JPH06295183A - 騒音制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は自動車のマフラからの騒音と逆相等
音圧の信号をスピーカから出力することにより騒音を消
去する騒音制御装置に関し、空間にて、騒音低減効果量
のばらつきが発生するのを防止することを目的とする。 【構成】 自動車の排気の爆音を消すマフラ１の終端パ
イプで騒音を放出するテールパイプ２の出口付近に配置
され、テールパイプ２からの騒音を消去する騒音制御装
置に、テールパイプ２の騒音と逆位相等音圧の消去音を
出力するアクチュエータ２０と、少なくとも、該アクチ
ュエータ２０の近傍位置、アクチュエータ２０から一定
距離離れた位置、漏れた騒音が存在するアクチュエータ
２０の裏側の位置にそれぞれ設置されたマイクロフォン
５−１、５−２、５−３と、マイクロフォン５−１、５
−２、５−３の消音寄与度に基づいて、その出力を合成
する合成回路６−１０とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車のマフラからの騒
音と逆相等音圧の信号をスピーカから出力することによ
り騒音を消去する騒音制御装置に関し、特に本発明では
空間にて、騒音低減効果量がばらつくのを防止すること
を目的とする。

【０００２】

【従来の技術】従来内燃機関等から発生する騒音を低減
するためにはマフラ等の受動的な消音装置が使用されて
きたが、サイズ、消音特性等の観点から改善がなされて
いた。これに対し、音源から発生された騒音と逆位相・
等音圧の補償音をスピーカから出力し、騒音を相殺する
能動型の騒音制御装置が提案されている。ところで、こ
の能動型の騒音制御装置自体の周波数特性あるいは安定
性等が十分でなく実用化が遅れていた。しかし、近年デ
ィジタル回路を使用した信号処理技術が発展し取り扱う
周波数範囲も拡大した結果、実用的な騒音制御装置が多
数提案されている（例えば特開昭６３−３１１３９６号
公報）。

【０００３】これはダクト上流に設置した騒音源用のマ
イクロフォンで騒音を検出し信号処理回路により騒音と
逆相・等音圧の信号をダクト下流に設置したスピーカか
ら出力し、消音された結果を消音点用のマイクロフォン
で検出してフィードバックするフィードバック系と、フ
ィードフォワード系と組み合わせたいわゆる２マイクロ
フォン・１スピーカ型の能動型の騒音制御装置である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の騒音
制御装置では、騒音はスピーカが設置されている場所で
消音されるのが好ましいので、消音された結果を検出す
るマイクロフォンはスピーカの近傍に設けられていた。
しかしながら、近傍のみに設けられているのでマフラか
ら離れた場所ではマイクロフォンから出力される残留騒
音の情報が得られないため、必ずしも消音の効果量は均
一ではなく、空間の一部に消音の効果に偏りが生じると
いう問題があった。

【０００５】したがって本発明は上記問題点に鑑み消音
の効果の場所的な偏りの少ない騒音制御装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、自動車の排気の爆音を消すマフラの終端
パイプで騒音を放出するテールパイプの出口付近に配置
され、該テールパイプからの騒音を消去する騒音制御装
置に、アクチュエータ、複数のマイクロフォン及び合成
回路を設ける。

【０００７】前記アクチュエータはテールパイプの騒音
と逆位相等音圧の消去音を出力する。前記複数のマイク
ロフォンは少なくとも、前記アクチュエータの近傍位
置、アクチュエータから一定距離離れた位置、漏れた騒
音が存在するアクチュエータの裏側の位置にそれぞれ設
置される。

【０００８】前記合成回路は前記複数のマイクロフォン
の消音寄与度に基づいて、その出力を合成する。

【０００９】

【作用】本発明の騒音制御装置によれば、前記アクチュ
エータによってテールパイプの騒音と逆位相等音圧の消
去音が出力される。前記複数のマイクロフォンによって
少なくとも、前記アクチュエータの近傍位置、アクチュ
エータから一定距離離れた位置、漏れた騒音が存在する
アクチュエータの裏側の位置にそれぞれ設置されて、自
動車の各部での残留音が測定される。前記合成回路によ
って前記複数のマイクロフォンの消音寄与度に基づい
て、その出力が合成され、適応型フィルタではこの合成
信号に基づき補償信号を形成する。すなわち、消去ポイ
ントのセンサ入力を多点の合成とし平均化等することに
より、テールパイプの近傍のみならず離れた場所でも消
音効果が得られ、自動車全体での消音効果の偏りを防止
でき、均一な消音効果が得られる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例の前提となる騒音制御
装置の構成を示す図である。本図に示す騒音制御装置
は、自動車の排気の爆音を消すマフラ１の終端パイプで
あるテールパイプ２から放出される騒音を消去するアク
チュエータ２０と、該テールパイプ２からの騒音と該騒
音とアクチュエータ２０から放出される逆位相等音圧の
消去音との残留雑音を誤差信号として補足しかつ後述す
るように配置される三つのマイクロフォン５−１、５−
２及び５−３と、アクチュエータ２０への信号をディジ
タル信号からアナログ信号に変換したり、増幅したり
し、またマイクロフォン５−１、５−２及び５−２から
のアナログ信号をディジタル信号に変換したり、増幅し
たりするインタフェース６と、後述する再現騒音信号を
被制御信号として入力し該インタフェース６を介して騒
音を消去する補償音を形成して出力するＦＩＲ（Finite
Impulse Response)からなる適応型フィルタ７と、マイ
クロフォン５−１、５−２及び５−３からの誤差信号の
合成信号を入力して該適応型フィルタ７のＦＩＲのフィ
ルタ係数を更新する係数更新手段８と、該係数更新手段
８のフィルタ係数を正規化するために、前記再現騒音信
号を入力しかつ前記適応型フィルタ７の出力からインタ
フェース６、アクチュエータ２０、マイクロフォン５−
１、５−２及び５−３、係数更新手段８までの伝達特性
を模擬した第１の伝達特性模擬手段９と、前記適応型フ
ィルタ７の補償信号を入力し、前記伝達特性模擬手段９
と同一の伝達特性模擬手段８の伝達特性を有する第２の
伝達特性模擬手段１０と、該第２の伝達特性模擬手段１
０の出力信号とマイクロフォン５−１、５−２及び５−
３の出力信号の合成信号との差信号を演算し、この差信
号を前記適応型フィルタ７及び第１の伝達特性模擬手段
９への再現騒音信号として形成する差信号演算手段１１
とを含む。なお、前記適応型フィルタ７、係数更新手段
８、第１の伝達特性模擬手段９、第２の伝達特性模擬手
段１０、差信号演算手段１１はディジタル信号処理装置
（ＤＳＰ）で構成される。

【００１１】前記アクチュエータ２０は、二つのスピー
カ３及び４と、該二つのスピーカ３及び４の後部を密閉
するエンクロージャ２１と、二つのスピーカ３及び４の
前面から放出される消音をテールパイプ２の出口に導く
消去音案内部２２とからなる。図２は図１のマイクロフ
ォンの配置を示す図である。本図（ａ）、（ｂ）に示す
ように、自動車の上部又は正面からみた後部部分図にお
いて、第１のマイクロフォン５−１はテールパイプ２の
出口に設置され従来の設置場所と同様である。第２のマ
イクロフォン５−２は第１のマイクロフォン５−１から
反対の横方向に約１ｍの位置に設置される。さらに第３
のマイクロフォン５−３は、テールパイプ２と消去音案
内部２２との間に生じる空間から漏れて回りこむ騒音の
ために、アクチュエータ２０とマフラ１との間に設置さ
れる。以上のマイクロフォン５−１、５−２及び５−３
の配置は一例であり、さらに種々の場所に設けてもよ
い。

【００１２】図３はマイクロフォンの出力を合成する回
路を示す図である。本図に示す合成回路６−１０は、マ
イクロフォン５−１、５−２及び５−３からの信号を加
算する加算回路６−１１と、該加算回路６−１１の出力
を反転する反転回路６−１２と、前記加算回路６−１１
の抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を調整してマイクロフォン５
−１、５−２及び５−３の出力の合成割合を変化させる
合成調整手段６−１３とを含む。該合成調整手段６−１
３は初期に調整し、マイクロフォン５−１、５−２及び
５−３の騒音を消音する寄与度に応じて加算回路の抵抗
Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の抵抗値を変化させる。マイクロフ
ォン５−１、５−２及び５−３からの各信号Ｓm1、Ｓm
2、Ｓm3は合成されてＳm として出力される。

【００１３】なお、第１の伝達特性模擬手段９、第２の
伝達特性模擬手段１０の伝達特性Ｈd1は次のようにして
決定される。テールパイプ２から騒音の排出を停止し、
適応型フィルタ７の代わりにその位置からホワイトノイ
ズを出力し、アクチュエータ２０、インタフェース６、
マイクロフォン５−１、５−２及び５−３、インタフェ
ース６を介して、差信号演算手段１１の出力信号が零に
なるように第２の伝達特性模擬手段１０の伝達特性Ｈd1
を調整して決定し、このようにして得られたＨd1を第１
の伝達特性模擬手段９及び第２の伝達特性模擬手段１０
に設定する。

【００１４】係数更新手段８では、適応型フィルタ７の
ＦＩＲのフィルタ係数（Ck(n) ；ｋ：段数）を最小自乗
法により、下記式から求めている。 Ck(n) ＝Ck(n-1) ＋（Ｓm(n)・α）／ｑ(n+k-1) …（１） ここに、αは収束係数、Ｓm(n)はマイクロフォン５−
１、５−２及び５−３の合成信号、ｑ(n+k-1) は第１の
伝達特性模擬手段９からの正規化信号、n はディジタル
信号の序数である。

【００１５】以上の騒音制御装置の一連の動作を説明す
る。適応型フィルタ７の出力からマイクロフォン５まで
の平均伝達特性Ｈd 、マイクロフォン５−１、５−２及
び５−３からフィルタ係数更新手段８までの平均伝達特
性Ｈm とし、騒音源としてのテールパイプ２からマイク
ロフォン５−１、５−２及び５−３までの平均伝達特性
をＨnoise とする。なおこの平均伝達特性Ｈd 、Ｈm 、
Ｈnoise は、各マイクロフォン５−１、５−２及び５−
３の伝達特性Ｈd 、Ｈm 、Ｈnoise を各マイクロフォン
５−１、５−２及び５−３の騒音を消音する寄与度を重
みとして求めてもよい。さらにテールパイプ２からの騒
音信号をＳn とし、マイクロフォン５−１、５−２及び
５−３からの出力信号をＳm1、Ｓm2、Ｓm3とし、適応型
フィルタ７からの補償信号をＳc とし、マイクロフォン
５−１、５−２及び５−３からの合成出力である係数更
新手段８の入力信号Ｓm とし、差信号演算手段１１の出
力信号をＳe とすると、第１の伝達特性模擬手段９、第
２の伝達特性模擬手段１０が模擬する伝達特性Ｔm1は、 Ｔm1＝Ｈd ・Ｈm …（２） となり、マイクロフォン５−１、５−２及び５−３で検
出される信号Ｓm0は次のようになる。

【００１６】 Ｓm0＝Ｓn ・Ｈnoise ＋Ｓc ・Ｈd …（３） 適応型フィルタ７等の入力信号である騒音再現信号であ
って、差信号演算手段１２５における演算結果である差
信号Ｓe は、上記構成により、上記式（２）、（３）か
ら次のようにして得られる。 Ｓe ＝Ｓm0・Ｈm −ＳC ・Ｈd1 ＝（Ｓn ・Ｈnoise ＋Ｓc ・Ｈd ）・Ｈm −ＳC ・Ｈd ・Ｈm ＝（Ｓn ・Ｈnoise ＋Ｓc ・Ｈd −ＳC ・Ｈd ）・Ｈm ＝Ｓn ・Ｈnoise ・Ｈm …（４） として形成される。

【００１７】係数更新手段８の入力信号Ｓm は、 Ｓm ＝Ｈm ・Ｓm0 …（５） となり、適応型フィルタ７により、この入力信号Ｓm が
零となるようにフィルタ係数が変更されるので、適応型
フィルタ７の出力信号である補償信号Ｓc は、Ｓm ＝
０、すなわち、Ｓm0＝０として上記（２）式から下記の
ように定まる。

【００１８】 Ｓc ≒−Ｓn ・Ｈnoise ／Ｈd …（５）

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数のマイクロフォンによって、アクチュエータの近傍位
置、アクチュエータから一定距離離れた位置、漏れた騒
音が存在するアクチュエータの裏側の位置等にそれぞれ
設置されて、自動車の各部での残留音が測定され、各マ
イクロフォンの消音寄与度に基づいて、その出力が合成
され、騒音を消音する補償信号が形成されるので、テー
ルパイプの近傍のみならず離れた場所でも消音効果が得
られ、自動車全体での消音効果の偏りを防止でき、均一
な消音効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の前提となる騒音制御装置の構
成を示す図である。

【図２】図１のマイクロフォンの配置を示す図である。

【図３】マイクロフォンの出力を合成する回路を示す図
である。

【符号の説明】

１…マフラ ２…テールパイプ ３、４…スピーカ ５−１、５−２、５−３５…マイクロフォン ６…インタフェース ６−１…合成回路 ７…適応型フィルタ ２０…アクチュエータ

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【手続補正書】

【提出日】平成５年５月２８日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】係数更新手段８では、適応型フィルタ７の
ＦＩＲのフィルタ係数（Ck(n) ；ｋ：段数）を最小自乗
法により、下記式から求めている。 Ck(n) ＝Ck(n-1) ＋（Ｓm(n)・α）／Ｔｅ(n+k-1) …（１） ここに、αは収束係数、Ｓm(n)はマイクロフォン５−
１、５−２及び５−３の合成信号、Ｔｅ(n+k-1) は第１
の伝達特性模擬手段９からの正規化信号、n はディジタ
ル信号の序数である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】以上の騒音制御装置の一連の動作を説明す
る。適応型フィルタ７の出力からマイクロフォン５まで
の平均伝達特性Ｈd 、マイクロフォン５−１、５−２及
び５−３からフィルタ係数更新手段８までの平均伝達特
性Ｈm とし、騒音源としてのテールパイプ２からマイク
ロフォン５−１、５−２及び５−３までの平均伝達特性
をＨnoise とする。なおこの平均伝達特性Ｈd 、Ｈm 、
Ｈnoise は、各マイクロフォン５−１、５−２及び５−
３の伝達特性Ｈd 、Ｈm 、Ｈnoise を各マイクロフォン
５−１、５−２及び５−３の騒音を消音する寄与度を重
みとして求めてもよい。さらにテールパイプ２からの騒
音信号をＳn とし、マイクロフォン５−１、５−２及び
５−３からの出力信号をＳm1、Ｓm2、Ｓm3とし、適応型
フィルタ７からの補償信号をＳc とし、マイクロフォン
５−１、５−２及び５−３からの合成出力である係数更
新手段８の入力信号Ｓm とし、差信号演算手段１１の出
力である差信号をＳe とする。ここに差信号Ｓｅは後に
騒音再生信号として使用される。また、第１の伝達特性
模擬手段９、第２の伝達特性模擬手段１０が模擬する伝
達特性Ｈd1は、Ｈd1 ＝Ｈd ・Ｈm …（２） となり、マイクロフォン５−１、５−２及び５−３で検
出される信号Ｓm0は次のようになる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】係数更新手段８の入力信号Ｓm は、 Ｓm ＝Ｈm ・Ｓm0 …（５） となり、また他方の入力信号Ｔｅは騒音再生信号Ｓｅに
ついて第１の伝達特性模擬手段９により伝達特性Ｈd1を
考慮して求められる。適応型フィルタ７では、係数更新
手段８によりこの入力信号Ｓm が零となるようにフィル
タ係数が変更されるので、適応型フィルタ７の出力信号
である補償信号Ｓc は、Ｓm ＝０、すなわち、Ｓm0＝０
として上記（２）式から下記のように定まる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場崎 正博 兵庫県神戸市兵庫区御所通１丁目２番28号 富士通テン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車の排気の爆音を消すマフラ（１）
   の終端パイプで騒音を放出するテールパイプ（２）の出
   口付近に配置され、該テールパイプ（２）からの騒音を
   消去する騒音制御装置において、 テールパイプ（２）の騒音と逆位相等音圧の消去音を出
   力するアクチュエータ（２０）と、 少なくとも、該アクチュエータ（２０）の近傍位置、ア
   クチュエータ（２０）から一定距離離れた位置、漏れた
   騒音が存在するアクチュエータ２０の裏側の位置にそれ
   ぞれ設置されたマイクロフォン（５−１、５−２、５−
   ３）と、 該マイクロフォン（５−１、５−２、５−３）の消音寄
   与度に基づいて、その出力を合成する合成回路（６−１
   ０）とを備える騒音制御装置。