(57)【要約】  振動騒音源に応じて特定される制御周波数を周波数とする余弦波信号および正弦波信号に基づいて制御信号を生成する制御信号生成部１２０と、制御信号に基づいて生成され二次経路を伝播した干渉音が振動騒音源から発する振動騒音に干渉して残る残存振動騒音から得られる誤差信号の信号パワーの増減と、制御周波数の補正に用いられる補正値の増減との関係に基づいて、誤差信号の信号パワーを減少する値に前記補正値を更新する補正値更新部と、を備えた。
2016151624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動騒音源に応じて特定される制御周波数を周波数とする余弦波信号および正弦波信号に基づいて制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記制御信号に基づいて生成され二次経路を伝播した干渉音が前記振動騒音源から発する振動騒音に干渉して残る残存振動騒音から得られる誤差信号の信号パワーの増減と、前記制御周波数の補正に用いられる補正値の増減との関係に基づいて、前記誤差信号の信号パワーを減少する値に前記補正値を更新する補正値更新部と、
を備えたことを特徴とする能動振動騒音制御装置。
【請求項２】
前記補正値更新部は、前記誤差信号の信号パワーの増減と前記補正値の増減との関係を、あらかじめ定めた前記二次経路の伝達特性を用いて算出される前記干渉音の前記余弦波信号の成分である余弦波振幅と、前記二次経路の伝達特性を用いて算出される前記干渉音の前記正弦波信号の成分である正弦波振幅と、前記余弦波信号と、前記正弦波信号とに基づいて定める
ことを特徴とする請求項１に記載の能動振動騒音制御装置。
【請求項３】
前記補正値更新部は、前記補正値の変化に対する前記誤差信号の信号パワーの変化の割合の大きさに応じて、前記補正値の変化に対する前記誤差信号の信号パワーの変化の割合が大きい場合には前記補正値の変化量を大きくし、前記補正値の変化に対する前記誤差信号の信号パワーの変化の割合が小さい場合には前記補正値の変化量を小さくして、前記補正値を更新する
ことを特徴とする請求項１に記載の能動振動騒音制御装置。
【請求項４】
前記補正値更新部は、定められた前記制御周波数の補正範囲内で前記補正値を更新する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の能動振動騒音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動騒音を当該振動騒音に応じて生成される二次振動騒音によって低減する能動振動騒音制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン等の回転機器が発する振動騒音を低減する装置として、適応ノッチフィルタ（Adaptive Notch Filter）を用いた能動振動騒音制御装置（Active Noise Control Apparatus）が知られる。ここで、振動騒音とは機械の動作などによって発生する振動または騒音を指すものとする。このような能動振動騒音制御装置では、回転機器の回転周期から特定される振動騒音の周波数を制御周波数とし、当該制御周波数の振動騒音と逆位相の制御信号を生成してこれを二次振動騒音として出力することで、振動騒音と二次振動騒音の干渉により振動騒音を低減する。【０００３】
このとき、回転機器の回転周期を検知する周期センサの計測誤差や、周期センサから計測値を伝える信号の遅延などの影響で実際の振動騒音の周波数と制御周波数との間にずれが生じた場合、振動騒音の低減効果が低くなるという問題を生じる。この問題に対して、適応ノッチフィルタのフィルタ係数を複素数の実部と虚部として複素平面上に表したときの偏角の変化に応じて制御周波数を補正する方法（特許文献１）、あるいは、適応ノッチフィルタによって得られるフィルタ係数を更新後の制御信号の周波数と制御周波数とのずれに基づいて制御信号に基づいて制御周波数を補正する方法（特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６７８４４号公報（図１）
【０００５】
【特許文献２】国際公開第２０１４／０６８６２４号（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、振動騒音制御の対象である回転機器以外の振動騒音源（外乱源）からの他の振動騒音（外乱）がある場合に、例えば振動騒音と二次振動騒音との干渉の後に残存する打消し誤差と外乱の振幅レベルが接近すると、外乱の影響によって適応ノッチフィルタのフィルタ係数が適切に更新されないことがある。このような場合、適応ノッチフィルタのフィルタ係数の変化、あるいは更新後のフィルタ係数に応じて生成された制御信号に基づいて制御周波数の補正値を決定する従来の能動振動騒音制御装置では、制御周波数の補正を正しく行うことができなくなるという問題があった。【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、制御対象の振動騒音に加えて他の振動騒音が外乱として存在する場合にも、制御対象の振動騒音の周波数として特定する制御周波数の補正を適切に行うことができ、振動騒音の低減効果を向上した能動振動騒音制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の能動騒音制御装置は、振動騒音源に応じて特定される制御周波数を周波数とする余弦波信号および正弦波信号に基づいて制御信号を生成する制御信号生成部と、制御信号に基づいて生成され二次経路を伝播した干渉音が振動騒音源から発する振動騒音に干渉して残る残存振動騒音から得られる誤差信号の信号パワーの増減と、制御周波数の補正に用いられる補正値の増減との関係に基づいて、誤差信号の信号パワーを減少する値に補正値を更新する補正値更新部と、を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の能動振動騒音制御装置によれば、振動騒音源から発する振動騒音の周波数として特定される制御周波数を補正値で補正する際に、振動騒音と二次振動騒音との干渉によって残った残存振動騒音を検出した誤差信号の信号パワーの増減と制御周波数の補正値の増減との関係に基づいて、誤差信号の信号パワーを減少する値に更新した補正値を用いて制御周波数を補正するようにしたので、残存振動騒音に制御対象の振動騒音以外の外乱が含まれる場合にも、残存振動騒音を検出した誤差信号の信号パワーを減じる補正値で制御周波数を補正することで、振動騒音の周波数と制御周波数の差分を減じることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る能動振動騒音制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の能動振動騒音制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１の能動振動騒音制御装置の処理フローの一例を示すフロー図である。
【図４】この発明の実施の形態１の能動振動騒音制御装置において記憶される二次経路の伝達特性の記憶形態の一例を示すテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る能動振動騒音装置の機能構成の一例を示すブロック図である。この実施の形態の能動振動騒音制御装置１００は、外部に設けられた二次振動騒音出力器２００及び振動騒音センサ３００が接続されている。能動振動騒音制御装置１００は、制御対象である振動騒音源４００から発生する振動騒音の周波数情報を外部から入力され、入力された周波数情報に基づいて生成した制御信号ｄ（ｎ）を出力する。ｎはデジタル信号処理における離散時間を表す変数である。なお、能動振動騒音制御措置１００から出力される制御信号ｄ（ｎ）は、電気信号や光信号など実際の実現形態に応じて適した信号で行えばよい。
【００１２】
上記において振動騒音の周波数情報とは、例えば振動騒音源４００が自動車のエンジンであればエンジンの回転周波数であるなど、振動騒音の周波数を特定するための情報である。このような周波数情報は、例えばエンジンの回転周波数であればイグニッションパルス周期からエンジンの回転周波数を計測するなど、回転センサを用いることで取得可能である。また、周波数情報に基づく振動騒音の周波数の特定は、例えばエンジンの振動騒音である場合には、当該エンジンの回転次数に合わせて回転周波数を定数倍するなどの方法で得る事が可能である。あるいは振動騒音源４００が電動モーターで駆動するファンであれば、モーターの極数や電源周波数、ファンのブレード枚数などを周波数情報として、対象となる振動騒音（ＮＺ音）の周波数を求める事ができる。このように振動騒音の周波数情報の取得と、周波数情報に基づく振動騒音の周波数の特定は、振動騒音制御の対象である振動騒音の発生源に応じて適した手段を適宜用いてよい。なお、以降では振動騒音源４００に応じた周波数情報に基づいて特定される振動騒音の周波数を制御周波数と称する。
【００１３】
図１において能動振動騒音制御装置１００に接続された二次振動騒音出力器２００は、能動振動騒音制御装置１００が出力する制御信号ｄ（ｎ）を用いて振動騒音源４００から発生する振動騒音ｙ（ｎ）を打ち消すための二次振動騒音を生成して出力するものであり、例えばスピーカ、アクチュエータ等により実現することができる。
【００１４】
二次振動騒音出力器２００が出力する二次振動騒音は二次経路５００を伝播し、振動騒音源４００から発生する振動騒音と干渉して当該振動騒音を低減する。ここで二次経路５００は、二次振動騒音出力器２００が出力した二次振動騒音が振動騒音センサ３００まで伝播する間に通過する経路と定義づけられる。図１においてｓ（ｎ）は二次経路５００を伝播した二次振動騒音を示している。
【００１５】
また、振動騒音センサ３００は、振動騒音ｙ（ｎ）と二次振動騒音ｓ（ｎ）との干渉の結果の残存振動騒音を検出し、検出した残存振動騒音を誤差信号ｅ（ｎ）として能動振動騒音制御装置１００に出力するものであり、例えばマイク、振動センサ、加速度センサなどにより実現できる。なお、能動振動騒音制御装置１００への誤差信号ｅ（ｎ）の入力は、電気信号や光信号などで行えばよい。
【００１６】
ここで振動騒音センサ３００が検知する誤差には、制御対象である振動騒音ｙ（ｎ）のほかに、外乱源６００から発生する振動騒音である外乱が重畳される。なお、外乱源６００は振動騒音源４００以外の振動騒音の発生源であり、特定の振動騒音の発生源に限定されるものではない。
【００１７】
次に、この実施の形態の能動振動騒音制御装置１００の構成の詳細について説明する。能動振動騒音制御装置１００は、設定部１１０、制御信号生成部１２０、係数更新部１６０、補正値決定部１９０を備える。
【００１８】
また、図１は制御信号生成部１２０、係数更新部１６０、補正値決定部１９０の詳細な機能構成の一例を示している。図１において制御信号生成部１２０は、発振器１３０と制御信号フィルタ１４０と加算器１５０を備えている。さらに発振器１３０は余弦波生成器１３１と正弦波生成器１３２を備えている。また、制御信号フィルタ１４０はフィルタ１４１とフィルタ１４２を備えている。なお、ｗ０（ｎ）、ｗ１（ｎ）はそれぞれフィルタ１４１とフィルタ１４２のフィルタ係数を示す。
【００１９】
また、係数更新部１６０は係数算出部１７０と参照信号フィルタ１８０を備えている。そして、係数算出部１７０は算出部１７１と算出部１７２を、参照信号フィルタ１８０はフィルタ１８１とフィルタ１８２を備えている。ここで、ＬＭＳは算出部１７１と算出部１７２が適応アルゴリズムとしてＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズムを用いることを示している。ただし、ＬＭＳアルゴリズムは適応アルゴリズムの一例であり、この発明は適応アルゴリズムをＬＭＳアルゴリズムに限定するものではない。
【００２０】
また、補正値決定部１９０は補正値更新部１９１と特性決定部１９２を備えている。
【００２１】
設定部１１０は外部から入力される周波数情報と、補正値決定部１９０の補正値更新部１９１から入力される制御周波数の補正値ｆΔ（ｎ）に基づいて制御周波数ｆ（ｎ）を制御信号生成部１２０の発振器１３０に設定する。また、設定部１１０は制御周波数ｆ（ｎ）を補正値決定部１９０の特性決定部１９２にも設定する。
【００２２】
発振器１３０の余弦波生成器１３１と正弦波生成器１３２は設定部１１０から設定された制御周波数ｆ（ｎ）に応じた余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）をそれぞれ生成する。発振器１３０は生成した余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）を制御信号フィルタ１４０に入力する。また、余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）は係数更新部１６０の参照信号フィルタ１６０と補正値決定部１９０の補正値更新部１９１にも入力される。
【００２３】
制御信号フィルタ１４０が備えるフィルタ１４１は余弦波信号ｘ０（ｎ）に対してフィルタ処理を行う。このときフィルタ処理に用いられるフィルタ係数（第１のフィルタ係数）はｗ０（ｎ）である。同様にフィルタ１４２は正弦波信号ｘ１（ｎ）に対してフィルタ処理を行う。このときフィルタ処理に用いられるフィルタ係数（第２のフィルタ係数）はｗ１（ｎ）である。加算器１５０は制御信号フィルタ１４０でフィルタ処理された２つの信号（ｘ０（ｎ）・ｗ０（ｎ）とｘ１（ｎ）・ｗ１（ｎ）、なお”・”は積を表す）を加算して、制御信号ｄ（ｎ）を生成する。
【００２４】
特性決定部１９２は、周波数別に定められた二次経路５００の伝達特性を記憶しており、記憶する伝達特性の中から入力された制御周波数ｆ（ｎ）に対応する伝達特性を決定して、二次経路特性パラメータとして出力する。特性決定部１９２が記憶する二次経路５００の伝達特性は、あらかじめ周波数毎の特性を測定するなどして取得し、特性決定部１９２が記憶するようにしておけばよい。また、伝達特性の記憶は、不揮発性のメモリに記憶したり、回路に組み込むことによって記憶したりするなどして行えばよい。特性決定部１９２が出力する二次経路特性パラメータは係数更新部１６０の参照信号フィルタ１８０と補正値更新部１９１に入力される。
【００２５】
参照信号フィルタ１８０は、余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）と特性決定部１９２が出力する二次経路特性パラメータに基づいて第１の参照信号ｒ０（ｎ）と第２の参照信号ｒ１（ｎ）を生成する。具体的には、フィルタ１８１が第１の参照信号ｒ０（ｎ）を生成し、フィルタ１８２が第２の参照信号ｒ１（ｎ）を生成する。
【００２６】
係数算出部１７０は、第１の参照信号ｒ０（ｎ）と第２の参照信号ｒ１（ｎ）と振動騒音センサ３００からの誤差信号ｅ（ｎ）に基づいて、ＬＭＳアルゴリズムによる制御信号生成部１２０の制御信号フィルタ１４０のフィルタ係数の更新を行う。具体的には、係数算出部１７０が備える算出部１７１が第１の参照信号ｒ０（ｎ）と誤差信号ｅ（ｎ）に基づいて第１のフィルタ係数ｗ０（ｎ）を算出して更新する。また、算出部１７２が第２の参照信号ｒ１（ｎ）と誤差信号ｅ（ｎ）に基づいて第２のフィルタ係数ｗ１（ｎ）を算出して更新する。
【００２７】
補正値更新部１９１は振動騒音センサ３００からの誤差信号ｅ（ｎ）と、発振器１３０から入力される余弦波信号ｘ０（ｎ）および正弦波信号ｘ１（ｎ）と、制御信号フィルタ１４０が用いる第１のフィルタ係数ｗ０（ｎ）および第２のフィルタ係数ｗ１（ｎ）と、特性決定部１９２から入力される二次経路特性パラメータに基づいて、制御周波数ｆ（ｎ）と振動騒音の周波数のずれを補正するための補正値ｆΔ（ｎ）を決定する。なお、第１のフィルタ係数ｗ０（ｎ）および第２のフィルタ係数ｗ１（ｎ）は制御信号フィルタ１４０が補正値更新部１９１に出力してもよいし、係数更新部１６０が出力してもよい。ここでは、制御信号フィルタ１４０が出力することとする。
【００２８】
上述の能動振動騒音制御装置１００が備える各ブロックである、設定部１１０、制御信号生成部１２０および制御信号生成部１２０が備える発振器１３０、制御信号フィルタ１４０、加算器１５０、係数更新部１６０および係数更新部１６０が備える係数算出部１７０、参照信号フィルタ１８０、補正値決定部１９０および補正値決定部１９０が備える補正値更新部１９１、特性決定部１９２は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を用いたハードウェアで実現することも可能であるし、プロセッサとプロセッサ上で動作するプログラムで実現することも可能である。あるいは、ＬＳＩ等のハードウェアとプロセッサおよびプロセッサ上で動作するプログラムを組み合わせて実現することも可能である。
【００２９】
図２はこの実施の形態の能動振動騒音制御装置１００をプロセッサとプロセッサで実行されるプログラムで実現する場合のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１に示した能動振動騒音制御装置１００を構成する各ブロックの機能を実現するプログラムはメモリ２に記憶され、記憶された各プログラムはプロセッサ１においてメモリ２を用いて実行される。図１に示す周波数情報の入力、二次振動騒音出力器２００への制御信号ｄ（ｎ）の出力、振動騒音センサ３００が出力する誤差信号ｅ（ｎ）の入力などは、入出力インタフェース３を介して行われる。なお、入出力インタフェース３は接続する機器に応じて複数であってもよい。バス４はプロセッサ１、メモリ２、入出力インタフェース３を接続する。なお、バス４は適宜バスブリッジ等を用いて構成されてもよい。
【００３０】
次に、実施の形態１の能動振動騒音制御装置１００の動作を説明する。図３は能動振動騒音制御装置１００の処理フローの一例を示すフロー図である。なおこの発明は図３のフロー図に限定されるものではなく、同等の結果を得られる限りにおいて、異なる順序でそれぞれの処理を実施してもよく、また、一部の処理を並列化してもよい。
【００３１】
はじめに、能動振動騒音制御装置１００の設定部１１０が外部より入力された振動騒音の周波数情報を取得する（ST10）。そして、設定部１１０は取得した周波数情報と補正値ｆΔ（ｎ）とから制御周波数ｆ（ｎ）を求め、発振器１３０および特性決定部１９２に制御周波数ｆ（ｎ）を設定する（ST20）。補正値ｆΔ（ｎ）の詳細については後述する。制御周波数ｆ（ｎ）の求め方は、振動騒音の周波数情報から求められる周波数Ｆ（ｎ）と補正値ｆΔ（ｎ）とに基づいて、例えば下式１のように定めることができる。なお、周波数Ｆ（ｎ）は、上述のように周波数情報であるエンジンの回転数を定数倍するなど、振動騒音源４００と得られる周波数情報に応じた方法で適宜求めればよい。
【００３２】
【数１】
2016151624.tif 000003
【００３３】
なお、周波数情報から求められる周波数Ｆ（ｎ）と制御周波数ｆ（ｎ）にずれがない場合、あるいは装置が動作を開始した直後の場合などでは、補正値がｆΔ（ｎ）＝０となり、ｆ（ｎ）＝Ｆ（ｎ）となることも起こりうる。
【００３４】
次に、発振器１３０の余弦波生成器１３１と正弦波発生器１３２がそれぞれ、周波数が制御周波数ｆ（ｎ）である余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）を生成する（ST30）。余弦波（あるいは正弦波）の波形を持つ信号の生成は、例えば発振素子を用いて生成することも可能であるし、例えばプロセッサなどにより各離散時間における信号値を算出することで生成することも可能である。
【００３５】
次に、制御信号フィルタ１４０は、余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）に対して制御信号のフィルタ処理を行う（ST40）。具体的には、フィルタ１４１が第１のフィルタ係数ｗ０（ｎ）を余弦波信号ｘ０（ｎ）に乗じる処理を行い、フィルタ１４２が第２のフィルタ係数ｗ１（ｎ）を正弦波信号ｘ１（ｎ）に乗じる処理を行う。そして、加算器１５０がフィルタ処理された余弦波信号ｗ０（ｎ）・ｘ０（ｎ）とフィルタ処理された正弦波信号ｗ１（ｎ）・ｘ１（ｎ）を加算して制御信号ｄ（ｎ）を生成する（ST50）。制御信号ｄ（ｎ）は下式２により表すことができる。
【００３６】
【数２】
2016151624.tif 000004
【００３７】
なお、能動振動制御装置１００が生成した制御信号ｄ（ｎ）は二次振動騒音出力器２００によって、二次振動騒音に変換される。そして、二次振動騒音出力器２００が出力した二次振動騒音は、二次経路５００を伝播して振動騒音源４００から発生する振動騒音ｙ（ｎ）と干渉する。以降、二次経路５００の伝達特性の影響を受けた二次振動騒音を干渉音と称す。図１において干渉音はｓ（ｎ）で表される。振動騒音源４００から発生する振動騒音ｙ（ｎ）に干渉音ｓ（ｎ）が干渉することで振動騒音ｙ（ｎ）は低減される。
【００３８】
特性決定部１９２は、周波数に応じた二次経路５００の伝達特性を二次経路特性パラメータとして記憶しており、制御周波数ｆ（ｎ）が設定されると、当該制御周波数ｆ（ｎ）に対応する二次経路特性パラメータを決定する(ST60)。なお、二次経路特性パラメータは第１のパラメータＣ０（ｆ（ｎ））と第２のパラメータＣ１（ｆ（ｎ））とを含む。そして、ある時刻ｎの周波数ｆにおいて、二次経路５００の振幅応答（利得）γ（ｆ）と位相応答ρ（ｆ）は、第１のパラメータＣ０（ｆ）と第２のパラメータＣ１（ｆ）により、それぞれ以下の式３、式４で表されるものとする。ここで、ａｔａｎは逆正接を表す。特性決定部１９２は例えば図４に示すようなテーブル構造でそれぞれの周波数における二次経路５００の伝達特性を記憶することが考えられる。図４はｍ個（ｍは２以上の整数）の周波数帯の伝達特性を記憶する例である。
【００３９】
【数３】
2016151624.tif 000005
【００４０】
【数４】
2016151624.tif 000006
【００４１】
次に、係数更新部１６０の参照信号フィルタ１８０は、余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）に基づいて、参照信号を生成する（ST70）。具体的には、フィルタ１８１が余弦波信号ｘ０（ｎ）、正弦波信号ｘ１（ｎ）、第１のパラメータＣ０（ｆ（ｎ））、第２のパラメータＣ１（ｆ（ｎ））とから下式５で表される第１の参照信号ｒ０（ｎ）を生成する。また、フィルタ１８２が同様に下式６で表される第２の参照信号ｒ１（ｎ）を生成する。なお、以下では第１のパラメータＣ０（ｆ（ｎ））と第２のパラメータＣ１（ｆ（ｎ））の記載を簡略化し、それぞれＣ０（ｎ）、Ｃ１（ｎ）と表している。
【００４２】
【数５】
2016151624.tif 000007
【００４３】
【数６】
2016151624.tif 000008
【００４４】
次に、係数算出部１７０が制御信号フィルタ１４０のフィルタ係数を算出する。具体的には、算出部１７１が第１の参照信号ｒ０（ｎ）と振動騒音センサ３００からの誤差信号ｅ（ｎ）とから、ＬＭＳアルゴリズムによりＭＳＥ（平均二乗誤差）規範で誤差信号ｅ（ｎ）を最小化するよう第１のフィルタ係数ｗ０（ｎ）を更新する値を算出する（ST80）。同様に、算出部１７２が第２の参照信号ｒ１（ｎ）と誤差信号ｅ（ｎ）とから誤差信号ｅ（ｎ）を最小化するよう第２のフィルタ係数ｗ１（ｎ）を更新する値を算出する。フィルタ係数の更新は以下の式７、式８で表すことができる。
【００４５】
【数７】
2016151624.tif 000009
【００４６】
【数８】
2016151624.tif 000010
【００４７】
ここで、μは適応フィルタの適応能力を調整するための更新ステップサイズであり、例えば実験等に基づいてあらかじめ定められる値である。
【００４８】
次に、補正値更新部１９１が、発振器１３０から入力される余弦波信号ｘ０（ｎ）および正弦波信号ｘ１（ｎ）と、振動騒音センサ３００から入力される誤差信号ｅ（ｎ）と、制御信号フィルタ１４０から入力される第１のフィルタ係数ｗ０（ｎ）および第２のフィルタ係数ｗ１（ｎ）と、特性決定部１９２から入力される第１のパラメータＣ０（ｎ）および第２のパラメータＣ１（ｎ）とに基づいて、誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）が減少するように制御周波数の補正値ｆΔ（ｎ）を更新する(ST90)。補正値ｆΔ（ｎ）の更新は例えば下式９で表される。
【００４９】
【数９】
2016151624.tif 000011
【００５０】
ここでαは更新の早さを定める定数であり、α＞０を満たす。また、Ｄ０（ｎ）およびＤ１（ｎ）は、二次経路特性パラメータと制御信号フィルタ１４０のフィルタ係数に基づいて算出した干渉音ｓ（ｎ）の余弦波信号ｘ０（ｎ）の成分（余弦波振幅）と正弦波信号ｘ１（ｎ）の成分（正弦波振幅）をそれぞれ示している。余弦波振幅Ｄ０（ｎ）および正弦波振幅Ｄ１（ｎ）は下式１０、１１で表される。
【００５１】
【数１０】
2016151624.tif 000012
【００５２】
【数１１】
2016151624.tif 000013
【００５３】
余弦波振幅Ｄ０（ｎ）および正弦波振幅Ｄ１（ｎ）を用いると干渉音ｓ（ｎ）は下式１２で算出することができる。
【００５４】
【数１２】
2016151624.tif 000014
【００５５】
ここで、式９に基づいた制御周波数の補正値ｆΔ（ｎ）の更新により誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）が減少する理由について説明する。誤差信号ｅ（ｎ）は、振動騒音ｙ（ｎ）と干渉音ｓ（ｎ）と外乱ｖ（ｎ）の合成であるので、下式１３で表される。
【００５６】
【数１３】
2016151624.tif 000015
【００５７】
誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）を補正値ｆΔ（ｎ）で偏微分すると、補正値ｆΔ（ｎ）に対する誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）の勾配を求めることができる。誤差信号ｅ（ｎ）が式１３で表され、また干渉音ｓ（ｎ）は上述の式１２で表すことができるので、誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）を補正値ｆΔ（ｎ）で偏微分すると下式１４となる。
【００５８】
【数１４】
2016151624.tif 000016
【００５９】
余弦波信号ｘ０（ｎ）および正弦波信号ｘ１（ｎ）は、周波数情報が指示する周波数Ｆ（ｎ）と補正値ｆΔ（ｎ）とを用いて、下式１５、１６で表される。
【００６０】
【数１５】
2016151624.tif 000017
【００６１】
【数１６】
2016151624.tif 000018
【００６２】
ここで、Ｆｓは余弦波信号ｘ０（ｎ）および正弦波信号ｘ１（ｎ）のサンプリング周波数を示し、θ（ｎ−１）は時刻ｎ−１における余弦波信号ｘ０（ｎ）および正弦波信号ｘ１（ｎ）の位相である。なお、θ（ｎ）は下式１７の漸化式で表される。
【００６３】
【数１７】
2016151624.tif 000019
【００６４】
式１５、１６を考慮すると式１４はさらに下式１８に示すように変形できる。
【００６５】
【数１８】
2016151624.tif 000020
【００６６】
式１８は補正値ｆΔの微小変化に対する誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）の変化を示しており、ｆΔ（ｎ）をｆΔ（ｎ−１）に対して正負いずれの方向に微小に変更するとｅ２（ｎ）が減少方向に変化するかが式１８の右辺の符号によって定まる。式１８は補正値ｆΔの増減と誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）の増減との関係を表す式と言える。式１８によれば、式１８の右辺が正であるときはｆΔ（ｎ）をｆΔ（ｎ−１）より減ずる方向（負の方向）、右辺が負であるときは増す方向（正の方向）にそれぞれ変更すれば、ｅ２（ｎ）は減少することになる。ここで、式１８の右辺のうち正の定数であり正負に影響しない４π／Ｆｓを取り除き、残りの要素の正負を反転した値（式１９）を更新基本量Ｕ（ｎ）と称することにする。
【００６７】
【数１９】
2016151624.tif 000021
【００６８】
この実施の形態の能動騒音制御装置１００は、式１９で示される更新基本量Ｕ（ｎ）に基づいて制御周波数の補正値ｆΔ（ｎ）を定める。前述の式９で示した更新方法はその一例である。式９ではＵ（ｎ）に任意の定数αを乗じた値を補正値ｆΔ（ｎ）の変化量としており、Ｕ（ｎ）が正である場合には式１８の右辺は負であり、式９においてｆΔ（ｎ＋１）−ｆΔ（ｎ）が正であるので誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）が減じることになる。また、Ｕ（ｎ）が負である場合には、式１８の右辺は正であり、式９においてｆΔ（ｎ＋１）−ｆΔ（ｎ）は負であるので、この場合も、誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）が減じることになる。従って、式９に従って補正値ｆΔ（ｎ）を更新すれば誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）は減少することになる。
【００６９】
振動騒音センサ３００によって検出される誤差信号ｅ（ｎ）は、制御周波数ｆ（ｎ）が振動騒音源４００からの振動騒音ｙ（ｎ）の周波数に一致したときに最小となる。従って、上述のように誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）が減少するように制御周波数の補正値ｆΔ（ｎ）を更新することで制御周波数ｆ（ｎ）は実際の振動騒音の周波数と一致するように補正される。
【００７０】
なお、この実施の形態の能動振動騒音制御装置１００は、制御周波数の補正値ｆΔ（ｎ）を誤差信号ｅ（ｎ）が小さくなるように補正するので、誤差信号ｅ（ｎ）に外乱ｖ（ｎ）が含まれていても補正値ｆΔ（ｎ）を適切に更新することができる。
【００７１】
また式９に示されるように、補正値ｆΔ（ｎ）の変化に対する誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）の変化の割合が大きい場合には、補正値ｆΔ（ｎ）の変化量を大きくして周波数のずれが速やかに解消されるようにし、補正値ｆΔ（ｎ）の変化に対する誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）の変化の割合が小さい場合には、補正値ｆΔ（ｎ）の変化量を小さくして制御周波数を安定させることができる。
【００７２】
なお、この実施の形態の能動騒音制御装置１００では補正値ｆΔ（ｎ）を式９に基づいて定めるようにしたが、この発明はこの方法に限定されるものではない。例えば更新基本量Ｕ（ｎ）の符号にしたがい、あらかじめ定めた更新幅β（β＞０）で補正値ｆΔ（ｎ）を更新するようにしてもよい。すなわち、下式１６のように更新する方法も考えられる。
【００７３】
【数２０】
2016151624.tif 000022
【００７４】
また式９や式２０において、定数αまたはβを変数にすることも考えられる。このとき、例えば外的条件（自動車であれば例えば走行中、停車中など）に応じてαまたはβを変化させることで、外的条件に応じた補正値ｆΔ（ｎ）の更新をすることが可能になる。
【００７５】
さらに、制御周波数の補正値ｆΔ（ｎ）に制限を設けることも考えられる。補正値ｆΔ（ｎ）が所定の範囲内でのみ変化するようにすることで、極端な補正が行われないようにしてもよい。例えば、補正範囲値εを設け、式２１に示すように制限を設けることが考えられる。また、補正値の変化量に制限を設けるようにしてもよい。
【００７６】
【数２１】
2016151624.tif 000023
【００７７】
以上のように、この発明の実施の形態１の能動振動騒音装置は、制御対象の振動騒音の周波数として特定した制御周波数を補正値で補正する際に、式１８に示した制御対象の振動騒音と二次振動騒音とが干渉した後の残存振動騒音を検出した誤差信号の信号パワーの増減と制御周波数の補正値の増減との関係から得られる式１９に示した更新基本量に基づいて、誤差信号の信号パワーを減少するように補正値を更新して制御周波数を補正するようにした。上述のように誤差信号の信号パワーを減少することは制御周波数と振動騒音の周波数の差分を減少することになるので、実施の形態１の能動振動騒音装置によれば、残存振動騒音を検出した誤差信号に制御対象の振動騒音以外の外乱が含まれる場合にも、制御対象の振動騒音の周波数と制御周波数の差分を減少できるようになる。
【００７８】
また、制御周波数の補正値の増減と誤差信号の信号パワーの増減との関係を余弦波信号、正弦波信号、制御信号フィルタのフィルタ係数および特性決定部に記憶された二次経路の伝達特性に基づいて定めるようにしたので、制御周波数の補正値の増減と誤差信号の信号パワーの増減との関係を外乱等の外的要因の影響を受けることなく求めることが可能になる。また、制御周波数の補正値の変化に対する誤差信号の信号パワーの変化の割合をより正しく算出することが可能であり、精度良く制御対象の振動騒音の周波数と制制御周波数のずれを解消できるようになる。
【００７９】
また、制御周波数の補正値の変化に対する誤差信号の信号パワーの変化の大きさに応じて補正値の変化量の大きさを定めるようにすることで、制御対象の振動騒音の周波数と制御周波数のずれが大きく残存振動騒音が大きい時には補正値の変化量を大きくして周波数のずれを速やかに解消させ、またずれが小さく残存振動騒音が小さい時には変化量を小さくして制御周波数を安定させることができるようになる。
【００８０】
また、制御周波数の補正範囲を定めておき、補正範囲の範囲内で補正値を定めるようにすることで、極端な補正が行われ振動騒音の低減効果が不安定となることを回避できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のようにこの発明の能動振動騒音装置は制御対象の振動騒音を発する振動騒音源以外に制御対象でない他の振動騒音である外乱を発する外乱源がある場合にも、制御対象の振動騒音の周波数として特定する制御周波数の補正を適切に行うことができるので、自動車のエンジンの振動騒音を低減する能動振動騒音制御装置など、外乱がある環境で用いられる能動振動騒音装置に有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１００  能動振動騒音制御装置、１１０  設定部、１２０  制御信号生成部、１３０  発振器、１３１  余弦波生成器、１３２  正弦波生成器、１４０  制御信号フィルタ、１４１  フィルタ、１４２  フィルタ、１５０  加算器、１６０  係数更新部、１７０  係数算出部、１７１  算出部、１７２  算出部、１８０  参照信号フィルタ、１８１  フィルタ、１８２  フィルタ、１９０  補正値決定部、１９１  補正値更新部、１９２  特性決定部、２００  二次振動騒音出力器、３００振動騒音センサ、４００  振動騒音源、５００  二次経路、６００  外乱源。
【図１】
2016151624.tif 000024
【図２】
2016151624.tif 000025
【図３】
2016151624.tif 000026
【図４】
2016151624.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月4日(2017.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明の能動振動騒音制御装置は、振動騒音源に応じて特定される制御周波数を周波数とする余弦波信号および正弦波信号に基づいて制御信号を生成する制御信号生成部と、制御信号に基づいて生成され二次経路を伝播した干渉音が振動騒音源から発する振動騒音に干渉して残る残存振動騒音から得られる誤差信号の信号パワーの増減と、制御周波数の補正に用いられる補正値の増減との関係に基づいて、誤差信号の信号パワーを減少する値に補正値を更新する補正値更新部と、を備えるようにしたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る能動振動騒音装置の機能構成の一例を示すブロック図である。この実施の形態の能動振動騒音制御装置１００は、外部に設けられた二次振動騒音出力器２００及び振動騒音センサ３００が接続されている。能動振動騒音制御装置１００は、制御対象である振動騒音源４００から発生する振動騒音の周波数情報を外部から入力され、入力された周波数情報に基づいて生成した制御信号ｄ（ｎ）を出力する。ｎはデジタル信号処理における離散時間を表す変数である。なお、能動振動騒音制御装置１００から出力される制御信号ｄ（ｎ）は、電気信号や光信号など実際の実現形態に応じて適した信号で行えばよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
発振器１３０の余弦波生成器１３１と正弦波生成器１３２は設定部１１０から設定された制御周波数ｆ（ｎ）に応じた余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）をそれぞれ生成する。発振器１３０は生成した余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）を制御信号フィルタ１４０に入力する。また、余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）は係数更新部１６０の参照信号フィルタ１８０と補正値決定部１９０の補正値更新部１９１にも入力される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に、発振器１３０の余弦波生成器１３１と正弦波生成器１３２がそれぞれ、周波数が制御周波数ｆ（ｎ）である余弦波信号ｘ０（ｎ）と正弦波信号ｘ１（ｎ）を生成する（ST30）。余弦波（あるいは正弦波）の波形を持つ信号の生成は、例えば発振素子を用いて生成することも可能であるし、例えばプロセッサなどにより各離散時間における信号値を算出することで生成することも可能である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
なお、能動振動騒音制御装置１００が生成した制御信号ｄ（ｎ）は二次振動騒音出力器２００によって、二次振動騒音に変換される。そして、二次振動騒音出力器２００が出力した二次振動騒音は、二次経路５００を伝播して振動騒音源４００から発生する振動騒音ｙ（ｎ）と干渉する。以降、二次経路５００の伝達特性の影響を受けた二次振動騒音を干渉音と称す。図１において干渉音はｓ（ｎ）で表される。振動騒音源４００から発生する振動騒音ｙ（ｎ）に干渉音ｓ（ｎ）が干渉することで振動騒音ｙ（ｎ）は低減される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
この実施の形態の能動振動騒音制御装置１００は、式１９で示される更新基本量Ｕ（ｎ）に基づいて制御周波数の補正値ｆΔ（ｎ）を定める。前述の式９で示した更新方法はその一例である。式９ではＵ（ｎ）に任意の定数αを乗じた値を補正値ｆΔ（ｎ）の変化量としており、Ｕ（ｎ）が正である場合には式１８の右辺は負であり、式９においてｆΔ（ｎ＋１）−ｆΔ（ｎ）が正であるので誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）が減じることになる。また、Ｕ（ｎ）が負である場合には、式１８の右辺は正であり、式９においてｆΔ（ｎ＋１）−ｆΔ（ｎ）は負であるので、この場合も、誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）が減じることになる。従って、式９に従って補正値ｆΔ（ｎ）を更新すれば誤差信号の信号パワーｅ２（ｎ）は減少することになる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
なお、この実施の形態の能動振動騒音制御装置１００では補正値ｆΔ（ｎ）を式９に基づいて定めるようにしたが、この発明はこの方法に限定されるものではない。例えば更新基本量Ｕ（ｎ）の符号にしたがい、あらかじめ定めた更新幅β（β＞０）で補正値ｆΔ（ｎ）を更新するようにしてもよい。すなわち、下式１６のように更新する方法も考えられる。
【国際調査報告】
2016151624.tif 000028
2016151624.tif 000029