CN102568468A

CN102568468A - 驻波衰减装置

Info

Publication number: CN102568468A
Application number: CN2011103190837A
Authority: CN
Inventors: 关根聪; 棚濑廉人; 深津圭一; 加藤信一; 吉田笃史
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: US9099075B2; US20120097477A1; EP2444965A2; CN102568468B; JP5772487B2; JP2013068918A

Abstract

本发明公开了一种驻波衰减装置。驻波衰减装置被安装在车辆的车厢中，以便于减小由诸如道路噪声的外部噪声所引起的驻波。驻波衰减装置提供了闭环，该闭环包括：具有反馈环的反馈梳形滤波器、麦克风、扬声器和延迟元件。延迟元件调整反馈梳形滤波器的输出信号的相位，使得信号通过反馈环的一次循环所需要的时间匹配驻波的半周期。包括驻波的原始声音由麦克风拾取，并且经历处理，使得扬声器产生具有与构成驻波的声音波的相位相反的相位的声音波，使得驻波由从扬声器发出的声音波抵消。

Description

驻波衰减装置

技术领域

本发明涉及抑制在运行的车辆中的噪声的消声装置，并且具体地，涉及对在车辆的车厢或室中的驻波进行衰减的驻波衰减装置。

本申请要求日本专利申请No.2010-235833和No.2011-196777的优先权，其全部内容通过引用并入这里。

背景技术

通常，车辆在运行时遭受车轮的振动，该振动被传递到车辆的车厢或室中，因此引起了具有大范围的频率分量的噪声。该噪声被称为道路噪声，该噪声被传递到车辆的车厢或室中而造成令人耳不悦的驻波。专利文献1公开了一种用于对在车辆的车厢或室中的驻波进行衰减的技术。专利文献1结合图15至18公开了多个管被固定到车辆的车厢内的车顶的内表面，其中每个管都具有每个驻波的四分之一长度。当在车辆的车厢中发生其频率与管的共振频率相匹配的驻波时，在管中发生管共振现象，从而抵消了驻波的能量。因此，该技术能够对在车辆的车厢中的驻波进行衰减。

专利文献1的技术需要基于车厢的尺寸来预先确定管的长度，该长度足以对在车辆的车厢中的驻波进行衰减，由此这些管被固定在车辆的车顶下。例如，诸如四门轿车的车辆提供了下述车厢，该车厢的形状可以易于引起具有大约160Hz的频率的驻波。应当准备长度为50cm或更长的长管，以通过管共振现象来对160Hz的驻波进行衰减。然而，难以在车辆的车厢内安装长管。即使长管被成功地安装在车厢中，它们也可能对车辆中的驾驶员或乘客产生压抑的感觉。当由于车辆经历诸如施加到车轮的轮胎的气压的激励条件中的老化而导致的振动方向和频率的波动时，难以通过管的共振频率来适应波动的振动条件；因此，随着时间的流逝变得难以对车厢中的驻波进行衰减。

现有技术文献

专利文献1：日本专利申请公开No.2009-220775

发明内容

本发明的目的在于提供一种驻波衰减装置，该驻波能够在不占用有限空间的情况下衰减在有限空间中的驻波。

本发明的驻波衰减装置，包括：

第一闭环，包括：声振动输入装置，所述声振动输入装置将包括由麦克风拾取的驻波分量的声音转换成声音信号；反馈梳形滤波器，所述反馈梳形滤波器处理所述声音信号以使所述驻波分量通过所述反馈梳形滤波器；以及声振动输出装置，所述声振动输出装置提供基于所述反馈梳形滤波器的处理结果的输出信号；

第一相位调整部，所述第一相位调整部被包括在所述第一闭环中，所述第一相位调整部调整在输入到所述声振动输入装置的所述驻波分量的输入相位和从所述声振动输出装置输出的所述驻波分量的输出相位之间的相位差，以匹配与所述驻波分量的周期相关的规定值的奇数倍；

第二闭环，所述第二闭环包括具有加法器的所述反馈梳形滤波器，所述加法器将所述声振动输入装置的输出信号引入到所述第二闭环中；以及

第二相位调整部，所述第二相位调整部包括在所述第二闭环中，所述第二相位调整部调整在经由所述声振动输入装置输入到所述加法器的所述驻波分量的相位和经由所述第二闭环反馈到所述加法器的所述驻波分量的相位之间的相位差，以匹配所述规定值的奇数倍。规定值可以与驻波分量的半周期相对应，使得延迟元件调整反馈梳形滤波器的相位，使得用于信号通过第二闭环的一次循环所需要的时间匹配驻波分量的半周期。

驻波衰减装置可以被安装在车辆的车厢中，从而减小噪声，诸如道路噪声。当驻波发生在车辆的车厢中时，声振动输入装置提供包括驻波分量的声音信号，该声音信号被传输通过反馈梳形滤波器和延迟元件，使得声振动输出装置发出声音波，该声音波具有与构成驻波的声音波的相位相反的相位。驻波的声音波由声振动输出装置的声音波所抵消，使得驻波被减小。驻波衰减装置需要相对小的空间用于安装，但是展示了对令人耳不悦的驻波的高衰减效果。

附图说明

将参考附图更加详细地描述本发明的这些和其它目的、方面和实施例。

图1A示出了根据第一实施例的安装在车辆中的驻波衰减装置的构造。

图1B示出了在车辆的车门之间发生的声音波PW。

图1C示出了由混合声音波PW形成的驻波SW₁。

图2示出了通过反馈梳形滤波器的基本构造指定的振幅特性H。

图3示出了在图1的驻波衰减装置的一部分中出现的振幅特性F，该部分从加法器的输入端子到LPF的输出端子。

图4示出了在车辆中的驾驶员的座位的车门和另一个前排乘客的座位的车门之间的各种点处测量的关于声音压力水平的测量结果。

图5示出了在车辆中的驾驶员的座位的车座靠枕测量的关于A特性声音压力的其他测量结果。

图6示出了根据第二实施例的安装在车辆中的驻波衰减装置的构成。

图7示出了根据第三实施例的安装在车辆中的驻波衰减装置的构成。

图8示出了根据第四实施例的安装在车辆中的驻波衰减装置的构成。

图9示出了根据第五实施例的安装在车辆中的驻波衰减装置的构成。

图10A示出了具有在车厢中的左车门和右车门之间的中心处设置的节点的左右驻波。

图10B示出了具有在车厢中的前玻璃和后玻璃之间的中心处设置的节点的前后驻波。

图10C示出了具有在车厢中的顶篷和地板之间的中心处设置的节点的上下驻波。

图11示出了在图1的驻波衰减装置的一部分中出现的振幅特性F’，该部分从反馈梳形滤波器中排除LPF，从加法器的输入端子到延迟元件的输出端子。

图12示出了根据本发明的第一变体的安装在车辆中的驻波衰减装置的构造。

图13示出了根据本发明的第二变体的安装在车辆中的驻波衰减装置的构造。

具体实施方式

将参考附图通过示例来更加详细地描述本发明。

1.第一实施例

图1A示出了安装在车辆90中的驻波衰减装置10的构造。当车辆90的轮胎91引起具有以其固有频率传递到车厢93的振动时，多个声音波PW(例如，在图1A中的两个声音波PW)在车厢93中的两个相对侧(即，驾驶员座位的车门94和另一前排乘客座位的车门95)上反射，其中声音波PW(参见图1B)被混合以形成等于波长λ_k的具有单个频率的驻波SW_k(参见图1C)(即，k阶(k-degree)声模)，该波长λ_k是在车门94和95之间距离D的2/k倍(其中k＝1，2，...)。

控制点P被设定到车门95的上部，该控制点P与在车厢93内的k阶驻波SW_k的波腹相关地进行设置。驻波衰减装置10发出声音波CW(未示出)，该声音波CW在控制点P处抵消构成驻波SW_k的声音波PW，因此对驻波SW_k进行衰减(或消除)。

驻波衰减装置10提供了闭环LP_OUT，该闭环LP_OUT包括麦克风20、控制器22和扬声器21。闭环LP_OUT的麦克风20用作声振动输入装置，麦克风20吸收声音并且将声音转换成电信号，该声音包括受衰减影响的驻波SW_k的分量。扬声器21用作基于由控制器22处理的电信号输出声音的声振动输出装置。扬声器21被固定到车门95的上部，接近为另一前排乘客座位供应的扶手(未示出)，使得其发声面指向控制点P。麦克风20在与扬声器21相同的平面中被固定到与车门95的上部接近的位置。

控制器22基于从麦克风20输入到控制器22的声音信号X(i)来生成与声音波CW相对应的声音信号Z’(i)，使得扬声器21基于声音信号Z’(i)产生与声音波CW相对应的声音。控制器22包括A/D转换器68、反馈梳形滤波器30、延迟元件41、低通滤波器(LPF)42、D/A转换器69和功率放大器(AMP)43。

A/D转换器68将从麦克风20输出的模拟信号转换成数字信号，该数字信号被转发到反馈梳形滤波器30作为声音信号X(i)。反馈梳形滤波器30具有闭环LP_IN，该闭环LP_IN包括加法器31、延迟元件33、LPF 34和系数乘法器35。闭环LP_IN的加法器31将反馈梳形滤波器30的输出信号Y(i)返回到闭环LP_IN。延迟元件33用作相位调整部，该相位调整部产生在驻波SW1的频率分量的输入相位和相同频率分量的反馈相位之间的相位差的奇数倍(∏的奇数倍)，驻波SW1的频率分量被包括在经由A/D转换器68从麦克风20输入到加法器31的声音信号X(i)中；相同频率分量被包括在经由闭环LP_IN到加法器31的反馈信号中。LPF 34用作频率特性调整部，其调整经由闭环LP_IN到加法器31的反馈信号的频率特性。系数乘法器35用作反馈增益调整部，该反馈增益调整部对已经在频率特性方面进行了调整的反馈信号的相位进行反相。

具体地，闭环LP_IN的加法器31将系数乘法器35的输出信号Y’(i-n)×α(其中α表示系数)添加到A/D转换器68的声音信号X(i)，以便于产生加信号X(i)+Y’(i-n)×α，该加信号被转发到延迟元件41和反馈梳形滤波器30的延迟元件33作为输出信号Y(i)。延迟元件33使输出信号Y(i)延迟n个采样，以便于将信号Y(i-n)输出到LPF 34。这里，延迟元件33拥有与驻波SW_k的半周期(即，T₁/2)的奇数倍相对应的延迟时间DT₃₃。通过使延迟时间DT₃₃除以声音信号X(i)的采样周期Ts来产生用于在延迟元件33中对输出信号Y(i)进行延迟的采样数目。LPF34抑制在延迟元件33的输出信号Y(i-n)内的比截止频率fc更低的频率分量，由此将信号Y’(i-n)输出到系数乘法器35。LPF 34的截止频率fc高于驻波SW₁的频率f_SW1，但是低于驻波SW₂的频率f_SW2，其中f_SWk＝c/λ_k，c表示声音速度(m/s)。系数乘法器35使LPF 34的输出信号Y’(i-n)乘以负系数α(其中0＞α＞-1)，由此将信号Y’(i-n)×α输出到加法器31。

使信号通过闭环LP_IN的一次循环所需要的时间是受衰减影响的驻波SW_k中具有最长波长的驻波SW₁的大约半个周期(即，T₁/2)，闭环LP_IN包括加法器31、延迟元件33、LPF 34以及系数乘法器，其中，注意，执行反相的系数乘法器35被包括在闭环LP_IN中。注意与驻波SW₁相同的频率分量，对于相同的相位，加法器31将包括在经由A/D转换器68输入的声音信号X(i)中的驻波SW₁的分量和包括在经由系数乘法器35的反馈信号Y’(i-n)×α中的驻波SW₁的分量相加。因此，反馈梳形滤波器30选择性地使经由A/D转换器68输入的声音信号X(i)内的驻波SW₁的分量传播通过反馈梳形滤波器30。

在反馈梳形滤波器30之后的延迟元件41用作相位调整部，该相位调整部将在输入到麦克风20的驻波SW_k的输入相位和从扬声器21输出的驻波SW_k的输出相位之间的相位差转换成∏的奇数倍。延迟元件41使反馈梳形滤波器30的输出信号Y(i)延迟m个采样，由此将信号Z(i)输出到LPF 42。在闭环LP_OUT中，传输延迟分别在扬声器21、在扬声器21和麦克风20之间的空气传导路径、麦克风20、A/D转换器68、反馈梳形滤波器30以及延迟元件41和LPF 42、系数乘法器99、D/A转换器69和功率放大器43中发生。延迟元件41拥有与在包括在闭环LP_OUT中传输延迟的总和与驻波SW₁的半周期(T₁/2)的奇数倍之间的差相对应的延迟时间DT₄₁。通过使延迟时间DT₄₁除以声音信号X(i)的采样周期Ts而产生用于在延迟元件41中对输出信号Y(i)进行延迟的采样数目m。

LPF 42用作频率特性调整部，该频率特性调整部调整经由闭环LP_OUT反馈到控制点P的反馈信号的频率特性。LPF 42抑制延迟元件41的输出信号Z(i)内的比截止频率fc(高于f_SW1但是低于f_SW2)更高的频率分量，由此将信号Z’(i)输出到系数乘法器99。系数乘法器99使输出信号Z’(i)乘以正系数β(其中0＜β＜1)，因此将其相乘结果Z’(i)×β输出到D/A转换器69。该信号Z’(i)×β由D/A转换器69转换成模拟信号，并且然后由功率放大器43进行放大，使得扬声器21输出声音波CW。

当在驻波衰减装置10进行操作的同时驻波SW_k在车厢93中被激发时，扬声器21向控制点P发出声音波CW，该声音波CW包括与驻波SW_k的单个频率相同的频率分量并且具有与构成驻波SW_k的声音波SW的相位相反的相位。下面将描述该过程的细节。

图2示出了由反馈梳形滤波器(与在图1中排除LPF 34的反馈梳形滤波器30的构成相对应)的基本构造规定的振幅特性H。在α＜0的情况下，振幅特性H指示驻波SW₁的频率f_SW1及其奇数倍处的峰值(或极值)。这是因为，反馈梳形滤波器30涉及在经由A/D转换器68输入到加法器31的驻波SW1的输入相位与经由闭环LP_IN中的系数乘法器35反馈到加法器31的驻波SW1的反馈相位之间的相位差(与∏的奇数倍相对应)，其中对于相同的相位，加法器31将(来自系数乘法器35的)驻波SW₁的反馈分量添加到(来自A/D转换器68的)驻波SW₁的输入分量。另外，驻波衰减装置10涉及在输入到麦克风20的驻波SW_k的输入相位与从扬声器21输出的驻波SW_k的输出相位之间的相位差(与∏的奇数倍相对应)。为此，当一阶驻波SW₁在车厢93中被激发时，具有与驻波SW₁的频率f_SW1相对应的单个频率的声音波(见图4)被输出为声音波CW，该声音波CW具有与构成驻波SW₁的声音波PW的相位相反的相位。

第一实施例示出了下述效果。

(1)当驻波SW_k在车厢93中被激发时，在控制点P的声音信号X(i)被传输通过A/D转换器68、反馈梳形滤波器30、延迟元件41、LPF 42、系数乘法器99、D/A转换器69和功率放大器43，使得具有与构成驻波SW_k的声音波PW的相位相反的相位的声音波CW被反馈到控制点P。在控制点P处，声音波PW和声音波CW彼此抵消，因此对驻波SW_k进行衰减。即使当声音信号X(i)包括除了驻波SW_k以外的音频分量(例如，由音频装置产生的音频分量)时，音频分量也由反馈梳形滤波器30进行衰减并且不被反馈到车厢93。为此，能够防止由于音频信号(由音频装置产生)通过闭环LP_OUT的循环所引起的振鸣，使得驻波衰减装置10将不会对音频质量造成负面影响。即，第一实施例能够在车辆90的车厢93中不引起振鸣并且不对音频质量造成负面影响的情况下有效地对驻波SW_k进行衰减。

(2)第一实施例在延迟元件33和41之后插入LPF 34和42，因此对信号Z’(i)内的高频率分量进行衰减。当驻波SW₁的频率增加使得总延迟时间变得高于驻波SW₁的半周期(即，T₁/2)时，能够使信号Y(i)延迟驻波SW₁的一个周期(T₁)，并且然对其进行反相，因此产生了信号Z’(i)。使用模拟延迟元件和模拟滤波器，能够通过仅使用模拟电路来重新构造驻波衰减装置。

(3)第一实施例在LPF 42和D/A转换器69之间插入系数乘法器69，其中声音波CW的振幅随着系数乘法器69的系数β变得接近“1”而增加，同时声音波CW的振幅随着系数β变得接近“0”而减小。通过适当地设置系数β，能够防止由于声音波CW循环通过闭环LP_OUT所引起的振鸣。

本发明人已经进行了实验来验证驻波衰减装置10的效果。在实验中，驻波衰减装置10被安装在四门轿车车辆中，其中，在车厢内发出具有频率f_SW1的声音波，以便于测量在驾驶员座位的车门和另一个前排乘客座位的车门之间的规定点的声音压力。图4是测量结果的曲线图，图示了两个曲线，该两个曲线表示关于具有安装在车辆中的驻波衰减装置10的第一采样和没有驻波衰减装置10的第二采样的声音压力分布，其中，垂直轴表示声音能量(即，声音压力水平)，同时水平轴表示从另一个前排乘客座位的车门到驾驶员座位的车门所测量的距离。图4示出了在第一情况和第二情况(有驻波衰减装置10/没有驻波衰减装置10)中，声音压力水平在靠近车门的点处增加。这指示了在车辆的车厢中发生一阶驻波SW₁(具有车门之间距离两倍的波长)。与第二采样相比，具有驻波衰减装置10的第一采样明显改善了其噪声抵抗能力，使得声音压力水平在规定点处减小。

本发明人已经进行了其他实验以在驾驶员座位的靠枕附近的测量点处测量功率谱，其中在车辆的车厢内发出包括大范围的频率分量的测试声音。对关于具有安装在车辆中的驻波衰减装置10的第一采样和没有驻波衰减装置10的第二采样的功率谱进行测量。图5是测量结果的曲线图，其中通过基于人听觉特性修改1/3八度音阶的振幅特性来计算A特性。一般而言，在车辆的车厢内发生的驻波SW₁的频率f_SWk取决于车厢的形状。四门轿车车辆经历具有大约160Hz的频率f_SW1的一阶驻波SW₁。图5的曲线示出了在第一采样和第二采样(即，有驻波衰减装置10/没有驻波衰减装置10)之间在160Hz处的A特性声音压力中的显著差异。具体地，第一采样(有驻波衰减装置10)示出了在160Hz处的62dB的A特性声音压力，同时第二采样(没有驻波衰减装置10)示出了在160Hz处的67dB的A特性声音压力。

上述结果清楚地证明，通过使用安装在车辆90的车厢93中的驻波衰减装置10，可以显著地减小驻波SW₁。

2.第二实施例

图6示出了根据本发明第二实施例的安装在车辆90中的驻波衰减装置10’的构成。在驻波衰减装置10’中，用作相位调整部的延迟元件41’和系数乘法器99’被包含在闭环LP_OUT中，而用作另一相位调整部的延迟元件33和系数乘法器35被包含在闭环LP_IN中。

具体地，驻波衰减装置10’包括反馈梳形滤波器30，在反馈梳形滤波器30中，加法器31将来自A/D转换器68的声音信号X(i)和系数乘法器35的输出信号Y’(i-n)相加，以便于产生其加信号Y(i)，该加信号Y(i)被转发到延迟元件41’和延迟元件33。延迟元件33使加法器31的输出信号Y(i)延迟n个采样(即，延迟时间DT₃₃)，以便于将信号Y(i-n)输出到LPF 34。LPF 34抑制在延迟元件33的输出信号Y(i-n)内高于截止频率fc的频率分量，由此将信号Y’(i-n)输出到系数乘法器35。系数乘法器35使LPF 34的输出信号Y’(i-n)乘以负系数α(其中0＞α＞-1)，由此将相乘结果Y’(i-n)×α输出到加法器31。

在驻波衰减装置10’中，延迟元件41’使反馈梳形滤波器30的输出信号Y(i)延迟m’个采样，以便于将信号Z(i)输出到LPF 42。延迟元件41’拥有与在闭环LP_OUT(由于扬声器21、在扬声器21和麦克风20之间的空气传导路径、麦克风20、A/D转换器68、反馈梳形滤波器30、延迟元件41’、LPF 42、系数乘法器99’、D/A转换器69和功率放大器43而导致的传输延迟)中的整个延迟和驻波SW₁的周期T₁的整数倍之间的差相对应的延迟时间DT_41’。通过使延迟时间DT_41’除以声音信号X(i)的采样周期Ts来产生在延迟元件41’中用于对信号Y(i)进行延迟的采样数目m’。系数乘法器99’使延迟元件41’的输出信号Z’(i)乘以负系数β’(其中-1＜β’＜0)来对信号Z’(i)进行反相。因此，系数乘法器99’将反相信号Z’(i)×β输出到D/A转换器69。

在第二实施例中，驻波衰减装置10’将声音波CW反馈到控制点P，该声音波CW具有与构成驻波SW_k的声音波PW的相位相反的相位。与第一实施例类似，第二实施例能够在车厢93中不引起振鸣并且不对音频质量造成负面影响车厢的情况下减小驻波SW_k。

3.第三实施例

图7示出了安装在车辆90中的驻波衰减装置10A的构成。在驻波衰减装置10A中，用作相位调整部的延迟元件41和系数乘法器99被并入闭环LP_OUT中，而用作另一相位调整部的延迟元件33A、延迟元件41和系数乘法器35被并入闭环LP_IN中。这里，反馈梳形滤波器30的延迟元件41在两个相位调整部之间起到公共因子的作用。

具体地，在驻波衰减装置10A中，反馈梳形滤波器30A包括加法器31，该加法器31将A/D转换器68的声音信号X(i)与系数乘法器35的输出信号Y’(i-n)×α相加，从而将其相加结果Y(i)＝X(i)+Y’(i-n)×α输出到LPF 32。LPF 32抑制在加法器31的输出信号Y(i)内高于截止频率fc的频率分量，由此将信号Y’(i)输出到延迟元件41。延迟元件41使延迟元件41的输出信号Y’(i)延迟m个采样(即，延迟时间DT₄₁)，由此将信号Y’(i-m)输出到系数乘法器99和反馈梳形滤波器30A的延迟元件33A，该信号Y’(i-m)可以包括声音信号X(i)中的驻波SW_k的频率分量。

延迟元件33A使延迟元件41的输出信号Y’(i-m)延迟(n-m)个采样，从而将信号Y’(i-n)输出到系数乘法器35。这里，延迟元件33A拥有与在延迟元件41的延迟时间DT₄₁和驻波SW₁的半周期T₁/2的奇数倍之间的差对应的延迟时间DT_33A。通过使延迟元件33A的延迟时间DT_33A除以声音信号X(i)的采样周期Ts来产生用于显示延迟元件41的信号Y’(i-m)的采样数目(n-m)。系数乘法器35使延迟元件33A的输出信号Y’(i-n)乘以负系数α(其中0＞α＞-1)，由此将其相乘结果Y’(i-n)×α输出到加法器31。

在驻波衰减装置10A中，系数乘法器99使反馈梳形滤波器30A的延迟元件41的输出信号Y(i)乘以正系数β(其中0＜β＜1)，由此将其相乘结果Y(i)×β输出到D/A转换器69。

在第二实施例的驻波衰减装置10A中，在加法器31的输入端子和延迟元件41的输出端子之间的电路中出现的振幅特性与在第一实施例的驻波衰减装置10中的加法器31的输入端子和LPF 42的输出端子之间的电路中出现的振幅特性F(见图3)相同。这指示第三实施例提供了比第一实施例更简单的电路构造，由此减小了每个单元的尺寸。另外，第三实施例能够在车厢93中不引起振鸣并且不对音频质量造成负面影响的情况下减小驻波SW_k。

4.第四实施例

图8示出了根据第四实施例的安装在车辆90中的驻波衰减装置10A’的构成。在驻波衰减装置10A’中，用作相位调整部的延迟元件41’和系数乘法器99’被并入闭环LP_OUT中，而用作另一相位调整部的延迟元件33A’、延迟元件41’和系数乘法器35被并入闭环LP_IN中。与第三实施例的驻波衰减装置10A类似，第四实施例的驻波衰减装置10A’被设计为使得反馈梳形滤波器30A’的延迟元件41’在两个相位调整部之间起到公共因子的作用。

具体地，在驻波衰减装置10A’中，反馈梳形滤波器30A’的加法器31将来自A/D转换器68的声音信号X(i)与系数乘法器35的输出信号Y’(i-n)×α相加，从而将其相加结果Y(i)＝X(i)+Y’(i-n)×α输出到LPF 32。LPF 32抑制在加法器31的输出信号Y(i)内高于截止频率fc高的频率分量，由此将信号Y’(i)输出到延迟元件41’。延迟元件41’使LPF 32的输出信号Y’(i)延迟m’个采样(即，延迟时间DT_41’)，由此将延迟了m’个采样的信号Y’(i-m’)输出到系数乘法器99’和反馈梳形滤波器30A’的延迟元件33A’，该信号Y’(i-m’)可以包含在声音信号X(i)中的驻波SW_k的频率分量。

延迟元件33A’使延迟元件41’的输出信号Y’(i-m’)延迟(n-m’)个采样，由此将信号Y’(i-n)输出到系数乘法器35。这里，延迟元件33A’拥有与在延迟元件41’的延迟时间DT_41’和驻波SW₁的半周期T₁/2的奇数倍之间的差相对应的延迟时间DT_33A’。通过使延迟元件33A’的延迟时间DT_33A’除以声音信号X(i)的采样周期Ts来产生采样的数目(n-m’)。系数乘法器35使延迟元件33A’的输出信号Y’(i-n)乘以负系数α(其中0＞α＞-1)，由此将其相乘结果Y’(i-n)×α输出到加法器31。

在驻波衰减装置10A’中，系数乘法器99’使输出信号Y’(i-m’)乘以负系数β’(其中-1＜β’＜0)以对信号Y’(i-m’)进行反相，由此将反相信号Y’(i-m’)×β’输出到D/A转换器69。第四实施例能够示出与第三实施例相同的效果。

5.第五实施例

图9示出了根据第五实施例的安装在车辆90中的驻波衰减装置10B的构成。在驻波衰减装置10B中，在A/D转换器68和D/A转换器69之间并联地插入六个控制器22B-u(其中u＝1到6)。每个控制器22B-u包括串联连接的反馈梳形滤波器30-u、延迟元件41-u和LPF42-u。

控制器22B-1减小驻波SW_k1，该驻波SW_k1由在车厢93中的车门92和95之间往返的声音波PW构成，其中轴向波(参见图10A)将其节点ND定位在节点94和节点95之间的中心处。控制器22B-2减小驻波SW_k2，该驻波SW_k2由在车厢93中的前玻璃98和后玻璃(未示出)之间往返的声音波PW构成，其中轴向波(参见图10B)将其节点ND定位在前玻璃98和后玻璃之间的中心处。控制器22B-3减小驻波SW_k3，该驻波SW_k3由在顶篷97和地板(未示出)之间往返的声音波PW构成，其中轴向波(参见图10C)将其节点ND定位在顶篷97和地板之间的中心处。另外，其他控制器22B-4、22B-5、22B-6分别减小由倾斜地入射在车厢93的三维面上的声音波PW构成的驻波SW_k4、SW_k5、SW_k6。延迟采样的数目m、n被分别设置到在控制器22B-u中的延迟元件41-u和反馈梳形滤波器30-u的延迟元件33-u，该数目m、n基于要由控制器22B-u减小的驻波SW_u的波长λ_u来确定。

第五实施例能够减小左右驻波SW_k1、前后驻波SW_k2、上下驻波SW_k3和倾斜驻波SW_k4、SW_k5、SW_k6，其中k＝1，2，..。通过增加控制器22B-u的数目，能够减小由不同方向的驻波SW_ku构成的复合驻波。(其中k＝1，2，...)。

6.变体

结合第一到第五实施例描述了本发明，第一到第五实施例是示例性的而不是限制性的；因此，可提供如下其他实施例和变体。

(1)第一到第五实施例被设计为使得麦克风20和扬声器21被附连到与车辆90的车厢93中的另一个前排乘客座位(与驾驶员座位相反)接近的车门95的上部。当然，能够将麦克风20和扬声器21附连到接近驾驶员座位的车门94的上部。可选地，能够将麦克风20和扬声器21布置在其他位置，诸如接近驾驶员座位的扶手、靠枕、A、B、C车柱、另一个前排乘客座位的脚下部分、车门边缘、每一个座位的下部、脚踏板(heal kick)等。

(2)在第一和第二实施例中，在闭环LP_IN中的延迟元件33和系数乘法器35之间插入LPF 34，而在闭环LP_OUT中的延迟元件41和系数乘法器99之间插入LPF 42。在第三和第四实施例中，在闭环LP_IN中的加法器31和延迟元件41之间插入LPF 32。然而，能够在闭环LP_IN的另一方向处插入LPF(例如，在加法器31和延迟元件33之间的位置，或在系数乘法器35和加法器31之间的位置)。能够在闭环LP_OUT的另一方向处(例如，在A/D转换器69和反馈梳形滤波器30之间的位置、在反馈梳形滤波器30和延迟元件41之间的位置、在延迟元件41和系数乘法器99之间的位置、或在系数乘法器99和D/A转换器69之间的位置)插入LPF。

能够在驻波衰减装置中提供三个或多个LPF。例如，能够在第一和第二实施例中，在反馈梳形滤波器30的闭环LP_IN中在加法器31之后额外地提供LPF。该构成提供了三个LPF，即，第一个在加法器31之后，第二个在闭环LP_IN中的延迟元件33之后，并且第三个在延迟元件41之后。该构成在图3中所示的振幅特性F中提高了对高于截止频率fc的频率分量的衰减。在第三和第四实施例中，能够额外地在延迟元件33A(33A’)之后提供的LPF，并且在反馈梳形滤波器30A(30A’)之后提供另一个LPF。该构成在反馈梳形滤波器30A(30A’)中提供了三个LPF，即，第一个在加法器31之后、第二个在延迟元件33A(33A’)之后，并且第三个在延迟元件41(41’)之后。

(3)能够修改第一实施例，使得在延迟元件33之后的LPF 34被去除，而在反馈梳形滤波器30之后的LPF 42仍然保留。该构成示出了在加法器31的输入端子和延迟元件41的输出端子之间的电路中的振幅特性F’(参见图11)，其中，在截止频率fc以上，振幅在峰值频率处逐渐减小，在高音高(pitch)和低音高之间保持特定的增益比率。该构成能够在车厢93中不引起振鸣并且不对音频质量造成负面影响的情况下减小驻波SW_k。

(4)在第一到第四实施例中，能够额外地提供频率调整部，用于调整在反馈梳形滤波器的传递函数中的峰值频率(即，应用于反馈梳形滤波器30的延迟元件33的延迟采样的数目n)。因为在车辆90的车厢93中发生的驻波SW_k由声音波PW构成，该声音波具有波长λ_k，该波长λ_k是在车厢93中的相对面之间的距离D的2/k倍(其中k＝1，2，...)，所以驻波SW_k的频率f_SWk基本上取决于车厢93的形状。然而，当用作车厢93中发出的声音的激励源的轮胎91由具有不同尺寸的其他轮胎代替时或者当车厢93的外部/内部温度变化时，频率f_SWk可以相应地以更高/更低的频率变化。即使当在车厢93中频率f_SWk变化时，前述实施例能够减小驻波SW_k。

前述实施例能够被修改为检测在每次车辆90启动运行时在运行之后的预定时间(例如，一分钟)内的k阶驻波SW_k的频率f_SWk，由此自动地调整在延迟部33中的延迟采样的数目n，使得反馈梳形滤波器30的传递函数的峰值频率与频率f_SWk匹配。因为在车辆90的车厢93中发生的驻波SW_k不取决于其运行速度，所以刚好在车辆90启动运行之后，驻波SW_k的频率f_SWk在运行期间可能不会显著变化。因此，前述实施例不需要复杂的处理，诸如适应性控制，但是能够捕捉在车厢93中的驻波SW_k的频率f_SWk，由此有效地减小在f_SWk处的频率分量。

(5)在第一到第五实施例中，能够额外地提供估计部，该估计部用于基于用作声振动输入装置的麦克风20的输出信号来估计车厢93中的驻波SW_k的周期，其中延迟元件41(用作相位调整部)基于估计部所估计的周期来进行相位调整。该修改可以使用如下的第一和第二实施例来实施。

图12示出了根据本发明的第一变体的安装在车辆90中的驻波衰减装置10C的构成。驻波衰减装置10C包括执行一系列处理的估计部79。即，估计部79对在车厢93中的麦克风20所收集的声音信号X(i)执行FFT(快速傅里叶变换)，由此检测通过FFT获得的功率谱中的主导频率作为在车厢93中的一阶(first-order)驻波SW₁的频率f₁。然后，估计部79使一秒除以频率f₁来产生车厢93中的驻波SW₁的周期的估计值T₁’，其中，估计部79将表示该估计值T₁’的信号发送到延迟元件33和41。在接收到来自估计部79的表示该估计值T₁’的信号时，延迟元件41确定其最佳延迟时间DT_OPT41，该最佳延迟时间DT_OPT41与在闭环LP_OUT中的整个传输延迟和一半时间T₁’/2(驻波SW₁的半周期)之间的差相对应，由此更新延迟采样的数目m，以匹配通过使最佳延迟时间DT_OPT41除以采样周期Ts所产生的值。另一方面，延迟元件33确定与一半时间T₁’/2相对应的其最佳延迟时间DT_OPT33，由此更新延迟采样的数目n，以匹配通过使最佳延迟时间DT_OPT33除以采样周期Ts所产生的值。

图13示出了根据本发明的第二变体的安装在车辆90中的驻波衰减装置10D的构成。驻波衰减装置10D除了估计部79之外还提供了温度计80。温度计80被安装在车厢93内。估计部79执行一系列处理。即，估计部79基于由温度计80测量的温度来计算在车厢93中的测量点处的声音传播速度C。估计部79根据在车厢93中的车门之间的距离D的两倍来确定一阶驻波SW₁的波长λ₁。另外，估计部79通过使波长λ₁除以声音传播速度C来计算驻波SW₁的周期的估计值T₁’，由此将表示该估计值T₁’的信号发送到延迟元件33和41。在接收到来自估计部79的表示估计值T₁’的信号时，延迟元件41确定其最佳延迟时间DT_OPT41，该最佳延迟时间DT_OPT41与在闭环LP_OUT中的整个传输延迟和一半时间T₁’/2(驻波SW₁的半周期)之间的差相对应，由此更新延迟采样的数目m，以匹配通过使最佳延迟时间DT_OPT41除以采样周期Ts所产生的值。另一方面，延迟元件33确定与一半时间T₁’/2相对应的其最佳延迟时间DT_OPT33，由此更新延迟采样的数目n，以匹配通过使最佳延迟时间DT_OPT33除以采样周期Ts所产生的值。

(6)在第一、第三和第五实施例中采用的延迟元件41调整反馈梳形滤波器30的输出信号Y(i)的相位，使得使信号通过闭环LP_OUT的一次循环所需要的时间与车厢93中的驻波SW_k的半个周期T_k/2匹配。可选地，能够调整反馈梳形滤波器30的输出信号Y(i)的相位，使得信号通过闭环LP_OUT的一次循环所需的时间与在车厢93中的驻波SW_k的半个周期的奇数倍(例如，驻波SW_k的半个周期的3倍，3T_k/2；或者驻波SW_k的半个周期的5倍，5T_k/2)匹配。

(7)在第二和第四实施例中，延迟元件41调整反馈梳形滤波器30的输出信号Y(i)的相位，使得使信号通过闭环LP_OUT的一次循环所需要的时间与在车厢93中的驻波SW_k的周期T_k匹配，使得相位调整的信号Y(i)的相位被反转，并且然后被提供到扬声器21。替代地，能够调整反馈梳形滤波器30的输出信号Y(i)的相位，使得信号通过闭环LP_OUT的一次循环所需要的时间与在车厢93中的驻波SW_k的周期的整数倍(例如，驻波SW_k的周期的二倍，2T_k；或者SW_k的周期T_k的三倍，3T_k)匹配，使得相位调整的信号Y(i)的相位被反转，并且然后被提供到扬声器21。

(8)第一到第三实施例涉及本发明的应用，其目的在于减小在车辆90的车厢93中的驻波SW_k，但是本发明可以用于其他应用。例如，本发明的驻波衰减装置可以用作用于吸收在扬声器外壳中的不期望共振的多孔材料的替代。在该应用中，麦克风20和扬声器21被布置在与取决于扬声器外壳的尺寸的k阶驻波SW_k的波腹相应的位置处。驻波衰减装置10基于由麦克风20收集的输入声音信号X(i)来产生输出声音信号Z’(i)，使得扬声器21基于输出声音信号Z’(i)来产生用于减小驻波SW_k的声音波CW。该应用可以有效地抑制在由至少一对壁包围的有限空间中的驻波SW_k，该有限空间诸如运输机、车辆、船、飞机、轨道车辆、空间站、会议室、隔音室、卡拉OK机、具有音响效果的浴室、音箱、电子钢琴、个人计算机、家用器具的壳体、面对家具的顶部或家具下的地板的空间、面对墙壁和地板的走廊。

本发明可以被用作用于防止不期望的振动(诸如在电子键盘仪器的壳体中的格格作响)的技术措施。在该情况下，麦克风20和扬声器21被布置在与取决于电子键盘仪器的壳体的尺寸的k阶驻波SW_k的波腹相对应的位置处。驻波衰减装置10基于由麦克风20收集的输入声音信号X(i)来产生输出声音信号Z’(i)，使得扬声器21基于输出声音信号Z’(i)来发出声音波CW。

本发明可以被用作用于防止原声吉他中发生的异常声音的技术措施。当原声吉他在弦被拔动时产生特定频率的声音时，k阶驻波SW_k可以响应于特定频率的声音在吉他主体内发生，因此引起被称为狼音(wolftone)的异常声音。为了减小引起异常声音的k阶驻波SW_k，麦克风20和扬声器21被布置在与取决于吉他主体的内部空间的尺寸的驻波SW_k的波腹相对应的位置处。驻波衰减装置10基于由麦克风20收集的输入声音信号X(i)来产生输出声音信号Z’(i)，使得扬声器21基于输出声音信号Z’(i)来发出声音波CW。

(9)在第一到第五实施例中，LPF 32、34、42(每一个都用作频率特性调整部)可以用另一种滤波器来代替，该另一种滤波器具有允许驻波SW_k通过该滤波器的频带，诸如高通滤波器(HPS)、带通滤波器(BPF)、低倾斜(low-shelving)滤波器、高倾斜(high-shelving)滤波器、峰值滤波器、挖掘(dipping)滤波器和这些滤波器的组合，以及与LPF合并的这些滤波器的其他组合。

(10)在第一、第二和第五实施例中，在LPF 42和D/A转换器69之间插入系数乘法器99。在第三和第四实施例中，在反馈梳形滤波器30A和D/A转换器69之间插入系数乘法器99。能够在其它位置(例如，在驻波衰减装置10，10’中，在A/D转换器68和反馈梳形滤波器30之间的位置、在反馈梳形滤波器30和延迟元件41之间的位置、或在延迟元件41和LPF 42的位置；在驻波衰减装置10A，10A’中，在A/D转换器68和反馈梳形滤波器30之间的位置)处插入系数乘法器99。

(11)在第一、第二和第五实施例中，在A/D转换器68和D/A转换器69之间顺序排列反馈梳形滤波器30、延迟元件41、LPF 42和系数乘法器99。能够以各种方式改变这些构成元件的排列顺序，诸如由反馈梳形滤波器30、延迟元件41、系数乘法器99和LPF 42构成的第一排列；由反馈梳形滤波器30、LPF 42、系数乘法器99和延迟元件41构成的第二排列；由反馈梳形滤波器30、LPF 42、延迟元件41和系数乘法器99构成的第三排列；由反馈梳形滤波器30、系数乘法器99、LPF 42和延迟元件41构成的第四排列；以及由反馈梳形滤波器30、系数乘法器99、延迟元件41和LPF 42构成的第五排列。替代地，能够在反馈梳形滤波器30之前提供延迟元件41、LPF 42和系数乘法器99。

(12)在第三和第四实施例中，在A/D转换器68和D/A转换器69之间排列反馈梳形滤波器30A和系数乘法器99。替代地，能够在反馈梳形滤波器30A之前提供系数乘法器99。

(13)第一到第五实施例可以被修改为进一步提供用于测量闭环LP_OUT中的传输延迟的总和的延迟测量部。该构成可以被实施为使得延迟测量部对任意测量点(例如，在功率放大器43和扬声器21之间的测量点)提供脉冲信号。使施加到测量点的脉冲信号传输通过扬声器21、麦克风20、A/D转换器68、反馈梳形滤波器30、...、D/A转换器69和功率放大器43，并且然后被反馈到测量点。延迟测量部确定在闭环LP_OUT中的传输延迟的总和，该传输延迟的总和与在将时间变化声音(例如，脉冲音(pulse tone)或猝发音(tone burst))应用于测量点的定时和将其反馈到测量点的定时之间的时间间隔相对应，由此将表示延迟采样的总和的信号提供给延迟元件41。延迟元件41基于传输延迟的总和来调整延迟采样的数目m。该构成能够防止不期望的情况，其中，因为声音波CW的相位可能波动从而比目标相位更加提前或延迟，所以驻波SW_k不能被充分地抑制。

最后，本发明不必限制于前述的实施例和变体，因此本发明应当包括落在如在所附权利要求中限定的本发明的范围内的其它修改和替代措施。

Claims

1.一种驻波衰减装置，包括：

第一闭环，所述第一闭环包括：声振动输入装置，所述声振动输入装置将包括由麦克风拾取的驻波分量的声音转换成声音信号；反馈梳形滤波器，所述反馈梳形滤波器处理所述声音信号以使所述驻波分量通过所述反馈梳形滤波器；以及声振动输出装置，所述声振动输出装置基于所述反馈梳形滤波器的处理结果来提供输出信号；

第一相位调整部，所述第一相位调整部被包括在所述第一闭环中，所述第一相位调整部调整在输入到所述声振动输入装置的所述驻波分量的输入相位与从所述声振动输出装置输出的所述驻波分量的输出相位之间的相位差，以匹配与所述驻波分量的周期相关的规定值的奇数倍；

第二相位调整部，所述第二相位调整部被包括在所述第二闭环中，所述第二相位调整部调整在经由所述声振动输入装置输入到所述加法器的所述驻波分量的相位与经由所述第二闭环反馈到所述加法器的所述驻波分量的相位之间的相位差，以匹配所述规定值的奇数倍。

2.根据权利要求1所述的驻波衰减装置，其中，所述第二相位调整部包括延迟元件和系数乘法器，所述延迟元件具有与所述驻波分量半周期的奇数倍相对应的延迟时间，所述系数乘法器用于执行反相，所述延迟元件和所述系数乘法器都被包括在所述第二闭环中，并且其中，被包括在所述第一闭环中的所述第一相位调整部包括延迟元件，所述延迟元件具有与在所述第一闭环中的传输延迟的总和与所述驻波分量半周期的奇数倍之间的差相对应的延迟时间。

3.根据权利要求1所述的驻波衰减装置，其中，所述第二相位调整部包括延迟元件和系数乘法器，所述延迟元件具有与所述驻波分量半周期的奇数倍相对应的延迟时间，所述系数乘法器用于执行反相，所述延迟元件和所述系数乘法器都被包括在所述第二闭环中，并且其中，被包括在所述第一闭环中的所述第一相位调整部包括延迟元件和系数乘法器，所述延迟元件具有与在所述第一闭环中的传输延迟总和与所述驻波分量周期的整数倍之间的差相对应的延迟时间，所述系数乘法器用于执行反相。

4.根据权利要求1所述的驻波衰减装置，其中，被包括在所述第二闭环中的所述第二相位调整部包括具有第一延迟时间的第一延迟元件、具有第二延迟时间的第二延迟元件和系数乘法器，所述第一延迟时间与在所述第二闭环中的传输延迟总和与所述驻波分量半周期的奇数倍之间的差相对应，所述第二延迟时间与在所述第一延迟元件的所述第一延迟时间与所述驻波分量半周期的奇数倍之间的差相对应，所述系数乘法器用于执行反相，并且其中，被包括在所述第一闭环中的所述第一相位调整部包括延迟元件，所述延迟元件具有与在所述第一闭环中的传输延迟总和与所述驻波分量半周期的奇数倍之间的差相对应的延迟时间。

5.根据权利要求1所述的驻波衰减装置，其中，被包括在所述第二闭环中的所述第二相位调整部包括具有第一延迟时间的第一延迟元件、具有第二延迟时间的第二延迟元件和系数乘法器，所述第一延迟时间与在所述第二闭环中的传输延迟总和与所述驻波分量周期的整数倍之间的差相对应，所述第二延迟时间与在所述第一延迟元件的所述第一延迟时间与所述驻波分量半周期的奇数倍之间的差相对应，所述系数乘法器用于执行反相，并且其中，被包括在所述第一闭环中的所述第一相位调整部包括延迟元件和系数乘法器，所述延迟元件具有与在所述第一闭环中的传输延迟总和与所述驻波分量周期的整数倍之间的差相对应的延迟时间，所述系数乘法器用于执行反相。

6.根据权利要求1或2所述的驻波衰减装置，其中，所述第二闭环进一步包括频率特性调整部。

7.根据权利要求1至5中的任何一项所述的驻波衰减装置，进一步包括：估计部，所述估计部基于从所述声振动输入装置输出的所述声音信号来估计在所述声振动输入装置和所述声振动输出装置之间的空间中出现的所述驻波分量的周期。