JP2008213755A - 車両用能動音響制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音源からのオーディオ信号が大きい場合に、能動騒音制御（ＡＮＣ）が発散しないようにする。
【解決手段】ユーザが音源２０のボリュームを上げて、エンジン騒音の周波数に近い周波数を有するオーディオ信号Ｓａの誤差信号ｅ（ｎ）に含まれる割合が大きくなったとき、フィルタ係数更新器７１、７２のステップサイズパラメータの値を小さくし、あるいは安定化係数αの値を大きくして、ＡＮＣの発散を防止し、一定の騒音低減効果が得られるようにする。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両のエンジンの回転振動を原因とする車両内騒音であるエンジン騒音（エンジンこもり音）を消音し、また、エンジン回転数に応じた効果音を車両内で発生し、さらには車両内の音源（オーディオソース）から楽音を発生する車両用能動音響制御装置に関する。

従来から、車両において、乗員（運転者）による加減速操作を検出し、加減速量に応じた効果音を、車室内スピーカを通じて車室内に発生する車両用能動音響制御装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特許文献１に係る車両用能動音響制御装置では、例えば加速操作に応じてエンジン回転数が増加すると、そのエンジン回転数の増加に応じて高周波数で大音量の効果音をスピーカから発生させて車室内の演出効果を高めている。

また、特許文献２に係る車両用能動音響制御装置では、スピーカから乗員までの音場特性を補正し、乗員位置で聞こえる前記効果音のエンジン回転数に対するリニア感を大幅に改善している。

さらに、車両においては、適応ノッチフィルタを使用した能動型騒音低減装置が提案されている（特許文献３）。この能動型騒音低減装置では、適応ノッチフィルタの出力が初期伝達特性でマイクロフォンへ音響伝達される信号を数値演算的に発生させ、この信号とマイクロフォンの出力信号を加算した信号を適応制御アルゴリズムに使用することで過補償が抑制されるとともに、初期伝達特性からの特性の変化を適応アルゴリズムが吸収するように作用するので、発散を抑制し安定的な騒音低減効果を得ることができる。

ところで、上述した特許文献１〜３に係る車両用能動音響制御装置においては、エンジン回転数に基づく騒音（エンジン騒音）の制御及びエンジン回転数に基づく効果音の発生制御と、オーディオ装置からの楽音の発生との相互関連については特に考慮されていない。

一方、オーディオ装置のボリュームが大のときに制御を停止するようにした適応騒音制御装置が提案されている（特許文献４）。

特開昭５４−８０２７号公報（図１） 特開２００６−３０１５９８号公報（図１１） 特開２００４−３５４６５７（［００４７］） 特開平６−２２２７８２号公報（図８、図９）

しかしながら特許文献４に係る技術では、オーディオボリュームが大のときに適応騒音制御装置の制御を停止することが記載されているに過ぎない。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであって、オーディオ信号が大きい場合に、的確な、車両内騒音制御、効果音制御等が行える車両用能動音響制御装置を提供することを目的とする。

また、この発明は、オーディオ信号が大きい場合においても、一定の騒音制御効果が得られ、かつ適応騒音制御の発散を防止することを可能とする車両用能動音響制御装置を提供することを目的とする。

この発明によれば、オーディオ信号とエンジン騒音を相殺するための制御信号との合成信号に基づき共用の音出力手段から車室内に前記オーディオ信号に基づく楽音と前記制御信号に基づく相殺音を出力する車両用能動音響制御装置において、以下の特徴（１）〜（４）を備える。

（１）前記オーディオ信号の大きさを検出するオーディオ信号検出手段と、前記エンジン騒音と前記相殺音と前記楽音とを検出し検出信号を出力する音検出手段と、エンジン回転数に同期して生成される余弦波信号と正弦波信号にそれぞれ前記音出力手段から前記音検出手段までの伝達経路を模擬した模擬伝達特性を作用させて各参照信号を得る参照信号生成手段と、前記各参照信号と前記検出信号とが供給され、所定のステップサイズパラメータを用いて前記余弦波信号と前記正弦波信号とにそれぞれ乗算される適応フィルタのフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新手段と、更新されたフィルタ係数が乗算された前記余弦波信号と前記正弦波信号を合成して前記制御信号として出力する合成手段と、を備え、前記オーディオ信号の大きさに応じて前記ステップサイズパラメータの値を変更するようにしたことを特徴とする。

この特徴（１）を有する発明によれば、オーディオ信号の大きさに応じてステップサイズパラメータの値を変更するようにしているので、例えば、オーディオ信号が閾値を上回るときにステップサイズパラメータの値を標準値より小さな値に変更して又は徐々に小さな値となるような制御を行うことにより、エンジン回転数に同期する周波数における消音効果が狭い帯域幅となるが消音効果が高くなるので、オーディオ信号の影響を受けて能動騒音制御が不安定になる状況を防止することができる。

（２）上記の特徴（１）を有する発明において、さらに、前記各参照信号に、更新された前記各フィルタ係数が乗算された信号を合成して音検出手段位置での模擬相殺音信号を生成し、該模擬相殺音信号を定数倍手段にて定数倍した信号を前記検出信号に合成し、合成検出信号を前記検出信号として前記フィルタ係数更新手段に供給するように構成し、前記定数倍手段の定数倍を、前記オーディオ信号の大きさに応じて変更するようにしたことを特徴とする。

この特徴（２）を有する発明によれば、フィルタ係数更新手段に検出信号との合成信号として供給される音検出手段位置での模擬相殺音信号を定数倍した信号の大きさを、オーディオ信号の大きさに応じて変更するようにしているので、例えば、オーディオ信号が閾値を上回ったときには、定数倍を大きく（又は徐々に大きく）するようにすれば、車室内騒音の低減量は減少するが、楽音が大きくても一定量確実に車室内騒音を低減でき、騒音制御が発散又は不安定になることを回避することができる。

（３）上記の特徴（１）を有する発明において、さらに、前記制御信号の振幅を前記オーディオ信号の大きさに応じて変更するオーディオ信号振幅可変手段を備えることを特徴とする。

この特徴（３）を有する発明によれば、制御信号の振幅をオーディオ信号の大きさに応じて変更するようにしているので、例えば、オーディオ信号が閾値を上回ったときに、制御信号の振幅のリミット値を小さく（又は徐々に小さく）するようにすれば、楽音が大きくても一定量確実に車室内騒音を低減でき、騒音制御が発散又は不安定になることを回避することができる。

（４）上記の特徴（１）〜（３）のいずれかを有する発明において、さらに、前記エンジン回転数に応じた効果音を、前記音出力手段を共用して出力する効果音生成手段を有し、前記効果音生成手段は、１周期分の波形を格納する波形データテーブルと、前記波形データテーブルから順次波形データを読込むことにより基準信号を生成する基準信号生成手段と、前記エンジン回転数に応じて前記基準信号を音響変化させて前記効果音信号を生成し、前記オーディオ信号及び前記制御信号に合成させて前記音出力手段に供給する効果音信号生成手段と、前記オーディオ信号の大きさに応じて前記効果音信号の大きさを変更する効果音信号振幅可変手段と、を備えることを特徴とする。

この特徴（４）を有する発明によれば、オーディオ信号の大きさに応じて前記効果音信号の大きさを変更するようにしているので、例えば、オーディオ信号の大きさが閾値を上回ったとき、効果音信号の大きさを調節するエンジン回転数の単位時間当たりの変化量である回転加速度の重みを一律小さな値とすることで、又は効果音の振幅を小さく（もしくは徐々に小さく）することで効果音の大きさを小さくし、楽音を聞きながらも最適な室内音の演出が可能となる。

この発明によれば、オーディオ信号が大きい場合においても、車両内騒音の的確な消音制御又は最適な室内音の演出が行える。

また、この発明によれば、オーディオ信号が大きい場合においても、一定の騒音制御効果が得られ、かつ適応騒音制御の発散を防止することができる。

さらに、この発明によれば、音検出手段により、エンジン騒音と音出力手段からの前記エンジン騒音の相殺音と楽音と効果音とが検出される状態において、楽音を発生するオーディオ信号が大きくされた場合に、前記エンジン騒音の相殺音の生成制御に関して一定の適応騒音抑制ができ、かつ適応騒音制御の発散を防止できる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、車両１２に搭載されたこの発明の実施形態に係る車両用能動音響制御装置１０の構成を示すブロック図である。

この車両用能動音響制御装置１０は、基本的には、エンジン部１４から供給されるエンジン回転数周波数Ｎｅ[Ｈｚ]に応じた効果音信号Ｓｓを生成するＡＳＣ（Ａｃｔｉｖｅ Ｓｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ：能動音響制御）回路部１８と、エンジン回転を原因とする乗員の耳位置で聞こえる車内騒音（エンジン騒音又はエンジンこもり音という。）を相殺するための制御信号（相殺音信号）Ｓｃを出力するＡＮＣ（Ａｃｔｉｖｅ Ｎｏｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ：能動騒音制御）回路部１６と、スピーカ２６を通じて可聴できる楽音となり増幅された信号であるオーディオ信号Ｓａを生成する音源２０と、オーディオ信号Ｓａの大きさを検出しＡＮＣ回路部１６及びＡＳＣ回路部１８の変数｛後述するステップサイズパラメータ、定数（乗数）、ゲイン等｝を変更する大きさ検出処理部２２と、効果音信号Ｓｓと制御信号Ｓｃとオーディオ信号Ｓａとを合成する加算器２４と、加算器２４の出力信号である合成信号Ｓｚを音（効果音信号Ｓｓに基づく効果音、制御信号Ｓｃに基づくエンジン騒音の相殺音、オーディオ信号Ｓａに基づく楽音）に変換して車室内に出力するスピーカ（音出力手段）２６と、前記音（生成音）と車室内のエンジンこもり音（騒音）との合成音を検出し検出信号ｅ１をＡＮＣ回路部１６に供給するマイクロフォン（音検出手段）２８とを備える。なお、エンジン回転周波数Ｎｅ［Ｈｚ］＝６０×エンジン回転数［ｒｐｍ］である。

ここで、音源２０は、車内チューナにより受信された放送のオーディオ信号Ｓａ、又はＣＤ再生装置及びハードディスク再生装置等で再生されたオーディオ信号Ｓａを出力する。

この実施形態において、スピーカ２６は、例えば車両１２の前席側の図示しないキックパネル部等に固定配置され、マイクロフォン２８は、前席乗員の耳元に近い位置の、例えば車両１２の車室天井部に固定配置される。なお、マイクロフォン２８とスピーカ２６は、複数あっても同様に制御することができる。

ＡＳＣ回路部１８、ＡＮＣ回路部１６及び大きさ検出処理部２２は、それぞれマイクロコンピュータ等により構成される。マイクロコンピュータは、ＣＰＵ、ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ、タイマ（計時手段）、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を含み、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムを実行・処理することで各機能実現手段として機能する。

図２は、図１に示した車両用能動音響制御装置１０のさらに詳しい構成を示すブロック図である。

ＡＳＣ回路部１８は、特許文献２にも記載されているように、正弦波１周期分の波形を時間軸（位相軸）方向に所定数等分（Ｎ等分）したときの各瞬時値を表す各瞬時値データをアドレス（Ｎ等分した位相）ｉ毎に波形データとして記憶している波形データテーブル３４を備えている。アドレスｉは、０からＮ−１までの整数（０，１，２，…，Ｎ−１）であり、アドレスｉの波形データがＡｓｉｎ（３６０゜×ｉ／Ｎ）で算出される。アドレスｉでの波形データの１周期分の読み出し速度を変化させることで任意の周波数の余弦波及び正弦波を発生することができる。

ＡＳＣ回路部１８は、さらに、エンジン回転周波数Ｎｅの周波数を整数倍（実数倍でもよい。）する倍数器３２と、整数倍周波数の周期に応じて波形データテーブル３４の読み出しアドレス周期を変化させて波形データを読み出すことで、エンジン回転周波数Ｎｅの高次高調波の正弦波である調波信号を生成する調波信号生成器３６と、調波信号を例えばスピーカ２６と乗員の耳位置までの車室の音響特性で補正してエンジン回転周波数Ｎｅに対してゲイン特性のリニアな音響信号を生成する音響信号生成器３８と、エンジン回転周波数Ｎｅの単位時間当たりの変化量であるエンジン回転周波数加速度ΔａＮｅ（＝ΔＮｅ／Δｓ［Ｈｚ／ｓｅｃ］）を求めるエンジン回転周波数加速度算出器４０と、エンジン回転周波数加速度ΔａＮｅに応じた重みを前記調波信号に乗算して音響信号を生成する加速度補正器４２と、生成された音響信号を定数倍（ゲイン倍）し効果音信号Ｓｓとして出力する増幅器４４とを備える。増幅器４４は、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回った場合、増幅度が「１」から「０．５」（半分の値）に変更される。

ここで、加速度補正器４２は、図３に示すように、エンジン回転周波数加速度ΔａＮｅに対して上記の重みＷａ（実線で示し、０［ｄＢ］〜−１０数［ｄＢ］の範囲の値を採る。）が設定されたものである。大きさ検出処理部２２で検出されたオーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回った場合、重みＷａに比較して約６［ｄＢ］小さくされた重みＷｂ（一点鎖線で示す。）が設定される。

効果音信号Ｓｓは、エンジン回転周波数Ｎｅに比例して振幅特性がリニアに大きくされ、さらに、エンジン回転周波数加速度ΔａＮｅに対して図３に示すように、その振幅特性が変化させられる信号であり、乗員にアクセル操作に対応した心地良いスポーティ感を与える。

一方、図２に示すように、ＡＮＣ回路部１６は、フィードフォワード型のｆｉｌｔｅｒｄ−Ｘ ＬＭＳアルゴリズムを利用した回路である。

図４は、ＡＮＣ回路部１６の概略的なブロック図を示す。

図２及び図４に示すように、ＡＮＣ回路部１６は、エンジン回転周波数Ｎｅに同期した余弦波（ｃｏｓ）信号と正弦波（ｓｉｎ）信号を生成する基準信号生成器５０（余弦波信号生成器５０ａと正弦波信号生成器５０ｂ）と、スピーカ２６からマイクロフォン２８までの車両１２内での音の伝達特性を模擬した模擬伝達特性Ｃ＾｛模擬伝達特性（実部）Ｃｒ及び模擬伝達特性（虚部）Ｃｉ｝が設定され、前記余弦波信号と前記正弦波信号に作用させて参照信号ｒ（ｎ）｛模擬余弦波信号である参照信号ｒｃ及び模擬正弦波信号である参照信号ｒｓ｝を生成する参照信号生成器（フィルタ）５４と、参照信号ｒ（ｎ）と後述する補正後の誤差信号ｅ（ｎ）とが供給され、誤差信号ｅ（ｎ）が最小となる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１タップ適応フィルタ（適応ノッチフィルタ）５１、５２のフィルタ係数Ａ１、Ｂ１を更新するフィルタ係数更新器（アルゴリズム演算器）７１、７２と、１タップ適応フィルタ５１、５２から供給される係数Ａ１が乗算された余弦波信号と係数Ｂ１が乗算された正弦波信号を加算して制御信号ｙ（ｎ）｛ｙ（ｎ）＝余弦波信号×Ａ１＋正弦波信号×Ｂ１｝を生成する加算器７６と、加算器７６から出力される制御信号ｙ（ｎ）の上限リミット値とゲインを切り替えて制御信号Ｓｃとして出力するリミッタ付き減衰器９０とを備える。

この実施形態においてリミッタ付き減衰器９０は、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨ以下であるときのゲイン（減衰率）βが、通常時ゲインβ＝１（０［ｄＢ］）とされ、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回る値であるとき、ゲインβがβ＝０．５（−６［ｄＢ］）とされ、かつ最大振幅の上限リミット値が通常時の０．５（半分）にされる。

ＡＮＣ回路部１６は、さらに、フィルタ係数Ａ１、Ｂ１と同値の係数Ａ１、Ｂ１が設定される係数乗算器６１、６２を備える。係数乗算器６１、６２は、それぞれ参照信号ｒｃに係数Ａ１を乗算した信号及び参照信号ｒｓに係数Ｂ１を乗算した信号を加算器７４に供給する。加算器７４は、係数Ａ１が乗算された参照信号ｒｃ及び係数Ｂ１が乗算された参照信号ｒｓの合成信号である模擬相殺音信号（マイクロフォン２８の位置で検出される相殺音信号の推定信号）Ｓｋを生成し安定化係数乗算器７８に供給する。安定化係数乗算器７８は、模擬相殺音信号Ｓｋに安定化係数α（０＜α＜１）を乗算した安定化信号α・Ｓｋを加算器８０の一方の入力ポートに供給する。

加算器８０の他方の入力ポートには、マイクロフォン２８により検出された検出信号ｅ１が供給される。加算器８０は、検出信号ｅ１が安定化信号α・Ｓｋで補正された誤差信号ｅ（ｎ）、すなわち検出信号ｅ１に安定化信号α・Ｓｋを加算した信号を補正後の誤差信号ｅ（ｎ）としてフィルタ係数更新器７１、７２に供給する。

ＡＮＣ回路部１６は適応ノッチフィルタを採用しており、周知のように、更新後のフィルタ係数Ａ１（ｎ＋１）は、更新前のフィルタ係数Ａ（ｎ）と、誤差信号ｅ（ｎ）と、参照信号ｒ（ｎ）と、ステップサイズパラメータμとから次の（１）式で計算される。更新後のフィルタ係数Ｂ１（ｎ＋１）も同様に計算される。
Ａ１（ｎ＋１）＝Ａ１（ｎ）−μｅ（ｎ）ｒ（ｎ） …（１）

ここで、図２の右上に示すように、この車両用能動音響制御装置１０では、スピーカ２６から生成される生成音としてオーディオ信号Ｓａに基づく楽音、効果音信号Ｓｓに基づく効果音、及び制御信号Ｓｃに基づくエンジン騒音の相殺音が存在することに留意する必要がある。もちろん、楽音、相殺音、効果音のうち、任意の１つ、２つ、又は全部を生成するように切り替えることができる。さらに、マイクロフォン２８で受音される音として、これら楽音、効果音、相殺音の他に、エンジン騒音があることに留意する必要がある。

この実施形態に係る車両用能動音響制御装置１０は、基本的には以上のように構成されかつ動作する。

次に要部動作について説明するが、この実施形態では、楽音の大小に応じて、換言すれば音源２０から出力されるオーディオ信号Ｓａの大きさに応じて、大きさ検出処理部２２が、ＡＳＣ回路部１８及び（又は）ＡＮＣ回路部１６の動作を制御する点に特徴がある。

第１実施例（ステップサイズパラメータμと安定化係数αの変更）
ここでは、理解の容易化のために、効果音信号が生成されていない（ＡＳＣ回路部１８がＯＦＦ）で、楽音とエンジン騒音の相殺音が生成されている（音源２０とＡＮＣ回路部１６がＯＮ）状態となっており（Ｓａ≠０、Ｓｃ≠０、Ｓｓ＝０）、さらにリミッタ付き減衰器９０が通常時のゲイン（減衰率）β＝１（０［ｄＢ］）で最大振幅の上限リミット値が通常時に設定されているものとして説明する。

なお、以下に説明する各値は、車両１２毎に、より具体的には車種毎や車種グレード毎に実験的及びシミュレーションにより決定することができる。

ＡＮＣ回路部１６によるエンジン騒音の消音制御が行われている最中に音源２０からオーディオ信号Ｓａが出力されスピーカ２６から楽音が発生されているとき、大きさ検出処理部２２で検出されるオーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨ以下（Ｓａ≦ＴＨ）である場合、ＡＮＣ回路部１６は、通常（標準）の騒音制御を行う。

すなわち、ＡＮＣ回路部１６は、通常の（標準の）制御を行うためのステップサイズパラメータμ（μ＝０．０２：標準値）をフィルタ係数更新器７１、７２に設定し、通常の（標準の）制御を行うための安定化係数α（α＝０．２：標準値）を安定化係数乗算器７８に設定する。

その一方、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回る大きさ（Ｓａ＞ＴＨ）を含むことを検出した場合、ステップサイズパラメータμの値を小さくするか、安定化係数αの値を大きくする。もちろん、ステップサイズパラメータμの値を小さくすると同時に安定化係数αの値を大きくしてもよい。

例えば、ステップサイズパラメータμの値を標準値のμ＝０．０２から５割減のμ＝０．０２×０．５＝０．０１に設定し、安定化係数αの値を標準値α＝０．２から２倍のα＝０．２×２＝０．４に設定する。

ここで、まず、ステップサイズパラメータμを変更する物理的な意味について説明すると、ユーザによる音源２０の電子ボリューム等の操作によりオーディオ信号Ｓａが大きくされると、このオーディオ信号Ｓａに比例して楽音も大きくなるが、楽音が大きくなると、楽音中のエンジン騒音、例えば４０［Ｈｚ］の周波数に近い周波数成分の楽音も大きくなってマイクロフォン２８で受音されることになる。

実際、楽音成分の大きさの時間的変化はエンジン騒音成分の大きさの時間的変化に比較して極めて変化が激しいことからフィルタ係数更新器７１、７２で認識される騒音成分が変動し、結果として、ＡＮＣ回路部１６での騒音制御が不安定になるおそれがある。そこで、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回る場合、ステップサイズμを小さくすることにより騒音制御のロバスト性を高める。

図５Ａ、図５Ｂの感度関数ｇａ（ｆ）、ｇｂ（ｆ）に示すように、ステップサイズμが大きい場合に比較して、ステップサイズμを小さくした場合、感度関数ｇａ（ｆ）、ｇｂ（ｆ）上、制御周波数ｆｘ、この場合、上記４０［Ｈｚ］を中心とする消音の周波数範囲は狭まるが、消音効果が高くなる（負側の関数値が大きくなる）。

また、ステップサイズμを小さくした場合には、目標出力までの収束時間は長くなるが、正確に制御周波数で動作するようになり、その分、不要低周波成分（この場合、同周波数成分の楽音）やインパルス性のノイズに対するロバスト性が高くなるといえる。すなわち、エンジン回転周波数Ｎｅに同期する周波数（上記制御周波数ｆｘ）における消音効果が狭い帯域幅となるがその周波数において消音効果が高くなるので、オーディオ信号Ｓａの変化の影響を受けて能動騒音制御が不安定になる状況を防止することができる。

図６Ａは、オーディオ信号Ｓａが閾値ＴＨ以下であるときのオーディオ信号Ｓａと制御信号Ｓｃの波形を示している（μ＝０．０２）。図６Ｂは、オーディオ信号Ｓａが閾値ＴＨを上回る値を含む場合のオーディオ信号Ｓａと制御信号Ｓｃの波形を示している（μ＝０．０１）。いずれの場合においても制御信号Ｓｃが安定し、発散していないことが分かる。

図７は、ステップサイズパラメータμが大きい場合（μ＝０．０２）と小さい場合（μ＝０．０１）の収束時間の違いの例を示している。ステップサイズパラメータμが小さい方が、大きい方に比較して、目標出力に至るまでの時間が長くなることが分かる。すなわち即応性は劣るが、上述したようにロバスト性が高くなる。

次に、安定化係数αを変更する物理的な意味について説明すると、図２及び図４から分かるように加算器７４の出力側に得られる模擬相殺音信号Ｓｋは、エンジン回転周波数Ｎｅの周波数を有する余弦波信号と正弦波信号に対し、参照信号生成器５４で模擬伝達特性Ｃ＾｛模擬伝達特性（実部）Ｃｒ及び模擬伝達特性（虚部）Ｃｉ｝を作用させた信号であるので、マイクロフォン２８の位置で実際に検出される相殺音を模擬した信号であることが分かる。なお、マイクロフォン２８で実際に検出される相殺音は、制御信号Ｓｃに基づきスピーカ２６から発生される相殺音が車両１２内の実空間音場を通過して検出される信号である。

この模擬相殺音信号Ｓｋの大きさを変更する定数が安定化係数α（０≦α＜１）である。

模擬相殺音信号Ｓｋに安定化係数αが乗算された安定化信号αＳｋの性質について、まず、α＝０のときを考える。このとき、制御周波数でオーディオ信号Ｓａ（楽音）が大きくなると、マイクロフォン２８で受音されるエンジン騒音の比率が相対的に小さくなる。そうすると、ＡＮＣ回路部１６が不安定の方向になる。この場合、安定化係数αを０値から大きくすると、誤差信号ｅ中の安定化信号α・Ｓｋの割合が高まるので、制御周波数での安定性が向上する。しかし、安定化係数αを大きくしすぎると（値１に近づけすぎると）、マイクロフォン２８で受音するエンジン騒音の大きさの変化に対する反応がにぶくなるので、騒音制御の意味をなさなくなる。そこで、オーディオ信号Ｓａが閾値ＴＨを超えたとき、安定化係数乗算器７８に予め定めた安定化係数αを設定することで、楽音が大きい場合であっても一定の騒音制御を行うことができるようになる。

実際上、図４に模式的に示すように、マイクロフォン２８で受音される相殺音をＣ・Ｓｃ（Ｃは、模擬伝達特性５４）とし、エンジン騒音をｄとすると、相殺音Ｃ・Ｓｃの周波数とエンジン騒音ｄの周波数との間で周波数ずれが発生する場合があることが分かった。

例えば、図８の左側に示すように、実際のエンジン騒音ｄの周波数が４２［Ｈｚ］であるとき、相殺音Ｃ・Ｓｃの周波数が４０［Ｈｚ］とずれる場合がある。

この場合、図８の右側の図に示すように、安定化信号αＳｋの値が「０」である場合には、２［Ｈｚ］の低周波のうなり成分が発生してマイクロフォン２８での検出信号ｅ１が変調され騒音制御が不安定になる。

そこで、安定化信号α・Ｓｋを検出信号ｅ１に加えた誤差信号ｅ（ｎ）を用いることにより、このうなりを抑制してエンジン騒音を小さくすることができることが分かった。

図９は、検出信号ｅ１の波形を示している。安定した時点ｔ２において、適応騒音制御をしない場合のエンジン騒音の振幅に対応する検出信号ｅ１の振幅ｅ１ａ（時間の経過に対して一定値：ｅ１ａ＝ｅ１ｏ）に対して、安定化係数αをα＝０値とした場合の振幅ｅ１ｂは小さくなるが、制御開始時点ｔ１近傍においてうなりによる振幅変動があり適応騒音制御しない場合より振幅が大きくなり、時点ｔ１近傍以降でも振幅の揺れが存在して安定性にかける。その一方、安定化係数αによる安定補償がある場合の検出信号ｅ１の振幅ｅ１ｃは、うなりによる振幅変動が存在してもその絶対値が小さく安定化した時点ｔ２では、振幅ｅ１ｃともっとも検出信号ｅ１の振幅が小さくなることが分かる。

なお、安定補償のない場合のフィルタ係数Ａ１の更新式は、制御周波数を４０［Ｈｚ］とすると、上記（１）式を参照すれば、次の（２）式になることが分かり、安定補償がある場合には、次の（３）式となることが分かる。
Ａ１（ｎ＋１）＝Ａ１（ｎ）−μｅ（ｎ）_42Hzｒ（ｎ）_40Hz …（２）
Ａ１（ｎ＋１）
＝Ａ１（ｎ）−μ｛ｅ（ｎ）_42Hzｒ（ｎ）_40Hz＋αｒ（ｎ）_40Hz｝ …（３）

第２実施例（制御信号Ｓｃの利得と最大振幅値の変更）
上述したように、オーディオ信号Ｓａが大きいときには、検出信号ｅ１中、エンジン騒音の比率が小さくなってＡＮＣ回路部１６の制御が不安定になる。

そこで、大きさ検出処理部２２は、リミッタ付き減衰器９０に対し、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨ以下であるとき通常時のゲイン（減衰率）βをβ＝１（０［ｄＢ］）に設定し、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回る値であるとき、ゲインβをβ＝０．５（−６［ｄＢ］）に設定し、かつ最大振幅の上限リミット値を通常時の０．５（半分）に設定する。

このようにすれば、図１０に示すように、制御信号Ｓｃの上限値は半減するが、オーディオ信号Ｓａが大きくなっても、安定して一定の消音効果を得ることができる。

第３実施例（効果音信号Ｓｓの利得及び重みの制御）
この実施例においては、音源Ｓａ、ＡＮＣ回路部１６及びＡＳＣ回路部１８の全てが能動状態となっており、Ｓａ≠０、Ｓｃ≠０、Ｓｓ≠０と、効果音信号Ｓｓも生成されている状態を前提としている。

ユーザの電子ボリューム等の操作によりオーディオ信号Ｓａが閾値ＴＨを上回る大きさにされたことを検出したときには、ユーザがエンジン騒音の調波音である効果音を聞きたい状況ではないと判断し、大きさ検出処理部２２は、増幅器４４のゲインを標準値の半分にする。このため、効果音信号Ｓｃの値が半分の値となる。

または、図３に示したように、加速度補正器４２に設定されるエンジン回転周波数加速度ΔａＮｅに対する重みＷａ（０ｄＢ〜−１０数ｄＢ）を、６［ｄＢ］小さくした重みＷｂ｛−６ｄＢ〜−（１０数＋６）ｄＢ｝に設定変更する。

なお、図３において、エンジン回転周波数加速度ａＮｅの値、５０［Ｈｚ／ｓｅｃ］が、概ね、トランスミッションの１速全開加速度に対応する。このように重みＷａを重みＷｂに変更して効果音信号Ｓｃの値を小さくすることができる。

以上説明したように上述した実施形態によれば、オーディオ信号Ｓａの大きさに応じてステップサイズパラメータμの値を変更、例えば、オーディオ信号Ｓａが閾値ＴＨを上回るときにステップサイズパラメータμの値を標準値０．０２より小さな値０．０１に変更する制御を行っているので、エンジン回転周波数Ｎｅに同期する周波数における消音効果が狭い帯域幅となるが消音効果が高くなるので、オーディオ信号Ｓａの影響を受けて能動騒音制御が不安定になる状況を防止することができる。なお、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回ったとき、ステップサイズパラメータμを段階的に徐々に小さな値となるような制御としてもよい。

この場合、さらに、参照信号ｒ（ｎ）に、更新されたフィルタ係数Ａ１、Ｂ１が乗算された信号を合成してマイクロフォン２８の位置（音検出手段位置）での模擬相殺音信号Ｓｋを生成し、模擬相殺音信号Ｓｋを安定化係数乗算器７８にて安定化係数α倍（定数倍）した安定化信号α・Ｓｋを検出信号ｅ１に合成し、合成検出信号を誤差信号ｅ（ｎ）としてフィルタ係数更新器（フィルタ係数更新手段）７１、７２に供給するように構成し、模擬相殺音信号Ｓｋを安定化係数α倍した安定化信号α・Ｓｋの大きさを、オーディオ信号Ｓａの大きさに応じて変更するようにしているので、例えば、オーディオ信号Ｓａが閾値ＴＨを上回ったときには、安定化係数αの値を、例えば標準値０．２から０．４と大きくするようにすれば、車室内におけるエンジン騒音の低減量は減少するが、楽音が大きくても一定量確実にエンジン騒音を低減でき、騒音制御が発散することを回避することができる。なお、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回ったとき、安定化係数αの値を段階的に徐々に大きな値となるような制御としてもよい。

同様に、オーディオ信号Ｓａが閾値ＴＨを上回ったときに、制御信号Ｓｃの振幅のリミット値をリミッタ付き減衰器（オーディオ信号振幅可変手段）９０により標準値の半分にすることにより、楽音が大きくても一定量確実に車室内騒音を低減でき、騒音制御が発散することを回避することができる。この場合にも、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回ったとき、リミット値を段階的に徐々に小さな値となるような制御としてもよい。

さらに、オーディオ信号Ｓａの大きさに応じて効果音信号Ｓｃの大きさを変更する増幅器（効果音信号振幅可変手段）４４を備え、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回った場合、増幅器４４の増幅度が「１」から「０．５」（半分の値）に変更されるようにしているので、効果音の大きさは小さくなるが、一定量確実に車室内騒音を低減でき、騒音制御が発散することを防止することができる。この場合にも、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回ったとき、増幅度を段階的に徐々に小さな値となるような制御としてもよい。

同様に、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回ったとき、効果音信号Ｓｃの大きさを調節するエンジン回転周波数Ｎｅの単位時間当たりの変化量であるエンジン回転周波数加速度ΔａＮｅ（回転加速度）の重みを一律小さな値（−６ｄＢ）とすることで効果音の大きさを小さくし、楽音を聞きながらも最適な室内音の演出が可能となる。この場合にも、オーディオ信号Ｓａの大きさが閾値ＴＨを上回ったとき、増幅度を段階的に徐々に小さな値となるような制御としてもよい。

このように上述した実施形態によれば、オーディオ信号Ｓａが大きい場合においても、車両内のエンジン騒音の的確な消音制御又は最適な室内音の演出が行える。

車両に搭載されたこの発明の実施形態に係る車両用能動音響制御装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した車両用能動音響制御装置の詳しい構成を示すブロック図である。 図２中の加速度補正器に設定される重みの説明図である。 安定化係数の動作説明に供されるブロック図である。 図５Ａは、ステップサイズパラメータが大きい場合の感度関数を示す説明図、図５Ｂは、ステップサイズパラメータが小さい場合の感度関数を示す説明図である。 図６Ａは、オーディオ信号が閾値より小さい場合の騒音制御の説明図、図６Ｂは、オーディオ信号が閾値より大きい場合の騒音制御の説明図である。 ステップサイズパラメータを変化させた場合の目標出力への収束の仕方の説明図である。 相殺音と実際の騒音との間に周波数差がある場合におけるうなり発生の説明図である。 図９Ａは、騒音制御がない場合の波形図、図９Ｂは、安定補償のない騒音制御の波形図、図９Ｃは、安定補償がある騒音制御の波形図である。 オーディオ信号が閾値を超えた場合に相殺音信号のリミット値を半減させたときの説明図である。

符号の説明

１０…車両用能動音響制御装置 １２…車両
１４…エンジン部 １６…ＡＮＣ回路部
１８…ＡＳＣ回路部 ２０…音源
２２…大きさ検出処理部 ２６…スピーカ
２８…マイクロフォン ４２…加速度補正器
４４…増幅器 ５０…基準信号生成器
５１、５２…１タップ適応フィルタ ５４…参照信号生成器
６１、６２…係数乗算器 ７１、７２…フィルタ係数更新器
７８…安定化係数乗算器

Claims (4)

1. オーディオ信号とエンジン騒音を相殺するための制御信号との合成信号に基づき共用の音出力手段から車室内に前記オーディオ信号に基づく楽音と前記制御信号に基づく相殺音を出力する車両用能動音響制御装置において、
   前記オーディオ信号の大きさを検出するオーディオ信号検出手段と、
   前記エンジン騒音と前記相殺音と前記楽音とを検出し検出信号を出力する音検出手段と、
   エンジン回転数に同期して生成される余弦波信号と正弦波信号にそれぞれ前記音出力手段から前記音検出手段までの伝達経路を模擬した模擬伝達特性を作用させて各参照信号を得る参照信号生成手段と、
   前記各参照信号と前記検出信号とが供給され、所定のステップサイズパラメータを用いて前記余弦波信号と前記正弦波信号とにそれぞれ乗算される適応フィルタのフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新手段と、
   更新されたフィルタ係数が乗算された前記余弦波信号と前記正弦波信号を合成して前記制御信号として出力する合成手段と、
   を備え、
   前記オーディオ信号の大きさに応じて前記ステップサイズパラメータの値を変更するようにした
   ことを特徴とする車両用能動音響制御装置。
2. 請求項１記載の車両用能動音響制御装置において、
   さらに、前記各参照信号に、更新された前記各フィルタ係数が乗算された信号を合成して音検出手段位置での模擬相殺音信号を生成し、該模擬相殺音信号を定数倍手段にて定数倍した信号を前記検出信号に合成し、合成検出信号を前記検出信号として前記フィルタ係数更新手段に供給するように構成し、
   前記定数倍手段の定数倍を、前記オーディオ信号の大きさに応じて変更するようにした
   ことを特徴とする車両用能動音響制御装置。
3. 請求項１記載の車両用能動音響制御装置において、
   さらに、前記制御信号の振幅を前記オーディオ信号の大きさに応じて変更するオーディオ信号振幅可変手段を備える
   ことを特徴とする車両用能動音響制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用能動音響制御装置において、
   さらに、
   前記エンジン回転数に応じた効果音を、前記音出力手段を共用して出力する効果音生成手段を有し、
   前記効果音生成手段は、
   １周期分の波形を格納する波形データテーブルと、前記波形データテーブルから順次波形データを読込むことにより基準信号を生成する基準信号生成手段と、前記エンジン回転数に応じて前記基準信号を音響変化させて前記効果音信号を生成し、前記オーディオ信号及び前記制御信号に合成させて前記音出力手段に供給する効果音信号生成手段と、
   前記オーディオ信号の大きさに応じて前記効果音信号の大きさを変更する効果音信号振幅可変手段と、を
   備えることを特徴とする車両用能動音響制御装置。

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