JPH0553589A

JPH0553589A - 能動型騒音制御装置

Info

Publication number: JPH0553589A
Application number: JP3218214A
Authority: JP
Inventors: Akio Kinoshita; 明生木下
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1993-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で相関関係のない複数の騒音源に
基づく騒音を効果的に制御することを可能とする。【構成】騒音に干渉させる制御音を発生して評価点の
騒音低減を図る制御音源と、前記干渉後の所定位置の残
留騒音を検出する手段と、互いに相関関係のない複数個
の騒音源の騒音発生状態に関する信号を検出して基準信
号を作成する手段と、前記残留騒音検出手段の出力信号
と基準信号作成手段の出力信号とに基づき前記制御音源
を駆動する信号を出力する制御手段とを備えた能動型騒
音制御装置であって、前記基準信号作成手段は、少なく
とも一つの定常確定信号に、一種類のランダム信号を加
え、基準信号とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は自動車の車室や航空機
の客室などの騒音を能動的に低減する能動型騒音制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の能動型騒音制御装置とし
ては、例えば英国公開特許公報第２１４９６１４号記載
の図４に示すようなものがある。

【０００３】この従来装置は航空機の客室やこれに類す
る閉空間に適用されるもので、閉空間１０１内にラウド
スピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃおよびマイクロ
ホン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄを備えて
おり、ラウドスピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃに
よって騒音に干渉させる制御音を発生し、マイクロホン
１０５ｓ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄによって残差
信号（残留騒音）を測定するようになっている。これら
ラウドスピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ、マイク
ロホン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄは信号
処理機１０７に接続されており、信号処理機１０７は基
本周波数測定手段によって測定した騒音源の基本周波数
とマンクロホン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５
ｄからの入力信号とを受けとり、閉空間１０１内の音圧
レベルを最小にするようにラウドスピーカ１０３ａ，１
０３ｂ，１０３ｃに騒音信号を出力するものである。

【０００４】ここで閉空間１０１内には、３個のラウド
スピーカ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃと４個のマイク
ロホン１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄが設け
られているが、説明を単純化するため、それぞれ０１３
ａ，１０５ａの一個ずつ設けられているものとする。今
騒音源からマイクロホン１０５ａまでの伝達関数をＨと
し、ラウドスピーカ１０３ａからマイクロホン１０５ａ
までの伝達関数をＣとし、騒音源が発生する音源情報信
号をＸ_pとすると、マイクロホン１０５ａで観測される
残差信号Ｅは、Ｅ＝Ｘ_p・Ｈ＋Ｘ_p・Ｇ・Ｃとなる。ここでＧは、消音するために必要な伝達関数で
ある。消音対象点において、騒音が完全に打ち消されて
とき、Ｅ＝０となる。このときＧは、Ｇ＝−Ｈ／Ｃとなる。そして、マイク検出信号Ｅが最小となるＧを求
め、このＧに基づいて信号処理機１０７内のフィルター
係数を適応的に更新するようにしている。マイク検出信
号Ｅを最小にするようフィルター係数を求める手段とし
て、最急降下法の一種であるＬＭＳアルゴリズム（Ｌｅ
ａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）などがある。

【０００５】また図４のように、マイクロホンが複数設
置されている場合には、各マイクロホン１０５ａ，１０
５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄで検出した信号の総和が最小
となるように制御されるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来装置は単一の騒音源、例えばエンジンから発生される
騒音を低減する構成であるため、例えば複数の騒音源か
ら騒音が伝達される場合には、騒音低減対象をいずれか
の騒音源に絞って適用しなければならないなど、複数の
騒音源から伝達される騒音を低減させるには不向きであ
った。

【０００７】一方、複数の騒音源に対して前記従来装置
を複数台並列に搭載し、それぞれを独立に駆動させる構
成も考えられるが、装置の大型化、複雑化、コストの増
加等を招くため現実的ではない。

【０００８】更に、車両ではエンジン回転に伴う車室内
騒音の他、サスペンションから伝達されるロードノイズ
等、種々のものが存在するため、単一の騒音源としての
エンジンから発生される騒音を低減する構成であると、
適切な騒音低減ができなくなる恐れがあった。すなわ
ち、エンジンから発生される騒音は正弦成分のみからな
る定常確定信号を対象としているのに対し、風切り音、
ロードノイズ、排気音などはランダムな性質のものが多
く、定常確定信号のみを基準信号としたのでは全てを確
実に消音することはできないという問題があった。

【０００９】そこで、この発明は、簡単な構成で定常確
定信号及びランダム信号を基に、複数の騒音源からの騒
音を効果的に低減することのできる能動型騒音制御装置
の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、騒音に干渉させる制御音を発生して評
価点の騒音低減を図る制御音源と、前記干渉後の所定位
置の残留騒音を検出する手段と、互いに相関関係のない
複数個の騒音源の騒音発生状態に関する信号を検出して
基準信号を作成する手段と、前記残留騒音検出手段の出
力信号と基準信号作成手段の出力信号とに基づき前記制
御音源を駆動する信号を出力する制御手段とを備えた能
動型騒音制御装置であって、前記基準信号作成手段は、
少なくとも一つの定常確定信号に、一種類のランダム信
号を加え、基準信号とすることを特徴とする。

【００１１】

【作用】制御手段は残留騒音検出手段の出力信号と基準
信号作成手段の出力信号とに基づき制御音源を駆動する
信号を出力する。これによって制御音源は騒音に干渉さ
せる制御音を発生して評価点の騒音低減を図ることがで
きる。この場合、基準信号作成手段は、少なくとも一つ
の定常確定信号に一種類のランダム信号を加え、基準信
号とする構成であるため、定常確定信号に関する騒音と
ランダム信号に関する騒音とを、一つの基準信号で同時
に低減することができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。なお、
説明は車室内空間を例として行なう。

【００１３】図１はこの発明の一実施例に係る能動型騒
音制御装置のブロック図を示すもので、閉空間である車
室１内に制御音源としてのラウドスピーカ３、残留騒音
検出手段としてのマイクロホン５を備え、それぞれ制御
手段としてのコントローラ７に接続されている。

【００１４】なお、ラウドスピーカ３およびマイクロホ
ン５は説明簡単のために各１個のみ設けられているもの
としているが、例えばこれらを複数とし、ラウドスピー
カは車両の前席および後席に対応する左右ドア部にそれ
ぞれ配置し、また、マイクロホンは各座席のヘッドレス
ト位置にそれぞれ設ける等の構成にすることもできる。

【００１５】前記コントローラ７は適応ディジタルフィ
ルタ９と、適応制御器１１とを備え、前記マイクロホン
５は前記適応制御器１１に接続され、前記ラウドスピー
カ３はアンプ１３を介して前記適応ディジタルフィルタ
９に接続されている。適応ディジタルフィルタ９のフィ
ルター係数は適応制御器１１によって適応的に書き替え
られるようになっている。なお、コントローラ７では一
連の動作をディジタル演算により行なうがＡ／Ｄコンバ
ータ、Ｄ／Ａコンバータ等必然的に必要となるものにつ
いての説明は省略している。

【００１６】車室１内の騒音は、例えばエンジン１３、
トランスミッション１５よりなるパワープラント１７
や、トランスバースリンク１９、アッパーリンク２１、
サードリンク２３、サブフレーム２５よりなるサスペン
ション２７から伝達される騒音（１次音）となってお
り、これら騒音源の騒音発生状態に関する信号を検出し
て加算器２９で加算し、少なくとも一つの基準信号とし
て適応ディジタルフィルタ９に入力するようになってい
る。

【００１７】前記加算器２９に入力される信号のうち、
正弦成分のみからなる定常確定信号ｘ₁はエンジン１３
の回転信号検出器３１の検出信号に基づいている。すな
わち、回転信号検出器３１より得られる回転パルスは通
常クランク軸回転角で１８０度毎に１パルスづつの信号
となっている。この検出信号を波形演算器３３でパルス
列を元にパルス間隔のｎ倍又は１／ｎ（ｎは整数）を周
期とするような一つ又は複数の正弦波とし、ゲイン調整
した後出力し、定常確定信号ｘ₁としている。

【００１８】また他の定常確定信号ｘ₂は第１振動セン
サ３５の検出信号に基づいている。すなわち、第１振動
センサ３５はピエゾ素子等によって構成され、パワープ
ラント１７の表面に取付けられ、その取付点の振動を検
出する。パワープラント１７の振動はエンジンの回転運
動、爆発、ギヤ系の回転等に起因しているため、これら
の回転速度の周波数や、その高調波よりなる複合正弦波
を主成分としている。従ってこの第１振動センサ３５の
検出信号を基準信号とすることによってもエンジン、ギ
ヤ・ノイズを制御することができることとなる。ただ
し、第１振動センサ３５の出力はイコライザ３７によっ
てゲイン調整され、各正弦成分を確実に制御するように
している。すなわち、第１振動センサ３５の出力信号に
よる場合、各正弦波成分間の振幅の差が過大となる可能
性があり、その際には微弱の成分が制御できなくなるた
め、イコライザ３７によってこれを回避している。この
場合、イコライザ３７を必要とするが、エンジン、トラ
ンスミッション双方に起因する騒音が同一の基準信号ｘ
₂によって制御できるというメリットがある。

【００１９】なお、この実施例では定常確定信号として
ｘ₁，ｘ₂の双方を加算器２９に入力するようにしてい
るが、いずれか一方のみの入力でもよいものである。

【００２０】ランダム信号としては、例えばロードノイ
ズを対象とし、サスペンション２７のほぼ中央位置にあ
るサブフレーム２５に設けられた第２振動センサ３９の
検出信号に基づいている。この第２振動センサ３９は、
左右の車輪より伝達されたロードノイズの基になる振動
信号を検出して出力している。この第２振動センサ３９
の検出信号はアンプ（またはイコライザ）４１でゲイン
調整された後、ランダム信号ｘ₃として加算器２９に入
力される構成となっている。

【００２１】なお、ランダム信号ｘ₃に代えてランダム
信号ｘ₄を加算器２９に入力する構成にすることもでき
る。すなわち、サスペンション２７の左右対象位置に第
３振動センサ４３，４５を設け、その出力をアンプ（又
はイコライザ）４７を通してランダム信号ペアｘ₄と
し、出力する構成でもよい。この場合サブフレーム２５
の中央に一つ第２振動センサ３９を設ける場合に比較し
てセンサの個数は多くなるが、反面次のような利点があ
る。

【００２２】すなわち、ロードノイズのようにランダム
な性質の騒音の場合、センサで検出した振動信号から騒
音を予測してこれを打ち消す、いわゆるフィードフォワ
ード制御を行なうことが必要である。言い換えると、信
号を検出した後、制御音（二次音）を放出するまでに十
分な時間余裕が必要であり、余裕があるほど精度良い計
算の実行や、より廉価な演算器で必要な処理を行なうこ
とが可能となる。従って、振動伝達経路の上流にあるス
ピンドル近傍に複数のセンサ４３，４５を設ける方が車
室からの距離が遠くなる分だけ検出点から車室内への一
次音の伝達時間が遅くなり、それだけ余裕時間が生れて
有利である。

【００２３】以上のようにして定常確定信号ｘ₁または
ｘ₂、あるいはｘ₁及びｘ₂とランダム信号ｘ₃または
ｘ₄とが加算器２９で加算され、一つの基準信号ｘとし
て適応ディジタルフィルタ９に入力される構成となって
いる。

【００２４】したがって、回転信号検出器３１、波形演
算器３３、第１振動センサ３５、イクコイザ３７、第２
振動センサ３９、イコライザ４１、第３振動センサ４
３，４５、イコライザ４７、及び加算器２９は、この実
施例において基準信号作成手段５０を構成し、少なくと
も一つの定常確定信号に一種類のランダム信号を加え、
少なくとも一つの基準信号とすることを特徴としてい
る。

【００２５】次に作用を説明する。

【００２６】この実施例の能動型騒音制御装置は、回転
信号検出器３１及び第１振動センサ３５の検出に基づい
て定常確定信号ｘ₁，ｘ₂を生成し、また第２振動セン
サ３９あるいは第３振動センサ４３，４５の検出に基づ
いてランダム信号ｘ₃またはｘ₄を生成して加算器２９
に入力し、一つの基準信号ｘとしコントローラ７へ入力
する。

【００２７】基準信号ｘはコントローラ７の適応ディジ
タルフィルタ９においてフィルタリングされて駆動信号
ｙとして出力され、アンプ１３を介してラウドスピーカ
３に供給される。ラウドスピーカ３より車室１内に放出
された制御音（二次音）はパワープラント１７、サスペ
ンション２７から車室１内へ伝達される騒音と逆位相と
なって重なり合い、その結果として残留する音圧成分が
残留騒音としてマイクロホン５で検出され、コントロー
ラ７の適応制御器１１へノイズ信号ｅとして入力され
る。

【００２８】適応制御器１１ではノイズ信号ｅの２乗和
が最少となるように適応ディジタルフィルタ９のフィル
ター係数を更新する信号ｓを出力する。この適応制御器
１１で行なわれる計算は、例えば、最急降下法の一種で
あるＬＭＳアルゴリズムが用いられ、その制御方法の一
般的説明は後述する。

【００２９】このように基準信号ｘを複数の定常確定信
号ｘ₁及びｘ₂と一種類のランダム信号ｘ₃又はｘ₄と
の和とすることにより最も広範囲な種類の騒音を低減す
ることができる。

【００３０】このことを次に説明する。

【００３１】定常確定信号のスペクトルは図２に示すよ
うに線スペクトルであり、ランダム信号は周波数に対し
連続して分布したスペクトルを持っている。従って、と
びとびの定常確定信号は、その周波数点においてほぼ１
００％定常確定信号のエネルギであるのに対し、それ以
外の周波数においてはランダム信号の成分のみとなる。
このため周波数軸上で両信号成分の重なりは実質的には
０である。従って、適応ディジタルフィルタ９が十分な
自由度を有していさえすれば、これら全ての信号を制御
することができるのである。

【００３２】適応ディジタルフィルタ９としては例え
ば、有限インパルス応答型フィルタでは次のタップ数
（フィルタ長）とすればよい。即ち、下記Ａ，Ｂのうち
大きい方よりもタップ数を大とするものである。

【００３３】Ａ：フィルタ長が振動信号〜音圧信号のイ
ンパルス応答長と同等以上となるタップ数。

【００３４】Ｂ：基準信号に含まれる定常確定信号数の
数倍（４倍以上）。

【００３５】Ａはランダム信号が充分制御できるための
フィルタ長を意味している。ここにインパルス応答長と
はパルス状の振動入力が入った時に振幅が０になるまで
の時間であり、フィルタ長（タップ数）とはインパルス
応答長をサンプリング周期で割った値である。

【００３６】Ｂは各定常確定信号の線スペクトル及びそ
の間のランダム信号成分を１点づつ制御できるフィルタ
長を示している。一つの線スペクトル（定常確定信号）
は位相と振幅とを２タップで制御することができる。従
って、全ての定常確定信号とそれらの間のランダム信号
を１点づつ制御する場合、４ｎタップ（ｎ：定常確定信
号の数）が必要となる。

【００３７】なお、基準信号として加算するランダム信
号成分は一種類としているが、もし他のランダム信号成
分が存在すると全ての周波数帯域でランダム信号成分相
互が干渉することになり、それぞれを一つの適応ディジ
タルフィルタ９で制御することは不可能となる。従っ
て、ランダム信号成分は一種類とする上記構成が最大範
囲の騒音低減を可能とするものであることが分かる。

【００３８】この点の別の説明を図３により行なう。

【００３９】すなわち、ランダム信号成分として図３で
示すように前後のサスペンションの振動を検出し、同時
に一つの適応ディジタルフィルタに入力した場合を考え
る。これらの騒音が車室内の前後席の騒音低減を図るべ
き評価点１１１ａ，１１１ｂに到達するまでの時間はそ
れぞれ異なり、タイミングがずれている。図３では
Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂を経路の伝達時間としており、
前席での評価点１１１ａにおいてはＡ₁＜Ｂ₁となっ
て、前側サスペンションに起因する騒音が速く到達し、
後席の評価点１１１ｂではＡ₂＞Ｂ₂となっている。従
って振動検出信号をそのままのタイミングで適応ディジ
タルフィルタに入力すると、前後サスペンションに起因
した到達時間のずれた騒音を同時に効率よく減衰させる
ことは適切にできないばかりか一方を適切に制御するこ
とさえも困難となる恐れがある。従って、検出するラン
ダム信号成分は一種類とすることが必要であり、最も効
果的となる。

【００４０】なお、前記図１においてサスペンション２
７に第３振動センサ４３，４５の２個所設ける例におい
ては左右対象位置としているため、車室１内への騒音到
着タイミングがほぼ同一となり、振動検出信号とのタイ
ミングのずれがなく、上記問題を発生しない。また、第
２振動センサ３９をサブフレーム２５に設ける例におい
てはサブフレーム３９の中央に設けているため、左右両
輪からの振動が同時に検出でき、同様に車室１内への騒
音到着タイミングと振動検出信号とのずれがなく、上記
問題の発生はない。

【００４１】また、本実施例では波形演算器３３、イコ
ライザ３７、アンプ４１またはアンプ４７を設けている
がそれぞれのゲインは次のようにしている。例えば、定
常確定信号の振幅がランダム信号のそれよりも大きいと
すると、その波形の山、谷以外の部分の振幅は常にそれ
よりも小さい値となっているため、ほとんど１００％の
領域で限られたダイナミックレンジしか使っていないこ
とになる。特に各定常確定信号の位相が一致すると山、
谷相互が重なって振幅を更に大きくしてしまい、適応デ
ィジタルフィルタ９のダイナミックレンジが定常確定信
号の正弦波の山、谷で決まってしまうため、結果的に制
御性能が損なわれるものとなる。そこで、定常確定信号
ｘ₁，ｘ₂の振幅（例えば実効値）をランダム信号ｘ₃
またはｘ₄と同等以下とする。または、これらの振幅の
絶対値を図示しないレギュレータによって一定となるよ
うにする。こうすることによって、加算器２９を経て適
応ディジタルフィルタ９に入力される基準信号ｘの振幅
実効値をほぼ一定にすることができ、適応ディジタルフ
ィルタ９のダイナミックレンジを常に有効活用すること
が可能となり、最大限の騒音低減能力を発揮することが
できる。

【００４２】次に、前記制御方法を一般的に説明する。

【００４３】いま、マイクロホンおよびラウドスピーカ
共に複数設けられているものとし、ｌ番めのマンクロホ
ンが検出したノイズ信号をｅ_l（ｎ）、ラウドスピーカ
からの制御音が無いときのｌ番めのマイクロホンが検出
したノイズ信号をｅ_pl（ｎ）、ｍ番めのラウドスピーカ
とｌ番めの評価点との間の伝達関数ＦＩＲ（有限インパ
ルス応答）関数のｊ番め（ｊ＝０，１，２，…，Ｉ_c−
１）の項をディジタルフィルタで表したときのフィルタ
係数をＣ_lmj，基準信号すなわち音源情報信号をｘ
_p（ｎ）、基準信号ｘ_p（ｎ）を入力しｍ番めのラウド
スピーカを駆動する適応ディジタルフィルタのｉ番め
（ｉ＝０，１，２，…，Ｉ_k−１）の係数をＷ_miとする
と、

【００４４】

【数１】

【００４５】が成立する。ここで、（ｎ）が付く項は、
いずれもサンプリング時刻ｎのサンプル値であり、ま
た、Ｌはマイクロホンの数、Ｍはラウドスピーカの数、
Ｉ_cはＦＩＲディジタルフィルタで表現された伝達関数
Ｃ_lmのタップ数（フィルタ次数）、Ｉ_kは適応ディジタ
ルフィルタのタップ数（フィルタ次数）である。

【００４６】上式（１）中、右辺の「Σ Ｗ_mi・ｘ
_p（ｎ−ｊ−ｉ）」（＝ｙ_m）の項は適応ディジタルフ
ィルタにおける出力チャンネル毎のフィルタ（係数
Ｗ_m）に信号ｘ_pを入力したときの出力を表し、「Σ
Ｃ_lmj・｛Σ Ｗ_mi・（ｎ−ｊ−ｉ）｝」の項はｍ番め
のスピーカに入力された信号エネルギが該スピーカから
音響エネルギとして出力され、車室内の伝達関数Ｃ_lmを
経てｌ番めのマイクロホンに到達したときの信号を表
し、さらに「Σ Σ Ｃ_lmj・｛Σ Ｗ_mi・ｗ_p（ｎ−
ｊ−ｉ）｝」の右辺全体は、ｌ番目のマイクロホンへの
到達信号を全スピーカについて足し合わせているから、
ｌ番めの評価点に到達する制御音（二次音）の総和を表
す。

【００４７】次いで、評価関数（最小にすべき変数）Ｊ
ｅを、

【００４８】

【数２】

【００４９】とおく。

【００５０】そして、評価関数Ｊｅを最小にするフィル
タ係数Ｗ_miを求めるために、本実施例ではＬＭＳアルゴ
リズムを採用する。つまり、評価関数Ｊｅを各フィルタ
係数Ｗ_miについて偏微分した値で当該フィルタ係数Ｗ_mi
を更新する。

【００５１】そこで、（２）式より

【００５２】

【数３】

【００５３】となるが、（１）式より

【００５４】

【数４】

【００５５】となるから、この（４）式の右辺をｒ
_lm（ｎ−ｉ）とおけば、フィルター係数の書き替え式は
以下（５）式により得られる。

【００５６】

【数５】

【００５７】ここで、αは収束係数であり、フィルタが
最適に収束する速度や、その際の安定性に関与する。

【００５８】したがって、このような制御を行なうこと
により、車室１内の騒音を低減することができるのであ
る。

【００５９】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではない。例えば騒音低減を図る評価点とマイクロ
ホンとは空間的に離れたものであっても所定値に基づい
て評価点の残留騒音を推定し制御を行なわせることがで
きる。また、この発明の制御装置は振動制御等に応用す
ることもできる。

【００６０】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の構
成によれば、簡単な構成により複数の騒音源からの騒音
を低減することができる。しかも基準信号を定常確定信
号とランダム信号という互いに相関関係のない組合せと
したため、それぞれを独立に制御することができ、多種
類の性質の騒音を一度に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るブロック図である。

【図２】定常確定信号とランダム信号との関係を示す説
明図である。

【図３】騒音伝達状況を示す説明図である。

【図４】従来例に係るブロック図である。

【符号の説明】

３ラウドスピーカ（制御音源）５マイクロホン（残留騒音検出手段）７コントローラ（制御手段）５０基準信号作成手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】騒音に干渉させる制御音を発生して評価
点の騒音低減を図る制御音源と、前記干渉後の所定位置
の残留騒音を検出する手段と、互いに相関関係のない複
数個の騒音源の騒音発生状態に関する信号を検出して基
準信号を作成する手段と、前記残留騒音検出手段の出力
信号と基準信号作成手段の出力信号とに基づき前記制御
音源を駆動する信号を出力する制御手段とを備えた能動
型騒音制御装置であって、前記基準信号作成手段は、少
なくとも一つの定常確定信号に、一種類のランダム信号
を加え、基準信号とすることを特徴とする能動型騒音制
御装置。