JP2019203919A

JP2019203919A - ノイズ除去装置

Info

Publication number: JP2019203919A
Application number: JP2018097025A
Authority: JP
Inventors: 丈二山田; Joji Yamada; 卓菅井; Taku Sugai; 齊藤　望; Nozomu Saito; 望齊藤
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2019-11-28

Abstract

【課題】打消し音の生成を停止する際の異音の発生を防止することができるノイズ除去装置を提供すること。【解決手段】ノイズ除去装置は、利用者の聴取位置に設置されたマイクロホン３０と、打消し音を出力するスピーカ２０と、マイクロホン３０から出力される誤差信号のパワーが最小となるように適応処理を行うことにより、マイクロホン３０の位置におけるノイズを打ち消す打消し音を生成するコントローラ１０と、スピーカ２０から出力する打消し音を徐々に小さくするゲイン制御部２２と、マイクロホン３０から出力されてコントローラ１０に入力される誤差信号を徐々に小さくするゲイン制御部３２とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されてエンジン等から伝わるノイズを打ち消すノイズ除去装置に関する。

従来から、マイクロホンから出力される誤差信号のパワーが最小となるように、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを用いた適応処理によって適応フィルタの係数を設定して騒音の打消し音を生成することにより、エンジンこもり音を打ち消すようにした騒音キャンセルシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この騒音キャンセルシステムでは、例えば運転者の耳元近傍にマイクロホンを設置することにより、運転者に聴こえるエンジンこもり音を低減することが可能となる。

特開２００９−９０９０４号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された騒音キャンセルシステムでは、スピーカから出力する打消し音を徐々に小さくするフェードアウト処理を行う必要が生じる場合がある。例えば、窓を開けたり、エンジン回転数が急に変化するなど、急激に周辺の音環境が変化した場合である。このような場合に、上述した騒音キャンセルシステムにおいてスピーカから出力する打消し音を徐々に小さくすると、それに伴って、マイクロホンから出力される誤差信号が増大することになるため、この大きな誤差信号を減少させる打消し音を生成しようとして適応フィルタの係数が急激に大きくなる。その結果、これらの係数が想定される値の上限に達してオーバーフローすることになり、適応対象との間で位相関係がずれて、異音発生の原因になるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、打消し音の生成を停止する際の異音の発生を防止することができるノイズ除去装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のノイズ除去装置は、利用者の聴取位置に設置されたマイクロホンと、打消し音を出力するスピーカと、マイクロホンから出力される誤差信号のパワーが最小となるように適応処理を行うことにより、マイクロホンの位置におけるノイズを打ち消す打消し音を生成する打消し音生成手段と、スピーカから出力する打消し音を徐々に小さくする第１のゲイン制御手段と、マイクロホンから出力されて打消し音生成手段に入力される誤差信号を徐々に小さくする第２のゲイン制御手段を備えている。これにより、打消し音の出力を停止する際に発生する誤差信号の増大を防止することができ、誤差信号の増大に起因する異音の発生を抑制することが可能となる。

特に、上述したノイズが、エンジン回転に伴って発生するエンジンこもり音である場合に、エンジン回転数が急激に変化したり、車両の窓を開け音響特性が変化したときに、打消し音の出力を停止した場合での異音の発生を防止することができる。

また、上述した打消し音生成手段は、エンジン回転に対応する正弦波信号を生成する正弦波信号生成手段と、正弦波信号生成手段によって生成した正弦波信号に基づいて打消し音を生成する適応フィルタと、スピーカからマイクロホンまでの音響空間の伝達関数を有し、正弦波信号生成手段によって生成された正弦波信号に基づいて参照信号を生成する参照信号生成手段と、参照信号が入力されており、適応フィルタのフィルタ係数を適応アルゴリズムで更新する適応アルゴリズム処理手段とを備えることが望ましい。また、上述した適応アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムであることが望ましい。これにより、適応アルゴリズムにしたがって更新される適応フィルタのフィルタ係数が急激に大きくなることがなく、このフィルタ係数が想定される値の上限に達することもなく、異音の発生を確実に防止することができる。

また、上述した適応フィルタは、入力される正弦波信号に基づいて互いにπ/２位相がずれた第１の正弦波信号と第２の正弦波信号を生成し、これら第１の正弦波信号と第２の正弦波信号のそれぞれに対してフィルタ係数ｗ１、ｗ２で重み付けを行って加算する処理を行うことが望ましい。第１および第２の正弦波信号をフィルタ係数ｗ１、ｗ２で重み付けして加算することにより、入力された正弦波信号に対して任意の振幅変化と位相変化を持たせることが可能となる。

また、上述した第１および第２のゲイン制御手段にそれぞれのゲインを連動して変化させることが望ましい。打消し音を徐々に小さくしたときに、打消し音生成手段の適応処理に用いられる誤差信号が増大することを確実に防止することができる。

一実施形態のノイズ除去装置の構成を示す図である。騒音制御フィルタの具体的な構成を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態のノイズ除去装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態のノイズ除去装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のノイズ除去装置は、コントローラ１０、スピーカ２０、ゲイン制御部２２、３２、マイクロホン３０、フェードアウト制御部４０を備えている。このノイズ除去装置は、ノイズ源としてのエンジン１００の回転に伴って発生するエンジンこもり音を、利用者（例えば、車両の運転者）の聴取位置において打ち消す打消し音を生成する。

コントローラ１０は、マイクロホン３０から出力される誤差信号ｅのパワーが最小となるように適応処理を行うことにより、マイクロホン３０の位置におけるノイズ（エンジンの回転に伴うエンジンこもり音）を打ち消す。コントローラ１０の詳細については後述する。

スピーカ２０は、コントローラ１０によって生成された打消し音を車室内空間（打消し音伝達系）に向けて出力する。ゲイン制御部２２は、スピーカ２０から出力する打消し音を徐々に小さくするためのものであり、増幅器や減衰器などを用いることができる。

マイクロホン３０は、利用者の聴取位置（具体的には、運転者の耳の近傍）に設置されており、この位置に到達するエンジンこもり音やスピーカから出力される打消し音を含む車室内空間の音を集音する。ゲイン制御部３２は、マイクロホン３０から出力されてコントローラ１０に入力される誤差信号ｅを徐々に小さくするためのものであり、増幅器や減衰器などを用いることができる。

フェードアウト制御部４０は、スピーカ２０から出力する打消し音を徐々に小さくするフェードアウト処理を行う。具体的には、フェードアウト制御部４０は、所定の条件を満たしたとき（例えば、エンジン回転数が急激に変化したり、運転者や同乗者が車両の窓を開けたときなど）に、２つのゲイン制御部２２、３２のゲインを連動して（同時に）徐々に小さくする。

次に、コントローラ１０の詳細について説明する。コントローラ１０は、正弦波発生器１２、騒音制御フィルタ１４、参照信号生成部１６、適応アルゴリズム処理部１８を含んで構成されている。

正弦波発生器１２は、エンジン回転数が入力されており、エンジン回転に対応する正弦波信号を生成する。エンジン回転数は、エンジンに取り付けられた回転数センサから取り込む場合の他に、エンジンを制御するエンジン制御部から取得するようにしてもよい。この正弦波発生器１２によって、エンジンこもり音と同じ周波数の正弦波信号が生成される。

騒音制御フィルタ１４は、正弦波発生器１２によって生成された正弦波信号に基づいて打消し音を生成する適応フィルタである。

図２は、騒音制御フィルタ１４の具体的な構成を示す図である。図２に示すように、騒音制御フィルタ１４は、−π／２の移相器１４Ａと、入力される正弦波信号に対してタップ係数（フィルタ係数）ｗ₁を乗算する乗算部１４Ｂと、入力される正弦波信号を移相器１４Ａに通した後の信号に対してタップ係数（フィルタ係数）ｗ₂を乗算する乗算部１４Ｃと、２つの乗算部１４Ｂ、１４Ｃの出力を加算する加算部１４Ｄを含んでいる。

入力される正弦波信号（第１の正弦波信号）をｃｏｓ（ωｎ）とすると、移相器１４Ａを通した後の正弦波信号（第２の正弦波信号）はｓｉｎ（ωｎ）と表すことができる。したがって、加算部１４Ｄから出力される信号は、ｗ₁ｃｏｓ（ωｎ）＋ｗ₂ｓｉｎ（ωｎ）となり、騒音制御フィルタ１４では、入力された正弦波信号に対して、周波数が同じであって位相と振幅を変更することができることがわかる。

参照信号生成部１６は、スピーカ２０からマイクロホン３０までの音響空間（車室内空間）の伝達関数Ｈを有し、正弦波発生器１２によって生成された正弦波信号に基づいて、この音響空間の伝達関数Ｈに対応する参照信号を生成する。具体的には、この参照信号は、正弦波発生器１２によって生成された正弦波信号に伝達関数Ｈを畳み込んで生成することができる。

適応アルゴリズム処理部１８は、参照信号生成部１６によって生成された参照信号が入力されており、騒音制御フィルタ１４のタップ係数ｗ₁、ｗ₂を適応アルゴリズムで更新する。適応アルゴリズムとしては、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムが用いられ、以下の式にしたがってタップ係数ｗ₁、ｗ₂の更新が行われる。

ｗ₁（ｎ＋１）＝ｗ₁（ｎ）−μｘ₁（ｎ）ｅ（ｎ）
ｗ₂（ｎ＋１）＝ｗ₂（ｎ）−μｘ₂（ｎ）ｅ（ｎ）
ここで、ｅ（ｎ）はマイクロホン３０から入力される誤差信号であり、ｘ₁（ｎ）、ｘ₂（ｎ）は参照信号生成部１６から入力される参照信号である。

上述したコントローラ１０が打消し音生成手段に、ゲイン制御部２２が第１のゲイン制御手段に、ゲイン制御部３２が第２のゲイン制御手段に、正弦波発生器１２が正弦波信号生成手段に、騒音制御フィルタ１４が適応フィルタに、参照信号生成部１６が参照信号生成手段に、適応アルゴリズム処理部１８が適応アルゴリズム処理手段にそれぞれ対応する。

エンジンこもり音を打ち消す通常動作時には、フェードアウト制御部４０は、ゲイン制御部２２、３２のゲインを１に設定する。これにより、コントローラ１０から出力される打消し音が減衰することなくスピーカ２０から出力される。また、マイクロホン３０から出力される誤差信号が減衰することなくコントローラ１０に入力される。これにより、従来から行われているエンジンこもり音の打消し動作が行われる。

これに対し、スピーカ２０から出力する打消し音を徐々に小さくするフェードアウト時には、フェードアウト制御部４０は、２つのゲイン制御部２２、３２のゲインｇを、以下に示す式にしたがって更新する（徐々に変化させる）。

ｇ（ｎ＋１）＝ｇ（ｎ）・ｐ
ここで、ｐは１未満の係数である。

このように、本実施形態のノイズ除去装置では、スピーカ２０から出力される打消し音を徐々に小さくすると同時に、マイクロホン３０から出力される誤差信号ｅに対してもゲインを小さくする制御を行ってコントローラ１０に入力される誤差信号を徐々に小さくしているため、フェードアウト時の誤差信号の増大に起因する異音の発生を抑制することが可能となる。

特に、誤差信号の増大を抑えることで、適応アルゴリズムにしたがって更新される適応フィルタ（騒音制御フィルタ１４）のフィルタ係数が急激に大きくなることがなく、このフィルタ係数が想定される値の上限に達することもなく、異音の発生を確実に防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、エンジンこもり音を打ち消すノイズ除去装置について本発明を適用したが、フェードアウト時の異音発生防止の観点からは、適応フィルタのフィルタ係数を適応アルゴリズムにしたがって更新するノイズ除去装置であれば、エンジンこもり音以外のノイズを除去する用途についても本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、打消し音の出力を停止する際に発生する誤差信号の増大を防止することができ、誤差信号の増大に起因する異音の発生を抑制することが可能となる。

１０コントローラ
１２正弦波発生器
１４騒音制御フィルタ
１６参照信号生成部
１８適応アルゴリズム処理部
２０スピーカ
２２、３２ゲイン制御部
３０マイクロホン
４０フェードアウト制御部
１００エンジン

Claims

利用者の聴取位置に設置されたマイクロホンと、
打消し音を出力するスピーカと、
前記マイクロホンから出力される誤差信号のパワーが最小となるように適応処理を行うことにより、前記マイクロホンの位置におけるノイズを打ち消す前記打消し音を生成する打消し音生成手段と、
前記スピーカから出力する前記打消し音を徐々に小さくする第１のゲイン制御手段と、
前記マイクロホンから出力されて前記打消し音生成手段に入力される前記誤差信号を徐々に小さくする第２のゲイン制御手段
を備えることを特徴とするノイズ除去装置。
前記ノイズは、エンジン回転に伴って発生するエンジンこもり音であることを特徴とする請求項１に記載のノイズ除去装置。
前記打消し音生成手段は、
前記エンジン回転に対応する正弦波信号を生成する正弦波信号生成手段と、
前記正弦波信号生成手段によって生成した前記正弦波信号に基づいて前記打消し音を生成する適応フィルタと、
前記スピーカから前記マイクロホンまでの音響空間の伝達関数を有し、前記正弦波信号生成手段によって生成された前記正弦波信号に基づいて参照信号を生成する参照信号生成手段と、
前記参照信号が入力されており、前記適応フィルタのフィルタ係数を適応アルゴリズムで更新する適応アルゴリズム処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のノイズ除去装置。
前記適応アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムであることを特徴とする請求項３に記載のノイズ除去装置。
前記適応フィルタは、入力される前記正弦波信号に基づいて互いにπ/２位相がずれた第１の正弦波信号と第２の正弦波信号を生成し、これら第１の正弦波信号と第２の正弦波信号のそれぞれに対してフィルタ係数ｗ１、ｗ２で重み付けを行って加算する処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のノイズ除去装置。
前記第１および第２のゲイン制御手段にそれぞれのゲインを連動して変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のノイズ除去装置。