタ部５１のうち１タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ１（ｎ）と乗算される。そして、加算器９は１タップ適応フィルタ５の出力信号（Ｗ０（ｎ）・ｂ０（ｎ））と１タップ適応フィルタ６の出力信号（Ｗ１（ｎ）・ｂ１（ｎ））とを加算して得られた出力信号ｙ（ｎ）を出力する。
【００１６】
２次騒音発生器１１ａは電力増幅器１０とスピーカ１１とを有する。残留音検出器１２と２次騒音発生器１１ａのスピーカ１１とは制御空間Ｓ１に設置されている。適応ノッチフィルタ部５１の出力である加算器９の出力信号ｙ（ｎ）は電力増幅器１０で電力増幅されたのち、課題となる騒音Ｎ０を打ち消すための二次騒音Ｎ１としてスピーカ１１より放射される。課題となる騒音Ｎ０は二次騒音Ｎ１との干渉により消音される。この際消音しきれなかった残留音は、マイクロフォンである残留音検出器１２により検出され、誤差信号ｅ（ｎ）として１タップ適応フィルタ５、６のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新するための第一の適応制御アルゴリズムに利用される。
【００１７】
模擬信号発生器４は、周波数ｆにおける電力増幅器１０から残留音検出器１２までの伝達特性データを保持しており、参照信号に上記伝達特性を畳み込んだ信号である模擬信号を生成する。模擬信号は、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）に伝達特性を畳み込んで得られる模擬余弦波信号ｒ０（ｎ）と、参照正弦波信号ｂ１（ｎ）に伝達特性を畳み込んで得られた模擬正弦波信号ｒ１（ｎ）からなる。すなわち、模擬信号発生器４は、２次騒音発生器１１ａ（スピーカ１１）から残留音検出器１２までの間の伝達特性を模擬した特性で参照余弦波信号ｂ０（ｎ）及び参照正弦波信号ｂ１（ｎ）をそれぞれ補正して得られる模擬余弦波信号ｒ０（ｎ）及び模擬正弦波信号ｒ１（ｎ）を出力する。
【００１８】
模擬信号ｒ０（ｎ）、ｒ１（ｎ）の生成には、ＲＯＭなどの記憶媒体に保存しておいた伝達特性のデータを利用する。周波数特性測定器などで伝達系の振幅特性と位相特性を予め計測しておき、記憶媒体に周波数ごとの振幅と位相をテーブルとして保存しておく。信号生成時は、制御周波数判定器の出力値に基づき、記憶媒体に保存したテーブルから振幅と位相を読み出し、読み出した振幅と位相と、制御周波数判定器１の出力値に基づく周波数を持つ余弦波および正弦波を算出することで生成する。
【００１９】
つまり、制御周波数判定器１の出力する周波数ｆとゲインＣと位相φとにより、時刻ｎにおける模擬余弦波信号ｒ０（ｎ）と模擬正弦波信号ｒ１（ｎ）は（数１）と（数２）でそれぞれ得られる。
【００２０】
【数１】
2017006547.tif 000003
【００２１】
【数２】
2017006547.tif 000004
【００２２】
第一の適応制御アルゴリズムは上記模擬信号ｒ０（ｎ）、ｒ１（ｎ）と残留音検出器１２からの出力である誤差信号ｅ（ｎ）を利用し、第一の適応制御アルゴリズムはフィルタ係数更新部７で実現される。
【００２３】
１タップ適応フィルタ５、６のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）はステップサイズパラメータμに基づき（数３）（数４）によりそれぞれ更新される。
【００２４】
【数３】
2017006547.tif 000005
【００２５】
【数４】
2017006547.tif 000006
【００２６】
さらに、第二の適応制御アルゴリズムにより、制御の安定化を図る。第二の適応制御アルゴリズムは参照信号ｂ０（ｎ）、ｂ１（ｎ）と適応ノッチフィルタ部５１の出力信号ｙ（ｎ）を利用し、第二の適応制御アルゴリズムはフィルタ係数更新部８で実現される。
【００２７】
第二の適応制御アルゴリズムでは１タップ適応フィルタ５、６のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）はステップサイズパラメータμに基づき（数５）（数６）によりそれぞれ更新される。
【００２８】
【数５】
2017006547.tif 000007
【００２９】
【数６】
2017006547.tif 000008
【００３０】
能動型騒音低減装置１００１では、第一の適応制御アルゴリズムと第二の適応制御アルゴリズムを組み合わせてフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を（数７）（数８）でそれぞれ更新する。
【００３１】
【数７】
2017006547.tif 000009
【００３２】
【数８】
2017006547.tif 000010
【００３３】
上述のように、フィルタ係数更新ユニット５２は、残留音検出器１２からの出力信号（誤差信号ｅ（ｎ））と模擬信号発生器４からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ１（ｎ））と参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。
【００３４】
フィルタ係数更新部７は、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とを用いずに、残留音検出器１２からの出力信号（誤差信号ｅ（ｎ））と模擬信号発生器４からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ１（ｎ））とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。フィルタ係数更新部８は、残留音検出器１２からの出力信号（誤差信号ｅ（ｎ））と模擬信号発生器からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ１（ｎ））とを用いずに、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。
【００３５】
次に、マイクロフォンすなわち残留音検出器１２の数が１から２に増加した場合について考える。図２は実施の形態１における他の能動型騒音低減装置１００２のブロック図である。図２において、図１に示す能動型騒音低減装置１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。能動型騒音低減装置１００２はマイクロフォンである残留音検出器１５をさらに備える。
【００３６】
課題となる騒音Ｎ０は二次騒音Ｎ１との干渉により消音される。この際に消音しきれなかった残留音は制御空間に設けられた残留音検出器１２、１５により検出され、残留音検出器１２、１５は検出した残留音に基づき誤差信号ｅ０（ｎ）、ｅ１（ｎ）をそれぞれ出力する。
【００３７】
模擬信号発生器４は、２次騒音発生器１１ａ（スピーカ１１）から残留音検出器１２までの間の伝達特性を模擬した特性で参照余弦波信号ｂ０（ｎ）及び参照正弦波信号ｂ１（ｎ）をそれぞれ補正して得られる模擬余弦波信号ｒ００（ｎ）及び模擬正弦波信号ｒ０１（ｎ）を出力する。同様に、模擬信号発生器４は、２次騒音発生器１１ａ（スピーカ１１）から残留音検出器１５までの間の伝達特性を模擬した特性で参照余弦波信号ｂ０（ｎ）及び参照正弦波信号ｂ１（ｎ）をそれぞれ補正して得られる模擬余弦波信号ｒ１０（ｎ）及び模擬正弦波信号ｒ１１（ｎ）を出力する。
【００３８】
図２に示す能動型騒音低減装置１００２では、１タップ適応フィルタ５、６のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）はステップサイズパラメータμに基づき（数９）（酢１０）でそれぞれ更新される。
【００３９】
【数９】
2017006547.tif 000011
【００４０】
【数１０】
2017006547.tif 000012
【００４１】
上記の式において、ステップサイズパラメータμに乗ずる式の第一項と第二項がフィルタ係数更新部７による第一の適応制御アルゴリズムによる部分であり、第三項がフィルタ係数更新部８による第二の適応制御アルゴリズムによる部分である。（数７）と（数９）とを比較し、（数８）と（数１０）を比較して分かるように、残留音検出器のマイクロフォンの数が増加しても第二の適応制御アルゴリズムによる演算量は増加しない。従って、マイクロフォンの数が増加した場合においても図９に示す従来の能動型騒音低減装置５０１と比較して少ない演算量で同等の効果が得られる。
【００４２】
上述のように、能動型騒音低減装置１００２において、フィルタ係数更新ユニット５２は、残留音検出器１２、１５からの出力信号（誤差信号ｅ０（ｎ）、ｅ１（ｎ））と模擬信号発生器４からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ００（ｎ）、ｒ１０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ１０（ｎ）、ｒ１１（ｎ））と参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。
【００４３】
能動型騒音低減装置１００２において、フィルタ係数更新部７は、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とを用いずに、残留音検出器１２、１５からの出力信号（誤差信号ｅ０（ｎ）、ｅ１（ｎ））と模擬信号発生器４からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ００（ｎ）、ｒ１０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ０１（ｎ）、ｒ１１（ｎ））とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。フィルタ係数更新部８は、残留音検出器１２、１５からの出力信号（誤差信号ｅ０（ｎ）、ｅ１（ｎ））と模擬信号発生器からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ００（ｎ）、ｒ１０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ０１（ｎ）、ｒ１１（ｎ））とを用いずに、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。
【００４４】
次に、上記の更新の式の導出について説明する。
【００４５】
一般的に、最小自乗法（ＬＭＳ）アルゴリズムは（数１１）に示す評価関数Ｊを最小とするような解を逐次的に求めるアルゴリズムである。
【００４６】
【数１１】
2017006547.tif 000013
【００４７】
ただしＥ［Ｐ］は変数Ｐの期待値を示す。適応制御アルゴリズムは最急降下法を元としている。
【００４８】
最急降下法でのｋタップの適応フィルタのフィルタ係数ｗ（ｎ）はステップサイズパラメータμに基づき（数１２）で更新される。
【００４９】
【数１２】
2017006547.tif 000014
【００５０】
フィルタ係数ｗ（ｎ）はｋ次元のベクトルである。参照信号ｘ（ｎ）もｋ次元のベクトルである。ステップサイズパラメータμはスカラー値である。（数１２）の第二項は勾配ベクトルと呼ばれ、適応フィルタが収束するに従って零ベクトルに近づく。
【００５１】
ＬＭＳアルゴリズムではさらに、第二項の期待値の演算を瞬時値の演算に置き換えることでフィルタ係数ｗ（ｎ）を更新する（数１３）が導かれる。
【００５２】
【数１３】
2017006547.tif 000015
【００５３】
すなわち最急降下法は参照信号ｘ（ｎ）と誤差信号ｅ（ｎ）の相互相関により更新ベクトルを算出し、ＬＭＳアルゴリズムは相互相関の瞬時値により更新ベクトルを算出していることが分かる。
【００５４】
さて、特許文献２は（数１４）で表される補正誤差信号ｅ‘（ｎ）を用いてフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する（数１５）（数１６）を開示している。
【００５５】
【数１４】
2017006547.tif 000016
【００５６】
【数１５】
2017006547.tif 000017
【００５７】
【数１６】
2017006547.tif 000018
【００５８】
（数１５）（数１６）の右辺の第二項の期待値はそれぞれ（数１７）（数１８）で表される。
【００５９】
【数１７】
2017006547.tif 000019
【００６０】
【数１８】
2017006547.tif 000020
【００６１】
模擬信号ｒ０（ｎ）、ｒ１（ｎ）はそれぞれスピーカ１１から残留音検出器１２までの位相特性分だけ偏角を持つ余弦波と正弦波であるから、期待値Ｅ［ｒ０（ｎ）・ｒ１（ｎ）］は０となる。
【００６２】
従って、上記の（数１７）（数１８）より（数１９）（数２０）がそれぞれ得られる。
【００６３】
【数１９】
2017006547.tif 000021
【００６４】
【数２０】
2017006547.tif 000022
【００６５】
さらに、スピーカ１１から残留音検出器１２までの伝達特性は振幅特性であるゲインＣと、位相特性とを含む。位相特性は、信号Ｘの偏角を移動させる関数Φ（Ｘ）で表わされる。ゲインＣと関数Φ（Ｘ）とを用いて模擬信号ｒ０（ｎ）、ｒ１（ｎ）はそれぞれ（数２１）（数２２）で表される。
【００６６】
【数２１】
2017006547.tif 000023
【００６７】
【数２２】
2017006547.tif 000024
【００６８】
（数２１）と（数２２）を用いると（数１９）と（数２０）はそれぞれ（数２３）（数２４）で表される。
【００６９】
【数２３】
2017006547.tif 000025
【００７０】
【数２４】
2017006547.tif 000026
【００７１】
さらに、（数２５）（数２６）が成り立つ。
【００７２】
【数２５】
2017006547.tif 000027
【００７３】
【数２６】
2017006547.tif 000028
【００７４】
したがって、（数２３）（数２４）からそれぞれ（数２７）（数２８）が得られる。
【００７５】
【数２７】
2017006547.tif 000029
【００７６】
【数２８】
2017006547.tif 000030
【００７７】
勾配ベクトルの瞬時値をフィルタ係数を更新する式に利用することで（数２９）（数３０）が得られる。
【００７８】
【数２９】
2017006547.tif 000031
【００７９】
【数３０】
2017006547.tif 000032
【００８０】
（数２９）（数３０）において振幅特性のゲインＣを１として無視した値の瞬時値を更新ベクトルとすると、（数７）および（数８）を導くことができる。
【００８１】
次に、能動型騒音低減装置１００１の特性の解析について説明する。図３は能動型騒音低減装置１００１のオープンループ特性の測定系のブロック図である。図４は特許文献２に開示されている従来の能動型騒音低減装置５０２のオープンループ特性の測定系のブロック図である。図３と図４において破線で囲った部分は、能動型騒音低減装置５０２、１００１内で実現される要素を示す。
【００８２】
能動型騒音低減装置５０２、１００１と周波数特性測定器１３を利用して適応フィルタのオープンループ特性を計測する。実施の形態１における能動型騒音低減装置１００１と従来の能動型騒音低減装置５０２とで消音性能の比較を行なった。
【００８３】
オープンループ特性は以下の方法で計測する。エンジンパルスとして、制御周波数判定器１で決定する狙いの周波数（例えば１００Ｈｚ）に対応する一定の周期を持つパルス信号を印加した上で、残留音検出器１２が接続される端子に正弦波入力信号Ｖ＿ＩＮを加え、正弦波入力信号Ｖ＿ＩＮに対するスピーカ１１の出力端出力Ｖ＿ＯＵＴの比を周波数特性測定器１３で測定することでオープンループ特性を計測する。
【００８４】
このオープンループ特性は、制御周波数判定器１で決定された周波数ｆでの適応ノッチフィルタ部５１のフィルタ特性を表すもので、この特性が一致する時は、制御周波数判定器１で決定された周波数ｆでの能動型騒音低減装置５０２、１００１の消音性能は同一である。
【００８５】
図５Ａと図５Ｂは制御周波数が１００Ｈｚの場合の能動型騒音低減装置５０２、１００１のオープンループ特性図である。図５Ａは能動型騒音低減装置５０２のオープンループ特性のうちの振幅特性Ａ５０２と能動型騒音低減装置１００１の振幅特性Ａ１００１とを示す。図５Ｂは能動型騒音低減装置５０２のオープンループ特性のうちの位相特性Ｐ５０２と能動型騒音低減装置１００１の位相特性Ｐ１００１を示す。図６Ａと図６Ｂは制御周波数が２００Ｈｚの場合の能動型騒音低減装置５０２、１００１のオープンループ特性図であり、図５Ａはオープンループ特性のうちの振幅特性を示し、図５Ｂはオープンループ特性のうちの位相特性を示す。
【００８６】
図５Ｂと図６Ｂに示す位相特性では、それぞれの制御周波数１００Ｈｚ、２００Ｈｚ付近で位相が１８０度となっており、期待通りの効果を奏している。また、図５Ａと図６Ａに示す振幅特性では、実施の形態１における能動型騒音低減装置１００１と従来の能動型騒音低減装置５０２とでオープンループ特性は一致しており、実施の形態１における能動型騒音低減装置１００１は従来の能動型騒音低減装置５０２と同等の伝達特性を有する。すなわち、現在の伝達特性が初期伝達特性から著しく変化した場合や、外部からの雑音の混入で１タップ適応フィルタ５、６のフィルタ係数が大きく変動する場合についても適応制御アルゴリズムが安定性を向上するように動作し、フィルタ係数の発散を抑制するとともに、乗員の耳位置における過補償を抑制する効果を有する。
【００８７】
（実施の形態２）
図７は実施の形態２における能動型騒音低減装置１００３のブロック図である。図７において、図１に示す実施の形態１における能動型騒音低減装置１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００８８】
能動型騒音低減装置１００３は、図１に示す実施の形態１における能動型騒音低減装置１００１の加算器９とフィルタ係数更新部８との間に設けられたゲイン調整器１４をさらに備える。能動型騒音低減装置１００３では、ゲイン調整器１４の出力信号を用いてフィルタ係数更新部８はフィルタ係数を更新する。
【００８９】
ゲイン調整器１４は加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）に対して所定の定数であるゲイン係数αを乗じて出力信号（α・ｙ（ｎ））を得る。フィルタ係数更新部８は、参照余弦波発生器２からの出力信号である参照余弦波信号ｂ０（ｎ）および参照正弦波発生器３からの出力信号である参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と、ゲイン調整器１４の出力信号を利用することにより、第二の適応制御アルゴリズムの収束速度を調節することができる。したがって、過補償がより最適に抑制されるとともに、より安定性が向上した理想的な騒音低減効果を得ることができる。
【００９０】
ゲイン調整器１４は加算器９の出力信号ｙ（ｎ）にゲイン係数αを乗算する。このときフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）は（数３１）（数３２）（数３３）で更新される。
【００９１】
【数３１】
2017006547.tif 000033
【００９２】
【数３２】
2017006547.tif 000034
【００９３】
【数３３】
2017006547.tif 000035
【００９４】
ゲイン係数αは、第二の適応制御アルゴリズムによる更新速度を調整するもので、従来技術での補償信号に対するゲイン係数と同等の効果を持つ。つまり、ゲイン係数αにより適応フィルタの安定度と収束時の騒音低減量を調整することができる。ゲイン係数αが大きいほど適応フィルタの安定度は向上するが、騒音低減量は小さくなる。
【００９５】
図８Ａと図８Ｂはゲイン係数αを０＜α＜１の条件で設定したときの能動型騒音低減装置１００３のオープンループ特性図である。図８Ａは能動型騒音低減装置１００３のオープンループ特性のうちの振幅特性Ａ１００３と従来の能動型騒音低減装置５０２の振幅特性Ａ５０２を示す。図８Ｂは能動型騒音低減装置１００３のオープンループ特性のうちの位相特性Ｐ１００３と従来の能動型騒音低減装置５０２の位相特性Ｐ５０２を示す。
【００９６】
図５Ａと図５Ｂに示す振幅特性Ａ１００１と位相特性Ｐ１００１はゲイン係数αが１である場合の特性に等しい。図５Ａと図８Ａを比較し図５Ｂと図８Ｂを比較すると、実施の形態２における能動型騒音低減装置１００３は従来の能動型騒音低減装置５０２に比べて周波数に対してオープンループゲインが変化しており、特性の変化も等しいことが分かる。従って、実施の形態２における能動型騒音低減装置１００３は従来の能動型騒音低減装置５０２と同等の特性を持つ。つまり実施の形態２における能動型騒音低減装置１００３は現在の伝達特性が初期伝達特性から著しく変化した場合や、外部からの雑音の混入で適応フィルタのフィルタ係数が大きく変動する場合について、実施の形態１における能動型騒音低減装置１００１と比較して過補償がより最適に抑制されるとともに、より安定性が向上した理想的な騒音低減効果を得ることができる。
【００９７】
なお、実施の形態２における能動型騒音低減装置１００３ではゲイン係数αは所定の値であるが、騒音Ｎ０の周波数ｆに従って変化させても良い。この場合、騒音Ｎ０の周波数ｆの値ごとのゲイン係数αを記憶媒体にテーブルとして予め保持しておき、制御周波数判定器１の出力する周波数ｆの値に基づいてテーブルからゲイン係数αの値を参照することでゲイン係数αを定めることができる。
【００９８】
すなわち、ゲイン調整器１４として制御周波数判定器１により判定された課題となる騒音Ｎ０の周波数ｆに応じた値のゲイン係数αを加算器９の出力信号ｙ（ｎ）に乗算することにより、車室内の音響的な伝達特性に応じて補正信号のレベルを調節出来るため、過補償がより最適に抑制されるとともに、より安定性が向上した理想的な騒音低減効果を得ることができる。
【００９９】
実際に車両等に能動型騒音低減装置１００３を搭載する場合、スピーカ１１からマイクロフォンである残留音検出器１２までの伝達特性は振幅、位相ともに周波数ｆに依存する周波数特性を持つ。振幅にディップ（谷）があったり、位相の変化が大きかったりする場合、周波数ｆにより１タップ適応フィルタ５、６が発散する可能性は大きく変わる。そこで周波数ｆの複数の値ごとにゲイン係数αの値を適切に設定することで、より安定性が向上した理想的な騒音低減効果を得ることができる。
【０１００】
また、実施の形態２におけるゲイン係数αは、（数３４）に示す１タップ適応フィルタ５、６のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）の二乗の和に応じて変化させても良い。
【０１０１】
【数３４】
2017006547.tif 000036
【０１０２】
すなわち、１タップ適応フィルタ５及び１タップ適応フィルタ６のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）の二乗の和に応じた値を有するゲイン係数αを加算器９の出力信号ｙ（ｎ）に乗算してもよい。
【０１０３】
すなわち、フィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）の二乗の和の複数の値ごとのゲイン係数αの値を記憶媒体にテーブルとして予め保持しておく。演算時にフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）の二乗の和（Ｗ０（ｎ）２＋Ｗ１（ｎ）２）の値を計算し、その値に基づいてテーブルからゲイン係数αの値を呼び出し、適応制御アルゴリズムに基づいてフィルタ係数Ｗ０（ｎ＋１）、Ｗ１（ｎ＋１）を求める。
【０１０４】
これにより、フィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）が過剰に大きくなるという発散現象が生じる可能性に応じてフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）の更新速度を調節することができるため、騒音低減効果の犠牲を抑えながら発散を抑制して、より理想的な騒音低減効果を得ることができる。
【０１０５】
この場合、二乗の和の値が大きい場合に、つまり１タップ適応フィルタ５、６が発散する可能性が大きい場合はゲイン係数αを大きくしてフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）の更新の幅を抑制し発散する可能性を低減させることができる。一方で、上記二乗の和の値が小さい場合、つまり１タップ適応フィルタ５、６が発散する可能性が小さい場合はゲイン係数αの値を小さくすることで、フィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）の更新の幅を抑制しないため騒音低減効果を最大限に得ることができ、騒音低減効果が小さくなることを抑えながら１タップ適応フィルタ５、６の発散を抑制して、より理想的な騒音低減効果を得ることができる。
【０１０６】
実施の形態１、２における能動型騒音低減装置１００１〜１００３は、複数の残留音検出器を有する場合においても演算量を増大させることなく、低コスト化を実現することができる。さらに、能動型騒音低減装置１００１〜１００３は、現在の伝達特性が初期伝達特性から著しく変化した場合や、外部からの雑音の混入で１タップ適応フィルタ５、６のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）が大きく変動する場合についても適応制御アルゴリズムが安定性を向上するように作用させ、１タップ適応フィルタ５、６の発散を抑制するとともに、乗員の耳位置における過補償を抑制して乗員が理想的な騒音低減効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明にかかる能動型騒音低減装置は、精度の高い騒音低減効果が必要な自動車等の装置に適用できる。
【符号の説明】
【０１０８】
１    制御周波数判定器
２    参照余弦波発生器
３    参照正弦波発生器
４    模擬信号発生器
５    １タップ適応フィルタ（第１の１タップ適応フィルタ）
６    １タップ適応フィルタ（第２の１タップ適応フィルタ）
７    フィルタ係数更新部（第１のフィルタ係数更新部）
８    フィルタ係数更新部（第２のフィルタ係数更新部）
９    加算器
１０    電力増幅器
１１    スピーカ
１１ａ    ２次騒音発生器
１２，１５    残留音検出器
１３    周波数特性測定器
１４    ゲイン調整器
５２    フィルタ係数更新ユニット
Ｎ０    騒音
Ｎ１    ２次騒音
Ｓ１    制御空間
【図１】
2017006547.tif 000037
【図２】
2017006547.tif 000038
【図３】
2017006547.tif 000039
【図４】
2017006547.tif 000040
【図５Ａ】
2017006547.tif 000041
【図５Ｂ】
2017006547.tif 000042
【図６Ａ】
2017006547.tif 000043
【図６Ｂ】
2017006547.tif 000044
【図７】
2017006547.tif 000045
【図８Ａ】
2017006547.tif 000046
【図８Ｂ】
2017006547.tif 000047
【図９】
2017006547.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月1日(2017.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
模擬信号ｒ０（ｎ）、ｒ１（ｎ）の生成には、ＲＯＭなどの記憶媒体に保存しておいた伝達特性のデータを利用する。周波数特性測定器などで伝達系の振幅特性と位相特性を予め計測しておき、記憶媒体に周波数ごとの振幅と位相をテーブルとして保存しておく。信号生成時は、制御周波数判定器１の出力値に基づき、記憶媒体に保存したテーブルから振幅と位相を読み出し、読み出した振幅と位相と、制御周波数判定器１の出力値に基づく周波数を持つ余弦波および正弦波を算出することで生成する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
フィルタ係数更新部７は、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とを用いずに、残留音検出器１２からの出力信号（誤差信号ｅ（ｎ））と模擬信号発生器４からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ１（ｎ））とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。フィルタ係数更新部８は、残留音検出器１２からの出力信号（誤差信号ｅ（ｎ））と模擬信号発生器４からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ１（ｎ））とを用いずに、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図２に示す能動型騒音低減装置１００２では、１タップ適応フィルタ５、６のフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）はステップサイズパラメータμに基づき（数９）（数１０）でそれぞれ更新される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
能動型騒音低減装置１００２において、フィルタ係数更新部７は、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とを用いずに、残留音検出器１２、１５からの出力信号（誤差信号ｅ０（ｎ）、ｅ１（ｎ））と模擬信号発生器４からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ００（ｎ）、ｒ１０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ０１（ｎ）、ｒ１１（ｎ））とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。フィルタ係数更新部８は、残留音検出器１２、１５からの出力信号（誤差信号ｅ０（ｎ）、ｅ１（ｎ））と模擬信号発生器４からの出力信号（模擬余弦波信号ｒ００（ｎ）、ｒ１０（ｎ）、模擬正弦波信号ｒ０１（ｎ）、ｒ１１（ｎ））とを用いずに、参照余弦波信号ｂ０（ｎ）と参照正弦波信号ｂ１（ｎ）と加算器９からの出力信号ｙ（ｎ）とに基づきフィルタ係数Ｗ０（ｎ）、Ｗ１（ｎ）を更新する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
図５Ａと図５Ｂは制御周波数が１００Ｈｚの場合の能動型騒音低減装置５０２、１００１のオープンループ特性図である。図５Ａは能動型騒音低減装置５０２のオープンループ特性のうちの振幅特性Ａ５０２と能動型騒音低減装置１００１の振幅特性Ａ１００１とを示す。図５Ｂは能動型騒音低減装置５０２のオープンループ特性のうちの位相特性Ｐ５０２と能動型騒音低減装置１００１の位相特性Ｐ１００１を示す。図６Ａと図６Ｂは制御周波数が２００Ｈｚの場合の能動型騒音低減装置５０２、１００１のオープンループ特性図であり、図６Ａはオープンループ特性のうちの振幅特性を示し、図６Ｂはオープンループ特性のうちの位相特性を示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
騒音を低減する能動型騒音低減装置であって、
前記騒音の周波数を判定する制御周波数判定器と、
前記判定した周波数を有する参照余弦波信号を発生する参照余弦波発生器と、
前記判定した周波数を有する参照正弦波信号を発生する参照正弦波発生器と、
前記参照余弦波信号が入力されて第１のフィルタ係数を有する第１の１タップ適応フィルタと、
前記参照正弦波信号が入力されて第２のフィルタ係数を有する第２の１タップ適応フィルタと、
前記第１の１タップ適応フィルタからの出力信号と前記第２の１タップ適応フィルタからの出力信号とを加算する加算器と、
前記加算器からの出力信号によって駆動されて２次騒音を発生する２次騒音発生器と、
前記２次騒音と前記騒音との干渉で発生する残留音を検出する残留音検出器と、
前記２次騒音発生器から前記残留音検出器までの間の伝達特性を模擬した特性で前記参照余弦波信号及び前記参照正弦波信号をそれぞれ補正して得られる模擬余弦波信号及び模擬正弦波信号を出力する模擬信号発生器と、
前記残留音検出器からの出力信号と前記模擬信号発生器からの出力信号と前記参照余弦波信号と前記参照正弦波信号と前記加算器からの出力信号とに基づき前記第１のフィルタ係数と前記第２のフィルタ係数とを更新するフィルタ係数更新ユニットと、
を備えた能動型騒音低減装置。
【国際調査報告】
2017006547.tif 000049
2017006547.tif 000050
2017006547.tif 000051
2017006547.tif 000052