(57)【要約】  音に能動的に影響を与えるためのシステムは、音生成器（２０）、エラーセンサー（５０）、制御部（９２）、加算器（９４）および重み付け部（９５）を備える。前記音生成器（２０）は、可聴信号が送信されたときに音を生成し、生成した音を処理すべき音に重畳するように構成されている。前記エラーセンサー（５０）は、前記音生成器（２０）が生成した音を前記処理すべき音に重畳することによって得られた重畳音を測定し、対応するフィードバック信号（e'(n)）を出力する。信号発生器（９１）は、音響信号（y(n)）を生成し、出力する。前記制御部（９２）は、第１の制御信号（λ1(n)）および第２の制御信号（λ2(n)）を生成するように構成されている。前記加算器（９４）は、前記フィードバック信号（e'(n)）から前記第２の制御信号（λ2(n)）を引き、これにより修正されたフィードバック信号（e(n)）を前記信号発生器（９１）に出力する。前記重み付け部（９５）は、前記信号発生器（９１）から出力された前記音響信号（y(n)）に、前記制御部（９２）が生成した前記第１の制御信号（λ1(n)）で重み付けを行い、重み付けされた音響信号（y'(n)）を出力して可聴信号を生成する。前記信号発生器（９１）は、前記修正されたフィードバック信号（e(n)）の関数として、前記音響信号（y(n)）を生成するように構成されており、前記制御部（９２）は、前記フィードバック信号の振幅の値（‖e'(n)‖）が既定値（Δ）に一致するように、前記第１および第２の制御信号（λ1(n)、λ2(n)）を生成するように構成されている。さらに、上記システムを備えた自動車、および対応する方法が開示されている。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可聴信号が送信されたときに音を生成し、生成した音を処理すべき音に重畳するように構成された音生成器（２０）と、
前記音生成器（２０）が生成した音を前記処理すべき音に重畳することによって得られた重畳音を測定し、対応するフィードバック信号（e'(n)）を出力するエラーセンサー（５０）と、
音響信号（y(n)）を生成し、出力する信号発生器（９１）と、
第１の制御信号（λ1(n)）および第２の制御信号（λ2(n)）を生成する制御部（９２）と、
前記フィードバック信号（e'(n)）から前記第２の制御信号（λ2(n)）を引き、これにより修正されたフィードバック信号（e(n)）を前記信号発生器（９１）に出力する加算器（９４）と、
前記信号発生器（９１）から出力された前記音響信号（y(n)）に、前記制御部（９２）が生成した前記第１の制御信号（λ1(n)）で重み付けを行い、重み付けされた音響信号（y'(n)）を出力して可聴信号を生成する重み付け部（９５）とを備える、音に能動的に影響を与えるためのシステムであって、
前記信号発生器（９１）は、前記修正されたフィードバック信号（e(n)）の関数として、前記音響信号（y(n)）を生成するように構成されており、
前記制御部（９２）は、前記フィードバック信号の振幅の値（‖e'(n)‖）が既定値（Δ）に一致するように、前記第１および第２の制御信号（λ1(n)、λ2(n)）を生成するように構成されていることを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記制御部（９２）は、０以上の有理数の数列の値を示す基本制御信号（λ(n)）を用いて、前記第１および第２の制御信号（λ1(n)、λ2(n)）を生成するように構成されており、
前記音生成器（２０）によって生成される信号の振幅の値（‖u(n)‖）が０より大きい値である閾値（ε1）を超える場合、前記基本制御信号（λ(n)）は、前記既定値（Δ）と、前記音生成器（２０）によって生成される信号の振幅の前記値（‖u(n)‖）との商に一致し、
前記音生成器（２０）によって生成される信号の振幅の前記値（‖u(n)‖）が前記閾値（ε1）以下の場合、前記基本制御信号（λ(n)）は、所定の最大値（ΛMAX）に一致する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御部（９２）は、１と前記基本制御信号（λ(n)）との差として、前記第１の制御信号（λ1(n)）を生成するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御部（９２）は、前記基本制御信号（λ(n)）と、前記音生成器（２０）が前の時点に生成した信号（u(n-1)）との積として、前記第２の制御信号（λ2(n)）を生成するように構成されている、請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
前記音生成器が生成した前記信号（u(n-1)）の前の時点（n-1）とは、前記基本制御信号（λ(n)）よりも、前記信号発生器の１つの内部クロック周波数または内部クロック周波数の倍数の分だけ先行することを示す、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御部（９２）は、前記音生成器（２０）の伝達関数（S(z)）を、前記重み付け部（９５）によって重み付けされた前記音響信号（y'(n)）で畳み込むことにより、前記音生成器（２０）によって生成される前記信号（u(n)）を決定するように構成されている、請求項２〜５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記制御部（９２）は、前記音生成器によって生成される前記信号（u(n)）の推定値（[u(n)]）を得るために、前記音生成器（２０）の前記伝達関数（S(z)）ではなく、前記制御部（９２）に記憶された推定伝達関数（[S(z)]）を用いるように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記信号発生器（９１）は、前記処理すべき音に依存する入力波ベクトル（x(n)）を受信し、前記入力波ベクトル（x(n)）の関数として、前記音響信号（y(n)）を生成するようにさらに構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記入力波ベクトル（x(n)）は、
前記処理すべき音を発生するエンジン（６０）の回転速度、エンジン負荷またはトルク、  前記処理すべき音を発生するエンジン（６０）を制御するアクセルの位置またはアクセルの傾き、
前記処理すべき音を発生するエンジン（６０）に接続されているクラッチまたはトランスミッションの状態、
前記処理すべき音を発生するエンジン（６０）の動作モード、
前記処理すべき音を発生するエンジン（６０）に接続されているバッテリーの電圧、および
前記処理すべき音を発生するエンジン（６０）の動作状態の少なくとも１つを示す、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記処理すべき音を測定し、これに対応する被測定信号（d(n)）を出力するマイクロホン（４１）をさらに備え、前記信号発生器（９１）は、前記マイクロホン（４１）から出力された前記被測定信号（d(n)）を考慮して、前記音響信号（y(n)）を生成するようにさらに構成されており、および／または
ユーザー入力を受信するように構成されたユーザーインターフェース（９３）をさらに備え、前記信号発生器（９１）は、前記ユーザーインターフェース（９３）を介して受信した前記ユーザー入力を考慮して、前記音響信号（y(n)）を生成するようにさらに構成されており、および／または
前記信号発生器（９１）は、エンジンのエンジン制御部（６１）に接続することができ、前記エンジン制御部（６１）から受信した複数の信号を考慮して、前記音響信号（y(n)）を生成するように構成されている、請求項８または９に記載のシステム。
【請求項１１】
エンジン制御部（６１）を備えた内燃機関（６０）と、
請求項１〜１０の１項に記載のシステムとを含む自動車であって、
前記エンジン制御部（６１）は、前記信号発生器（９１）および前記制御部（９２）の少なくとも一方に接続されるとともに、前記内燃機関（６０）の回転速度、エンジン負荷およびトルクの少なくとも１つを決定して、入力波ベクトル（x(n)）として前記信号発生器（９１）および／または前記制御部（９２）に出力するように構成されていることを特徴とする、自動車。
【請求項１２】
音に能動的に影響を与えるための方法であって、
（Ｓ４）音響信号（y(n)）を生成する工程と、
（Ｓ３）対応するフィードバック信号（e'(n)）を得るために、前記音響信号（y(n)）の関数として生成された音を処理すべき音に重畳することによって得られた重畳音を測定する工程と、
（Ｓ２１）０以上の有理数の数列の値を示す基本制御信号（λ(n)）を生成する工程であって、音生成器（２０）によって生成される信号の振幅の値（‖u(n)‖）が０より大きい値である閾値（ε1）を超える場合、前記基本制御信号（λ(n)）は、既定値（Δ）と、前記音生成器（２０）によって生成される信号の振幅の前記値（‖u(n)‖）との商に一致し、前記音生成器（２０）によって生成される信号の振幅の前記値（‖u(n)‖）が前記閾値（ε1）以下の場合、前記基本制御信号（λ(n)）は、所定の最大値（ΛMAX）に一致する、工程と、
（Ｓ２３）１と前記基本制御信号（λ(n)）との差としての第１の制御信号（λ1(n)）を生成し、かつ前記基本制御信号（λ(n)）と、前記音響信号（y(n)）の関数として、以前に生成された音に対応する信号（u(n-1)）との積としての第２の制御信号（λ2(n)）を生成する工程と、
（Ｓ６）前記音響信号（y(n)）に前記第１の制御信号（λ1(n)）で重み付けを行うことより、重み付けされた信号（y'(n)）を得る工程と、
（Ｓ５）前記音響信号（y(n)）を生成する工程において、修正されたフィードバック信号（e(n)）を用いて前記音響信号（y(n)）が生成されるように、修正されたフィードバック信号（e(n)）を得るために、前記フィードバック信号（e'(n)）から前記第２の制御信号（λ2(n)）を引く工程と、
（Ｓ７）前記重み付けされた音響信号（y'(n)）を用いて、前記音響信号（y(n)）の関数として生成される音を生成する工程とを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音に能動的に影響を与えるためのシステムおよび方法に関する。影響を受ける音は、例えば、車両の内燃機関の排気系または吸気系を伝搬する音でもよい。この場合、内燃機関は、影響を受ける音の騒音源を示す。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系は、全体として、あらゆる動作状況において排気ガスが流れる構成要素からなり、これらの構成要素が一体となって排気系を形成している。構成要素としては、１つ以上の直線部分に加えて、例えば、１つ以上のターボチャージャー、１つ以上の接触コンバーター、および／または１つ以上のマフラー等が挙げられる。同様に、内燃機関の排気系には、あらゆる動作状況において空気も流れるため、通常、１つ以上のフィルター、バルブおよびコンプレッサーが設けられている。
【０００３】
最近の排気系および吸気系は、内燃機関の動作に起因すると考えられる、排気系内または吸気系内の騒音に能動的に影響を与えるためのシステムによって補完されるようになっている。このようなシステムは、基本的には内燃機関で発生し、排気系または吸気系を伝搬する騒音に、人工的に生成された音波を重畳する。この音波により、排気系または吸気系を伝搬する騒音を消音するか、または変化させる。その結果、排気系または吸気系の外に放出される音は、特定の製造業者のイメージと合致し、顧客の興味を引き、法定限界値にも準拠するものとなる。
【０００４】
これは、少なくとも１つの音生成器を設けることによって実現される。この音生成器は、排気系または吸気系と流体接続（fluidic connection）されることで、排気系または吸気系の内部に音を放射する。このように人工的に生成された音と、内燃機関で発生した音とが相互に重畳し、排気系または吸気系を同時に出る。上記システムは、消音のために用いられることもある。排気系または吸気系を伝搬する騒音の波と音生成器によって生成される音の波との完全な相殺的干渉を達成するためには、スピーカーから出る音波は、排気系または吸気系を伝搬する音波に対して、振幅および周波数に関しては一致するが、位相は１８０度ずれていなければならない。また、内燃機関の動作に起因すると考えられる、排気系または吸気系を伝搬する音波とスピーカーによって生成される音波とが、周波数は等しく、相互に位相が１８０度ずれているが、振幅に関しては一致しない場合でも、排気系または吸気系から出る騒音の減衰のみが行われることになる。
【０００５】
以下に、技術水準に基づいた排気系を伝搬する音に能動的に影響を与えるためのシステムを有する排気系について、図１および図２を参照しながら説明する。
【０００６】
排気系４を伝搬する音に能動的に影響を与えるためのシステム７を有する排気系４は、遮音ハウジングとしての音生成器３を備える。音生成器３は、スピーカー２を含み、テールパイプ１の領域で音線（sound line）を介して排気系４に接続されている。テールパイプ１は、排気系４を通過する排気ガスおよび排気系４を伝搬する空気伝搬音（airborne sound）を外に放出するための開口部８を有する。テールパイプ１には、エラーマイクロホン５が設けられている。エラーマイクロホン５は、テールパイプ１の内部の音を測定する。エラーマイクロホン５による測定は、音線が排気系４に通じることで排気系４と音生成器３とが流体接続される領域の下流側にある部分で行われる。本明細書において、「下流」という用語は、排気系４のテールパイプ１における排気ガスの流れ方向に関する。排気ガスの流れ方向は、図２の矢印で示されている。排気系４のさらなる構成要素、例えば、接触コンバーターおよびマフラーは、排気系４と音生成器３とが流体接続される領域と、内燃機関６との間に設けられている（図示せず）。スピーカー２およびエラーマイクロホン５は、それぞれ制御部９に接続されている。さらに、制御部９は、ＣＡＮバスを介して内燃機関６のエンジン制御部６'に接続されている。内燃機関６は、吸気系６"をさらに備える。エラーマイクロホン５によって測定された音およびＣＡＮバスを介して受信された内燃機関６の動作パラメータに基づき、制御部９は、スピーカー２に対して、排気系４のテールパイプ１の内部を伝搬する音に重畳されると所望の全体的な騒音を発生する信号を算出し、これをスピーカー２に出力する。制御部は、例えば、フィルタードｘ最小平均二乗（ＦｘＬＭＳ）アルゴリズムを用いて、音を消去する場合は、スピーカーを介して音を出力することにより、エラーマイクロホンが測定したフィードバック信号／エラー信号をゼロに制御するように試みてもよく、または音に影響を与える場合は、既定の閾値を制御するように試みてもよい。ＣＡＮバスの代わりに、別のバスシステムを用いることもできる。
【０００７】
制御部の動作モードについて、能動騒音消去（ＡＮＣ）制御の例に基づき、図３〜図５を参照しながらより詳細に説明する。
【０００８】
内燃機関、コンプレッサーまたはプロペラ等の機械から発生する多くの騒音は、周期成分を有する。適切なセンサー（回転速度計等）で当該機械を監視することにより、時間依存入力波ベクトル（time-dependent input wave vector）x(n)を得ることができる。時間異存入力波ベクトルx(n)は、主に機械による騒音の基本周波数および高調波に依存している。この依存には、例えば、排気ガス背圧、排気ガスの質量流れ（mass flow）および排気ガスの温度等が関係することもある。多くの機械からは基本周波数が異なる騒音が発生するが、これらは、しばしばエンジン高調波（engine harmonics）と呼ばれる。
【０００９】
図３に示すように、この時間依存入力波ベクトルは、騒音源P(z)の未知のＺ変換伝達関数（unknown z-transformed transfer function）により、騒音源によって生成される信号（すなわち、重畳される発生騒音に対応する信号）であるd(n)に影響を及ぼすとともに、音に能動的に影響を与えるためのシステムの制御アルゴリズム（図３、図４（ａ）、図４（ｂ）および図６Ａにおいて「ＡＮＣコア」と称する）により、音を発生させるために用いられる。この音は、重畳用信号u(n)に対応する音であり、被重畳信号d(n)に対応する音に重畳されると、フィードバック信号e(n)に対応する所望の騒音になる。信号u(n)は、（動作範囲内で）音生成器の音圧に対応する。音生成器は、音生成器の音圧に重畳される音を生成する。騒音源P(z)の伝達関数は、実験的に決定される。
【００１０】
図３において、重畳は総和記号Σで表されており、（例えば、排気ガスライン内の）音響領域（acoustic area）で行われる。重畳によって生じるフィードバック信号e(n)は、エラーマイクロホン等で検出され、フィードバック信号として制御アルゴリズム（ＡＮＣコア）に戻る。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
従って、フィードバック信号e(n)は、重畳騒音の音圧に対応する。
【００１３】
図３において、P(z)は、騒音源の伝達関数のＺ変換である。この伝達関数P(z)は、騒音を発生する機械の基本変数（この場合、回転速度を示す時間依存入力波ベクトルx(n)）のほかにも、例えば、音伝搬システム（sound-carrying system）の圧力、質量流量および温度等の多数の物理パラメータに依存することがある。騒音源の伝達関数P(z)は、一般に正確には分からないため、実験的に決定されることが多い。
【００１４】
図３に示されたＡＮＣ制御のモデルには欠点があることが知られている。なぜなら、制御アルゴリズムに戻る信号であって、伝達関数P(z)に基づいて騒音源によって生成される信号d(n)に、信号u(n)に応じて音生成器によって生成される音を重畳することによって得られる信号であるフィードバック信号e(n)が、騒音源の伝達関数P(z)によるものではない成分を含んでいるからである。
【００１５】
次に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、ＡＮＣ制御のモデルは、音生成器の第２の伝達関数S(z)によって拡張される。
【００１６】
この第２の伝達関数S(z)は、一方では、電気領域で用いられるデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器、フィルター、増幅器および音生成器等の欠点だけでなく、音響領域において、第１の伝達関数P(z)ではまだ考慮されていない経路、すなわち、音の生成／音の重畳の位置からフィードバック信号e(n)を測定するエラーマイクロホンの位置までの経路の欠点も考慮している。最終的に、第２の伝達関数S(z)は、電気領域において、これに隣接するエラーマイクロホン、前置増幅器、アンチエイリアスフィルターおよびアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器等の欠点を考慮している。
【００１７】
従って、図３のモデルを拡張する場合、図４（ａ）および図４（ｂ）のモデルのように、ＡＮＣコアから出力された信号y(n)は、第２の伝達関数S(z)を考慮する。これは、ＡＮＣコアから出力された信号y(n)が信号u(n)に変換されることを示している。ここで、u(n)は、音生成器によって生成される信号の（数学的に理想化された）振幅に対応する。
【００１８】
第２の伝達関数S(z)は、制御部の出力（y(n)）からフィードバック信号（e(n)）までの全領域を考慮する。
【００１９】
騒音源から騒音が発生した場合（すなわち、騒音源をオンにした場合）、第２の伝達関数S(z)は次式で求められる。
【００２０】
【数２】
2019516037.tif 000004
【００２１】
また、u(n)は、信号s(n)と信号y(n)との畳み込み（convolution）に相当する。
【００２２】
【数３】
2019516037.tif 000005
【００２３】
式中、s(n)は第２の伝達関数S(z)のパルス応答である。e(z)、y(z)およびu(z)は、それぞれ信号e(n)、y(n)およびu(n)をＺ変換したものである。
【００２４】
図４（ｂ）に、図４（ａ）のモデルをより詳細に示す。図から分かるように、ＡＮＣコアから出力される信号y(n)は、２つの正弦波振動sin(ω0n)、cos(ω0n)からなる。これらの正弦波振動は、正弦波発生器から出力され、相互に９０度ずれており、また、２つの増幅器により、異なるゲイン係数w1(n)、w2(n)で予め増幅されることで、振幅が異なり、かつ相互に９０度ずれている２つの信号y1(n)、y2(n)が生成されるようになる。適応回路は、フィードバック信号e(n)の関数として、２つの増幅器のゲインをそれぞれに応じて動的に適応させる。
【００２５】
例えば、内燃機関のある回転速度ＲＰＭに対して、ｉ次のエンジン高調波EOiが消去される場合、消去されることになる基本周波数ｆ0は次式で求められる。
【００２６】
【数４】
2019516037.tif 000006
【００２７】
【数５】
2019516037.tif 000007
【００２８】
図４（ｂ）において、ゲインを適応させるのに用いられる適応回路は、クロック周波数で動作して、ＡＮＣコアのクロック周波数を設定する。
【００２９】
図５に、周波数（Freq.）に対する騒音（noise(n)）の振幅（Magn）のスペクトル周波数を模式的に示す。ここで、d(n)は、任意の基本周波数ｆ0における現在の音圧をパスカルで表している。‖d(ｆ)‖は、高調波に対して規定された時間における振幅の値を示している。
【００３０】
この場合、ＡＮＣ制御の入力波ベクトルx(n)は、以下のように定義される（ベクトルは太字で印刷されている）。
【００３１】
【数６】
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【００３２】
１９９９年６月のＩＥＥＥ会報、第８７巻、第６号に掲載されたSen M. KuoおよびDennis R. Morganの論文「能動騒音制御：チュートリアルレビュー（Active Noise Control: A tutorial review）」において、ＡＮＣ制御により、立ち上がり時間後のフィードバック信号e(n)が最小化されることが証明された。この論文の全体、特に狭帯域フィードフォワード制御についての記載を参照する。
【００３３】
【数７】
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【００３４】
式中、xT(n)は入力波ベクトルx(n)の転置を示しており、入力波ベクトルx(n)の行と列を入れ替えることによって得られる。
【００３５】
ここでは、ゲイン係数から形成されたベクトルw(n)=[w1(n), w2(n)]は、ＡＮＣ制御の位相ベクトルと呼ばれる。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、位相ベクトルw(n)による適応によって各正弦波のゲインを適応させる。
【００３７】
【数８】
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【００３８】
式中、μは適応率（rate of adaptation）を示す。
【００３９】
伝達関数S(z)は、毎回ＡＮＣコアに知られていないため、代わりに推定値[S(z)]が用いられる。従って、適応は次式のようになる。
【００４０】
【数９】
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【００４１】
式中、[s(n)]は[S(z)]のパルス応答である。
【００４２】
技術水準において、ａ）被重畳信号d(n)は単純波（simple wave）であり、ｂ）使用されるアクチュエーターから振幅‖u(n)‖≧‖d(n)‖ が得られると仮定すると、e(n)の平均値（AVG）を著しく低下できることが証明された。
【００４３】
【数１０】
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【００４４】
上記説明はあくまで例示であり、本発明には、ＡＮＣコアから出力される信号y(n)を生成する他の公知の可能性も含まれている。
【００４５】
従来技術による音に能動的に影響を与えるためのシステムにとって、原則として、騒音源から発生した騒音を大幅または完全に消去しようと試みることは不利になる。これにより、使用されているアクチュエーターに極めて高い負荷がかかるため、発生する音圧レベルは、非常に不規則な曲線を示すことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４６】
ゆえに、本発明の目的は、音に影響を与える際の自由度を向上させた、音に能動的に影響を与えるためのシステムおよび方法を提供することである。一実施形態によると、予め定義可能な音圧レベルが確立されるように、処理すべき音を消音または増幅することができる、音に影響を与えるためのシステムおよび方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
音に能動的に影響を与えるためのシステムの実施形態は、それぞれに少なくとも１つの音生成器と、エラーセンサーと、信号発生器と、制御部と、加算器と、重み付け部（weighter）とを備える。音生成器（例えば、スピーカーを備えてもよい）は、可聴信号が送信されたときに音を生成し、生成した音を処理すべき音に重畳するように構成されている。このような音生成器によって生成される音は、しばしば「能動騒音制御」とも呼ばれる。エラーセンサー（例えば、マイクロホンまたは圧力センサーでもよい）は、音生成器が生成した音を処理すべき音に重畳することによって得られた音を測定し、対応するフィードバック信号を出力するように構成されている。信号発生器（例えば、技術水準から公知の能動騒音制御システムでもよい）は、音響信号を生成し、出力するように構成されている。制御部（例えば、プログラム可能なマイクロプロセッサでもよい）は、第１の制御信号および第２の制御信号を生成するように構成されている。加算器は、フィードバック信号から第２の制御信号を引き、これにより修正されたフィードバック信号を信号発生器に出力するように構成されている。重み付け部は、信号発生器から出力された音響信号に、制御部が生成した第１の制御信号で重み付けを行い、重み付けされた音響信号を出力して可聴信号を生成するように構成されている。信号発生器は、修正されたフィードバック信号の関数として、音響信号を生成するように構成されており、制御部は、フィードバック信号の振幅の値が既定値に一致するように、第１および第２の制御信号を生成するように構成されている。
【００４８】
上記構成によれば、信号発生器によって生成され、第１の制御信号の関数として増幅または減衰された音響信号を重畳することにより、処理すべき音を増加または消音することができる。このようにして得られた重畳音は、同様に、上記既定値によって音圧レベルを設定することが可能であり、また、一定の既定値において、広い範囲で音圧レベルが一定になる。このため、法的要件を満たすことができる。特定の基本周波数に対する既定値は、システムがオフのときのフィードバック信号の振幅の値より低くても、高くてもよく、または等しくてもよい。
【００４９】
一実施形態によると、制御部は、基本制御信号を用いて、第１および第２の制御信号を生成するように構成されている。基本制御信号は、０以上の有理数の数列の値を示す。音生成器によって生成される信号の振幅の値が、０より大きい値である閾値を超える場合、基本制御信号は、既定値と、音生成器によって生成される信号の振幅の値との商に一致する。一方、音生成器によって生成される信号の振幅の値が閾値以下の場合、基本制御信号は、所定の最大値に一致する。このような基本制御信号は、簡単な方法で得ることができる。信号発生器が生成した音響信号を増幅または消音するのに用いられる第１の制御信号、およびフィードバック信号を処理するのに用いられる第２の制御信号は、どちらも共通の基本制御信号に基づいているので、とりわけ単純な方法で、第１の制御信号と第２の制御信号との間の調整を確実に行うことができる。上記のような区別は、ゼロ除算を防ぐために基本制御信号を生成する際に必要になる。従って、閾値は、０ではない正の数ならば、どんなに小さくてもよい。
【００５０】
一実施形態によると、制御部は、１と基本制御信号との差として、第１の制御信号を生成するように構成されている。
【００５１】
一実施形態によると、制御部は、基本制御信号と、音生成器が前の時点に生成した信号との積として、第２の制御信号を生成するように構成されている。従って、第２の制御信号は、処理すべき音に対して音生成器によって生成された音に（短い時間遅れで）追従する。この時間遅れが必要なのは、音生成器によって生成される音が第２の制御信号に間接的に依存するからであり、さもなければ、代数ループが発生するだろう。
【００５２】
一実施形態によると、音生成器が生成した信号の基本制御信号よりも前の時点とは、信号発生器の１つの内部クロック周波数または内部クロック周波数の倍数の分だけ時間的に前であることを示しており、よって、できる限り短いものである。時間遅れが短いため、第２の制御信号を生成する間に発生する誤差は、狭い範囲内に収まる。
【００５３】
一実施形態によると、音生成器によって生成される信号は、音生成器の伝達関数を考慮し、そうでない場合は、重み付け部から出力される、重み付けされた音響信号に基づく。
【００５４】
一実施形態によると、制御部は、音生成器の伝達関数を、重み付け部から出力される、重み付けされた音響信号で畳み込むことにより、音生成器によって生成される信号を決定するように構成されている。音生成器によって生成される信号を決定することは、第２の制御信号を算出するのに必要である。音生成器の伝達関数の知識も、信号発生器による音響信号の生成にとって重要である。
【００５５】
一実施形態によると、制御部は、音生成器によって生成される信号の推定値を得るために、音生成器の伝達関数ではなく、制御部に記憶された推定伝達関数を用いるように構成されている。可能性のある動作状態ごとに音生成器の伝達関数を決定することは、非常に複雑である。しかし、異なる動作状態における音生成器の伝達関数を実験により経験的に求め、それを、例えば、テーブルまたは関数の形でシステムに格納することができる。推定伝達関数は、データ入力によって予め定義されてもよい。
【００５６】
一実施形態によると、信号発生器は、処理すべき音に依存する入力波ベクトルを受信し、この入力波ベクトルの関数として、音響信号を生成するようにさらに構成されている。
【００５７】
入力波ベクトルは、処理すべき音を発生するエンジンの回転速度、エンジン負荷またはトルクを表していてもよい。さらに、またはこの代わりとして、入力波ベクトルは、処理すべき音を発生するエンジンを制御するアクセルの位置またはアクセルの傾き（単位時間当たりのアクセルの位置の変化）を表していてもよい。さらに、またはこの代わりとして、入力波ベクトルは、処理すべき音を発生するエンジンに接続されているクラッチまたはトランスミッションの状態を表していてもよい。さらに、またはこの代わりとして、入力波ベクトルは、処理すべき音を発生するエンジンの動作モード（例えば、「スポーツ」または「エコノミー」）を表していてもよい。さらに、またはこの代わりとして、入力波ベクトルは、処理すべき音を発生するエンジンに接続されているバッテリーの電圧（なぜなら、この電圧からエンジンの動作状態を推測できることが多いため）を表していてもよい。さらに、またはこの代わりとして、入力波ベクトルは、処理すべき音を発生するエンジンの動作状態（例えば、エンジンの起動を準備する／イグニッションをオンにする、エンジンを起動させる、エンジンが作動している）を表していてもよい。
【００５８】
一実施形態によると、上記システムは、処理すべき音を測定し、これに対応する被測定信号を出力するマイクロホンをさらに備えてもよく、信号発生器は、マイクロホンから出力された被測定信号を考慮して、音響信号を生成するようにさらに構成されている。これに代えて、またはこれに加えて、一実施形態によると、上記システムは、ユーザー入力を受信するように構成されたユーザーインターフェースをさらに備えてもよく、信号発生器は、ユーザーインターフェースを介して受信したユーザー入力を考慮して、音響信号を生成するようにさらに構成されている。これに代えて、またはこれに加えて、一実施形態によると、信号発生器は、エンジンのエンジン制御部に接続されてもよく、エンジン制御部から受信した複数の信号を考慮して、音響信号を生成するように構成されてもよい。
【００５９】
一実施形態によると、信号発生器は、フィルタードｘ最小平均二乗（ＦｘＬＭＳ）アルゴリズムを用いて、音響信号を生成するように構成されている。
【００６０】
一実施形態によると、信号発生器は、処理すべき音の高調波ごとに（処理すべき音の音源が内燃機関の場合は、モーター高調波（motor harmonic）ごとに）、別々に音響信号を生成するように構成されている。
【００６１】
自動車の実施形態は、エンジン制御部を備えた内燃機関と上記システムとを有する。この場合、エンジン制御部は、信号発生器および／または制御部に接続されるとともに、内燃機関の回転速度および／またはエンジン負荷および／またはトルクを決定して、対応する入力波ベクトルを信号発生器および／または制御部に出力するように構成されている。
【００６２】
音に能動的に影響を与えるための方法の実施形態は、
音響信号を生成する工程と、
対応するフィードバック信号を得るために、音響信号の関数として生成された音を処理すべき音に重畳することによって得られた重畳音を測定する工程と、
０以上の有理数の数列の値を示す基本制御信号を生成する工程であって、音生成器によって生成される信号の振幅の値が０より大きい値である閾値を超える場合、基本制御信号は、既定値と、音生成器によって生成される信号の振幅の値との商に一致し、音生成器によって生成される信号の振幅の値が閾値以下の場合、基本制御信号は、所定の最大値に一致する、工程と、
１と基本制御信号との差としての第１の制御信号を生成し、かつ基本制御信号と、音響信号から生成された音の関数として、以前に生成された音に対応する信号との積としての第２の制御信号を生成する工程と、
音響信号に第１の制御信号で重み付けを行うことより、重み付けされた信号を得る工程と、
音響信号を生成する工程において、修正されたフィードバック信号を用いて音響信号が生成されるように、修正されたフィードバック信号を得るために、フィードバック信号から第２の制御信号を引く工程と、
重み付けされた音響信号を用いて、音響信号の関数として生成される音を生成する工程とを含む。
【００６３】
本明細書および特徴を列挙する特許請求の範囲において用いられている「含む（comprise）」、「有する（have）」、「伴う（involve）」、「含む（contain）」および「備えた（with）」ならびにそれらの文法的変形は、一般に、方法の工程、装置、範囲、変数等の特徴を列挙するが、その特徴を完全に網羅しているわけではないとみなされなければならず、他のもしくはさらなる特徴の存在、または他のもしくはさらなる特徴のグループの存在を決して除外するものではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
本発明のさらなる特徴は、特許請求の範囲および図面とともに、以下の例示的な実施形態の説明から明らかになるであろう。図面においては、同様または類似の参照要素は、同様または類似の参照符号により示される。本発明は、記載された例示的な実施形態に限定されるわけではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって定められる。特に、本発明の実施形態では、以下に提供される実施例とは異なる数および組合せにおいて、個々の特徴が実現され得る。以下の本発明の例示的な実施形態の説明において、添付の図面を参照する。
【図１】図１は、技術水準に基づく、排気系を伝搬する音に能動的に影響を与えるためのシステムを示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の排気系を伝搬する音に能動的に影響を与えるためのシステムを概略的に示すブロック図である。
【図３】図３は、従来技術による、音に能動的に影響を与えるためのシステムを概略的に示す信号フローチャートである。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、技術水準に基づく、音に能動的に影響を与えるためのシステムの詳細を、程度の差はあるが、概略的に示す信号フローチャートである。
【図５】図５は、処理すべき騒音の振幅曲線を概略的に示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る、音に能動的に影響を与えるためのシステムを概略的に示す信号フローチャートである。
【図７】図７は、図６のシステムを備えた内燃機関で駆動する車両を概略的に示す図である。
【図８】図８は、本発明による排気系を伝搬する音に能動的に影響を与えるための方法を示すフローチャートである。
【図９】図９（ａ）は、図４（ａ）および図４（ｂ）の技術水準に基づくシステムによる音圧レベルの時間曲線を概略的に示す図である。図９（ｂ）は、外部データ入力を用いた、図６のシステムによる音圧レベルの時間曲線を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、図６のシステムによる音圧レベルの時間曲線を概略的に示す図である。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、異なる既定値について、図６のシステムによる音圧レベルの時間曲線を概略的に示す図である。
【図１２】図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、音に影響を与えるために、さらに受動的手段を取った場合の、図６のシステムによる音圧レベルの時間曲線を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
以下に、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００６６】
図７に模式的に示すように、自動車は、内燃機関６０としてのエンジンおよび排気系４０を備え、排気系４０を介して、動作中に内燃機関６０で発生した排気ガスおよび音がテールパイプ８０に送られる。排気系４０内で排気ガスを浄化し、音を消音してから、テールパイプ８０を介して、周辺の領域に排気ガスを放出する。
【００６７】
図６は、本発明の一実施形態に係る、音に能動的に影響を与えるためのシステムを概略的に示す信号フローチャートであり、内燃機関６０で発生し、排気系４０を伝搬した騒音は、被重畳信号d(n)に対応する。nの依存性とは、内燃機関６０で発生した騒音は内燃機関６０の動作状態（例えば、内燃機関６０の回転速度および／またはトルク）に依存するため、この騒音が時間とともに変化していくことを表すものである。しかし、nの値は連続的ではなく、離散的である。
【００６８】
スピーカーを備えた音生成器２０（アクチュエーター）は、排気系内において、Ｙ管を介して、排気系に連結されている。スピーカーは、音響信号y'(n)を受信すると、（音生成器の伝達関数S(z)およびそれに属する成分を考慮して）音を生成する。この音は、重畳に用いられるように重み付けされた信号u'(n)に対応するとともに、排気系を伝搬する騒音に重畳される。
【００６９】
スピーカーによって生成される音に対応する、重畳に用いられるように重み付けされた信号u'(n)に対して、排気系を伝搬する騒音に対応する信号d(n)の位相が９０度ずれており、かつ信号d(n)および信号u'(n)の振幅が相互に一致する場合（すなわち、d(n) = − u'(n)）、排気系を伝搬する騒音は完全に消去される。
【００７０】
このようにテールパイプ８０を介して出力される音は、エラーセンサー５０によって測定される。エラーセンサー５０は、エラーマイクロホンとして構成されており、排気系を伝搬する騒音の流れ方向に対して、排気系を伝搬する騒音にスピーカーが生成した音が重畳される位置の下流側に配置される。
【００７１】
音響信号y'(n)は、スピーカーを動作させるために、能動騒音制御システムから供給される。能動騒音制御システムは、ＡＮＣコア９１およびＡＮＣ拡張部（ANC expansion）９６を含む。
【００７２】
ＡＮＣコア９１は、正弦波発生器、第１の増幅器、第２の増幅器および適応回路を備えることにより、信号発生器を構成する。ここで、図４（ｂ）の説明を参照する。
【００７３】
ＡＮＣ拡張部９６は、制御部９２、重み付け部９５（ここでは、調整可能なゲインを有する増幅器によって形成される）、入力インターフェース９７（ここでは、キーボードの形のヒューマンマシンインターフェースとして構成される）および加算器９４を備える。
【００７４】
図６に示す実施形態において、ＡＮＣコア９１およびＡＮＣ拡張部９６は、別々のマイクロプロセッサで具体化される。但し、この代わりとして、両者は、単一のマイクロプロセッサで具体化されてもよい。
【００７５】
ＡＮＣコア９１およびＡＮＣ拡張部９６は、内燃機関６０のエンジン制御部（図示せず）に接続されており、エンジン制御部から、内燃機関６０の現在の回転速度および現在のトルクを示す入力波ベクトルx(n)としての制御信号を受信する。さらに、ＡＮＣ拡張部９６の制御部９２は、入力インターフェース９７を介して、ユーザーの入力を受信する。ここでは、ユーザー入力は、フィードバック信号の振幅の値として予め定められた値Δである。しかし、この既定値Δは一定である必要はなく、時間ととともに変化してもよい。
【００７６】
本発明は、入力インターフェース９７として、キーボードの使用に限定されないことを強調しておく。この代わりとして、例えば、フィードバック信号の振幅の値として適切な既定値Δをテーブルの形でＡＮＣ拡張部９６に格納し、必要に応じてそれらを読み出すことも可能である。また、既定値Δは、入力波ベクトルx(n)に依存してもよい。
【００７７】
受信した回転速度およびトルクに基づき、ＡＮＣコア９１は、公知の方法（ここでは、ＦｘＬＭＳアルゴリズム）を用いて、音響信号y(n)を生成する。この音響信号y(n)とは、当該音響信号y(n)でスピーカーを動作させれば、排気系を伝搬する音である被重畳信号d(n)を消去するのに都合がよいとされる信号である。ＡＮＣコア９１は、音生成器２０の伝達関数S(z)を考慮する。
【００７８】
さらに、制御部９２は、受信した回転速度、受信したトルクおよびフィードバック信号の振幅の値として入力インターフェース９７を介して受信した値Δの関数として、第１の制御信号λ1(n)および第２の制御信号λ2(n)を生成する。
【００７９】
具体的には、本実施形態において、制御部９２は、自動車における特定の回転速度およびトルクについて、基本制御信号λ(n)を決定する。基本制御信号λ(n)は、常に０以上の有理数である。従って、制御部９２により、０以上の有理数の数列を示す、一連の基本制御信号λ(n)が時間とともに決定される。
【００８０】
基本制御信号λ(n)を決定するためには、まず、重畳のため、それ以前に音生成器２０によって決定された信号の振幅の値（‖u(n-1)‖）が、制御部９２に予め記憶された閾値ε1を超えるかどうかを確認する。本実施形態において、予め記憶された閾値ε1は非常に小さく、０．０００１である。閾値ε1を超える場合、基本制御信号λ(n)は、既定値Δと、重畳のため、それ以前に音生成器２０によって生成された信号の振幅の値‖u(n-1)‖との商として求められる。そうでない場合、すなわち、重畳のため、それ以前に音生成器２０によって生成された信号の振幅の値‖u(n-1)‖が閾値ε1以下ならば、基本制御信号λ(n)は、所定の最大値ΛMAXに設定される。この場合、最大値ΛMAXは「６０」に等しい。
【００８１】
本発明は、具体的な閾値ε1に限定されないことを強調しておく。閾値ε1は０より大きければ十分である。本発明は、「６０」という最大値ΛMAXにも限定されない。最大値ΛMAXは、どちらかといえば上記システムに用いられる構成要素に依存する。
【００８２】
本実施形態において、音生成器が生成した信号u(n-1)の前の時点(n-1)は、現時点よりも、信号発生器のそれぞれの内部クロック周波数の１０倍だけ先行している。しかし、本発明はこれに限定されない。但し、誤差を低く抑えるために、前の時点を現時点にできるだけ近づけるべきである。
【００８３】
音生成器２０が以前に生成した信号の振幅‖u(n-1)‖を求める別の方法については後述する。
【００８４】
次に、制御部９２は、１と基本制御信号λ(n)との差として、第１の制御信号λ1(n)を決定する。
【００８５】
続いて、制御部９２は、基本制御信号λ(n)と、重畳のため、音生成器２０が前の時点に生成した信号u(n-1)との積として、第２の制御信号λ2(n)を決定する。
【００８６】
ＡＮＣコア９１は音響信号y(n)を重み付け部９５に出力し、ＡＮＣ拡張部９６の制御部９２は第１の制御信号λ1(n)を重み付け部９５に出力する。
【００８７】
重み付け部９５は、音響信号y(n)に第１の制御信号λ1(n)で重み付けを行い、重み付けされた音響信号y'(n)を音生成器２０のスピーカーに出力する。これにより、スピーカーは、重み付けされた音響信号y'(n)で動作する。すなわち、音生成器２０の伝達関数S(z)を考慮して、重み付けされた信号u'(n)に対応する音を、信号d(n)に対応し、排気系を伝搬する音に重畳する。
【００８８】
ＡＮＣコア９１によって最初に生成された音響信号y(n)は、第１の制御信号λ1(n)で既に重み付けされたものなので、重み付けされた音響信号y'(n)でスピーカーを動作させても、通常は、排気系４０を伝搬する音をもはや完全に消去することはできない。排気系を伝搬する音は、原則として、むしろある程度までしか消去されないか、または増幅されることすらある。これは、制御信号λ(n)を決定する際に用いられる既定値Δによって決まる。
【００８９】
修正されたフィードバック信号e(n)を得るために、加算器９４は、エラーセンサー５０から受信したフィードバック信号e'(n)から第２の制御信号λ2(n)を引く。
【００９０】
ＡＮＣコア９１は、修正されたフィードバック信号e(n)を受信し、これを考慮して、公知の方法で音響信号y(n)を生成する。従って、この音響信号y(n)でスピーカーを動作させると、排気系４０を伝搬する音d(n)を消去するのに適している。
【００９１】
ＡＮＣコア９１およびＡＮＣ拡張部において実行されるアルゴリズムは、以下の検討（内燃機関６０のエンジン高調波ごとに個別に行われる）に基づくものである。
【００９２】
排気系４０を伝搬する消去すべき音d(n)は、規定されたエンジン高調波および回転速度について、それゆえに規定された入力波ベクトルx(n)について（それゆえに周波数ｆ0について）、時間とともに位相および振幅を変化させることが可能な基本高調波信号（basically harmonic signal）として表すことができる。
【００９３】
【数１１】
2019516037.tif 000013
【００９４】
式中、「n」は時間曲線（離散的時系列（time-discrete series）の時間指数）を示す。φd(n)は「システム位相（system phase）」と呼ばれ、騒音源のみに依存する。
【００９５】
スピーカーから出力される音も、それに応じて同様に、時間とともに位相および振幅を変化させることが可能な高調波信号u(n)に対応していなければならない。
【００９６】
【数１２】
2019516037.tif 000014
【００９７】
式中、D(n)およびφd(n)は、当初は未知である。しかし、ＡＮＣ制御が収束するとすぐに、以下の近似が認められる。
【００９８】
【数１３】
2019516037.tif 000015
【００９９】
（ここで、u(n)およびd(n)は同相である。）
従って、u(n)は、以下のように書き換えられる。
【０１００】
【数１４】
2019516037.tif 000016
【０１０１】
排気系４０を伝搬する音に対応する信号d(n)に、スピーカーから出力される音に対応する信号u(n)を重畳した後、テールパイプ８０の残留音（residual sound）e(n)は、周波数ｆ0において、次式のように得られる。
【０１０２】
【数１５】
2019516037.tif 000017
【０１０３】
その結果、e(n)は、同様に高調波信号の一次結合となるため、「システム位相」であるφd(n)の関数として、同様に表すことができる。
【０１０４】
【数１６】
2019516037.tif 000018
【０１０５】
この場合、振幅E(n)は、本発明のシステムおよび方法によって制御される。
【０１０６】
音消去に成功すると、特定の基本周波数ｆ0において、しばらくしてからe(n)がゼロに収束する。このため、音消去が成功したときは、次式が成り立つ。
【０１０７】
【数１７】
2019516037.tif 000019
【０１０８】
この式は、以下のように書き換えられる。
【０１０９】
【数１８】
2019516037.tif 000020
【０１１０】
この式は、さらに以下のように書き換えられる。
【０１１１】
【数１９】
2019516037.tif 000021
【０１１２】
式中、λは実数である。
図６にも示されている、以下の新たな変数e'(n)、u'(n)およびy'(n)を導入する。
【０１１３】
【数２０】
2019516037.tif 000022
【０１１４】
【数２１】
2019516037.tif 000023
【０１１５】
（式中、convは２つの時系列の畳み込みを示す。）
【０１１６】
【数２２】
2019516037.tif 000024
【０１１７】
既に述べたように、本発明のシステムおよび方法によって達成しようとしているのは、完全な音消去ではなく、既定値Δに一致するフィードバック信号の振幅の値である。この値は、システムがオフのときにフィードバック信号の振幅として得られる値より低くても、高くてもよく、または等しくてもよい。従って、重畳後（FINAL）の所望の信号は、以下のように得られる。
【０１１８】
【数２３】
2019516037.tif 000025
【０１１９】
本発明によると、この値は既定値Δに相当する。
【０１２０】
【数２４】
2019516037.tif 000026
【０１２１】
式中、Δは既定値であり、それゆえに所望の音圧レベルである。
【０１２２】
u(n)は一定ではなく、nに対する時変信号であるため、λも同様に時変となるはずである。
【０１２３】
【数２５】
2019516037.tif 000027
【０１２４】
この式をＡＮＣ拡張部でそのまま用いることはできない。なぜなら、u(n)はλ(n)に依存し、λ(n)はu(n)に依存するという代数ループの問題が存在するからである。この問題は、時間的に少し前の値であるu(n)の値を用いることによって回避することができる（このような時間的に少し前の値を「n-1」とする）。時間のずれは、なるべく少なくなるように選択されるべきである。従って、次式となる。
【０１２５】
【数２６】
2019516037.tif 000028
【０１２６】
さらに、「ゼロ」除算を避けなければならない。
【０１２７】
この場合、‖u(n)‖および‖u(n-1)‖は、制御部９２により算出される。図４（ａ）および図４（ｂ）の説明において既に述べたように、u(n)は、信号s(n)と信号y(n)との畳み込みに相当する。
【０１２８】
【数２７】
2019516037.tif 000029
【０１２９】
式中、s(n)は、音生成器２０およびこれに接続された構成要素の伝達関数S(z)のパルス応答である。s(n)は未知である。しかし、音生成に用いられる構成要素の伝達関数[S(z)]およびパルス応答[s(n)]を実験的に求めて、推定することができる。
【０１３０】
【数２８】
2019516037.tif 000030
【０１３１】
従って、以下の推定が認められる。
【０１３２】
【数２９】
2019516037.tif 000031
【０１３３】
ここで、[u(n)]は、音生成器２０から出力される音を示す信号を推定する。
【０１３４】
高調波信号に畳み込み演算子conv[.]を適用すると、この信号は、任意の基本周波数ｆ0において、位相遅れTFPHASEおよび消音TFAMPで簡単に表すことができる。
【０１３５】
消音：‖[S(z)]‖＝任意の基本周波数ｆ0におけるTFAMP
位相遅れ：Arg[[S(z)]]＝任意の基本周波数ｆ0におけるTFPHASE
【０１３６】
【数３０】
2019516037.tif 000032
【０１３７】
【数３１】
2019516037.tif 000033
【０１３８】
従って、以下の擬似コードを用いて、必要とされる信号を算出することができる。
【０１３９】
【数３２】
2019516037.tif 000034
【０１４０】
次に、修正されたフィードバック信号e(n)は次式で求められる。
【０１４１】
【数３３】
2019516037.tif 000035
【０１４２】
また、重み付けされた信号y'(n)は次式で求められる。
【０１４３】
【数３４】
2019516037.tif 000036
【０１４４】
以下の擬似コードを用いて、第１および第２の制御信号λ1(n)、λ2(n)を算出することができる。
【０１４５】
【数３５】
2019516037.tif 000037
【０１４６】
ここで、[u(n-1)]および‖[u(n-1)]‖は、それぞれ「０」で初期化され、λ1(n)およびλ2(n)を算出した後に更新される。従って、代数ループは発生しない。ΛMAXおよびε1の値は、音生成器等の動作能力（performance capacity）に関する定数であり、実験的に決定することができる。これらの定数は、ＡＮＣコアおよびＡＮＣ拡張部で用いられるマイクロプロセッサ（またはデジタル信号処理部）に依存する。
【０１４７】
振幅の値‖[u(n-1)]‖は連続的に変化するため、上記システムの各クロック周波数で更新する必要がある。
【０１４８】
‖[u(n-1)]‖を算出するために、以下の４つの方法が提案される。
【０１４９】
１）長さ法（Length Method）（「偏差法（Magnitude Method）」）
[u(n)]は、２つの直行するベクトルの和であると考えられる。従って、以下の擬似コードを用いて、長さにより振幅の値を算出することができる。
【０１５０】
【数３６】
2019516037.tif 000038
【０１５１】
SQRTは平方根である。これは、特性要因図として、制御部９２に記憶させておくことができる。このため、上記方法は、計算機能力の点で非常に効率的であるといえる。
【０１５２】
２）分析法
[u(n)]は、以下のように表される。
【０１５３】
【数３７】
2019516037.tif 000039
【０１５４】
ここで、次式のように定義すると、
【０１５５】
【数３８】
2019516037.tif 000040
【０１５６】
[u(n)]について、より簡単な式が得られる。
【０１５７】
【数３９】
2019516037.tif 000041
【０１５８】
振幅は、上記調和関数の極大MAXLOCALであり、[u(n)]の一次微分が０に等しくなる点（信号は正弦波振動、abs(MINLOCAL) = MAXLOCALのため）を求める。この場合、関数「abs(.)」により絶対値が得られる。
【０１５９】
【数４０】
2019516037.tif 000042
【０１６０】
【数４１】
2019516037.tif 000043
【０１６１】
【数４２】
2019516037.tif 000044
【０１６２】
従って、以下の擬似コードを用いて、‖[u(n)]‖を算出することができる。
【０１６３】
【数４３】
2019516037.tif 000045
【０１６４】
ここで、arctgは逆正接関数である。ε0は、アルゴリズムの解および使用されるマイクロプロセッサ（またはデジタル信号処理部）に依存する小さい値であり、通常は０．００１に等しい。逆正接関数は、特性要因図として、制御部９２に記憶させておいてもよい。このため、上記方法は、計算機能力の点で非常に効率的であるといえる。さらに、w2(n) = 0の場合、逆正接関数の特異点が適正に処理される。
【０１６５】
上記２つの方法によれば、正確な‖[u(n-1)]‖の計算が可能になる。
【０１６６】
騒音d(n)に対応する信号の振幅は、周波数に比べて非常にゆっくりと変化するため、‖[u(n-1)]‖の更新をクロック周波数よりも（例えば、１：２〜１：２０の比で）遅くすることができる。これにより、必要な計算機能力を減らすことになる。
【０１６７】
３）アンダーサンプリングによる分析法（Under-sampled Analytical Method）
次式から判断すると、[u(n)]は、位相ベクトルw(n)の線形関数とみなすことができる。
【０１６８】
【数４４】
2019516037.tif 000046
【０１６９】
位相ベクトルw(n)がＸ軸またはＹ軸に平行である場合、振幅の値‖[u(n-1)]‖は、単に位相ベクトルw1(n)またはw2(n)の何らかの成分の一部にすぎない。この方法では、周期１／ｆ0ごとに２回または４回、‖[u(n-1)]‖を更新する。既に述べたように、各クロック周波数で‖[u(n-1)]‖を更新する必要はない。
【０１７０】
従って、以下の擬似コードを用いて、‖[u(n-1)]‖を算出することができる。
【０１７１】
【数４５】
2019516037.tif 000047
【０１７２】
ここで、ε0は、アルゴリズムの解および使用されるマイクロプロセッサ（またはデジタル信号処理部）に依存する小さい値であり、通常は０．０１に等しい。この種の計算は非常に効率的である。
【０１７３】
４）比較法
波形信号にとって、最適とはいえない方法もあるが、それは、以下の擬似コードを用いて説明することができる。
【０１７４】
【数４６】
2019516037.tif 000048
【０１７５】
この方法は、平方根も逆正接関数も必要としない点で有利である。しかし、‖[u(n-1)]‖は、波の周期ごとに２回しか更新されない。
【０１７６】
以下に、上記システムを動作させる方法について、図８を参照しながら説明する。
【０１７７】
まず、ステップＳ１において、ＡＮＣ拡張部９６の制御部９２は、使用される変数および定数の開始値として、[u(n-1)] = 0、‖[u(n-1)]‖= 0、ε1 = 0.0001およびΛMAX = 60をそれぞれ設定する。
【０１７８】
次に、ステップにおいて、制御部９２は、入力インターフェース９７を介して、既定値Δを得る。
【０１７９】
これと同時に、ステップＳ３において、対応するフィードバック信号e'(n)を得るために、エラーセンサー５０は、重畳音を測定する。
【０１８０】
さらに、これと同時に、ステップＳ４において、ＡＮＣコア９１は、処理されたフィードバック信号e(n)を用いて、音響信号y(n)を生成する。
【０１８１】
ステップＳ２に続き、ステップＳ２０において、‖[u(n-1)]‖ > ε1の条件を満たしているかどうかを判定する。このため、ステップＳ２０'において、[u(n-1)]および‖[u(n-1)]‖の値を算出する。この計算については上記に詳細に説明したが、例えば、次式を用いて行ってもよい。
【０１８２】
【数４７】
2019516037.tif 000049
【０１８３】
【数４８】
2019516037.tif 000050
【０１８４】
ステップＳ２０'における[u(n-1)]および‖[u(n-1)]‖の値の計算は、上述した各方法によって行うことも、従来技術から公知の方法によって行うこともできる。
【０１８５】
ステップＳ２０において、条件を満たしている場合、ステップＳ２１において、次式により、基本制御信号λ(n)を算出する。
【０１８６】
【数４９】
2019516037.tif 000051
【０１８７】
そうでなければ、すなわち、ステップＳ２０において、条件を満たしていない場合、ステップＳ２２において、基本制御信号λ(n)を最大値ΛMAXに設定する。
【０１８８】
次に、ステップＳ２３において、第１および第２の制御信号λ1(n)、λ2(n)を算出する。
【０１８９】
【数５０】
2019516037.tif 000052
【０１９０】
【数５１】
2019516037.tif 000053
【０１９１】
次のステップＳ５において、ステップＳ２３で得られた第２の制御信号λ2(n)およびステップＳ３で測定されたフィードバック信号e'(n)を用いて、次式により、修正されたフィードバック信号e(n)を算出する。
【０１９２】
【数５２】
2019516037.tif 000054
【０１９３】
修正されたフィードバック信号e(n)は、破線で示すように、ステップＳ４において用いられる。
【０１９４】
これと同時に、ステップＳ６において、ステップＳ２３で得られた第１の制御信号λ1(n)およびステップＳ４で得られた音響信号y(n)を用いて、次式により、重み付けされた音響信号y'(n)を算出する。
【０１９５】
【数５３】
2019516037.tif 000055
【０１９６】
ステップＳ７において、重み付けされた音響信号y'(n)を出力し、ステップＳ１の終わりに進む前に、音生成器２０により、重み付けされた可聴信号u'(n)に対応する音を生成するとともに、音生成器２０が生成した音を処理すべき音に重畳する。
【０１９７】
図９（ａ）〜図１２（ｃ）に、本発明のシステムおよび方法によって発揮される効果を示す。それぞれに応じて、内燃機関で駆動する車両の排気系を変更し、本発明のシステムで補った。
【０１９８】
図９（ａ）に示すように、従来のシステム（ANC ON）では、未処理音（unmanipulated sound）（ANC OFF）と比較して、できる限り低い値（ここでは、約２０ｄＢ）に音圧レベルを連続的に下げようとしていることが分かる。但し、これは、使用されるシステムの動態および動作能力が許容する範囲に限られている。１３秒〜１５秒の間に、使用されるシステムの動態が不十分であることに起因すると考えられる過渡現象（非定常的なビルドアップ状態（nonstationary build-up state））が認められる。さらに、アクチュエーター（音生成器）で発生する圧力レベルも示されている。
【０１９９】
これに対して、本発明のシステムを用いれば、未処理音（ANC OFF）と比較して、あらゆる所望の既定値Δに音圧レベルを上げること（約３．５秒まで、および１５秒〜１６秒まで約６０ｄＢ）または音圧レベルを下げること（約４秒〜約７秒まで約２０ｄＢ、約８秒〜約９秒まで約４０ｄＢ、および約９．５秒〜約１３．５秒まで約２０ｄＢ）が可能である。このシステムの制御は、既定値Δがどんなに変化しても短いビルドアップ特性を示すことから、過渡現象が信号パターンに現れる。なお、本実施例のために極端なデータ入力が選択されたこと（既定値Δの急上昇）に留意すべきである。
【０２００】
図１０に、使用された音生成器の性能限界に到達する高音圧レベルにおける、本発明のシステムおよび方法による挙動について、技術水準に基づくシステムとの比較を示す。図から分かるように、本発明を用いれば（ANC ON）、未処理音（ANC OFF）と比較して、広範囲にわたって音圧レベルを一定の既定値Δ（ここでは約１３０ｄＢ）に維持することができ、このため、出力音を上げたり（約２０００ｒｐｍまで）、もしくは下げたり（約２０００ｒｐｍより上）、またはほぼ一定に保つ（３２００ｒｐｍ付近の範囲）こともできる。一方、技術水準に基づくシステム（prior-art ANC）は、音圧レベルが著しく不均一である。
【０２０１】
図１１（ａ）に、ディーゼルエンジンで駆動する車両の排気系において、本発明のシステムを用いた場合の異なるデータ入力により得られた別の測定結果を示す。既定値Δは一定のレベルに維持され、回転速度とともに直線的に増加した。この場合においても、本発明（ANC ON）は、技術水準（すなわち、技術水準によるＡＮＣ）と比較して、実質的により緩やかな圧力レベルの曲線を示している。同様に、未処理音（ANC OFF）と比較して、音圧レベルも、データ入力に応じて増加および／または減少している。
【０２０２】
図１１（ｂ）も、同様に、ディーゼルエンジンで駆動する車両の排気系において、本発明のシステムを用いた場合の異なるデータ入力により得られた別の測定結果を示す。既定値Δは一定のレベルに維持されず、最初は、約２６００ｒｐｍまで、常に比較的低い値で維持された後、２６００ｒｐｍを上回ると、より高い値に増加した。
【０２０３】
図１２（ａ）、１２（ｂ）および１２（ｃ）は、どのように本発明のシステムの使用が実証されるかを示す。内燃機関の回転速度は、まず、１２００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍまで時間とともに直線的に増加し、しばらくの間一定値を維持してから、再び直線的に減少した。第３エンジン高調波の音圧レベルを測定した。
【０２０４】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に、それぞれ、上記システムをオンにしたとき（ANC ON）、およびオフにしたとき（ANC OFF）の音圧レベルの曲線、ならびに上記システムをオンにしたときのアクチュエーターの圧力レベルを示す。本発明のシステムにより、広範囲にわたって約３３ｄＢの一定の音圧レベルが得られることが分かる。
【０２０５】
図１２（ｂ）では、図１２（ａ）と比較して、排気系が機械的に消音されたことにより、約４ｄＢだけ音が小さくなった。図から分かるように、この機械的な消音は、本発明のシステムにより、広範囲にわたって約３３ｄＢの一定の音圧レベルが得られるという事実に対して、何の変化ももたらしていない。同時に、システムをオフにしたときに比べて、音圧レベルを増加させなければならないため、アクチュエーターは、より多くのエネルギーを必要とする。従来のシステムではこのような効果は見られない。
【０２０６】
図１２（ｃ）において、排気系は、機械的に約４ｄＢだけ音を大きくした。図から分かるように、このことは、本発明のシステムにより、広範囲にわたって約３３ｄＢの一定の音圧レベルが得られるという事実に対して、何の変化ももたらしていない。
【０２０７】
従って、本発明は、以下の方法により、内燃機関で駆動する車両において実証することができる。
【０２０８】
まず、システムをオフにして、制御された条件下（例えば、５０％の一定の負荷がかかった状態で、速度を８００〜４５００回転／分に増加させる）において、音が重畳する領域の下流側にある排気系のエラーマイクロホンによって音圧レベルを測定する。
【０２０９】
次に、上記システムをオンにして、同じ条件下において、同じエラーマイクロホンで音圧レベルを測定する。同時に、アクチュエーター（音生成器）の励起を測定する。測定曲線のいくつかの静止動作点を選択する。
【０２１０】
この場合、エラーマイクロホンで測定された音圧レベルが（約３ｄＢだけ）低くなる、または高くなるように、機械的手段によって受動的排気系（passive exhaust system）の形状を変更する。
【０２１１】
その後、上記システムをオンにして、静止動作点において測定を繰り返す。これらの被測定信号は、特にそのエンジン高調波に応じて、フィルターにかけられる。
【０２１２】
本発明を用いれば、機械的に排気系を操作しても、音に影響を与えるためのシステムが不安定にならない。さらに、システムがオンのときに、一定の許容範囲を考慮して、機械的に操作されたシステムにおいて、エラーマイクロホンで測定された音圧レベルは、機械的に操作されていないシステムにおいて、（静止動作点での）エラーマイクロホンで測定された音圧レベルと一致する。
【符号の説明】
【０２１３】
１    テールパイプ
２    スピーカー
３    音生成器
４    排気系
５    エラーマイクロホン
６    内燃機関
６'  エンジン制御部
６"  吸気系
７    音に能動的に影響を与えるためのシステム
８    開口部
９    制御部
２０    音生成器／アクチュエーター
４０    排気系
４１    マイクロホン
５０    エラーセンサー
６０    エンジン
８０    テールパイプ
９１    信号発生器／ＡＮＣコア
９２    制御部
９４    加算器
９５    重み付け部
９６    ＡＮＣ拡張部
９７    入力インターフェース
d(n)    伝達関数P(z)によって生成された被重畳信号（騒音源から発生した騒音に対応する）
e(n)    （修正された）フィードバック信号（重畳された騒音の音圧に対応する）
e'(n)  修正されていないフィードバック信号
e(z)    信号e(n)のＺ変換
EOi    ｉ次のエンジン高調波
ｆ0     基本周波数
P(z)   騒音源の伝達関数のＺ変換（これに基づいて、騒音源による信号の生成（それゆえに音の生成）が行われる関数に対応する）
u(n)    重畳用信号（重畳される音を生成する音生成器の音圧に対応する）
u'(n)  重畳に用いられるように重み付けされた信号
u(n-1)  重畳のための以前の信号
u(z)    信号u(n)のＺ変換
S(z)    音生成器の伝達関数のＺ変換（信号y(n)から信号u(n)への変換に対応する）
s(n)    第２の伝達関数S(z)のパルス応答
[S(z)]  第２の伝達関数のＺ変換の推定値
[s(n)]  第２の伝達関数の推定値[S(z)]のパルス応答
w(n)    位相ベクトル／ゲイン
wT(n)    位相ベクトルw(n)の転置
w1(n)、w2(n)  ゲイン係数
x(n)    入力波ベクトル
xT(n)  入力波ベクトルx(n)の転置
y(n)    ＡＮＣコアから出力される（音響）信号
y'(n)  ＡＮＣコアから出力される、重み付けされた（音響）信号
y1(n)、y2(n)  ＡＮＣコアから出力され、相互に９０度ずれている信号
y(z)    信号y(n)のＺ変換
ε1    ０より大きい閾値
μ    適応率
λ    基本制御信号
λ1、λ2  第１／第２の制御信号
Δ    フィードバック信号の振幅の値としての既定値
ΛMAX  基本制御信号の最大値
【図１】
2019516037.tif 000056
【図２】
2019516037.tif 000057
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019516037.tif 000061
【図７】
2019516037.tif 000062
【図８】
2019516037.tif 000063
【図９】
2019516037.tif 000064
【図１０】
2019516037.tif 000065
【図１１】
2019516037.tif 000066
【図１２】
2019516037.tif 000067
【国際調査報告】
2019516037.tif 000068
2019516037.tif 000069
2019516037.tif 000070
2019516037.tif 000071
2019516037.tif 000072
2019516037.tif 000073