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Die
vorliegende Offenbarung betrifft den Gegenstand, der in der japanischen
Prioritätspatentanmeldung
Nr. 2003-151827 enthalten ist, die am 29. Mai 2003 eingereicht wurde,
wobei ihre Inhalte hier ausdrücklich
durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein aktives Geräuschsteuersystem, das ein Signal
erzeugt, das ein unangenehmes, begrenztes Motorgeräusch interferiert
bzw. überlagert
und dieses dämpft,
welches in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs durch den Betrieb des
Motors erzeugt wird, wobei das Signal in der Amplitude zu dem begrenzten
Motorgeräusch
gleich ist und entgegengesetzt in der Phase zu dem begrenzten Motorgeräusch ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Das
begrenzte Motorgeräusch
ist ein abgestrahltes Geräusch
bzw. Rauschen, das durch eine Vibrationskraft erzeugt wird, die
durch den Betrieb des Motors eines Fahrzeugs verursacht wird, und
zu dem Fahrzeugchassis übertragen
wird und somit verursacht, dass eine Resonanz in der Fahrgastzelle oder
einem geschlossenen Raum unter einer bestimmten Bedingung auftritt.
Das begrenzte Motorgeräusch
hat eine bemerkbare Periodizität
in Synchronisation mit der Drehgeschwindigkeit oder Drehfrequenz
des Motors.
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Ein
herkömmlich
bekanntes, aktives Geräuschsteuersystem
zum Reduzieren dieses unangenehmen, begrenzten Motorgeräusches verwendet ein
Verfahren zum Bereitstellen einer vorwärts gekoppelten, adaptiven
Steuerung unter Verwendung eines adaptiven Kerbfilters bzw. Notch-Filters
(siehe z.B. offengelegte, japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-99037). 10 ist eine Ansicht, die
den Aufbau eines herkömmlichen,
aktiven Geräuschsteuersystems
zeigt, das in der offengelegten, japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2000-99037 offenbart ist.
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Gemäß 10 wird eine diskrete Berechnung
zum Implementieren des aktiven Geräuschsteuersystems in einer
Diskretberechnung-Prozessoreinheit 17,
z.B. einem DSP (Digitaler Signalprozessor), durchgeführt. Zuerst
entfernt ein Kurvenformer 1 Geräusche bzw. Rauschen oder Ähnliches,
die einem Motorimpuls überlagert
sind, während
er den Motorimpuls formt. Das resultierende Ausgangssignal von dem
Kurvenformer 1 wird einem Kosinuswellen-Erzeuger 2 und
einem Sinuswellen-Erzeuger 3 zugeführt, in denen eine Kosinuswelle
bzw. eine Sinuswelle als ein Referenzsignal erzeugt werden. Das Kosinuswellen-Referenzsignal
oder ein Ausgangssignal von dem Kosinuswellen-Erzeuger 2 wird
mit einem Filterkoeffizienten W0 eines ersten adaptiven Einabzweig-Filters 5 in
einem adaptiven Kerbfilter 4 multipliziert. Ähnlich wird
das Sinuswellen-Referenzsignal oder ein Ausgangssignal von dem Sinuswellen-Erzeuger 3 mit
einem Filterkoeffizienten W1 eines zweiten adaptiven Einabzweig-Filters 6 in
einem adaptiven Kerbfilter 4 multipliziert. Das Ausgangssignal
von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5 und das Ausgangssignal
von dem zweiten, adaptiven Einabzweig-Filter 6 werden in
einem Addierer 7 miteinander addiert, der wiederum das
resultierende Ausgangssignal einem Sekundärgeräuscherzeuger 8 zuführt. Der
Sekundärgeräuscherzeuger 8 erzeugt ein
sekundäres
Geräusch,
das dann dem Geräusch, das
durch den Motorpuls bzw. -impuls erzeugt wird, überlagert wird und dieses auslöscht. Zu
dieser Zeit wird ein Restsignal, das von der akustischen Kopplung
in einem Geräuschunterdrückungsabschnitt übrig bleibt,
als ein Fehlersignal "e" zur Verwendung in einem
adaptiven Steueralgorithmus verwendet.
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Andererseits
wird bei einer Kerbfrequenz, die unterdrückt werden soll und die durch
die Rotationsfrequenz des Motors bestimmt wird, das Kosinuswellen-Referenzsignal
dem Transferelement 9 zugeführt, das C0 hat, welches die Übertragungseigenschaften
zwischen dem Sekundärgeräuscherzeuger 8 und
dem Geräuschunterdrückungsabschnitt
nachbildet bzw. simuliert. Ähnlich
wird das Sinuswellen-Referenzsignal einem Übertragungselement 10 zugeführt, das
C1 hat und das die Übertragungseigenschaften
zwischen dem Sekundärgeräuscherzeuger 8 und
dem Geräuschunterdrückungsabschnitt
simuliert. Die resultierenden Ausgangssignale von dem Übertragungselement 9 und
dem Übertragungselement 10 werden
in einem Addierer 13 miteinander addiert, um ein Kosinuswellen-Simulationssignal
r0 zu erzeugen, das wiederum zusammen mit dem Fehlersignal "e" einer Prozessoreinheit 15 mit adaptivem
Steueralgorithmus zugeführt
wird. Der Filterkoeffizient W0 des adaptiven Kerbfilters 4 wird
hintereinander folgend in Übereinstimmung
mit einem adaptiven Steueralgorithmus aktualisiert, z.B. dem LMS-Algorithmus
(LMS = Least Mean Square = kleinstes mittleres Quadrat) oder einem
Typ mit dem Verfahren des steilsten Abfalls.
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Auf
die gleiche Art und Weise wird bei der Kerbfrequenz, die unterdrückt werden
soll, und die durch die Rotationsfrequenz des Motors bestimmt wird,
das Sinuswellen-Referenzsignal einem Übertragungselement 11 zugeführt, das
C0 hat und das die Übertragungseigenschaften
zwischen dem Sekundärgeräuscherzeuger 8 und
dem Geräuschunterdrückungsabschnitt
nachbildet. Ähnlich
wird das Kosinuswellen-Referenzsignal einem Übertragungselement 12 zugeführt, das
-C1 hat und das die Übertragungseigenschaften
zwischen dem Sekundärgeräuscherzeuger 8 und
dem Geräuschunterdrückungsabschnitt
simuliert. Die resultierenden Ausgangssignale von dem Übertragungselement 11 und
dem Übertragungselement 12 werden
miteinander in einem Addierer 14 addiert, um ein Sinuswellen-Simulationssignal
r1 zu erzeugen, das wiederum mit dem Fehlersignal "e" einer Prozessoreinheit 16 mit
einem adaptivem Steueralgorithmus zugeführt wird. Der Filterkoeffizient
W1 des adaptiven Kerbfilters 4 wird hintereinander folgend
in Übereinstimmung
mit einem adaptiven Steueralgorithmus aktualisiert, z.B. mit dem LMS-Algorithmus.
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Auf
diese Art und Weise konvergieren die Filterkoeffizienten W0 und
W1 des adaptiven Kerbfilters 4 rekursiv auf einen optimalen
Wert derart, dass das Fehlersignal "e" minimiert
wird, d.h., dass das Geräusch
in dem Geräuschunterdrückungsabschnitt
gedämpft
wird.
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In
dem zuvor erwähnten,
herkömmlichen
aktiven Geräuschsteuersystem
können
sich jedoch, da sich die Eigenschaften des Sekundärgeräuscherzeugers
mit der Zeit oder der Umgebung in der Fahrgastzelle aufgrund eines
offenen oder geschlossenen Fensters oder der Erhöhung oder der Verminderung der
Anzahl der Fahrgäste ändern können, die
gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
zwischen dem Ausgang des adaptiven Kerbfilters und dem Prozessor
mit adaptivem Steueralgorithmus gegenüber den früheren Übertragungseigenschaften zwischen
diesen ändern,
die bei der Bestimmung der Eigenschaften eines Übertragungselements erhältlich waren, das
die früheren Übertragungseigenschaften
simuliert. Unter diesen Umständen
kann das aktive Geräuschsteuersystem
derart arbeiten, dass es einen instabilen Betrieb des adaptiven
Kerbfilters verursacht. Dies würde
es nicht nur schwierig machen, einen idealen Geräuschunterdrückungseffekt bereitzustellen,
sondern würde
das System auch in Divergenz bringen, die verursachen würde, dass
ein Geräusch
weiter erhöht
werden würde.
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Zudem
würde das
System, auch wenn die Umstände,
bei denen eine signifikante Menge des ankommenden externen Geräusches existiert,
während
das Fahrzeug auf einer ungepflasterten Straße fährt oder ein Fenster offen
gehalten wird, die Filterkoeffizienten nicht richtig aktualisieren,
wodurch ein instabiler Betrieb des adaptiven Kerbfilters verursacht
werden kann. In diesem Fall ist es im schlechtesten Fall sehr wahrscheinlich,
dass eine Divergenz auftreten kann, wodurch ein anormales, akustisches Geräusch erzeugt
wird, das verursacht, dass sich der Insasse extrem ungut fühlt. Zudem
kann das System beim Vorliegen einer Differenz zwischen dem Geräuschpegel
an dem Geräuschunterdrückungsabschnitt
und dem Pegel an den Ohren eines Fahrgastes eine Überkompensationsbedingung
verursachen, bei der Geräusche
nicht geeignet an den Ohren des Fahrgastes gedämpft werden.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung soll die zuvor erwähnten Probleme überwinden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aktives
Geräuschsteuersystem
bereitzustellen, das den Filterkoeffizienten eines adaptiven Kerbfilters
mit Stabilität aktualisiert,
während
eine Divergenz unterdrückt wird,
und das eine Überkompensation
verhindert, um die Passagiere bzw. Insassen mit einem idealen Geräuschunterdrückungseffekt
versehen zu können. Das
System ist derart ausgelegt, dass es diese Funktionen auch bei den
Situationen bereitstellt, bei denen sich die vorliegenden Übertragungseigenschaften
zwischen dem Sekundärgeräuscherzeuger
und dem Unterdrückungsabschnitt
zum Unterdrücken
eines problematischen Geräusches
signifikant gegenüber
den früheren Übertragungseigenschaften
zwischen ihnen geändert
haben, die bei der Bestimmung der Eigenschaften eines Übertragungselements
erhältlich
waren, das die früheren Übertragungseigenschaften
simuliert, oder wenn ein signifikanter Betrag der ankommenden, externen
Geräusche
existiert.
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Ein
aktives Geräuschsteuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
einen Kosinuswellen-Erzeuger zum Erzeugen eines Kosinuswellen-Signals
in Synchronisation mit der Frequenz eines problematischen, periodischen
bzw. zyklischen Geräusches
bzw. Rauschens, das an einer Geräuschquelle,
z.B. einem Motor, erzeugt wird; einen Sinuswellen-Erzeuger zum Erzeugen
eines Sinuswellen-Signals in Synchronisation mit der Frequenz des
problematischen Geräusches;
einen ersten, adaptiven Einabzweig-Filter zum Empfangen eines Kosinuswellen-Referenzsignals
oder eines Ausgangssignals von dem Kosinuswellen-Erzeuger; einen
zweiten, adaptiven Einabzweig-Filter zum Empfangen eines Sinuswellen-Referenzsignals
oder eines Ausgangssignals von dem Sinuswellen-Erzeuger; einen Addierer
zum Addieren des Ausgangssignals von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter
und des Ausgangssignals von dem zweiten, adaptiven Einabzweig-Filter; eine Sekundärgeräuscherzeugereinrichtung,
die von einem Ausgangssignal von dem Addierer angetrieben wird,
zum Erzeugen eines Sekundärgeräusches,
um das problematische Geräusch auslöschen zu
können;
eine Restsignaldetektionseinrichtung zum Erfassen eines Restsignals,
das aus der Überlagerung
zwischen dem Sekundärgeräusch und
dem problematischen Geräusch
resultiert; eine Simulationssignal-Erzeugereinrichtung zum Empfangen
des Kosinuswellen-Referenzsignals und des Sinuswellen-Referenzsignals,
um ein Kosinuswellen-Simulationssignal zu erzeugen und ein Sinuswellen-Simulationssignal,
wobei das Kosinuswellen-Simulationssignal und das Sinuswellen-Simulationssignal
in Übereinstimmung
mit den Eigenschaften kompensiert worden sind, die die Übertragungseigenschaften
zwischen der Sekundärgeräuscherzeugereinrichtung
und der Restsignaldetektionseinrichtung simulieren; und eine Kompensationssignalerzeugungseinrichtung
zum Erzeugen eines kompensierten Signals, das durch Kompensieren
des gleichen Signals wie das Ausgangssignal von dem Addierer in Übereinstimmung
mit den Eigenschaften, die die Übertragungseigenschaften
zwischen der Sekundärgeräuscherzeugereinrichtung
und der Restsignaldetektionseinrichtung simulieren, worin die Ausgangssignale
von der Restsignaldetektionseinrichtung, der Simulationssignalerzeugereinrichtung
und der Kompensationssignalerzeugereinrichtung verwendet werden,
um die Filterkoeffizienten des ersten, adaptiven Einabzweig-Filters und des zweiten,
adaptiven Einabzweig-Filters zu aktualisieren, wodurch das problematische
Geräusch
an der Restsignaldetektionseinrichtung reduziert wird.
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Ein
Merkmal der vorstehenden Vorrichtung besteht darin, dass der Filterkoeffizient
eines adaptiven Einabzweig-Filters in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal
von der Kompensationssignalerzeugereinrichtung zusätzlich zu
den Ausgangssignalen von der Restsignaldetektionseinrichtung und
der Simulationssignal-Erzeugereinrichtung aktualisiert wird. Dieses
Merkmal ermöglicht
die Unterdrückung der Überkompensation.
Zudem, auch wenn sich die vorliegenden Übertragungseigenschaften zwischen der
Sekundärgeräuscherzeugungseinrichtung
und der Restsignaldetektionseinrichtung signifikant gegenüber den
früheren Übertragungseigenschaften zwischen
ihnen geändert
hat, die bei der Bestimmung der Eigenschaften eines Übertragungselements
verfügbar
waren, das die früheren Übertragungseigenschaften
simuliert, ermöglicht
dieses Merkmal auch das Anpassen an den Wert der Änderung
in Übereinstimmung
mit einem adaptiven Steueralgorithmus. Es wird somit ermöglicht,
eine Divergenz zu unterdrücken,
um einen Geräuschreduzierungseffekt
mit Stabilität
bereitstellen zu können.
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Zudem
kann das aktive Geräuschsteuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung auch derart ausgelegt sein, dass die Kompensationssignalerzeugungseinrichtung
ein kompensiertes Signal erzeugt, das durch Kompensieren des gleichen
Signals wie das Ausgangssignal von dem Addierer in Übereinstimmung
mit Eigenschaften erhalten wird, die mit einer vorgegebenen Konstanten
multipliziert werden, und dass die Übertragungseigenschaften zwischen der
Sekundärgeräuscherzeugungseinrichtung
und der Restsignaldetektionseinrichtung simuliert werden. Dieses
Merkmal ermöglicht
die Einstellung des Werts bzw. Pegels des kompensierten Signals
in Antwort auf die Rate bzw. geschwindigkeit, mit der sich die vorliegenden Übertragungseigenschaften
zwischen der Sekundärgeräuscherzeugungseinrichtung und
der Restsignaldetektionseinrichtung gegenüber der früheren Übertragungseigenschaften zwischen ihnen
geändert
haben, die bei der Bestimmung der Eigenschaften eines Übertragungselements
verfügbar
waren, das die früheren Übertragungseigenschaften
simuliert, und auch auf die Verteilung der Geräuschpegel in einer Fahrgastzelle.
Es wird somit ermöglicht,
eine weiter optimierte Unterdrückung
der Überkompensation
und einen idealen Geräuschreduzierungseffekt
mit höherer
Stabilität
bereitzustellen.
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Das
aktive Geräuschsteuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auch derart ausgelegt sein, dass die Kompensationssignalerzeugungseinrichtung
ein kompensiertes Signal liefert, wenn mindestens einer der jeweiligen
kumulativen Werte der Änderungen
des Filterkoeffizienten des ersten, adaptiven Einabzweig-Filters
und des zweiten, adaptiven Einabzweig-Filters größer oder gleich einem vorgegebenen
Wert ist, wobei die Änderungen
immer dann erhalten werden, wenn ein Filterkoeffizient jedes Filters
während
eines vorgegebenen Intervalls von einem früheren zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt
aktualisiert wird. Dieses Merkmal ermöglicht die Verwendung des kompensierten
Signals in einem Arithmetikbetrieb, um die Filterkoeffizienten nur
zu aktualisieren, wenn der Wert des Filterkoeffizienten eines adaptiven
Einabzweig-Filters sich stark geändert hat.
Es wird somit ermöglicht,
einen Geräuschreduzierungseffekt
mit Stabilität
bei Unterdrückung
der Divergenz auch dann bereitstellen zu können, wenn ein signifikanter
Wert eines ankommenden, externen Geräusches vorhanden ist.
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Zudem
kann das aktive Geräuschsteuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung auch derart ausgelegt sein, dass die Kompensationssignalerzeugungseinrichtung
ein kompensiertes Signal liefert, wenn mindestens einer von jeweiligen
Werten einer Änderung
des Filterkoeffizienten des ersten, adaptiven Einabzweig-Filters
und des zweiten, adaptiven Einabzweig-Filters größer oder gleich einem vorgegebenen
Wert ist, wobei die Änderung
des Filterkoeffizienten jedes Filters eine Differenz zwischen einem gegenwärtigen Wert
und einem früheren
Wert bei einem vorgegebenen, abgelaufenen Zeitintervall ist. Dieses
Merkmal ermöglicht
eine einfachere Bestimmung des Werts der Änderung des Filterkoeffizienten und
stellt einen vereinfachten Arithmetikalgorithmus bereit, was wiederum
das Erzeugen von Programmen erleichtert.
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Obwohl
neue Merkmale der Erfindung vorhergehend erläutert worden sind, kann die
Erfindung sowohl vom Aufbau und dem Inhalt her besser verstanden
werden und ist besser ersichtlich zusammen mit weiteren Aufgaben
und Merkmalen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und
den nachfolgenden Beispielen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen verwendet werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm,
das den Aufbau eines aktiven Geräuschsteuersystems
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Ansicht, die
Kosinuswellen- und Sinuswellen-Simulationssignale
gemäß der ersten
Ausführungsform
erläutert;
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3 ist eine Ansicht, die
ein gegenwärtiges,
akustisches Übertragungssignal
(mit der Verstärkung
X' und der Phase
-α') gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
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4 ist eine Ansicht, die
ein gegenwärtiges,
akustisches Übertragungssignal
(mit der Verstärkung
Y und einer Phase -β)
gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
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5 ist eine Ansicht, die
ein gegenwärtiges,
akustisches Übertragungssignal
(mit der Verstärkung
bzw. Amplitude X und der Phase -α),
ein kompensiertes Sinuswellen-Signal
und ein addiertes Signal dieser beiden Signale gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
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6 ist eine Ansicht, die
ein gegenwärtiges,
akustisches Übertragungssignal
(mit der Verstärkung
Y und der Phase -β),
ein kompensiertes Kosinuswellen-Signal und ein addiertes Signal
dieser beiden Signale gemäß der ersten
Ausführungsform zeigt;
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7 ist ein Blockdiagramm,
das den Aufbau eines aktiven Geräuschsteuersystems
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist eine Ansicht, die
ein vorliegendes akustisches Übertragungssignal
(mit der Verstärkung X' und der Phase -α'), ein kompensiertes
Kosinuswellen-Signal, das mit einem Koeffizienten multipliziert ist,
und ein addiertes Signal dieser beiden Signale gemäß der zweiten
Ausführungsform
zeigt;
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9 ist ein Blockdiagramm,
das den Aufbau eines aktiven Geräuschsteuersystems
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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10 ist ein Blockdiagramm,
das den Aufbau eines herkömmlichen,
aktiven Geräuschsteuersystems
zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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[Erste Ausführungsform]
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung genauer mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen in Übereinstimmung
mit den Ausführungsformen erläutert. In
diesen Zeichnungen sind die gleichen Komponenten wie jene des herkömmlichen,
aktiven Geräuschsteuersystems,
das in Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde, mit den
gleichen Bezugszeichen angegeben. Die vorliegende Erfindung wird
in Übereinstimmung
mit einem aktiven Geräuschsteuersystem
beispielhaft beschrieben, das in ein Fahrzeug eingebaut ist, um
ein Vibrationsgeräusch
in der Fahrgastzelle bzw. Insassenzelle reduzieren zu können, das
durch den Betrieb des Motors verursacht wird.
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1 zeigt in einer Blockdiagrammform
den Aufbau eines aktiven Geräuschsteuersystems
gemäß der ersten
Ausführungsform.
Gemäß 1 arbeitet das aktive Geräuschsteuersystem
bei einem Motor 21 derart, der eine Geräuschquelle ist, die ein problematisches
Geräusch
erzeugt, dass das periodische Vibrationsgeräusch reduziert wird, das von dem
Motor 21 abgestrahlt wird.
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Der
Motorenimpuls oder ein elektrisches Signal, das zu der Drehung des
Motors 21 synchron ist, wird dem Wellenformer 1 zugeführt, in
dem ein Geräusch
oder Ähnliches,
das dem Motor impuls überlagert
ist, entfernt wird, während
der Motorimpuls bzw. Motorpuls geformt wird. Als Motorimpuls können ein TDC-Sensorausgangssignal
(TDC = top dead center = oberer Totpunkt) oder ein Tachometerimpuls
optional verwendet werden. Insbesondere der Tachometerimpuls, der
bereits in einem Fahrzeug in vielen Fällen als ein Eingangssignal
des Tachometers verwendet wird, erfordert keine zusätzliche
Einrichtung, die extra dafür
bereitgestellt werden muss.
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Das
Ausgangssignal von dem Wellenformer 1 wird zu dem Kosinuswellen-Erzeuger 2 und
dem Sinuswellen-Erzeuger 3 hinzuaddiert, um eine Kosinuswelle
und eine Sinuswelle erzeugen zu können, die als Referenzsignal
in Synchronisation mit einer Kerbfrequenz dienen, die ausgelöscht werden
soll und die aus der Rotationsfrequenz des Motors 21 (nachfolgend
einfach als die Kerbfrequenz bezeichnet) bestimmt wird. Das Kosinuswellen-Referenzsignal oder
ein Ausgangssignal von dem Kosinuswellen-Erzeuger 2 wird mit einem Filterkoeffizienten
W0 des ersten, adaptiven Einabzweig-Filters 5 in einem adaptiven
Kerbfilter 4 bzw. Sperrfilter multipliziert. Ähnlich wird
das Sinuswellen-Referenzsignal
oder ein Ausgangssignal von dem Sinuswellen-Erzeuger 3 mit einem Filterkoeffizienten
W1 eines zweiten, adaptiven Einabzweig-Filters 6 in dem
adaptiven Kerbfilter 4 multipliziert. Das Ausgangssignal
von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5 und das Ausgangssignal
von dem zweiten, adaptiven Einabzweig-Filter 6 werden miteinander
in einem Addierer 7 addiert, der wiederum das resultierende
Ausgangssignal einem Leistungsverstärker 22 und einem
Lautsprecher 23 zuführt,
die als Sekundärgeräuscherzeugungseinrichtung
dienen.
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Das
Ausgangssignal von dem Addierer 7 oder ein Ausgangssignal
von dem adaptiven Kerbfilter 4 wird in dem Leistungsverstärker 22 leistungsverstärkt und
dann von dem Lautsprecher 23 als Sekundärgeräusch zum Auslöschen des
problematischen Geräusches abgestrahlt.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Restsignal, das aus der Interferenz
zwischen dem sekundären
Geräusch
und dem problematischen Geräusch
in einem Geräuschunterdrückungsabschnitt übrig bleibt
und mittels eines Mikrofons 24 erfasst wird, das als Restsignaldetektionseinrichtung
dient, als ein Fehlersignal "e" in einem adaptiven
Steueralgorithmus zum Aktualisieren der Filterkoeffizienten W0 und
W1 des adaptiven Kerbfilters 4 verwendet.
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Die
Simulationssignalerzeugereinrichtung zum Simulieren der Übertragungseigenschaften
zwischen dem Leistungsverstärker 22 und
dem Mikrofon 24 bei der Kerbfrequenz (nachfolgend einfach
als Übertragungseigenschaft
bezeichnet) enthält Übertragungselemente 9, 10, 11 und 12 und
Addierer 13, 14. Zuerst wird das Kosinuswellen-Referenzsignal dem Übertragungselement 9 zugeführt und
auch das Sinuswellen-Referenzsignal wird dem Übertragungselement 10 zugeführt. Dann
werden die resultierenden Ausgangssignale von dem Übertragungselement 9 und 10 miteinander
in dem Addierer 13 addiert, um ein Kosinuswellen-Simulationssignal
r0 zu erzeugen. Das Kosinuswellen-Simulationssignal r0 wird dann
einer Prozessoreinheit 15 mit einem adaptiven Steueralgorithmus
zugeführt
und in einem adaptiven Steueralgorithmus zum Aktualisieren des Filterkoeffizienten
W0 des ersten, adaptiven Einabzweig-Filters 5 verwendet.
In der gleichen Art und Weise wird das Sinuswellen-Referenzsignal
dem Übertragungselement 11 zugeführt und
wird auch das Kosinuswellen-Referenzsignal dem Übertragungselement 12 zugeführt. Die
resultierenden Ausgangssignale von den Übertragungselementen 11 und 12 werden
miteinander in dem Addierer 14 addiert, um ein Sinuswellen-Simulationssignal
r1 zu erzeugen. Das Sinuswellen-Simulationssignal r1 wird dann einer
Prozessoreinheit 16 mit einem adaptiven Steueralgorithmus
zugeführt
und in einem adaptiven Steueralgorithmus zum Aktualisieren des Filter koeffizienten
W1 des zweiten, adaptiven Einabzweig-Filters 6 verwendet.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird
eine Beschreibung dafür
gegeben, wie das Kosinuswellen-Simulationssignal r0 und das Sinuswellen-Simulationssignal
r1 unter Verwendung des Kosinuswellen-Referenzsignals und des Sinuswellen-Referenzsignals.
und der Übertragungselemente 9, 10, 11 und 12,
wie vorstehend beschrieben wurde, erzeugt werden. Es wird davon
ausgegangen, dass bei der Kerbfrequenz die Übertragungseigenschaften, die
beim Bereitstellen von Einstellungen der Übertragungselemente 9, 10, 11 und 12 verfügbar sind,
die Verstärkung
X und die Phase -α (deg
= Grad) (die nachfolgend als Anfangsübertragungseigenschaft bezeichnet
werden) sind. In diesem Fall ist es leicht zu verstehen, dass die
Einstellwerte der Übertragungselemente 9, 11 und 12 bereitgestellt
werden sollen, wie in 2 gezeigt
ist, damit das Kosinuswellen-Simulationssignal r0 und das Sinuswellen-Simulationssignal
r1 erzeugt werden können,
die die Anfangsübertragungseigenschaften
unter Verwendung der Kombination des Kosinuswellen-Referenzsignals
und des Sinuswellen-Referenzsignals simulieren, die orthogonal zueinander
sind. Das heißt,
dass die Übertragungselemente 9, 10, 11 und 12 mit
Einstellwerten von C0, C1, C0 bzw. -C1 bereitgestellt werden.
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Im
Allgemeinen, wie mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben
worden ist, wird der LMS-Algorithmus (LMS = Least Mean Square = kleinste
mittlere Quadrate) oder ein Typ von Verfahren des steilsten Absinkens
als adaptiver Steueralgorithmus verwendet, um die Filterkoeffizienten
W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 zu aktualisieren.
Die Filterkoeffizienten W0(n + 1) und W1(n + 1) des adaptiven Kerbfilters 4 werden
durch die nachfolgenden Gleichungen bestimmt: W0(n + 1) = W0(n) – μe(n) r0(n) (1), und W1(n + 1) = W1(n) – μe(n) r1(n) (2),wobei μ der Schrittgrößenparameter
ist.
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Wie
vorher beschrieben, konvergieren die Filterkoeffizienten W0 und
W1 des adaptiven Kerbfilters 4 rekursiv zu einem optimalen
Wert derart, dass das Fehlersignal "e" minimiert
wird, d.h., um Rauschen bzw. ein Geräusch an dem Mikrofon 24,
das als Geräuschunterdrückungsabschnitt
dient, reduzieren zu können.
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Eine
allgemeine Lösung,
die auf dem vorstehend erwähnten
LMS-Algorithmus
beruht, ist gültig, wenn
keine Änderung
der Übertragungseigenschaften
auftritt. Zum Beispiel können
sich die Anfangsübertragungseigenschaften
etwas gegenüber
den gegenwärtigen
bzw. momentanen Übertragungseigenschaften
der Verstärkung
X' und der Phase
-α' (deg) ändern. 3 zeigt ein Signal (das
gegenwärtige, akustische Übertragungssignale),
das für
eine akustische Übertragung
des Ausgangs von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5 zu
dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist. 3 zeigt eine Wiedergabe
bezüglich
des Ausgangssignals von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5,
dem das Kosinuswellen-Referenzsignal zugeführt wird. Diese Wiedergabe
ist dafür
vorgesehen, einen Vergleich mit dem Kosinuswellen-Simulationssignal
r0 der 2 zu erleichtern
und wird auch in weiteren Figuren verwendet. Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Phaseneigenschaften
des Kosinuswellen-Simulationssignals r0 und des gegenwärtigen,
akustischen Übertragungssignals
etwas unterschiedlich zueinander, aber ungefähr gleich zueinander. Unter diesen
Bedingungen stellt das aktive Geräuschsteuersystem den Geräuschreduzierungseffekt
mit Stabilität
bereit.
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Unter
den tatsächlichen
Arbeitsumgebungen des aktiven Geräuschsteuersystems können jedoch die
Eigenschaften des Lautsprechers 23 und des Mikrofons 24 mit
der Zeit oft variieren oder die Übertragungseigenschaften
können
stark aufgrund einer Änderung
der Anzahl der Fahrgäste
in der Fahrgastzelle oder aufgrund eines geöffneten oder geschlossenen Fensters
und so weiter variieren. In diesen Fällen, insbesondere dann, wenn
sich die Phaseneigenschaft stark gegenüber denjenigen der Anfangsübertragungseigenschaften ändern, wird
keine stabile adaptive Steuerung bereitgestellt. Insbesondere, wenn sich
die gegenwärtigen Übertragungseigenschaften in
der Phaseneigenschaft gegenüber
der Anfangsübertragungseigenschaften
um 90 (deg) oder mehr geändert
haben, würde
das sekundäre
Geräusch, das
von dem Lautsprecher 23 abgestrahlt wird, sogar Geräusche verstärken, wodurch
möglicherweise
verursacht wird, dass der adaptive Kerbfilter 4 divergiert. Zum
Beispiel können
sich die Anfangsübertragungseigenschaften
zu den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
mit der Verstärkung
Y der Phase -β (deg) ändern. 4 zeigt ein Signal (das
gegenwärtige,
akustische Übertragungssignal),
das für
die akustische Übertragung
des Ausgangs von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5 zu
dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist. Wie aus 2 und 4 ersichtlich ist, sind die
Phaseneigenschaften des Kosinuswellen-Simulationssignals r0 und des gegenwärtigen,
akustischen Übertragungssignals stark
voneinander unterschiedlich. Die Phase, -β (deg), der gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
hat sich gegenüber
der Phase, -α (deg),
der Anfangsübertragungseigenschaften
um 90 (deg) oder mehr geändert.
Unter diesen Bedingungen, wenn die Filterkoeffizienten W0 und W1
des adaptiven Kerbfilters in Übereinstimmung
mit dem LMS-Algorithmus, der in der Gleichungen (1) und (2) gezeigt
ist, aktualisiert werden, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass
eine Divergenz resultiert.
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In
diesem Zusammenhang ist es erforderlich, das adaptive Kerbfilter 4 mit
Stabilität
in Betrieb zu halten, um abnormale Operationen, z.B. eine Divergenz,
auch in der Gegenwart einer signifikanten Änderung der gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften
zu verhindern.
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Die
erste Ausführungsform
erzeugt mathematisch ein Signal, das für die akustische Übertragung
des Ausgangs von dem adaptiven Kerbfilter 4 zu dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den Anfangsübertragungseigenschaften
verfügbar
ist, verwendet das Signal als ein kompensiertes Signal. Das kompensierte
Signal und das Ausgangssignal von dem Mikrofon 24 werden
miteinander addiert, um ein Signal zu erzeugen, das wiederum in
einem adaptiven Steueralgorithmus verwendet wird. Dies ermöglicht eine
betriebsmäßige Reduzierung
einer Änderung
der Übertragungseigenschaften,
insbesondere einer Änderung
der Phaseneigenschaft, was einen signifikanten Effekt auf die Stabilität hat, um
die Divergenz des adaptiven Kerbfilters 4 zu unterdrücken, wodurch
ein stabiler Geräuschreduzierungseffekt
bereitgestellt wird.
-
Die
Kompensationssignalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen des zuvor
erwähnten
kompensierten Signals enthält Übertragungselemente 25, 26, 27 und 28,
Addierer 29, 30 und 33 und Koeffizientenmultiplizierer 31, 32.
Zuerst wird das Kosinuswellen-Referenzsignal
dem Übertragungselement 25 zugeführt, das
C0 hat und das die Anfangsübertragungseigenschaften
bei der Kerbfrequenz simuliert, und auch das Sinuswellen-Referenzsignal wird
dem Übertragungselement 26 zugeführt, das
C1 hat, damit die Ausgangssignale von den Übertragungselementen 25 und 26 miteinander
in dem Addierer 29 addiert werden können.
-
Nachfolgend
wird das Ausgangssignal von dem Addierer 29 mit dem Filterkoeffizienten
W0 des adaptiven Kerbfilters 4 in dem Koeffizientenmultiplizierer 31 multipliziert,
um ein kompensiertes Kosinuswellen-Signal g0 zu erzeugen. Ähnlich wird
das Sinuswellen-Signal dem Übertragungselement 27 zugeführt, das
C0 hat und das die Anfangsübertragungseigenschaften
simuliert, und auch das Kosinuswellen-Referenzsignal wird dem Übertragungselement 28 zugeführt, das
-C1 hat, damit die Ausgangssignale von den Übertragungselementen 27 und 28 zusammen
in dem Addierer 30 addiert werden können. Nachfolgend wird das
Ausgangssignal von dem Addierer 30 mit dem Filterkoeffizienten
W1 des adaptiven Kerbfilters 4 in dem Koeffizientenmultiplizierer 32 multipliziert,
um ein kompensiertes Sinuswellen-Signal g1 zu erzeugen. Die zuvor
erwähnten
kompensierten Kosinuswellen- und
Sinuswellen-Signale g0 bzw. g1 werden miteinander in dem Addierer 33 addiert,
um ein kompensiertes Signal "h" bereitzustellen.
Das kompensierte Signal "h" ist ein mathematisch
bestimmtes Signal, das für
das akustische Übertragen
des Ausgangs von dem adaptiven Kerbfilter zu dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung mit
den Anfangsübertragungseigenschaften
verfügbar
ist. Das kompensierte Kosinuswellen-Signal g0 ist äquivalent
zu dem Signal, das für
das akustische Übertragen
des Ausgangs von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5 zu
dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den Anfangsübertragungseigenschaften
verfügbar
ist. Ähnlich
ist das kompensierte Sinuswellen-Signal g1 äquivalent zu dem Signal, das für das akustische Übertragen
des Ausgangs von dem zweiten, adaptiven Einabzweig-Filter 6 zu
dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den Anfangsübertragungseigenschaften
verfügbar
ist.
-
Als
nächstes
werden das kompensierte Signal "h" und das Ausgangssignal
(das Fehlersignal "e") von dem Mikrofon
miteinander in dem Addierer 34 addiert, um ein Signal zu
erzeugen, das wiederum den Prozessoreinheiten 15 und 16 zur
Verwendung in dem adaptiven Steueralgorithmus zugeführt wird, um
die Filterkoeffizienten W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 aktualisieren
zu können.
-
Es
wird davon ausgegangen, dass das kompensierte Signal "h" und das Fehlersignal "e" miteinander addiert werden, um ein
kompensiertes Fehlersignal "e" erzeugen zu können, wobei
das kompensierte Fehlersignal "e" durch die nachfolgende
Gleichung ausgedrückt
wird: e'(n) = e(n) + h(n) (3)
-
Wenn
das kompensierte Fehlersignal "e", das Kosinuswellen-Simulationssignal
r0 und das Sinuswellen-Simulationssignal r1 in dem LMS-Algorithmus
verwendet werden, werden die Filterkoeffizienten W0(n + 1) und W1(n
+ 1) des adaptiven Kerbfilters 4 durch die nachfolgenden
Gleichungen bestimmt: W0(n
+ 1) = W0(n) – μe'(n) r0(n) (4) W1(n + 1) = W1(n) – μe'(n) r1(n) (5)wobei μ der Schrittgrößenparameter
ist.
-
Wie
aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, konvergieren die Filterkoeffizienten
W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 rekursiv zu einem
optimalen Wert derart, dass das Fehlersignal "e" minimiert
wird, d.h., dass das Geräusch
an dem Mikrofon 24 reduziert wird, das als Geräuschunterdrückungsabschnitt dient.
Das kompensierte Signal "h", das in dem LMS-Algorithmus
verwendet wird, bedeutet, dass das kompensierte Kosinuswellen- Signal g0 verwendet
wird, um den Filterkoeffizienten W0 des ersten, adaptiven Einabzweig-Filters 5 zu
aktualisieren, und dass das kompensierte Sinuswellen-Signal g1 verwendet
wird, um den Filterkoeffizienten W1 des zweiten, adaptiven Einabzweig-Filters 6 zu
aktualisieren. Dies ist aus den Gleichungen (4) und (5) ersichtlich.
-
Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 das kompensierte Fehlersignal "e'",
das in Gleichung (3) gezeigt ist, in dem adaptiven Steueralgorithmus
verwendet. Zuerst zeigt 5 beispielhaft,
wenn sich die gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften überhaupt
nicht geändert
haben, wobei sie bei der Verstärkung
X und der Phase -α (deg)
bleiben, das kompensierte Kosinuswellen-Signal g0, ein Signal (das
gegenwärtige,
akustische Übertragungssignal),
das für
die akustische Übertragung
des Ausgangs von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5 zu
dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den vorliegenden Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist, und das addierte Signal dieser beiden Signale. Wie aus 2 und 5 ersichtlich ist, sind das Kosinuswellen-Simulationssignal
r0 und das addierte Signal gleich zueinander in der Phaseneigenschaft.
Dementsprechend kann, wenn sich die gegenwärtigen Übertragungseigenschaften überhaupt
nicht gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften
geändert
haben, das addierte Signal auch in dem adaptiven Steueralgorithmus
verwendet werden, um den Filterkoeffizienten W0 des adaptiven Kerbfilters 4 zu aktualisieren,
wodurch dem aktiven Geräuschsteuersystem
ermöglicht
wird, den Geräuschreduzierungseffekt
mit Stabilität
in der gleichen Art und Weise wie mit dem allgemeinen LMS-Algorithmus
bereitzustellen.
-
Der
LMS-Algorithmus, der in den Gleichungen (4) und (5) vorstehend gezeigt
ist, arbeitet jedoch derart, dass das kompensierte Fehlersignal "e'" zu null
kompensiert wird und tendiert deshalb dazu, einen geringeren Wert
der Rauschreduktion bereitzustellen, wenn mit dem allgemeinen LMS-Algorithmus verglichen
wird, der in den Gleichungen (1) und (2) gezeigt ist. Dies wird
genauer nachfolgend erläutert. Wie
vorherstehend wird davon ausgegangen, dass sich die vorliegenden
bzw. gegenwärtigen Übertragungseigenschaften überhaupt
nicht gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften
geändert
haben. Man lasse nun N das problematische Geräusch von dem Motor 21 sein,
dann ist das Fehlersignal "e" die Summe des Geräusches N
und eines Signals, das für das
akustische Übertragen
des Ausgangs von dem adaptiven Kerbfilter 4 zu dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist. Zudem gilt, da in diesem Fall das Signal, das für die akustische Übertragung des
Ausgangs von dem adaptiven Kerbfilter 4 zu dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist, gleich dem kompensierten Signal "h" ist,
das mathematisch erzeugt worden ist, e(n) = N(n) + h(n) (6)e'(n) kann deshalb
wie folgt ausgedrückt
werden: e'(n) = {N(n) + h(n)}
+ h(n) (7) = N(n) + 2·h(n) (8)
-
Da
der LMS-Algorithmus, der in den Gleichungen (4) und (5) gezeigt
ist, derart arbeitet, dass e'(n)
zu null reduziert wird, N(n)
+ 2·h(n)
= 0 (9)
-
Deshalb
ist h(n) = –N(n)/2 (10)
-
Die
Gleichung (10) zeigt, dass das Signal, das für die akustische Übertragung
des Ausgangs von dem adaptiven Kerbfilter 4 zu dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den vorliegenden Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist, entgegengesetzt in der Phase zu dem Geräusch N ist und nur die Hälfte der
Verstärkung
des Geräusches
N hat. Anders ausgedrückt,
heißt
das, dass das problematische Geräusch
nur maximal um die Hälfte
an dem Mikrofon 24 reduziert wird, das als Geräuschunterdrückungsabschnitt
dient. Dies scheint einen reduzierten Effekt von dem Betrachtungspunkt
der Größe der Geräuschreduktion
aus gesehen bereitzustellen; dies stellt jedoch effektive Mittel
bereit, die verfügbar sind,
wenn das aktive Geräuschsteuersystem
tatsächlich
in einem Fahrzeug oder Ähnlichem
eingebaut ist.
-
Die
Gründe
dafür sind
wie nachfolgend beschrieben. In praktischen Arbeitsumgebungen ist
das Mikrofon 24 oft von den Ohren eines Fahrgastes entfernt
angeordnet, z.B. an der Rückseite
des Armaturenbretts oder unter den Sitzen. An diesen Orten ist der
Schalldruckpegel des Geräusches
oft viel höher als
der an den Ohren des Fahrgastes bzw. Insassen. In diesen Fällen würde ein
Versuch, den Geräuschpegel
an dem Mikrofon 24 auf null in Übereinstimmung mit dem allgemeinen
LMS-Algorithmus, der in den Gleichungen (1) und (2) gezeigt ist,
zu reduzieren, eine Überkompensation
an den Ohren des Fahrgastes verursacht, wodurch sich ein reduzierender Geräuschreduktionseffekt
oder sogar eine Erhöhung des
Geräusches
ergeben kann.
-
Andererseits
würde der
LMS-Algorithmus, der in den Gleichungen (4) und (5) gezeigt ist,
nicht das Geräusch
auf null an dem Mikrofon 24 reduzieren; dies würde jedoch
eine Überkompensation
unterdrücken,
was einen ausreichenden Geräuschreduzierungseffekt
an den Ohren des Fahrgastes bereitstellt.
-
Nun
zeigt 6 beispielhaft,
wenn sich die Anfangsübertragungseigenschaften
in die gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
mit der Verstärkung
Y und der Phase -β (deg)
geändert
haben, das kompensierte Kosinuswellen-Signal g0, ein Signal (das
gegenwärtige,
akustische Übertragungssignal), das
für die
akustische Übertragung
des Ausgangs von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5 zu dem
Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist, und ein addiertes Signal dieser beiden Signale zeigt. Wie aus 2 und 6 ersichtlich ist, sind das Kosinuswellen-Simulationssignal
r0 und das gegenwärtige, akustische Übertragungssignal
signifikant unterschiedlich in der Phaseneigenschaft. Die Phase
der gegenwärtigen Übertragungseigenschaften,
-β (deg), hat
sich hier gegenüber
jener der Anfangsübertragungseigenschaften,
-α (deg),
um 90 (deg) oder mehr geändert.
-
Unter
diesen Umständen
würde die
Verwendung des allgemeinen LMS-Algorithmus, der in den Gleichungen
(1) und (2) gezeigt wird, möglicherweise eine
Divergenz in dem adaptiven Kerbfilter 4 verursachen. Nun
wird das addierte Signal des kompensierten Kosinuswellen-Signals
g0 und des gegenwärtigen,
akustischen Übertragungssignals
berücksichtigt.
Aus 2 und 6 ist die Phase des addierten
Signals, -γ (deg),
vorteilhafterweise näher
zu der Phase des Kosinuswellen-Simulationssignals r0, -α (deg), wenn
mit der Phase des gegenwärtigen,
akustischen Übertragungssignals,
-β (deg),
verglichen wird.
-
Dementsprechend
wird das addierte Signal in dem adaptiven Steueralgorithmus verwendet,
um den Filterkoeffizienten W0 des adaptiven Kerbfilters 4 zu
aktualisieren, wodurch eine signifikant verbesserte Steuerstabilität bereitgestellt
wird. Aus dem Blickwinkel des adaptiven Steueralgorithmus wird eine mehr
als 90 (deg) betragende, tatsächliche
Phasendifferenz zwischen den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften und
den Anfangsübertragungseigenschaften
auf 90 (deg) oder weniger unter Verwendung des addierten Signals
des kompensierten Kosinuswellen-Signals
g0 und des gegenwärtigen, akustischen Übertragungssignals
verbessert, wodurch das Risiko einer Divergenz signifikant reduziert wird.
Auch wenn sich die gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
signifikant gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften ändern, stellt
das aktive Geräuschsteuersystem
folglich auf diese Art und Weise einen stabilen Geräuschreduzierungseffekt
bereit.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, ist das aktive Geräuschsteuersystem gemäß der ersten Ausführungsform
derart ausgelegt, dass es mathematisch ein Signal erzeugt, das für die akustische Übertragung
des Ausgangs von dem adaptiven Kerbfilter zu dem Mikrofon in Übereinstimmung
mit den Anfangsübertragungseigenschaften
verfügbar
ist, und dass es dieses Signal und das Ausgangssignal von dem Mikrofon
miteinander addiert, um das resultierende Signal in einem adaptiven
Steueralgorithmus zu verwenden. Dies ermöglicht, dass das System eine Überkompensation
unterdrückt
und auch dass der adaptive Algorithmus an eine Änderung der gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften
angepasst wird, wodurch eine Divergenz unterdrückt wird, um einen stabilisierten
Geräuschreduzierungseffekt bereitstellen
zu können.
-
[Zweite Ausführungsform]
-
In Übereinstimmung
mit der zuvor erwähnten,
ersten Ausführungsform
wurde beschrieben, dass das addierte Signal des kompensierten Signals "h" und des Ausgangssignals (Fehlersignal "e") von dem Mikrofon 24 in einem
adaptiven Steueralgorithmus verwendet wird, um die Filterkoeffizienten
W0 und W1 des adap tiven Kerbfilters 4 zu aktualisieren, wodurch
eine Überkompensation
unterdrückt
wird und eine verbesserte Steuerstabilität bereitgestellt wird. In der
zweiten Ausführungsform
wird nun eine weitere Beschreibung bezüglich einer Technik zum Steuern
der Größe bzw.
des Betrags der Unterdrückung
durch Überkompensation
gemacht.
-
7 zeigt in einer Blockdiagrammform
den Aufbau eines aktiven Geräuschsteuersystems
gemäß der zweiten
Ausführungsform.
In dieser Figur sind die gleichen Komponenten wie jene des aktiven Geräuschsteuersystems,
das in der ersten Ausführungsform
gezeigt ist, mit gleichen Referenzzeichen angegeben.
-
7 ist unterschiedlich zu 1 darin, dass die Erzeugereinrichtung
für das
kompensierte Signal mit einem Koeffizientenmultiplizierer 35 versehen
ist. Bei dieser Anordnung werden das kompensierte Signal "h" oder ein Ausgangssignal von dem Addierer 33 dem
Koeffizientenmultiplizierer 35 zugeführt, worin es mit einem Koeffizienten
K multipliziert wird. Das resultierende Ausgangssignal K·h von
dem Koeffizientenmultiplizierer 35 und das Ausgangssignal
(Fehlersignal "e") von dem Mikrofon 24 werden miteinander
in dem Addierer 34 addiert, um ein Signal zu erzeugen,
das wiederum den Prozessoreinheiten 15, 16 mit
einem adaptivem Steueralgorithmus zugeführt wird und dann in einem
adaptiven Steueralgorithmus verwendet wird, um die Filterkoeffizienten
W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 zu aktualisieren.
-
Das
kompensierte Signal K·h,
das durch das kompensierte Signal "h" kompensiert
wird, das mit dem Koeffizienten K multipliziert wird, wird nachfolgend
als neues, kompensiertes Signal definiert und das addierte Signal
des neuen, kompensierten Signals und des Fehlersignals "e" wird als neues, kompensiertes Fehlersignal "e'" definiert.
In diesem Fall wird das kom pensierte Fehlersignal "e'" durch
die folgende Gleichung ausgedrückt: e'(n) = e(n) + K·h(n) (11)
-
Das
neue, kompensierte Fehlersignal "e'", das Kosinuswellen-Simulationssignal r0 und das Sinuswellen-Simulationssignal
r1 werden dem zuvor erwähnten
LMS-Algorithmus, der in den Gleichungen (4) und (5) gezeigt ist,
zugeführt,
um zu ermöglichen, dass
die Filterkoeffizienten W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 zu
einem optimalen Wert derart konvergieren, dass das kompensierte
Fehlersignal "e'" kompensiert wird, wodurch ein Geräusch an
einem Mikrofon 24 reduziert wird. Die Verwendung des neuen,
kompensierten Signals K·h
in dem LMS-Algorithmus bedeutet, dass K·g0, das durch das kompensierte
Kosinuswellen-Signal
g0 erhalten wird, das mit dem Koeffizienten K multipliziert wird,
verwendet wird, um den Filterkoeffizienten W0 des ersten, adaptiven
Einabzweig-Filters 5 zu aktualisieren, und dass auch K·g1, das
durch das kompensierte Sinuswellen-Signal g1 erhalten wird, das
mit dem Koeffizienten K multipliziert ist, verwendet wird, um den
Filterkoeffizienten W1 des zweiten, adaptiven Einabzweig-Filters 6 zu
aktualisieren. Dies ist aus den Gleichungen (4) und (5) verständlich.
-
Nachfolgend
wird die Größe des Geräuschreduzierungseffekts,
der hier bereitgestellt wird, erläutert. Wie in der ersten Ausführungsform wird
davon ausgegangen, dass sich die gegenwärtigen Übertragungseigenschaften überhaupt
nicht gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften
geändert
haben. Ist nun N das problematische Geräusch von dem Motor 21 können die
Gleichungen (6) und (11) wie folgt geändert werden: e'(n) = {N(n) + h(n)} + K·h(n) (12) = N(n) + (1 + K)·h(n) (13)
-
Da
der LMS-Algorithmus, der in den Gleichungen (4) und (5) gezeigt
ist, derart arbeitet, dass e'(n)
zu null reduziert wird, N(n)
+ (1 + K)·h(n)
= 0 (14)
-
Deshalb
ist h(n) = –N(n)/(1
+ K) (15)
-
Gleichung
(15) zeigt, dass das Signal, das für die akustische Übertragung
des Ausgangs von dem adaptiven Kerbfilter 4 zu dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist, entgegengesetzt in der Phase zu dem Geräusch N ist und 1/(1 + K) der Amplitude
des Geräusches
N beträgt.
Anders ausgedrückt,
bedeutet dies, dass der Koeffizient K des Koeffizientenmultiplizierers 35 eingestellt
ist, wodurch die Steuerung für
die Größe des Geräuschreduzierungseffekts
an dem Mikrofon 24 bereitgestellt wird, das als Geräuschunterdrückungsabschnitt
dient. Das heißt,
dass der Wert des Koeffizienten K in Antwort auf den Unterschied
zwischen dem Schalldruckpegel eines Geräusches an dem Mikrofon 24 und
dem eines Geräusches
an den Ohren eines Fahrgastes eingestellt wird, wodurch eine weiter
optimierte Unterdrückung
bezüglich
der Überkompensation
bereitgestellt wird. Es wird auch ermöglicht, den Wert des Koeffizienten
K in Antwort auf die Änderungsrate
zwischen den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
und den Anfangsübertragungseigenschaften
einzustellen, wodurch eine weiter optimierte Steuerungsstabilität bereitgestellt
wird.
-
Dies
wird nachfolgend mit Bezug auf 8 erläutert. Beispielhaft
wird davon ausgegangen, dass sich die Anfangsübertragungseigenschaften in
die gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
mit der Verstärkung
X' und der Phase
-α' (deg) leicht geändert haben. 8 zeigt ein Signal (das
gegenwärtige,
a kustische Übertragungssignal),
das für
die akustische Übertragung
des Ausgangs von dem ersten, adaptiven Einabzweig-Filter 5 zu
dem Mikrofon 24 in Übereinstimmung
mit den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
verfügbar
ist, das kompensierte Kosinuswellen-Signal g0, das mit dem Koeffizienten K
multipliziert ist, um ein kompensiertes Kosinuswellen-Signal K·g0 zu
erhalten, und ein addiertes Signal dieser beiden Signale. Hier ist
der Koeffizient K auf einen Wert von 1 oder kleiner gesetzt. Dies
ermöglicht
es, eine weiter optimierte Größe der Unterdrückung der Überkompensation
in Übereinstimmung mit
der Verstärkung
Z des addierten Signals und auch der Änderung der Phaseneigenschaft
bereitzustellen, die nun -α' (deg) bis -γ (deg) beträgt, wodurch eine
verbesserte Stabilität
bereitgestellt wird.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, ist das aktive Geräuschsteuersystem gemäß der zweiten Ausführungsform
derart ausgelegt, dass ein addiertes Signal des kompensierten Signals "h", das mit dem Koeffizienten K multipliziert
ist, und des Ausgangssignals (Fehlersignal "e")
von dem Mikrofon 24 in einem adaptiven Steueralgorithmus
verwendet werden. Dies ermöglicht,
dass das System ein weiter optimiertes, kompensiertes Signal in
Antwort auf die Änderungsrate
in den gegenwärtigen Übertragungseigenschaften
gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften
oder der Differenz zwischen dem Geräuschpegel an dem Mikrofon 24 und
dem an den Ohren eines Fahrzeuginsassen erzeugen kann, wodurch ein
idealer Geräuschreduzierungseffekt
mit hoher Stabilität
bereitgestellt wird.
-
[Dritte Ausführungsform]
-
9 zeigt eine Blockdiagrammform
des Aufbaus eines aktiven Geräuschsteuersystems
gemäß der dritten
Ausführungsform.
In der Figur sind die gleichen Komponenten wie jene der aktiven
Geräuschsteuersysteme,
die in den ersten und zweiten Ausführungsformen gezeigt sind,
durch die gleichen Bezugszeichen angegeben.
-
9 ist unterschiedlich zu 7 darin, dass die Kompensationssignalerzeugungseinrichtung
mit einem Ausgangssteuerabschnitt 36 versehen ist. Bei
dieser Anordnung wird das Ausgangssignal K·h von dem Koeffizientenmultiplizierer 35 dem Ausgangssteuerabschnitt 36 zugeführt. Der
Ausgangssteuerabschnitt 36 enthält einen Speicherbereich zum
Speichern der Werte des Filterkoeffizienten W0 des ersten, adaptiven
Einabzweig-Filters 5 jedesmal dann, wenn der Filterkoeffizient
W0 während eines
vorgegebenen Intervalls von einem früheren Zeitpunkt zu dem gegenwärtigen Zeitpunkt
(z.B. einem Intervall, während
dem der Filterkoeffizient 20-mal aktualisiert wird) aktualisiert
wird. Der Ausgangssteuerabschnitt 36 berechnet einen kumulativen
Wert der Änderungen. Ähnlich enthält der Ausgangssteuerabschnitt 36 einen
weiteren Speicherbereich zum Speichern der Werte des Filterkoeffizienten
W1 des zweiten, adaptiven Einabzweig-Filters 6 jedesmal
dann, wenn der Filterkoeffizient W1 während eines vorgegebenen Intervalls
von einem vorhergehenden zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt aktualisiert
wird (z.B. einem Intervall, während
dem der Filterkoeffizient 20-mal aktualisiert wird). Der Ausgangssteuerabschnitt 36 berechnet
einen kumulativen Wert der Änderungen.
Nur wenn mindestens einer dieser kumulativen Werte größer als
eine vorgegebene Schwelle ist, stellt der Ausgangssteuerabschnitt 36 das
Ausgangssignal K·h
bereit, das von dem Koeffizientenmultiplizierer 35 zugeführt wird. Dies
wird in der Diskretberechnung-Prozessoreinheit 17 mittels
eines Speichers und eines Programms realisiert.
-
In
der Praxis, wenn ein Fahrzeug, das das aktive Geräuschsteuersystem
umfasst, auf unebenen bzw. ungepflasterten Straßen fährt oder wenn ein Fenster offen
gehalten wird, unterliegt der adaptive Steueralgorithmus den Effekten
von externen Geräuschen,
wodurch eine instabile Steuerung erzeugt wird. Z.B. würde das
Mikrofon 24, das neben den Ohren eines Fahrgastes in der
Fahrgastzelle installiert ist, signifikant den externen Geräuschen,
z.B. Straßengeräuschen und
Winddruck- oder Windgeräuschen,
die durch ein Fenster in die Fahrzeugzelle kommen, ausgesetzt sein.
Zu diesem Zeitpunkt würden
die Filterkoeffizienten W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 signifikant
variieren, was im schlimmsten Fall eine Divergenz verursacht. In
diesem Zusammenhang ist der Ausgangssteuerabschnitt 36 derart vorgesehen,
dass er die kumulativen Werte der Änderungen in den Filterkoeffizienten
W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 während eines vorgegebenen Intervalls
von einem früheren
Zeitpunkt bis zu einem gegenwärtigen
Zeitpunkt überwacht.
Dies ermöglicht eine
geeignete Überwachung
des Verhaltens des adaptiven Kerbfilters 4. Wenn einer
dieser kumulativen Werte eine vorgegebene Schwelle überschreitet,
bestimmt der Prozess, dass die adaptive Steuerung aufgrund der Effekte
der externen Geräusche
instabil geworden ist, und verwendet ein kompensiertes Signal in
dem adaptiven Steueralgorithmus, um die Stabilität zu verbessern.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, ist das aktive Geräuschsteuersystem gemäß der dritten Ausführungsform
derart ausgelegt, dass es die kumulativen Werte der Änderungen
in den Filterkoeffizienten W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 überwacht
und ein kompensiertes Signal dem adaptiven Steueralgorithmus nur
dann hinzufügt,
wenn der kumulative Wert eine Schwelle überschritten hat. Dies ermöglicht es,
einen idealen Geräuschreduzierungseffekt
mit Stabilität
bereitzustellen, während
eine Divergenz auch unter Umständen
unterdrückt
wird, unter de nen ein signifikanter Wert der ankommenden externen
Geräusche
existiert.
-
Im
Vorhergehenden verwendet der Ausgangssteuerabschnitt 36,
der in der dritten Ausführungsform
gezeigt ist, die kumulativen Werte der Änderungen der Filterkoeffizienten
W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 während eines vorgegebenen Intervalls
von einem früheren
Zeitpunkt bis zu dem gegenwärtigen
Zeitpunkt. Es ist jedoch auch akzeptabel, die Werte der Änderungen
jedes der Filterkoeffizienten W0 und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 zwischen
dem gegenwärtigen
Wert und einem früheren Wert
in einem vorgegebenen, vergangenen Zeitintervall zu verwenden. In
diesem Fall enthält
der Ausgangssteuerabschnitt 36 einen Speicherbereich zum Speichern
der Werte des Filterkoeffizienten W0 des ersten, adaptiven Einabzweig-Filters 5 jedesmal dann,
wenn der Filterkoeffizient W0 während
eines vorgegebenen Zeitintervalls von einem früheren Zeitpunkt bis zu einem
gegenwärtigen
Zeitpunkt (z.B. einem Intervall, während dem der Filterkoeffizient 20-mal
aktualisiert wurde) aktualisiert wird. Der Ausgangssteuerabschnitt 36 berechnet
den Wert einer Änderung
zwischen dem gegenwärtigen
Wert und einem früheren
Wert in einem vorgegebenen, vergangenen Zeitintervall. Ähnlich enthält der Ausgangssteuerabschnitt 36 einen
weiteren Speicherbereich zum Speichern der Werte des Filterkoeffizienten
W1 des zweiten, adaptiven Einabzweig-Filters 6 jedesmal
dann, wenn der Filterkoeffizient W1 während eines vorgegebenen Intervalls
von einem früheren Zeitpunkt
bis zu einem gegenwärtigen
Zeitpunkt (z.B. einem Intervall, während dem der Filterkoeffizient 20-mal
aktualisiert wurde) aktualisiert wird. Der Ausgangssteuerabschnitt 36 berechnet
den Wert einer Änderung
zwischen dem gegenwärtigen
Wert und einem früheren
Wert in einem vorgegebenen, abgelaufenen Zeitintervall. Nur wenn
mindestens einer dieser Änderungswerte
größer als
eine vorgegebene Schwelle bzw. ein vorgegebener Schwellenwert ist, gibt
der Ausgangssteuerabschnitt 36 das Ausgangssignal K·h aus,
das von dem Koeffizientenmultiplizierer 35 zugeführt wird.
In diesem Fall können
zusätzlich
zu den Effekten, die durch die zuvor erwähnte dritte Ausführungsform
bereitgestellt werden, das Verhalten der Filterkoeffizienten W0
und W1 des adaptiven Kerbfilters 4 leicht überwacht
werden. Dies vereinfacht den Arithmetikalgorithmus, wodurch das Erzeugen
des Programms erleichtert wird, das in der Diskretberechnung-Prozessoreinheit 17 implementiert
ist.
-
Wie
zuvor beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung dafür ausgelegt,
mathematisch ein Signal zu erzeugen, das für das akustische Übertragen
des Ausgangs von dem adaptiven Kerbfilter zu dem Mikrofon in Übereinstimmung
mit den Anfangsübertragungseigenschaften
verfügbar
ist, und das Signal und das Ausgangssignal von dem Mikrofon zu addieren,
um das resultierende Signal in einem adaptiven Steueralgorithmus
zu verwenden. Auch wenn sich die gegenwärtigen Übertragungseigenschaften signifikant
gegenüber
den Anfangsübertragungseigenschaften
geändert
haben oder wenn sich der Filterkoeffizient eines adaptiven Kerbfilters
stark aufgrund der ankommenden externen Geräusche geändert hat, ist es möglich, dass
der adaptive Algorithmus arbeitsmäßig die Stabilität derart
verbessert, dass eine Divergenz unterdrückt wird und auch eine Überkompensation
an den Ohren eines Fahrgastes unterdrückt wird, wodurch ein idealer
Geräuschreduzierungseffekt
bereitgestellt wird.
-
Obwohl
die Erfindung vollständig
in Verbindung mit ihrer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden
ist, wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen,
die für
Fachleute ersichtlich sind, als enthalten innerhalb des Bereichs
der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, wie sie durch die
angehängten
Ansprüche definiert
ist, außer
sie weichen davon ab.