(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内の音圧を検出する騒音検出手段と、検出された騒音を能動的に打ち消す２次音の振幅，位相を演算によって求めるコントローラと、該コントローラからの前記算出された２次音の制御信号を増幅する駆動アンプと、該駆動アンプのアンプ出力により駆動され、前記算出された２次音を出力するスピーカとを備える車室内騒音の能動消音装置において、
前記制御信号の出力パワーが予め設定した閾値以上のレベルにあるか否かを判別する手段と、前記出力パワーが前記閾値以上である場合に発散と判定して前記２次音のスピーカからの出力を停止させる手段と、前記駆動アンプのアンプ出力を検出する検出手段と、該検出手段の検出値と前記制御信号の出力パワーの値とを比較してその間に差があれば、前記駆動アンプの設計値としてのゲインと実際のゲインとの間にずれがあると判断して前記閾値を修正する発散閾値修正手段とを備えることを特徴とする車室内騒音の能動消音装置。
【請求項２】
車室内の音圧を検出する騒音検出手段と、検出された騒音を能動的に打ち消す２次音の振幅，位相を演算によって求めるコントローラと、該コントローラからの前記算出された２次音の制御信号を増幅する駆動アンプと、該駆動アンプのアンプ出力により駆動され、前記算出された２次音を出力するスピーカとを備える車室内騒音の能動消音装置において、
前記制御信号の出力パワーが予め設定した閾値以上のレベルにあるか否かを判別する手段と、前記出力パワーが前記閾値以上である場合に発散と判定して前記２次音のスピーカからの出力を停止させる手段と、前記２次音の振幅，位相の制御信号の出力パワーの期待値を予め格納する手段と、前記算出された制御信号の出力パワーの値と前記期待値との偏差の値に応じて前記駆動アンプの設計値としてのゲインと実際のゲインとの間にずれがあると判断して前記閾値を修正する発散閾値修正手段とを備えることを特徴とする車室内騒音の能動消音装置。
【請求項３】
請求項２において、前記期待値は車室に振動を与える振動源の振動周波数領域毎に設定されていることを特徴とする車室内騒音の能動消音装置。
【請求項４】
請求項３において、振動周波数領域毎に前記偏差の積算値を求め、各積算値の総和の値を求め、該総和の値に応じて前記閾値を修正することを特徴とする車室内騒音の能動消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車等の車室内騒音を能動的に消音する能動消音装置に係り、特に、消音用スピ−カを駆動するアンプの個体差によるゲインのバラツキによる制御性能の悪化を防止するのに好適な能動消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車室内騒音の能動消音装置としては、例えば特表平１−５０１３４４（英国特許８６２４０５３）に示されているようなものがある。この従来技術では、閉空間に複数のラウドスピ−カを配置し、車室内の所定位置の音圧をマイクロフォン４で測定し、騒音源であるエンジンの回転に同期した信号を基準信号発生器にて発生させる。そして、前記マイクロフォンの測定値と前記基準信号発生器の発生信号とに基づき、閉空間内の音圧レベルを最小にするような各スピーカの駆動信号を演算により求め、スピーカから車室内騒音を相殺する同振幅，逆位相の２次音を車室内に出力する。このときの演算では、最急降下法の一種である最小平均自乗アルゴリズム（以下、ＬＭＳアルゴリズムと呼ぶ。）を用い、各スピ−カの駆動信号を適応形フィルタを用いて求める。この場合、複数のマイクロフォンを配置した夫々の場所における音圧レベルの総和が最小になるよう制御される。
【０００３】
ここで、基準信号発生器はエンジン回転に同期した周波数（例えば４気筒エンジンなら回転数の２倍の周波数）の正弦波を生成する。適応フィルタはこの正弦波の位相と振幅を調整してマイクロフォンへの音圧レベルが最小になるように制御する。適応フィルタの制御対象とする音成分が単一周波数であれば高々２タップのディジタルフィルタで１スピ−カ分の出力信号が生成できる。このとき各フィルタ係数の二乗の和は出力パワ−に比例した量となる。
【０００４】
ところで、制御対象であるエンジンこもり音とは、エンジンの回転に伴う燃焼ガス圧力の変化、クランクシャフトの不釣合慣性力などに起因して起こる振動が、車室内に伝搬して発生し車室内にこもる騒音である。即ち、エンジンが加振源となって、車体の特定部分を振動させることにより発生する振動騒音である。騒音の大きさは主に回転数に依存しており、加減速の速さや車重などにより、励起される振動モ−ドに多少の違いはあるものの、各回転数領域ごとに時間平均すれば大体同じレベルであり、前述のフィルタの出力パワ−の回転数領域ごとの平均値も大体同レベルになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の適応制御による従来の消音装置では、条件次第では制御系が発散してしまう場合がある。制御系の適応時間に対して制御対象である騒音の位相と振幅の変化が急激であれば、これに追従できず、消音用のスピ−カから出力される２次音が逆に増音する発散現象が生じ、搭乗者に不快感を与えてしまう。これを避けるためには、例えば、スピ−カの音量がある一定時間以上ある閾値を超えたら発散したと見做して消音制御を停止させるなどの処置が必要である。スピ−カの音量を直接検出するのは難しいので、妥当な方法としては、前述のディジタルフィルタの出力パワ−に閾値を設け、この閾値を出力パワーが一定時間以上超えたら発散と見做す方法が考えられる。
【０００６】
しかし、この方法を単に適用して２次音出力を停止させる機能を設けた場合、各スピ−カの駆動アンプの製造上の個体差により各ゲインにバラツキがあるため、不都合が生じる。例えば、スピ−カ駆動アンプのゲインが設計値に比べて低い場合、消音に要する実際のスピ−カ音量を得るためのフィルタの出力パワ−は相対的に大きくなってしまう。このとき、出力パワ−が前述の閾値を超えてしまうと、制御系は発散していないにもかかわらず２次音出力停止機能が働き、消音制御がオフしてしまい、騒音を低減できないという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、スピーカ駆動アンプの製造バラツキによらずに発散を回避する能動消音装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、スピーカを駆動するアンプの出力電圧を検出し、コントローラで計算されたフィルタの出力パワーに対して実際に得られたアンプの検出出力電圧が設計値通りであるかを判定し、検出出力電圧がコントローラで計算された値より大きい場合にはスピーカ駆動アンプのゲインが設計値より大きいと判断してフィルタのパワーの閾値を小さくし、逆に、検出出力電圧がコントローラで計算された値より小さい場合には、スピーカ駆動アンプのゲインが設計値より小さいと判断してフィルターのパワーの閾値を大きくすることで、達成される。
【０００９】
上記目的はまた、スピ−カ駆動アンプのゲインが設計値通りであったときに得られる各回転数領域における出力パワ−の期待値を予めコントロ−ラのＲＯＭメモリにセットしておき、実際の制御時において各回転数領域ごとにフィルタパワ−を求め、設定した期待値との偏差を時々刻々演算し、各回転数領域における偏差の総和を時々刻々求めていき、一定時間経過後の総和の値が正であり且つある設定値に比べて大きいときはスピ−カ駆動アンプのゲインが設計値より小さいと判断してフィルタのパワ−の閾値をより大きくし、逆に一定時間経過後の値が負でありかつある設定値に比べて小さいときはスピ−カ駆動アンプのゲインが設計値より大きいと判断して閾値をより小さくすることで、達成される。
【００１０】
【作用】
スピ−カ駆動アンプのゲインが所望の設計値でなかったとした場合、出力電圧検出回路の検出値またはフィルタのパワ−の平均値によりゲインが設計値より大きいか小さいかが判断される。そして、この判断に基づき、発散判定の閾値を上下することで、ゲインの誤差に基づく発散の誤判断を回避できる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を一実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る車室内騒音の能動消音装置の全体構成図である。この能動消音装置では、車室内の騒音を４個のマイクロフォン４で検出し、２個のスピ−カ５で消音制御のための音（２次音）を発生する。今、エンジン１が回転すると、タコジェネレ−タやクランク角センサ等から得た回転信号１０１が能動消音装置２内のマイクロプロセッサ３に入力される。また、マイクロプロセッサ３には、マイクロフォン４で得られた音圧信号１０２も入力される。マイクロプロセッサ３は、プログラムされたソフトウェア上で、回転信号１０１をもとにエンジン回転数の２倍の周波数を持つ正弦波（基準信号１００）を生成し、この基準信号１００と各音圧信号１０２（４個ある）とから音圧信号１０２の二乗の総和が最小になるようなスピ−カ５の出力信号１０３（２個）を演算にて求める。この信号１０３は、Ｄ／Ａ変換されてからパワ−アンプ６にて増幅され、スピ−カ５から車室内に音響として出力される。
【００１２】
マイクロプロセッサ３は、前記の基準信号１００をフィルタリングして信号１０３を作り出すとき、次の数１に従ってｎ個目のサンプリング時における信号１０３を生成する。
【００１３】
【数１】
ｙｍ（ｎ）＝ｗｍ０・ｘ（ｎ）＋ｗｍ１・ｘ（ｎ−１）
ここで、ｘ：基準信号１００
ｙ：スピ−カ５への出力信号
ｗｍ０：フィルタ係数
ｍ：（＝０，１）はスピ−カ番号（２個ある）。
【００１４】
今、基準信号１００の周波数がｆであり、サンプリング周波数がｆｓ一定であるとするとであれば、
【００１５】
【数２】
ｘ（ｎ）＝ｓｉｎ（２πｎ／Ｎ）
但し、Ｎ＝ｆｓ／ｆ
であるから、前記の数１は次の数３のように変形される。
【００１６】
【数３】
ｙｍ（ｎ）＝Ｗｍｓｉｎ（２πｎ／Ｎ＋φ）
但し    Ｗｍ２  ＝ｗｍ０２  ＋ｗｍ１２  ＋２ｗｍ０・ｗｍ１ｃｏｓ（２π／Ｎ）
ｔａｎφｍ＝ｗｍ１ｓｉｎ（２π／Ｎ）／（ｗｍ０＋ｗｍ１ｃｏｓ（２π／Ｎ））
Ｗｍ：フィルタの出力パワ−（以下、Ｗパワ−という）。
【００１７】
このフィルタ係数は評価関数（音圧二乗の総和）が最小になるようにＬＭＳアルゴリズムにより逐次適応修正されている。（ＬＭＳアルゴリズムの詳細は、文献「ア・マルチプル・エラー・ＬＭＳアルゴリズム・アンド・イッツ・アプリケーション・トゥー・ザ・アクティブ・コントロール・オブ・サウンド・アンド・バイブレーション」（“Ａ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｒｒｏｒ  ＬＭＳ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏ  ｔｈｅ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆ  Ｓｏｕｎｄ  ａｎｄ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ  Ｓｐｅａｃｈ，  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−３５，  Ｎｏ．１０  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９８７掲載）に詳しく述べられているのでここでは略する）。
【００１８】
さて、制御対象である車室内騒音の位相と振幅が急変化した場合、適応が追い着かず、制御系が発散する危険性が生じる。図２（ａ）に示されるように、このときＷパワ−の値を閾値を設けて監視し、制御中のＷパワ−が一定時間以上この閾値を超えれば発散したと判断して、２次音の停止処理を起動させることで、発散による騒音増大を回避でき、乗員に不快感を与えること回避できる。一方、図２（ｂ）に示されるように、スピ−カ駆動アンプのゲインがそのアンプの製造バラツキにより設計値に比べかなり低くなっているとき、全体的にＷパワ−の値が増大するので、エンジン回転数（つまり基準信号１００）によっては閾値を超えてしまう場合もありうる。このときこれを発散現象発生と判断して消音機能を停止してしまうと、この能動消音装置の機能を発揮できないことになってしまう。そこで、本実施例では、図３に示すようなスピーカ駆動アンプの出力電圧検出回路１０を用意する。この回路１０は、スピーカ駆動アンプ６から出力されスピーカ５内部のボイスコイル（図示せず）を駆動する交流電圧の両信号を取り出し、この両信号間の電位差を差動増幅器２２で増幅し、増幅した信号のピーク電圧の大きさに比例したデジタル電圧をＡ／Ｄ変換器２３で得、このデジタル電圧をマイクロプロセッサ２に出力するようになっている。
【００１９】
この電圧検出回路１０を図４に示す様に、能動消音装置に付加することにより、能動消音装置２のマイクロプロセッサ３は、Ａ／Ｄ変換器２３（図３）の出力により、実際のスピーカ駆動アンプ６の出力電圧を知ることができ、コントローラで計算したフィルタの出力パワーに対して実際に得られたアンプ６の検出出力電圧が設計値通りであるか否かを判定できる。もし検出出力電圧がコントローラで計算された値より大きい場合には、スピーカ駆動アンプ６のゲインが設計値より大きいと判断してフィルタのパワーの閾値をより小さくする。逆に、検出出力電圧がコントローラで計算した値より小さい場合には、スピーカ駆動アンプ６のゲインが設計値より小さいと判断し、フィルタのパワーの閾値をより大きくする。
【００２０】
図５は、本発明の別の実施例に係る能動消音装置における処理を説明する図である。本実施例では、エンジン回転数領域ごとにＷパワ−の期待値を予め設定しておき、制御開始と同時に期待値に対する偏差を時々刻々求め、各回転数領域でその値を積算することにより、ゲインの大小を判定する。もし、スピ−カ駆動アンプのゲインが設計値通りであれば、時間が経過するにつれ偏差は０に近い値になる筈である。しかしながら、ゲインが設計値と異なり小さいか若しくは大きければ、偏差は正の方向若しくは負の方向に全体的に移動する。そこで、制御開始後一定時間経過した後で、各回転数領域で求めた偏差の積算値の総和を求める。そして、その総和が正の値で且つある設定値より大きければ、ゲインが小さいと判断しＷパワ−の閾値を上げる。逆に、その総和が負の値で且つある設定値より小さければ、ゲインが大きいと判断し、Ｗパワ−の閾値を下げる。この実施例では、総和を求める前に各回転数領域で偏差の積算値を求めているが，より手続きを簡略化して時々刻々得られる偏差をそのまま積算して直接総和を求めても良い。
【００２１】
ここで、Ｗパワ−の閾値の上昇分若しくは下降分は総和の値に比例した大きさにしても良い。また、この一連の処理は制御開始（通常イグニッションオン時）後１回だけ行うのでなく、ある一定時間置きに定期的に行うようにしても構わない。これらの制御アルゴリズムと制御に要するパラメ−タは、図１に示すＲＯＭ３１に格納されており、時々刻々測定されるデ−タはＲＡＭ３２に格納され、一連の処理はすべてコントロ−ラのマイクロプロセッサ内部のソフトウェア処理として行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、スピ−カ駆動アンプゲインの製造上のバラツキに関わらず性能の同じ能動消音装置を構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る能動消音装置の全体構成図である。
【図２】フィルタの出力パワ−と閾値の関係の説明図である。
【図３】スピーカ駆動アンプ出力の電圧検出回路の構成図である。
【図４】図３に示す電圧検出回路を配置した能動消音装置の構成図である。
【図５】閾値変更処理手順の説明図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…能動消音装置、３…マイクロプロセッサ、４…マイクロフォン、５…スピ−カ、６…パワ−アンプ、１００…基準信号、１０１…エンジン回転信号、１０２…音圧信号、１０３…出力信号、３１…ＲＯＭ、３２…ＲＡＭ。
【図１】
0003546259.tif 000002
【図２】
0003546259.tif 000003
【図３】
0003546259.tif 000004
【図４】
0003546259.tif 000005
【図５】
0003546259.tif 000006