DE102015225925A1

DE102015225925A1 - Verfahren zur aktiven Schalldämpfung und Schalldämpfungsanordnung

Info

Publication number: DE102015225925A1
Application number: DE102015225925.0A
Authority: DE
Inventors: Rouven Ritter; Benoit Budiscak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100, 200) zur aktiven Dämpfung eines Schallsignals (d(n)) einer Schallquelle (1), das wenigstens eine Schallfrequenz umfasst, bei dem ein mit der wenigstens einen Schallfrequenz des Schallsignals (d(n)) korrelierendes Signal (sync) nichtakustisch erfasst wird, aus dem nichtakustisch erfassten, mit der wenigstens einen Schallfrequenz des Schallsignals (d(n)) korrelierenden Signal (sync) wenigstens ein Referenzsignal (x(n), x0(n), x1(n)) ermittelt wird, das Referenzsignal (x(n) x0(n), x1(n)) unter Verwendung wenigstens einer adaptiven digitalen Filterfunktion (w0(n), w1(n)), die unter Verwendung eines ersten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS1) parametriert wird, unter Erhalt eines Ausgangssignals (y(n)) gefiltert wird, und das Ausgangssignal (y(n)) zur Ansteuerung eines Schallgebers (4) verwendet wird, wodurch das Schallsignal (d(n)) bis auf ein verbleibendes Fehlersignal (e(n)) abgedämpft wird, wobei in dem ersten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS1) aus dem Referenzsignal (x(n), x0(n), x1(n)) und aus dem Fehlersignal (e(n)) ermittelte Parameter (x^ 0'(n), x^ 1'(n)) verwendet werden. Es ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal (y(n)) oder dem Fehlersignal (e(n)) unter Erhalt von Signalinformationen (E) einer Frequenzanalyse (21) unterworfen wird, aus den Signalinformationen (E) unter Verwendung eines zweiten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS2) wenigstens ein Konvergenzparameter (w0'(n), w1'(n)) ermittelt wird, und der wenigstens eine Konvergenzparameter (w0'(n), w1'(n)) in dem ersten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS1) eingesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Schalldämpfung, eine entsprechende Schalldämpfungsanordnung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Aktive Schalldämpfung (Active Noise Cancelling, ANC) kann u.a. im Fahrzeugumfeld angewendet werden, um z.B. das Motorgeräusch eines Verbrennungsmotors wirksam zu dämpfen. Da das Geräusch (Schallsignal) eines Verbrennungsmotors vorrangig schmalbandigen und tonalen Charakter hat und die relevanten Geräuschanteile streng mit der Motordrehzahl korrelieren, kann zur Bekämpfung der Störgeräusche eine Feed-Forward-Architektur für multitonale Geräusche gewählt werden. Im einfachsten Fall wird lediglich eine einzige Frequenz (die dominante Motorordnung) aktiv ausgelöscht.
Dies wird erreicht durch Erzeugen eines am Wahrnehmungsort gegenphasigen Sinustons. Die zweckmäßige Phase und Amplitude des Auslöschungssignals werden durch Filterung eines Referenzsignals mit einem adaptiven, digitalen Filter eingestellt. Das Referenzsignal wird insbesondere nichtakustisch, beispielsweise mittels eines Tachometers, erzeugt, und korreliert mit der Drehzahl.
Als Adaptionsalgorithmus findet dabei häufig der an sich bekannte Least-Mean-Squares-(LMS-)Algorithmus Anwendung. Im Umfeld von Kraftfahrzeugen kann insbesondere eine Abwandlung hiervon, der Filtered-x-Least-Mean-Squares-(Fx-LMS-)Algorithmus verwendet werden. Zu Details sei auf einschlägige Fachliteratur verwiesen. Der Fx-LMS-Algorithmus hat jedoch den Nachteil, dass keine selbsttätige Begrenzung der Energie des Ausgabesignals durchgeführt wird. Die Amplitude des Signals kann theoretisch über alle Grenzen hinaus anwachsen.
Diese Eigenschaft macht man sich in Grenzen zu Nutze, indem man sie zum gezielten Ausglätten von Leistungsmängeln des Lautsprechers nutzt. So kann der Lautsprecher in Frequenzbereichen, in denen er wenig Leistung bereitstellt, als Ausgleich mit einem stärker ausgesteuerten Eingangssignal angesteuert werden. Allerdings ist dies nur beschränkt möglich.
In der Audiotechnik werden zum Schutz von Komponenten Begrenzer verwendet, deren Aufgabe es ist, die Signalleistung des auszugebenden Audiosignals derart zu begrenzen, dass das Lautsprechersystem keinen Schaden nimmt und/oder andere Grenzen (z.B. Geräuschpegelgrenzen) nicht vorsätzlich oder versehentlich durch den Bediener überschritten werden können.
Die vorliegende Erfindung soll zur Verbesserung von ANC-Systemen beitragen und insbesondere bekannte Nachteile beheben.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden erfindungsgemäß ein Verfahren zur aktiven Schalldämpfung, eine Schalldämpfungsanordnung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht eine Limitierung der Ausgabesignalleistung eines ANC-Systems auf einen definierten Wert. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung die Erkennung von Betriebszuständen, in denen ein ANC-System ineffizient arbeitet, beispielsweise wenn aufgrund unzureichender Konvergenz des Adaptionsalgorithmus keine Auslöschung des Störgeräusches erreicht werden kann und dadurch lediglich die Phase mit hohem Energieaufwand geschoben wird. Schließlich ermöglicht es die Erfindung, potentiell instabile Systemzustände, ein Aufschwingen in derartige instabile Systemzustände und Systemschäden zu erkennen. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung, durch die die genannten Vorteile erzielt werden können, besteht dabei in einer Analyse des Ausgangssignals des verwendeten ANC-Systems und/oder des Rest- bzw. Fehlersignals nach der Applikation des Ausgangssignals, also des nach der Dämpfung verbleibenden Schallsignals.
Die Erfindung schlägt dabei vor, in einem entsprechen Verfahren, bzw. einem zur Durchführung des Verfahrens eingesetzten Regler, zusätzlich eine Analysefunktion zu verwenden, welche das Ausgabesignal analysiert, nachdem dieses der Anwendung entsprechende Limitierungen und ggf. weitere Filterungen durchlaufen hat. Im einfachsten Fall handelt es sich um ein Sinussignal, das lediglich in seiner maximalen Amplitude limitiert ist. In der praktischen Anwendung ist davon auszugehen, dass im Signalpfad stets eine "harte" Limitierung implementiert ist, so dass bei Überschreiten des dort definierten Maximalwertes ein Clipping auftritt. Je nachdem wie stark der Maximalwert überschritten wird, ist dieses Clipping im Zeitsignal deutlich erkennbar. Im Extremfall nähert sich der Signalverlauf einem Rechtecksignal an.
Das Frequenzspektrum eines reinen Sinussignals zeigt bekanntermaßen, dass die gesamte Signalenergie in einer Frequenz konzentriert ist. Abweichungen ergeben sich lediglich durch Rechenungenauigkeiten. Wird eine maximale Amplitude überschritten, tritt der Clipping-Effekt auf. Durch Abschneiden des Sinus an seinen Maxima und Minima sind im Spektrum Oberwellen erkennbar. Anzahl und Intensität der Oberwellen steigen dabei bei zunehmender Amplitudenüberschreitung. Die Frequenzen, bei denen Oberwellen auftreten. Sind vorhersagbar. Das bedeutet, dass es genügt, eine Frequenzanalyse für einen schmalbandigen Bereich um den Wert der erwarteten Frequenz durchzuführen. Das wiederum bedeutet, dass man beispielsweise eine effizientere Implementierung der Spektralanalyse anwenden kann.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur aktiven Dämpfung eines Schallsignals einer Schallquelle vor. Bei der Schallquelle kann es sich insbesondere um einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs handeln. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann insbesondere im Abgastrakt und/oder im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors durchgeführt werden. Insbesondere der Abgastrakt stellt die Hauptschallemmissionsstrecke in einem Kraftfahrzeug dar, so dass das erfindungsgemäße vorgeschlagene Verfahren hier eine besonders vorteilhafte Wirkung entfaltet.
Das erfindungsgemäße betrachtete Schallsignal umfasst wenigstens eine Schallfrequenz. Insbesondere kann es sich bei der wenigstens einen Schallfrequenz um die Grundfrequenz eines entsprechenden Signals, wie sich beispielsweise aus der Drehzahl eines Verbrennungsmotors ergibt, handeln. Grundsätzlich beruht das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren auf einem ansonsten bekannten aktiven Dämpfungsverfahren, also einem Verfahren zur "Active Noise Control" (ANC). Insbesondere kommt das erfindungsgemäße Verfahren dabei im Umfeld der bereits eingangs erwähnten Verfahren zum Einsatz, bei denen Fx-LMS-Algorithmen verwendet werden. Grundsätzlich lässt sich das Verfahren jedoch auch in anderen Kontexten anwenden.
In einem derartigen Verfahren, und so auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wird ein mit der wenigstens einen Schallfrequenz des Schallsignals korrelierendes Signal nichtakustisch erfasst. Handelt es sich bei einem entsprechenden Signal beispielsweise um die Drehzahl eines Verbrennungsmotors, kann ein entsprechendes Signal über einem Tachometer bereitgestellt werden. Eine Erfassung eines entsprechenden Signals ist daher besonders einfach und benötigt keine zusätzlichen Sensoren.
Aus dem nichtakustisch erfassten, mit der wenigstens einen Schallfrequenz des Schallsignals korrelierenden Signal wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Referenzsignal ermittelt. Wie grundsätzlich bekannt, können zur Ermittlung eines entsprechenden Referenzsignals bekannte Signalgeneratoren zum Einsatz kommen. Insbesondere im Rahmen von ANC-Verfahren, die unter Verwendung von Fx-LMS-Algorithmen arbeiten, werden derartige Signale in Form zweier Signalanteile, einer Cosinus- und einer Sinuswelle, ermittelt.
Ein entsprechendes Referenzsignal wird unter Verwendung wenigstens einer adaptiven digitalen Filterfunktion, beispielsweise eines adaptiven Notch- bzw. Kerbfilters, gefiltert. Diese Filterfunktion wird unter Verwendung eines ersten LMS-Algorithmus, insbesondere eines Fx-LMS-Algorithmus, parametriert. Durch die Filterung des Referenzsignals wird ein Ausgangssignal erhalten, das zur Ansteuerung eines Schallgebers verwendet wird. Der Schallgeber, beispielsweise ein Mikrofon, kann in einem Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordnet sein. Durch die Verwendung des Schallgebers wird das Schallsignal, beispielsweise das Schallsignal des Verbrennungsmotors, bzw. die jeweils betrachtete Schallfrequenz, bis auf ein verbleibendes Rest- bzw. Fehlersignal abgedämpft. Das "Fehlersignal" ergibt sich also aus der nicht vollständigen Dämpfung und definiert maßgeblich den nach der Dämpfung noch wahrnehmbaren Schall.
In dem hier als "ersten" LMS-Algorithmus bezeichneten LMS-Algorithmus werden dabei aus dem Referenzsignal selbst, insbesondere unter Verwendung eines Sekundärwegstreckenmodells, ermittelte Parameter und aus dem Fehlersignal ermittelte Parameter verwendet. Zu entsprechenden Verfahren und ihren technischen Details sei auf die beigefügte Zeichnung sowie auf einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, das Ausgangssignal oder das Fehlersignal unter Erhalt von Signalinformationen einer Frequenzanalyse zu unterwerfen. Bei derartigen Signalinformationen kann es sich, wie auch nachfolgend noch erläutert, beispielsweise um Informationen zu dessen spektraler Zusammensetzung handeln. Diese Signalinformationen werden unter Verwendung eines zweiten LMS-Algorithmus, beispielsweise wiederum eines Fx-LMS-Algorithmus, verarbeitet. In diesem zweiten LMS-Algorithmus werden Parameter ermittelt, die erfindungsgemäß in dem ersten LMS-Algorithmus eingesetzt werden. Auf diese Weise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit geschaffen, stabilitätsrelevante Parameter des ersten LMS-Algorithmus in Abhängigkeit von Gütekriterien des Ausgangssignals oder Fehlersignals direkt zu beeinflussen.
Insbesondere dann, wenn das Fehlersignal einer entsprechenden Untersuchung unter Erhalt von Konvergenzparametern unterworfen wird, können, wie im Rahmen der Figurenbeschreibung erläutert, unplausible oder fehlerhafte Systemzustände erkannt werden.
Wie bereits erläutert, kann im Rahmen eines entsprechenden Verfahrens insbesondere ein Signalgenerator eingesetzt werden, der das Referenzsignal aus dem mit der wenigstens einen Schaltfrequenz des Schallsignals korrelierenden Signal ermittelt. Wie erwähnt, können hierbei Signalkomponenten in Form einer Cosinus- und einer Sinuswelle ermittelt werden. Der erste LMS-Algorithmus verwendet insbesondere Schätzer, die unter Verwendung eines Sekundärwegstreckenmodells aus dem Referenzsignal ermittelt werden. Die Konvergenzparameter, die mittels des zweiten LMS-Algorithmus ermittelt und als Konvergenzparameter im ersten LMS-Algorithmus eingesetzt werden, umfassen insbesondere eine Leakage und/oder eine Schrittweite, also bekannte Konvergenzparameter in entsprechenden LMS-Algorithmen.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf eine Schalldämpfungsanordnung, die sämtliche zur Durchführung eines zuvor erläuterten Verfahrens eingerichtete Mittel aufweist und vorteilhafterweise zur Durchführung eines derartigen Verfahrens in seinen Ausführungsformen eingerichtet ist.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. eine Regeleinrichtung einer aktiven Dämpfungsanordnung eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine ANC-Anordnung in stark vereinfachter Darstellung.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines ANC-Verfahrens bzw. einer entsprechenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines ANC-Verfahrens bzw. einer entsprechenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist eine ANC-Anordnung in stark vereinfachter Darstellung veranschaulicht. Die ANC-Anordnung ist zur Dämpfung eines Schallsignals einer Schallquelle 1, die an eine Primärstrecke 3 angebunden ist, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, der an einen Abgasstrang angebunden ist, eingerichtet.
Hierzu umfasst die ANC-Anordnung einen nichtakustischen Sensor 2, beispielsweise einen Tachometer, der der Schallquelle 1, beispielsweise dem Verbrennungsmotor, zugeordnet ist. Ein mittels des Sensors 2 erzeugtes Referenzsignal x(n) gibt die Grundfrequenz eines durch die Schallquelle 1 erzeugten Schallsignals wieder. Es handelt sich damit um ein mit einer (Grund-)Schallfrequenz des Schallsignals korrelierendes Signal Das Referenzsignal x(n) und ein nach der Dämpfung verbleibendes Rest- bzw. Fehlersignal e(n) werden in der unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläuterten Weise verarbeitet. Es wird ein Ausgangssignal y(n) bereitgestellt, das an einen Schallgeber 4, beispielsweise einen Lautsprecher, ausgegeben wird und das idealerweise das durch die Schallquelle über die Primärstrecke 3 übertragene Schallsignal völlig auslöscht. In der Praxis verbleibt ein Restschall, der durch einen Schallaufnehmer 5, beispielsweise ein Mikrofon, in Form des erwähnten Fehlersignals e(n) erfasst wird.
In 2 ist ein Blockdiagramm eines unter Verwendung eines Fx-LMS-Algorithmus arbeitenden (Schmalband-)ANC-Verfahrens und zugleich einer entsprechenden Anordnung gezeigt. Verfahrensschritte können mittels geeigneter Hard- oder Softwaremittel, beispielsweise in einem Regler, implementiert sein. Das ANC-Verfahren ist zur Dämpfung des Schalls einer Schallquelle 1, die an eine Primärstrecke angebunden ist, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, der an einen Abgasstrang angebunden ist, eingerichtet. Das Verfahren ist insgesamt mit 100 bezeichnet. Bereits in entsprechenden ANC-Verfahren gemäß dem Stand vorgesehene Elemente sind dabei mit 10, gemäß der Ausführungsform der Erfindung zusätzlich vorgesehene Elemente mit 20 bezeichnet.
Das Verfahren 100 umfasst die Verwendung eines Referenzsignalgenerators 11. Der Referenzsignalgenerator 11 wird mittels des Synchronisationssignals sync getriggert, dessen Erzeugung bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert wurde. Wie erwähnt, handelt es sich bei dem Synchronisationssignal um ein mit einer (Grund-)Schallfrequenz eines Schallsignals d(n) korrelierendes Signal. Das Synchronisationssignal sync wird mittels des nichtakustischen Sensors 2, beispielsweise des Tachometers, der der Schallquelle 1, beispielsweise dem Verbrennungsmotor, zugeordnet ist, erzeugt. Das Synchronisationssignal sync gibt die Grundfrequenz des durch die Schallquelle 1 erzeugten Schalls an.
Der Referenzsignalgenerator 11 erzeugt das Referenzsignal x(n) mit einer ersten Signalkomponente x₀(n) und einer zweiten Signalkomponente x₁(n) in Form einer Cosinus- und einer Sinuswelle (cos, sin). Die Signalkomponenten x₀(n) und x₁(n) des Referenzsignals x(n) werden unter Verwendung geeigneter Filterfunktionen w₀(n) und w₁(n), beispielsweise adaptiver Notch-(Kerb-)Filter, gefiltert. Die Filterkoeffizienten liefert ein erster (Fx-)LMS-Algorithmus LMS1, der unter Verwendung von Schätzern x ^₀'(n) und x ^₁'(n) arbeitet, die mittels einer geschätzten Übertragungsfunktion Ŝ(z) der Sekundärstrecke (Sekundärstreckenmodell) aus den Signalkomponenten x₀(n) und x₁(n) ermittelt werden. Durch eine Kombination der mittels der Filterfunktionen w₀(n) und w₁(n) gefilterten Signalkomponenten x₀(n) und x₁(n) erhält man ein Ausgangssignal y(n). Nach dem Durchlaufen der realen Sekundärstrecke, die durch die Übertragungsfunktion S(z) beschrieben wird, liegt dieses Ausgangssignal als Signal y'(n) vor.
Der Schall der Schallquelle 1 wird gemäß einer Übertragungsfunktion P(z) in ihrem Primärpfad übertragen. Ein sich ergebendes Schallsignal wurde bereits erwähnt und ist mit d(n) bezeichnet. Zum Dämpfen des Schallsignals d(n) wird das Signal y'(n), das beispielsweise über einen in zuvor 1 gezeigten Schallgeber 4 an geeigneter Stelle eines Abgasstrangs 3 ausgegeben wird, verwendet. Ein nach der Dämpfung verbleibendes Rest- bzw. Fehlersignal e(n) wird, beispielsweise mittels des bereits in 1 gezeigten Schallaufnehmers 5, erfasst, und dem ersten LMS-Algorithmus LMS1 zugeführt.
Gemäß der in der in 2 veranschaulichten Ausrührungsform der Erfindung wird das Ausgabesignal y(n) mittels eines Frequenzanalysealgorithmus 21, beispielsweise mittels Fast-Fourier-Transformation (FFT) oder einem vergleichbaren Algorithmus, analysiert und es werden Informationen E zu dessen spektraler Zusammensetzung an einen zweiten LMS-Algorithmus LMS2 übergeben. Dies können Frequenz- und Phaseninformationen sein, die als Vektor oder Matrix übergeben werden. Daraufhin variiert der zweite LMS-Algorithmus LMS2 einen Koeffizientensatz [w₀'; ... w_n'], mit dem Ziel, die an ihn von Frequenzanalysealgorithmus 4 übergebenen Parameter zu minimieren, z.B. die Amplitude einer bestimmten Oberwelle von y(n). Die durch den zweiten LMS-Algorithmus LMS2 variierten Koeffizienten [w₀'; ... w_n'] sind Konvergenzparameter dieses ersten LMS-Algorithmus LMS1 (beispielsweise Leakage und Schrittweite). Diese ermöglichen die Adaption des Referenzsignals x(n) auf die Phase und die Amplitude des im Fehlersignal e(n) enthaltenen Störsignals. Auf diese Weise wird die Möglichkeit geschaffen, stabilitätsrelevante Parameter des ersten LMS-Algorithmus LMS1 in Abhängigkeit von Gütekriterien des Ausgabesignals y(n) direkt zu beeinflussen, indem die zuvor durch den zweiten LMS-Algorithmus LMS2 variierten Koeffizienten [w₀'; ... w_n'] dem ersten LMS-Algorithmus LMS1 zugeführt werden.
In 3 ist ein Blockdiagramm eines unter Verwendung eines Fx-LMS-Algorithmus arbeitenden (Schmalband-)ANC-Verfahrens 200 und zugleich einer entsprechenden Anordnung gezeigt. Verfahrensschritte können auch hier mittels geeigneter Hard- oder Softwaremittel, beispielsweise in einem Regler, implementiert sein. Bereits unter Bezugnahme auf die 2 erläuterte Elemente werden nicht erneut beschrieben. Das ANC-Verfahren 200 gemäß 3 unterscheidet sich von dem ANC-Verfahren 100 gemäß 2 insbesondere dadurch, dass dem Frequenzanalysealgorithmus nicht das Ausgangssignal y(n) sondern das Rest- bzw. Fehlersignal e(n) zugeführt wird.
In dieser Ausführungsform des ANC-Verfahrens 200 kann unter Berücksichtigung zusätzlicher Eigenschaften des Fehlersignals auf das Konvergenzverhalten Einfluss genommen werden. Dies ist beispielsweise dann besonders vorteilhaft, wenn bereits eine wirkungsvolle Amplitudenbegrenzung des Ausgabesignals y(n) existiert, die kein zuvor beschriebenes Clipping verursacht. In diesem Fall kann es trotz der Amplitudenbegrenzung zu ineffizientem Betrieb des ANC-Verfahrens kommen, wenn die Phasenlage des Störgeräusches durch die Ausgabe von y(n) lediglich geschoben wird, weil keine destruktive Überlagerung möglich ist. Eine weitere Konvergenz des ersten LMS-Algorithmus LMS1 ist in diesem Fall durch die Amplitudenbegrenzung blockiert. Dies kann z.B. dann auftreten, wenn der erste LMS-Algorithmus LMS1 auf ein fehlerhaftes Sekundärstreckenmodell Ŝ(z) zugreift. Daher wird hier das Fehlersignal e(n) anstelle des Ausgangssignals y(n) dem ersten LMS-Algorithmus zugeführt.
Ein zusätzlicher Vorteil dieser Ausführungsform des ANC-Verfahren 200 besteht in der Erkennung von unplausiblem oder fehlerhaften Systemverhalten. Beispielsweise kann eine Beschädigung des Lautsprechers 4 erkannt werden, wenn bei gegebenem Ausgabesignal y(n) das erwartete Spektrum vom realen Spektrum abweicht, was z.B. auf mechanische Schäden oder Beaufschlagung des Schallgebers 4 mit Medien wie Kondensat oder Wasser hindeutet. In beiden Fällen wird der durch den Lautsprecher repräsentierte Einmassenschwinger in seinen Eigenschaften verändert. Eine Beschädigung des Schallaufnehmers 5 kann zumindest plausibilisiert werden (z.B. wenn dessen Elektrik fehlerfrei erscheint, das erzeugte Signal jedoch nicht).

Claims

Verfahren (100, 200) zur aktiven Dämpfung eines Schallsignals (d(n)) einer Schallquelle (1), das wenigstens eine Schallfrequenz umfasst, bei dem – ein mit der wenigstens einen Schallfrequenz des Schallsignals (d(n)) korrelierendes Signal (sync) nichtakustisch erfasst wird, – aus dem nichtakustisch erfassten, mit der wenigstens einen Schallfrequenz des Schallsignals (d(n)) korrelierenden Signal (sync) wenigstens ein Referenzsignal (x(n), x₀(n), x₁(n)) ermittelt wird, – das Referenzsignal (x(n) x₀(n), x₁(n)) unter Verwendung wenigstens einer adaptiven digitalen Filterfunktion (w₀(n), w₁(n)), die unter Verwendung eines ersten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS1) parametriert wird, unter Erhalt eines Ausgangssignals (y(n)) gefiltert wird, und – das Ausgangssignal (y(n)) zur Ansteuerung eines Schallgebers (4) verwendet wird, wodurch das Schallsignal (d(n)) bis auf ein verbleibendes Fehlersignal (e(n)) abgedämpft wird, – wobei in dem ersten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS1) aus dem Referenzsignal (x(n), x₀(n), x₁(n)) und aus dem Fehlersignal (e(n)) ermittelte Parameter (x ^₀'(n), x ^₁'(n)) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass – das Ausgangssignal (y(n)) oder das Fehlersignal (e(n)) unter Erhalt von Signalinformationen (E) einer Frequenzanalyse (21) unterworfen wird, – aus den Signalinformationen (E) unter Verwendung eines zweiten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS2) wenigstens ein Konvergenzparameter (w₀'(n), w₁'(n)) ermittelt wird, und – der wenigstens eine Konvergenzparameter (w0'(n), w1'(n)) in dem ersten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS1) eingesetzt wird.
Verfahren (100, 200) nach Anspruch 1, das zur aktiven Dämpfung eines Schallsignals (d(n)) in Form eines Motorschallsignals eines Verbrennungsmotors als Schallquelle (1) eingesetzt wird.
Verfahren (100, 200) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Tachometersignal eines dem Verbrennungsmotor zugeordneten Tachometers als das mit der wenigstens einen Schallfrequenz des Schallsignals (d(n)) korrelierende Signal (sync) erfasst wird.
Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Ermitteln des wenigstens einen Referenzsignals (x(n), x₀(n), x₁(n)) aus dem nichtakustisch erfassten, mit der wenigstens einen Schallfrequenz des Schallsignals (d(n)) korrelierenden Signal (sync) unter Verwendung eines Signalgenerators (11) erfolgt.
Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das wenigstens einen Referenzsignal (x(n), x₀(n), x₁(n)) Signalkomponenten in Form einer Cosinus- und einer Sinuswelle (x₀(n), x₁(n)) umfasst.
Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die in dem ersten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS1) verwendeten, aus dem Referenzsignal (x(n), x0(n), x1(n)) ermittelten Parameter (x ^₀'(n), x ^₁'(n)) aus dem Referenzsignal (x(n), x0(n), x1(n)) in Form von Schätzern unter Verwendung eines Sekundärwegstreckenmodells Ŝ(z) ermittelt werden.
Verfahren (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der aus den Signalinformationen (E) unter Verwendung eines zweiten Least-Mean-Square-Algorithmus (LMS1) ermittelte wenigstens eine Konvergenzparameter (w₀'(n), w₁'(n)) eine Leakage und/oder Schrittweite umfasst.
Schalldämpfungsanordnung zur aktiven Dämpfung eines Schallsignals (d(n)) einer Schallquelle (1), das wenigstens eine Schallfrequenz umfasst, die sämtliche zur Durchführung eines Verfahrens (100, 200) nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtete Mittel aufweist.
Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.