(57)【要約】【課題】車室内の騒音を低減する能動騒音低減装置に関するものであり、検出手段に伝わる２次騒音発生手段からの機械的振動の伝達を制御して騒音低減効果を得る能動騒音低減装置を提供するものである。【解決手段】本発明の能動騒音低減装置は、２次騒音発生手段１０２であるスピーカからの放射音と機械的振動を検出した騒音検出手段１０３の出力とともに機械的伝達特性に基づく第２の模擬伝達特性補正手段１１０の出力を係数更新手段１０９に加えて適応型フィルタ１０７に出力するものであり、前記騒音検出手段１０３が検知した機械的振動に基づく信号部分による誤動作を阻止して、安定した能動騒音低減装置の提供を可能とするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音源からの騒音に相関する基準信号を生成する基準信号発生手段と、この基準信号発生手段により生成された信号が入力される適応型フィルタと、この適応型フィルタからの出力信号を増幅し、前記騒音と相殺される出力信号を出力する増幅器と、前記騒音と相殺される出力信号が入力されて、前記騒音と相殺する２次騒音を発生する２次騒音発生手段と、前記騒音と前記２次騒音との干渉結果である残留騒音を検出する騒音検出手段と、前記基準信号を前記２次騒音発生手段から前記騒音検出手段までの間の空間的音響伝達特性を模擬した特性で補正した第１の補正信号を生成する第１の模擬伝達特性補正手段と、この第１の補正信号とに基づいて前記適応型フィルタ係数を逐次更新する係数更新手段とで構成される能動騒音低減装置であって、前記適応型フィルタからの出力信号を前記２次騒音発生手段から前記騒音検出手段までの間の機械的振動伝達特性を模擬した特性で補正した第２の補正信号を生成する第２の模擬伝達特性補正手段を設け、この第２の模擬伝達特性補正手段で生成された前記第２の補正信号を前記係数更新手段に入力し、前記残留騒音と前記第１の補正信号と前記第２の補正信号とで適応フィルタ係数を更新する能動騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン回転や様々な外的状況に対する運転に伴って、移動手段の車室内に発生するエンジンこもり音等の不快な騒音に対し、逆位相かつ等振幅の信号を干渉させることでこの不快な騒音を低減する能動騒音低減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンこもり音はエンジン回転によって発生した起振力が車体に伝達され、閉空間である車室が一定の条件下で共振を起こすことにより発生する放射音であることから、エンジンの回転数に同期した顕著な周期性を有する。
【０００３】
このような不快なエンジンこもり音を低減させる従来の能動騒音低減装置としては、適応ノッチフィルタを利用したフィードフォワード適応制御を行う方法が知られている。このような従来の能動騒音低減装置を図５の能動騒音低減装置のブロック図により構成を動作と共に説明する。
【０００４】
同図によると、能動騒音低減装置を実現するための離散演算はＤＳＰ（Ｄigital Ｓignal Ｐrocessor）等のコントロールユニット１０５にて処理される。まず、前述のごとく騒音（エンジンこもり音）と相関の極めて高い信号を基準信号として基準信号発生手段１０６でエンジンパルスに重畳したノイズ等が除去されるとともに波形整形されて生成される。この基準信号発生手段１０６の出力（基準）信号は適応型フィルタ１０７に加えられ、適応フィルタ係数と乗算され、信号増幅手段１０４へ入力され、そこから２次騒音発生手段１０２に入力される。２次騒音発生手段１０２にて２次騒音を発生させ、課題となる騒音に干渉させて低減させる。この際、騒音抑制部１０１の騒音検出手段１０３にて消音しきれなかった残留信号は誤差信号ｅとして適応制御アルゴリズムに使用される。
【０００５】
なお、前記基準信号発生手段１０６は、騒音低減の対象となる騒音がエンジン等の周期性を有するものにおいては、騒音発生源であるエンジンの回転信号やイグニッション信号を検出して、課題となる騒音の有する周波数と略同一の正弦波及び余弦波を発生するものや、更に自動車の車体に取り付けられた加速度センサの変化を検出して出力を補正するもの等種々考えられる。
【０００６】
一方、エンジンの回転数から求められた消音すべき周波数において、２次騒音発生手段１０２から騒音抑制部１０１の騒音検出手段１０３までの空間的音響伝達特性を模擬した特性で第１の補正信号を生成する第１の模擬伝達特性補正手段１０８に、基準信号発生手段１０６からの出力信号を入力し、第１の模擬伝達特性補正手段１０８からの出力（第１の補正信号）と誤差信号ｅとを係数更新手段１０９に入力し、適応制御アルゴリズム、例えば最急降下法の一種であるＬＭＳ（Ｌeast Ｍean Ｓquare）アルゴリズムに基づいて適応型フィルタ１０７のフィルタ係数を更新していく。
【０００７】
この様にして、再帰的に適応型フィルタ１０７のフィルタ係数は、誤差信号ｅが小さくなるように、言い換えれば騒音抑制部１０１での騒音を減少させるように最適値に収束していく。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２０００−９９０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の能動騒音低減装置においては、図６の２次騒音発生手段１０２と騒音検出手段１０３への入出力信号と課題となる騒音の関係を説明する説明図に示す如く、２次騒音発生手段１０２と騒音検出手段１０３の設置場所の制約のため、場合によっては２次騒音発生手段１０２であるスピーカからの振動が、空間を伝達した音響的な振動ではなく、設置部分を伝達した機械的な振動として騒音検出手段１０３のマイクロフォンまで伝わることがある。そのとき、乗員の耳位置における課題となる騒音及びそれを打ち消すための２次騒音だけでなく、機械的な振動を含んだ電気信号が係数更新手段に入力されるので、乗員の耳位置での騒音低減効果が少なくなり、最悪の場合には騒音が増加してしまうという可能性を有している。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するもので、２次騒音発生手段から騒音検出手段までの伝達特性において、音響的伝達特性に対して機械的伝達特性による影響を排除して、安定した騒音低減制御ができる能動騒音低減装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、２次騒音発生手段からの機械的振動伝達特性に基づく第２の模擬伝達特性補正手段を設けることにより、２次騒音発生手段からの機械的振動伝達特性の影響による騒音低減効果が悪化することを防ぐものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明による能動騒音低減装置は、２次騒音発生手段から騒音検出手段への機械的振動伝達による前記騒音検出手段の騒音外信号による影響を抑制して、車室内騒音を安定して抑制可能な能動騒音低減装置の提供を可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図４により説明する。なお、説明にあたっては、従来技術と同一部分は同一番号を附して説明を省略して説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。また、本発明を例えば車両等に搭載し、車室内に発生した騒音を低減させる場合について説明する。
【００１５】
図１は本発明の能動騒音低減装置の一実施の形態のブロック図であり、図２は同要部である騒音抑制部における空間的音響伝達と機械的振動伝達の伝達特性を説明する説明図であり、図３は同要部である電気音響変換手段と騒音検出手段への入力信号と出力の関係を説明する説明図であり、図４は同要部である電気音響変換手段と騒音検出手段への入出力信号と課題となる騒音の関係を説明する説明図である。
【００１６】
同図によると、従来の技術との相違点は、２次騒音発生手段１０２から騒音検出手段１０３までの間の機械的振動伝達特性を模擬した特性で補正した第２の補正信号を生成する第２の模擬伝達特性補正手段１１０を設け、この第２の模擬伝達特性補正手段１１０の出力（第２の補正信号）を適応型フィルタのフィルタ係数を変更する係数更新手段１０９に入力し、前記第１の模擬伝達特性補正手段１０８からの出力（第１の補正信号）と前記第２の模擬伝達特性補正手段１１０からの出力（第２の補正信号）を前記適応型フィルタ１０７のフィルタ係数を変更する係数更新手段１０９に入力する構成とした点である。
【００１７】
以上のように第２の模擬伝達特性補正手段１１０を含む前記構成の能動騒音低減装置の作用効果について以下に説明する。
【００１８】
騒音をＶno、騒音を低減するための２次騒音発生手段１０２からの出力をＶoとし、２次騒音発生手段１０２から騒音検出手段１０３までの間の空間的音響伝達特性をＣs、２次騒音発生手段１０２から騒音検出手段１０３までの間の機械的振動伝達特性をＣvとすると、理想的に騒音が低減された場合、騒音検出手段１０３の検出信号Ｖerrは０であるから
Ｖerr＝Ｖno＋ＣsＶo＋ＣvＶo＝０  −（１）
となる。ここで、機械的振動伝達が無視できる場合、すなわちＣv＜＜Ｃsのとき、
Ｃs（１＋Ｃv／Ｃs）Ｖo≒ＣsＶo  −（２）
となるから、騒音検出手段１０３近傍の騒音Ｖtは
Ｖt＝Ｖno＋ＣsＶo≒Ｖerr＝０  −（３）
となり、騒音が低減されていることが分かる。しかし、（２）式の近似が成立しない場合（機械的振動伝達が無視できない場合）、（１）式より
Ｖt＝Ｖno＋ＣsＶo＝−ＣvＶo≠０  −（４）
となり、騒音検出手段１０３近傍すなわち乗員の耳位置において騒音が低減されているとは限らない状況が生じる。ところで、乗員の耳位置において騒音が低減されている状態を仮定すると、
Ｖt＝Ｖno＋ＣsＶ'＝０  −（５）
であり、これより騒音検出手段１０３の検出信号は、
Ｖerr＝Ｖno＋ＣsＶ'＋ＣvＶ'＝ＣvＶ'≠０  −（６）
となる。Ｖerrが０でないので、係数更新手段１０９はさらに係数更新を行おうとするが、Ｖerr＝ＣvＶ'の状態が最適であると係数更新手段１０９が認識した場合には、係数更新を止め、Ｖt＝０の最適状態を維持することができる。つまり、
Ｖerr'＝Ｖerr−ＣvＶ'  −（７）
が最適になるように制御を行わせると、乗員の耳位置での騒音が低減されることがわかる。
【００１９】
この制御を行うために、第２の模擬伝達特性補正手段１１０によって、騒音検出手段１０３の検出信号Ｖerrに、適応型フィルタ１０７の出力Ｖ’に機械的振動伝達特性に基づく模擬伝達補正値−Ｃvを乗じたものを加えた信号を新たな騒音検出信号とすることで、最適な制御が実現できたものである。
【００２０】
以上をより詳述すると、課題となる騒音の低減を所望する位置の近傍に設けられたマイクロフォン等の騒音検出手段１０３と、騒音の低減を所望する位置において課題となる騒音と同振幅逆位相の２次騒音を発生するスピーカ等の２次騒音発生手段１０２と、これらを取付け固定する車輌ボディなどの固定手段１０１ａにおいて、２次騒音発生手段１０２から騒音検出手段１０３までの信号の伝達特性Ｃ(ω)は、
Ｃ(ω)＝Ｓ(ω)＋Ｖ(ω)  −（８）
と表される。
【００２１】
ただし、Ｓ(ω)は空間を伝わる音響伝達特性であり、Ｖ(ω)は固定手段１０１ａを伝わる機械的振動伝達特性である。
【００２２】
ここで、２次騒音発生手段１０２への入力信号Ｖo(ω)と、騒音検出手段１０３への入力信号Ｖerr(ω)の関係は、ある特定の周波数に対して、複素平面で図３のように表すことができる。ただし、２次騒音発生手段１０２への入力信号を基準とする。すなわち、式
Ｖerr(ω)＝Ｃ(ω) Ｖo(ω)＋Ｓ(ω)Ｖo(ω)  −（９）
となる。
【００２３】
そこで、適応型フィルタ１０７からの出力を機械的振動伝達特性を模擬した第２の模擬伝達特性補正手段１１０へ入力し、模擬伝達特性補正手段１１０の出力と検出手段１０３の信号の和に対してＬＭＳ法などの制御を行うことにより、音響的に課題となる騒音と同振幅で逆位相の信号を出力することができる。
【００２４】
すなわち、入力信号Ｖo'から補正値−Ｖv'を求め、それを検出信号に加えればよい。ここで、
−Ｖv'＝−Ｖ(ω)Ｖo'(ω)
であるから、模擬伝達特性補正手段のある周波数に対する補正値は−Ｖ(ω)とすればよいことがわかる。
【００２５】
以上のように、機械的振動伝達特性の逆位相の値で伝達特性の補正を実施することにより、ある周波数に対する機械的振動の伝達特性による影響をなくし、最適な騒音低減効果を実現することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態においては制御する周波数を単数として説明したが、制御する周波数が複数となる場合でも、同様の方法で機械的振動の影響をなくすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上の説明のように本発明によれば、２次騒音発生手段から騒音検出手段への機械的な振動の伝達による影響を、上述の如く第２の模擬伝達特性補正手段により適応型フィルタからの出力を補正することで、乗員の耳位置における音響伝達信号を算出し理想的な騒音低減効果を得ることができるものであるので、車室内騒音の低減のみならず、機械振動と騒音が混在する閉所における騒音低減装置における機械振動の影響の抑制に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の能動騒音低減装置の一実施の形態の構成を示すブロック図
【図２】同要部である騒音抑制部における空間的音響伝達と機械的振動伝達の伝達特性を説明する説明図
【図３】同要部である電気音響変換手段と騒音検出手段への入力信号と出力の関係を説明する説明図
【図４】同要部である電気音響変換手段と騒音検出手段への入出力信号と課題となる騒音の関係を説明する説明図
【図５】従来の能動騒音低減装置の構成を示すブロック図
【図６】同要部である２次騒音発生手段と騒音検出手段への入出力信号と課題となる騒音の関係を説明する説明図
【符号の説明】
【００２９】
１０１  騒音抑制部
１０１ａ  固定手段
１０２  ２次騒音発生手段
１０３  騒音検出手段
１０４  信号増幅手段
１０５  騒音低減コントロールユニット
１０６  基準信号発生手段
１０７  適応型フィルタ
１０８  第１の模擬伝達特性補正手段
１０９  係数更新手段
１１０  第２の模擬伝達特性補正手段
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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