JPH06118969A - 車室内騒音の低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車等の車室内の低周波の騒音をアクティ
ブに低減する装置に用いる車室内騒音の低減装置に関
し、エンジンからマイクまでの一括したパワープラント
特性を考慮して、適応的な車室内騒音の低減を実現す
る。 【構成】 初期同定モードで予め測定されたエンジン−
マイク間のパワープラント伝達特性を用いてエンジンの
回転又は振動に同期した基準信号により該伝達特性の逆
伝達特性を通常モードで同定し該マイクの入力が最小に
なるようにスピーカの出力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車室内騒音の低減装置に
関し、特に自動車等の車室内の低周波の騒音をアクティ
ブに低減(Active Noise Control)する装置に用いる車室
内騒音の低減装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車室内の騒音は、広閉空間を
形成する車室が一定の条件下で共振現象を起こすことに
因るものであり、その原因たる起振力は騒音源であるエ
ンジンの爆発による回転次数成分等によるものと考えら
れており、このような車室内騒音を適応的に低減しよう
とする試みが最近なされており、その一例が図３に示さ
れている。

【０００３】図において、１は自動車等の車両、１０は
車両１内の車室、１１はエンジン、１２はエンジン１１
の回転に同期した基準信号を検出する手段としてのエン
ジン振動センサ又はエンジン回転数センサ、１３は車室
１０内の騒音レベルを検出するマイク、１４は騒音を減
少させる音を発生するスピーカ、そして、１５は車室１
０内のシートである。

【０００４】また、２は、車両１内に設置されセンサ１
２及びマイク１３の出力によりエンジンの回転又は振動
で励起される車体の振動系を含む車室内空間伝達系の伝
達特性の逆伝達特性を同定するコントローラで、センサ
１２のアナログ出力をディジタル出力に変換するＡ／Ｄ
変換器２１と、このＡ／Ｄ変換器２１のディジタル出力
信号に対して予め測定したスピーカ−マイク間の空間伝
達特性ＧＤを与えるフィルタ２２と、このフィルタ２２
の出力信号を基準信号として入力する適応フィルタ２３
と、適応フィルタ２３の出力信号をアナログ信号に変換
するＤ／Ａ変換器２４と、このアナログ信号をオン／オ
フするスイッチ２５と、このスイッチ２５の出力信号を
増幅してスピーカ１４に与える電力増幅器２６と、マイ
ク１３のアナログ出力をディジタル信号に変換して適応
フィルタ２２に制御信号として与えるＡ／Ｄ変換器２７
と、ホワイトノイズ源３１と、このホワイトノイズ源２
７からのホワイトノイズをオン／オフするスイッチ３２
と、スイッチ３２からのディジタル信号をアナログ信号
に変換して電力増幅器２６を介してスピーカ１４に与え
るＤ／Ａ変換器３４と、キースイッチ１６のオン／オフ
に基づいてスイッチ２５，３２を制御するタイマ３５と
で構成されている。

【０００５】このような図３の構成の動作においては、
図４の初期同定モードと図５の通常同定モードとに分け
ることができ、キースイッチ１６がオンになるとタイマ
３５が一定期間だけスイッチ３２をオンにすると共にス
イッチ２５をオフにして図４の初期同定モードに入り、
この一定期間が経過した後は最新の適応フィルタ３３の
タップ係数をフィルタ２２に空間伝達関数ＧＤとして複
写すると共にタイマ３５が今度はスイッチ３２をオフに
し且つスイッチ２５をオンにすることにより図５の通常
同定モードに移行する。

【０００６】まず図４の初期同定モードについて説明す
ると、車両環境で気圧・気温・湿度等が異なっており、
それぞれのスピーカ−マイク間の伝達遅れを考慮しない
と制御不能もしくは動作が不安定となり収束時間が遅れ
残留騒音の低減効果が悪くなってしまうので、スピーカ
−マイク間の空間伝達特性（音響特性）ＧＤを求めるた
め、図４に示したシステムでは、エンジン１１からの同
期回転成分又は振動成分を用いず、その代わりにコント
ローラ２中に設けたホワイトノイズ（乱数列）源３１か
ら発生されるディジタル信号のホワイトノイズをＤ／Ａ
変換器３４と増幅器２６とによりアナログ信号に変換し
てスピーカ１４から出力し、このホワイトノイズ信号を
車室１０を経由してマイク１３で拾い、Ａ／Ｄ変換器２
５でディジタル信号に変換してホワイトノイズを受けて
いる適応フィルタ３３を制御する。

【０００７】図６には、上記の適応フィルタ３３の構成
例が示されており、この場合の適応アルゴリズムとして
は周知の最急降下法や、学習同定法や、ＬＭＳ法等が挙
げられるが、ＬＭＳ法を用いると次のようになる。

【０００８】即ち、Ｚ^-1は入力信号Ｘ(n) を各サンプル
毎に遅延させるための遅延素子を示し、ｈ(0) 〜ｈ(n-
1) は各遅延素子Ｚ^-1の出力信号に対して乗算するため
のフィルタ（タップ）係数であり、各フィルタ係数はＬ
ＭＳアルゴリズム、即ち、 ｈ(n+1)=ｈ(n) ＋２μｅ(n) Ｘ(n) に従ってサンプル毎に更新される。但し、ｎ＝０…ｉ，
μは上述したステップサイズであり、この場合のステッ
プサイズμを選択することにより、フィルタ係数を各サ
ンプルの入力信号Ｘ(n) に掛け且つ加算するという畳み
込み演算を行うことによりスピーカ１４への出力信号ｙ
(n) が求められる。

【０００９】そして、このスピーカ出力ｙ(n) を、車室
１０を経由してマイク１３に伝達することによりマイク
１３からは車室１０によって減衰された成分Ｙ(n) だけ
減少した誤差成分ｅ(n) ＝Ｙ(n) −ｙ(n) が発生され、
これをＬＭＳアルゴリズムによりマイク出力ｅ(n) を最
小値に収束させるようにフィルタ係数をサンプル毎に更
新すれば、車室内空間伝達系の特性ＧＤを同定すること
ができる。

【００１０】このようにして車室内空間伝達系の特性Ｇ
Ｄを実際に測定して得たので、上記の初期同定モードに
引き続いて実行される図５に示す通常同定モードの適応
制御では、スピーカ１４からマイク１３までの空間伝達
特性ＧＤとエンジンマウントからスピーカ１４までの伝
達系の伝達特性ＧＣとから成るエンジンマウントからマ
イク１３までの伝達特性ＧＰはＧＰ＝ＧＤ＋ＧＣとな
り、従ってタイマ３５で設定された一定時間が経過した
後は残りの伝達特性ＧＣのみを図６における適応フィル
タ２３で同定することになる。

【００１１】尚、この図５の適応制御の場合には、入力
信号は振動センサ１２からのエンジン振動成分Ｘ(n) と
なり、成分Ｙ(n) は座席における乗員の耳元騒音に対応
することとなる。

【００１２】このようにして、予め測定したスピーカ−
マイク間の空間伝達特性ＧＤのフィルタ２２は適応フィ
ルタ３３で求めたフィルタ係数ｈ１…ｈｎが与えられる
ことにより図７に示すようなフィルタ構成となり、これ
をＲＯＭ化して適応フィルタ２３の前に挿入することに
より、スピーカ−マイク間の伝達遅れを考慮した形で最
初から適応制御を施すことができ、エンジン回転数変化
に伴う周波数変化に追従し、エンジン振動から車室内騒
音となる振動伝達系の特性変化に追従し、更には乗員の
人数によって変化する伝達特性に追従することとなり、
収束度が向上し、残留騒音の低減効果も向上する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来例で
は、車室内におけるスピーカ−マイク間の空間伝達特性
を初期同定してから通常の同定動作に移行するが、この
通常の同定モードでの基準信号は例えば４気筒車両の場
合、エンジン振動の主成分である爆発１次、即ちエンジ
ン回転２次成分の周期成分を点火装置の点火信号、クラ
ンク角センサからコントローラへ与えるか、或いはエン
ジンマウント等のボディー入力点のエンジン振動を検出
してコントローラへ与えていた。

【００１４】一方、燃焼起振力と回転運動起振力は、図
８に示すように、シリンダボディ４１→エンジンマウン
ト４２→車体ボディ４３→車室１０という順序でパワー
プラント内を伝達されるが、上記の従来例では最後の車
室１０のみの伝達特性を同定しているに過ぎず、幾つも
のピーク特性やディップ特性を有する複雑な音響特性を
示すエンジンマウントからボディを経て車室に至るまで
の振動伝達特性が考慮されていなかった。

【００１５】このため、ピーク特性やディップ特性に伴
う変動分はコントローラからの制御信号がスピーカから
出力されて制御音となり、発生した車室内騒音との干渉
結果がエラー信号として検出されて制御結果を収束させ
る動作を繰り返すこととなり、特に加速時のような制御
対象が急激な変化を伴う場合には、最適値への収束に時
間がかかってしまい消音効果が著しく低下するという問
題点があった。

【００１６】また、上記のようにピーク特性やディップ
特性を有する車室以前の伝達系でこの特性をフィードフ
ォワード制御において考慮しない場合にはフィードバッ
ク補正することになり、急激な位相変化と応答の変化に
より制御系が不安定になり易いという問題もあった。

【００１７】従って本発明は、図８に示すように、エン
ジンからマイクまでの一括したパワープラント特性Ｐを
考慮して、適応的な車室内騒音の低減を実現する装置を
提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る車室内騒音の低減装置は、エンジンの
回転又は振動に同期した基準信号を検出する手段と、車
室内に設けたスピーカと、車室内騒音を検出するマイク
と、初期同定モードで予め測定されたエンジン−マイク
間のパワープラント伝達特性を用いて該基準信号により
該伝達特性の逆伝達特性を通常モードで同定し該マイク
の入力が最小になるように該スピーカの出力を制御する
適応型コントローラと、を備えている。

【００１９】

【作用】本発明においては、まず初期同定モードでエン
ジン−マイク間のパワープラント伝達特性を求める。

【００２０】そして、このパワープラント伝達特性を通
常同定モードに組み込んだコントローラは、検出された
エンジンの回転又は振動に同期した基準信号により上記
のパワープラント伝達特性の逆伝達特性を同定してマイ
クの入力が最小になるようにスピーカの出力を適応的に
制御する。

【００２１】このようにして、本発明では、車室の空間
伝達特性だけでなく、車室内騒音の原因となるパワープ
ラント全体の伝達特性を予め用意して通常同定モードを
実行するので、フィードバック成分の制御量を小さくす
ることができ、最適値に急速に収束させることができ
る。

【００２２】

【実施例】図１は本発明に係る車室内騒音の低減装置の
初期同定モードにおけるパワープラント伝達特性を同定
する実施例を示したもので、この初期同定モードは同図
(a) に示されており、同図(b) は通常同定モードを示し
ている。

【００２３】この実施例では、図４に示した従来例の初
期同定モードにおけるホワイトノイズ源３１からのホワ
イトノイズを用いてスピーカ−マイク間の車室内空間伝
達特性を求める代わりに、エンジンの回転又は振動に同
期した信号成分そのものを耳元観測音としてマイク１３
で拾うと共に、エンジン回転同期信号成分をエンジン１
１に設けたエンジン回転数センサ１２から得る。

【００２４】そして、エンジン回転数センサ１２並びに
マイク１３からの各エンジン回転同期信号成分をそれぞ
れＡ／Ｄ変換器２１及び２７でディジタルデータに変換
した上で適応フィルタ３３に与えるようにしている。

【００２５】従って、スピーカ１４から制御音としての
ホワイトノイズを出力する必要が無いので、図４に示し
たＤ／Ａ変換器３４とパワーアンプ２６とスピーカ１４
とが除かれている。

【００２６】この適応フィルタ３３では、エンジン１１
をアイドル状態から許容最高回転までゆっくりとスィー
プさせて行くことにより、或いは実走行で加速・減速す
ることにより、そのフィルタ・タップ係数を収束させる
ことができ、これをパワープラント伝達特性Ｐとして図
１(b) に示すフィルタ３３０にコピーすることとなる。

【００２７】このようにしてタップ係数が記憶されたフ
ィルタ３３０を含んだコントローラ２は、同図(b) に示
す通常同定モードにより、図８に示したパワープラント
の実際の伝達特性を同定することとなる。

【００２８】図２は本発明に係る車室内騒音の低減装置
の初期同定モードにおけるパワープラント伝達特性を同
定する別の実施例を示したもので、この場合も、この初
期同定モードが同図(a) に示されており、同図(b) は通
常同定モードを示している。

【００２９】但し、この実施例では、今度はエンジン１
１を実際に燃焼させるのではなく、外部から振動を与え
て、パワープラントの伝達特性を同定しようとするもの
である。

【００３０】このため、信号源３１としてはホワイトノ
イズ、正弦スィープ信号、インパルス信号等を用意し、
Ｄ／Ａ変換器３４及びパワーアンプ２６を介して振動発
生器（シェーカー）３に与えるようにしている。

【００３１】この振動発生器３では、実走行時の制御対
象としてのエンジンの回転同期信号成分の音圧レベルを
予め実験により測定しておき、この音圧レベルに調整し
て出力する。

【００３２】振動発生器３からの出力信号はエンジン１
１と車体ボディとの間のエンジンマウント４に与えられ
る。このエンジンマウント４は通常のエンジンマウント
数箇所の内、入力感度の高い部位を予め実験的に求めて
おき、その部位を加振点として振動発生器３の出力信号
を与えることが好ましい。

【００３３】このようにして振動するエンジン１１から
の振動騒音がそのままマイク１３で拾われ、Ａ／Ｄ変換
器２７でディジタルデータに変換した上で適応フィルタ
３３に与えるようにしている。

【００３４】従って、スピーカ１４から制御音としての
ホワイトノイズを出力する必要が無いので、図４に示し
たスピーカ１４が除かれている。

【００３５】適応フィルタ３３では、信号源３１からの
信号とパワープラントからの騒音成分とが与えられるの
で、そのフィルタ・タップ係数を収束させることがで
き、これをパワープラント伝達特性Ｐとして図２(b) に
示すフィルタ３３０にコピーすることとなる。

【００３６】このようにしてタップ係数が記憶されたフ
ィルタ３３０を含んだコントローラ２は、同図(b) に示
す通常同定モードにより、図８に示したパワープラント
の実際の伝達特性を同定することとなる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る車室内
騒音の低減装置によれば、初期同定モードで予め測定さ
れたエンジン−マイク間のパワープラント伝達特性を用
いてエンジンの回転又は振動に同期した基準信号により
該伝達特性の逆伝達特性を通常モードで同定し該マイク
の入力が最小になるようにスピーカの出力を制御するよ
うに構成したので、以下のような効果がある。

【００３８】(1) コントローラへの入力情報（騒音現象
の原因）と車室内騒音のＳ／Ｎ成分が向上し、コヒーレ
ンスが向上するので、フィードフォワード制御成分の精
度向上により収束速度の向上及び制御精度の向上が期待
できる。 (2) パワープラントの特性の急激な変化（ピーク及びデ
ィップ）をフィードフォワード制御成分で考慮している
ため、制御の安定性が高い。 (3) エンジン回転２次成分やクランク角センサ等の２次
成分を基準信号とする従来例と比べて、制御対象内のあ
らゆる周波数成分（次数成分、その他の成分）の制御を
行うことができ、振動センサからの信号を基準信号とす
る種類の制御法に適していると共に、エンジン振動が起
因する全ての車室内騒音を一層効果的に低減させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車室内騒音の低減装置の同定シス
テムの実施例を示したブロック図である。

【図２】本発明に係る車室内騒音の低減装置の同定シス
テムの他の実施例を示したブロック図である。

【図３】従来の車室内騒音の低減装置の構成例を示した
ブロック図である。

【図４】初期同定モードにおいてスピーカ−マイク間の
空間伝達特性を測定するための構成を示すブロック図で
ある。

【図５】通常同定モードにおいて車体の振動系を含めた
車室内空間伝達系の伝達特性に対する逆伝達特性を測定
するための構成を示すブロック図である。

【図６】本発明及び従来例における車室内騒音の低減装
置に用いられる適応フィルタの構成を示したブロック図
である。

【図７】初期同定によって得られたフィルタ係数を有す
るフィルタの構成を示したブロック図である。

【図８】車両におけるパワープラント部分を説明するた
めの図である。

【符号の説明】 １ 車両 ２ コントローラ ３ 振動発生器 ４ エンジンマウント １０ 車室 １１ エンジン １２ エンジン振動センサ（エンジン回転数センサ） １３ マイク １４ スピーカ ３１ 信号源 ２３，３３ 適応フィルタ ３３０ フィルタ Ｐ パワープラント伝達特性 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの回転又は振動に同期した基準
   信号を検出する手段と、車室内に設けたスピーカと、車
   室内騒音を検出するマイクと、初期同定モードで予め測
   定されたエンジン−マイク間のパワープラント伝達特性
   を用いて該基準信号により該伝達特性の逆伝達特性を通
   常モードで同定し該マイクの入力が最小になるように該
   スピーカの出力を制御する適応型コントローラと、を備
   えたことを特徴とする車室内騒音の低減装置。