JP2962602B2 - 騒音制御装置 - Google Patents

騒音制御装置

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JP2962602B2
JP2962602B2 JP3267604A JP26760491A JP2962602B2 JP 2962602 B2 JP2962602 B2 JP 2962602B2 JP 3267604 A JP3267604 A JP 3267604A JP 26760491 A JP26760491 A JP 26760491A JP 2962602 B2 JP2962602 B2 JP 2962602B2
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和也 佐古
正明 永海
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスピーカを用いて騒音を
消去する騒音制御装置に関し、特に本発明では騒音に対
する消去音を形成する処理収束時間を短縮し消去音の精
度を向上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
するためにマフラー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望まれて
いた。これに対して従来から音原が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
ろが、この能動型の騒音制御装置自体の周波数特性ある
いは安定性等が充分でなく実用化が遅れていた。 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扱い
うことのできる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ー3
11396号公報)。これはダクトの上流に設置された
騒音源補足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位相・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するフィードフォワード系
と、消音された結果を消音点用のマイクロフォンで検出
して消音結果を最小にするフィードバック系を組み合わ
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。この装置には逆位相・等音圧の
補償音を形成する適応性フィルタはDSP(Digit
al SignalProcssor)で構成されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の騒
音制御装置を自動車や空調システム等に搭載する場合に
は自動車や空調システムの速度の変化等運転状態の変化
に応じて騒音の周波数特性等の変化に対応させるために
ディジタル信号処理を行う適応型フィルタの係数を更新
してるが、この信号処理には一定の収束時間を必要とす
るため自動車等の速度等運転状態の変化が急に変化しと
きにはこの収束時間のために時間遅れが生じて精度に劣
化が生じこのため騒音消去が悪化するという問題点が生
じる。
【0004】したがって本発明は上記問題点に鑑み適応
型フィルタの係数の収束性を向上して騒音消去の特性を
向上させることを目的とする。
【0005】
【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、騒音源から発生する騒音の高調波を形成
し、これを入力信号として騒音の特性と逆の特性を形成
するように等化してその誤差信号を最小にするべく係数
を更新してフィードバック制御を行う適応型フィルタを
有する騒音制御装置において、該騒音伝達経路の減衰周
波数特性に応じて各該高調波のレベルを調整して該騒音
伝達経路の減衰周波数特性を予め等化する。さらに騒音
の高調波を入力する該適応型フィルタの入力段に前置処
理フィルタを設け、これに予め該騒音伝達経路の減衰周
波数特性を等化する係数を初期設定するようにしてもよ
い。該騒音源の騒音の周波数のうち不快感をあたえる高
調波の周波数を強調して除去するようにしてもよい。
【0006】
【作用】本発明の騒音制御装置によれば、該騒音伝達経
路の減衰周波数特性に応じて各該高調波のレベルを調整
して該騒音伝達経路の減衰周波数特性を予め等化するこ
とによって、さらには騒音の高調波を入力する該適応型
フィルタの入力段に前置処理フィルタを設け、これに予
め該騒音伝達経路の減衰周波数特性を大略等化する係数
を初期設定することによって、該適応型フィルタは騒音
伝達経路の周波数特性については等化処理することを要
しないのでその等化処理の分だけ収束時間が短縮され騒
音源の騒音発生状態が激しく変化する場合には応答性が
向上することになり、騒音制御の効果を高めることが可
能になる。
【0007】
【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は本発明の第1の実施例に係る騒音制
御装置を示す図であり、騒音源として自動車のエンジン
を対象とした場合に例である。本図を用いて本発明の全
体構成を説明する。該装置は自動車等のエンジン1と、
該エンジン1の排気ガスを大気に放出するための排気管
2と、騒音発生を抑制するために大気に放出されるまで
の該排気管2の途中に徐々に排気ガスを減圧してその減
圧により生じる騒音がその壁の反射等により干渉して消
音を行うサブマフラー3ー1及び3ー2と、上記と同様
の目的で該サブマフラー3ー1及び3ー2の後段に設け
られたメインマフラー4と、該メインマフラー4に接続
され大気に排気ガスを大気に放出するテールパイプ5、
該エンジン1の回転数信号(Sr)、圧力信号(Sp)
に基づき該エンジンを制御するエンジンコントロール部
6と、該エンジンの騒音発生状態を示す信号である該エ
ンジン1からのエンジン回転数信号に基づいて騒音に対
する補償信号を形成する補償信号形成部7と、該補償信
号形成部7からのディジタル出力信号をアナログ信号に
変換するディジタル/アナログ変換器8と、該ディジタ
ル/アナログ変換器8に接続されて高調波を除去する低
域通過フィルタ9、該低域通過フィルタ9に接続される
電力増幅器10と、該電力増幅器10からの信号で駆動
され音波を放出し該テールパイプ5からの騒音を相殺す
るスピーカ11と、該テールパイプ5からの騒音が該ス
ピーカ11で相殺された結果を補足し電気信号に変換す
るマイクロフォン12と、該マイクロフォン12に接続
される増幅器13と、該増幅器13に接続される低域通
過フィルタ14と、該低域通過フィルタ14に接続され
アナログ信号をディジタル信号へ変換するアナログ/デ
ィジタル変換器15と、該補償信号形成部7、該ディジ
タル/アナログ変換器8及び該アナログ/ディジタル変
換器15へサンプリング信号を供給し該エンジン1の回
転数信号により回転数の変化に依存してサンプリング周
波数を可変するサンプリング周波数可変部16とを含
む。
【0008】該補償信号形成部7は騒音の高調波を模擬
するために該エンジン1の回転数信号を基本信号として
これの高調波信号を形成するための高調波形成部71
と、該高調波形成部71から各高調波のレベルを制御す
るレベル制御部72と、該レベル制御部72で形成され
た信号を被制御信号として用い、補償信号を形成する適
応型フィルタ73と、該アナログ/ディジタル変換器1
5からの制御信号が最小になるように係数を決定して該
係数を該適応型フィルタ73へ供給する最小化部74と
を含む。これは該エンジン1の騒音源が回転数に依存す
る1次、2次、3次、・・・、n次の高調波成分の集合
体であり、回転数の上昇に伴い上昇する。
【0009】図2は図1の適応型フィルタの構成を示す
図である。本図に示す様に該適応型フィルタ73は、該
レベル制御部72からの入力信号を1サンプリング周期
づつ遅延させる複数の遅延器731と、該入力信号及び
各該遅延器731の出力信号に接続される複数の可変乗
算器732と、各該可変乗算器732に接続される複数
の加算器733とを含む。各該可変乗算器732の係数
a0,a1,a2,・・・anは該最小化部74からの
供給により可変である。
【0010】ここで、サンプリング周波数をfsとする
と、サンプリング周期TはT=1/fsであり、入力信
号をx(t)=exp(jωt)とすると、出力信号y
(t)は次のように表せる。 y(t)=a0・exp(jωt)+a1・expjω(t−T)+a2・e xpjω(t−2T)+・・・+am・expjω(t−mT) =exp(jωt)・(a0+a1・exp(−jωT)+a2・e xp(−j2ωT)+・・・+am・exp(−jmωT)) 次に係数を更新する最小化部74について説明する。上
記式で入力信号をx(n)=exp(jnωt)として
かつ係数ak(n)として表すと各係数ak(n)は次
式で収束して求められる。
【0011】
【数1】
【0012】この式でe(n)は該アナログ/ディジタ
ル変換器15の出力信号で誤差信号を表し、αは収束定
数であり、係数ak(n)が一定値に収束するまでには
所定時間を要し、該適応型フィルタ73の入力信号が所
望の信号から離れている場合にはとくに収束時間が長く
なる。したがって該適応型フィルタ73の入力信号が所
望の信号に近ければ収束時間が短くなることが予想され
る。
【0013】図3は図1の高調波形成部及びレベル制御
部を示す図である。本図に示すように該高調波形成部7
1はエンジン回転数を所定の基本周波数に変換する基本
波発生部711と、該基本波発生部711の基本周波数
を1、2、・・・、n倍に逓倍する複数の逓倍器712
とを含む。該レベル制御部72は各該逓倍器712から
の信号レベルを可変する複数の可変乗算器721と、各
該可変乗算器721の出力信号を加算する複数の加算器
722と、各該可変乗算器721の乗算係数を記憶し該
逓倍器712の騒音周波数の信号に基づいて各該可変乗
算器721に乗算係数を供給する係数供給部723とを
含む。
【0014】図4は図3における係数記憶部が記憶する
係数を説明する図である。本図(a)はエンジン回転数
をパラメータとして騒音の高調波の周波数の変化を示す
図であり、該高調波形成部71ではエンジン回転数に対
応してこの高調波を形成している。本図(b)の上部図
は該サブマフラー3ー1及び3ー2並びに該メインマフ
ラー4の音響減衰特性である。本図(b)に示すように
この音響減衰特性は平坦ではなく固有の共鳴を有する。
回転数に依存する1次、2次、3次、・・・、n次の高
調波成分は回転数の上昇に伴い上記共鳴部分を高次、・
・・3次、2次、1次と通過する周波数が入れ替わって
変化していた。このため該適応型フィルタ73では従来
このマフラーの特性をも考慮して補償信号を収束させな
ければならず収束に時間を要していた。そのため本図
(b)の下部図のように騒音周波数に対して予めマフラ
ーの特性を測定しておきこれに基づき本図(a)に示す
騒音の各高調波のゲインを調整するようにすれば上述し
た収束時間の短縮が図れることが理解できる。本図
(c)はマフラーの周波数特性をもとに騒音周波数f
0、f1、f2、・・・、fnとして該可変乗算器72
1の乗算係数g0、g1、g2、・・・、gnをマップ
状に該係数供給部723に記憶する。
【0015】本実施例によれば、該適応型フィルタ73
に前置して高調波の調整するようにしたので常に同レベ
ルで高調波を入力した場合に比較して該適応型フィルタ
73の処理の負担が軽減され収束時間の短縮が図れる。
なお、該係数供給部723に記憶されている乗算係数は
該エンジン1の負圧条件で変化する場合があるので、負
圧をパラメータとして記憶するようにしてもよい。
【0016】さらに図3において該逓倍器712の2次
成分の乗算器721の乗算係数を他の係数よりも大きく
することによって強制的に2次成分を強調して不快感を
与えやすい騒音の2次成分を除去することも可能であ
る。図5は本発明の第2の実施例に係る騒音制御装置を
示す図である。本図に示す構成で第1の実施例と異なる
ものは該適応型フィルタ73の入力段に設けられこれと
略同様の構成をし、該高調波形成部71から入力信号を
供給される前置フィルタ75と、該巡回型フィルタ75
に係数を供給する係数メモリ部76と、該係数メモリ部
76に外部から初期係数を設定させる初期設定回路77
とである。図6は初期設定係数を測定する例を示す図で
ある。本図に示すように実際のマフラーにスピーカを設
定し基準信号発生部100により基準信号を与える。こ
の例による測定系によりマフラーの減衰特性が図4に示
すように固定であるので予め該巡回型フィルタ75でこ
れを等化するように該初期設定回路77及び該係数メモ
リ部76を介して係数を該巡回型フィルタ75に設定さ
れる。
【0017】かくして後段の該適応型フィルタ73は等
化フィルタの負担を軽減し収束を早めることができ応答
性が向上し周波数変化が激しい場合でも騒音制御の高価
を高めることができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、該
騒音伝達経路の減衰周波数特性に応じて各該高調波のレ
ベルを調整して該騒音伝達経路の減衰周波数特性を予め
等化しさらに騒音の高調波を入力する適応型フィルタの
入力段に前置フィルタを設け、これに予め該騒音伝達経
路の減衰周波数特性等の固定部分を大略等化する係数を
初期設定して該騒音伝達経路の減衰周波数特性のを等化
するようにしたので適応型フィルタの負担が軽減され騒
音源の発生状態の激しい変化に対しても収束時間が早く
なる騒音制御の効果を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る騒音制御装置を示
す図である。
【図2】図1の適応型フィルタの構成を示す図である。
【図3】図1の高調波形成部及びレベル制御部を示す図
である。
【図4】図3における係数記憶部が記憶する係数を説明
する図である。
【図5】本発明の第2の実施例に係る騒音制御装置を示
す図である。
【図6】初期設定係数を測定する例を示す図である。
【符号の説明】
1・・・エンジン 2・・・排気管 3・・・サブマフラー 4・・・メインマフラー 5・・・テールパイプ 7・・・補償信号形成部 11・・・スピーカ 12・・・マイクロフォン 71・・・高調波形成部 72・・・レベル制御部 73・・・適応型フィルタ 74・・・最小化部 75・・・巡回型フィルタ 76・・・係数メモリ部 77・・・初期設定回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−48910(JP,A) 特開 昭63−311396(JP,A) 特開 平5−11778(JP,A) 特開 平5−108081(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 1/00 G10K 11/178

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 騒音源(1)から発生する騒音の高調波
    を形成し、これを入力信号として騒音の特性と逆の特性
    を形成するように等化してその誤差信号を最小にするべ
    く係数を更新してフィードバック制御を行う適応型フィ
    ルタ(73)を有する騒音制御装置において、 該騒音伝達経路(4)の減衰周波数特性に応じて各該高
    調波のレベルを調整して該騒音伝達経路(4)の減衰周
    波数特性を予め等化することを特徴とする騒音制御装
    置。
  2. 【請求項2】 騒音源(1)から発生する騒音の高調波
    を形成し、これを入力信号として騒音の特性と逆の特性
    を形成するように等化してその誤差信号を最小にするべ
    く係数を更新してフィードバック制御を行う適応型フィ
    ルタ(73)を有する騒音制御装置において、 騒音の高調波を入力する該適応型フィルタ(73)の入
    力段に前置処理フィルタ(75)を設け、これに予め該
    騒音伝達経路(4)の減衰周波数特性を等化する係数を
    初期設定することを特徴とする騒音制御装置。
  3. 【請求項3】 該騒音源(1)の騒音の周波数のうち不
    快感をあたえる高調波の周波数を強調して除去する請求
    項1記載の騒音装置。
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