DE19832517C2 - Active silencing methods and silencers therefor - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur aktiven Schalldämpfung gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie einen Schalldämpfer dafür.The invention relates to a method for active sound attenuation according to the The preamble of claim 1 features specified and a silencer for this.
Aus der US 5 680 337 ist ein derartiges Verfahren bekannt, um mittels eines Kompensa tionslautsprechers in Abhängigkeit von Signalen eines Referenzmikrofons und eines Fehlermikrofons Gegenschall zur Kompensation von Primärschall zu erzeugen. Hierbei wird die Kohärenz bestimmt und ein Kohärenzfilter optimiert, wobei durch Heraus filterung nicht kohärenter Signalanteile die Kompensationsfähigkeit des aktiven Dämp fungssystems auf die kohärenten Signalanteile konzentriert werden soll. Derartige Systeme, welche auch als ANC-Systeme bezeichnet werden, neigen insbesondere bei einer Fehlanpassung an der Lautsprecherposition bei bestimmten Frequenzen zur Instabilität, zumal in diesem Fall für die entsprechende Frequenzen keine Kompensation möglich ist. Des weiteren ist bei Pseudoschall mit Instabilitäten zu rechnen, wenn insbesondere turbulente Druckschwankungen am Referenzmikrofon und/oder Fehler mikrofon als Schall interpretiert werden. Ferner können ungünstige Mikrofonpositionen, an denen der Pegel für ausgesuchte Frequenzen zu schach sind (Druckknoten), zu Instabilitäten führen.Such a method is known from US Pat. No. 5,680,337 for using a compensa tion speaker depending on signals from a reference microphone and one Error microphones to generate counter-sound to compensate for primary sound. in this connection the coherence is determined and a coherence filter is optimized filtering non-coherent signal components the compensation capacity of the active attenuator system should be focused on the coherent signal components. such Systems that are also referred to as ANC systems tend to tend to mismatch in speaker position at certain frequencies Instability, especially in this case no compensation for the corresponding frequencies is possible. In the case of pseudo sound, instabilities are also to be expected if especially turbulent pressure fluctuations on the reference microphone and / or errors microphone can be interpreted as sound. In addition, unfavorable microphone positions, at which the level for selected frequencies are too low (pressure node) Lead to instabilities.
Ferner ist aus der DE 39 08 881 A1 ein elektronisches Störschalldämpfungssystem bekannt, bei welchem eine Rückkopplungskompensation mit Hilfe der Übertragungs funktion zwischen einem Kompensationslautsprecher und zweier Mikrofone vorgesehen ist. Nach Maßgabe des Ausgangssignals des in Richtung der Schallausbreitung nach dem Kompensationslautsprecher angeordneten zweiten Mikrofons wird eine Über tragungsfunktion mit einer Zeitverzögerung aufgestellt, wobei eine einer Erzeugungsein richtung eines Treibersignals zuzuführende Übertragungsfunktion nach Maßgabe eines vorgegebenen adaptiven Algorithmus unter Berücksichtigung der spezifischen Über tragungsfunktion mit einer Zeitverzögerung bestimmt wird. Dem Fachmann wird somit die Lehre vermittelt, die Zeitverzögerung, somit die Phaseninformation der Übertra gungsfunktion für die Kompensation zu nutzen. Furthermore, from DE 39 08 881 A1 is an electronic noise attenuation system known in which a feedback compensation using the transmission Function provided between a compensation speaker and two microphones is. According to the output signal in the direction of sound propagation the compensation speaker arranged second microphone is an over Support function set up with a time delay, one being a generation Direction of a driver signal to be supplied transfer function according to a given adaptive algorithm taking into account the specific over Carrying function is determined with a time delay. The expert is thus the teaching conveys the time delay, thus the phase information of the transfer to use the compensation function.
Des weiteren ist aus der DE 196 44 085 A1 ein aktiver Schalldämpfer bekannt, um mittels eines ersten Mikrofons, nachfolgend auch als Referenzmikrofon bezeichnet, den Schall eines strömenden Gases zu erfassen und über eine Steuereinheit einen Kompensations-Lautsprecher zu beaufschlagen. Als Primärschallquelle, deren Signal ausgelöscht werden soll, sei hier beispielshaft auf einen Verbrennungsmotor, Gebläse, Ventilator, Kompressor oder dergleichen verwiesen. Die von dem Kompensations- Lautsprecher erzeugte gegenphasige Schallwellle überlagert sich mit den ankommenden entsprechend vom Referenzmikrofon erfassten Schallwellen derart, dass die Amplituden des von der Primär-Schallquelle stammenden Schalls und der Gegenschall des Laut sprechers sich zumindest näherungsweise aufheben. Ferner ist im Kanal hinter dem Kompensations-Lautsprecher ein weiteres Mikrofon, das als Fehlermikrofon bezeichnet wird, zur Regulierung des Kompensations-Lautsprechers vorgesehen. Eine derartige aktive Schalldämpfung gelangt, vor allem bei akustisch engen Kanälen, unter der Voraussetzung von ebenen Wellen zum Einsatz.Furthermore, an active silencer is known from DE 196 44 085 A1 by means of a first microphone, also referred to below as a reference microphone To detect sound of a flowing gas and a control unit Activate compensation speakers. As the primary sound source, its signal should be extinguished, for example on an internal combustion engine, blower, Fan, compressor or the like referenced. The compensation Loudspeaker-generated sound waves overlap with the incoming ones according to sound waves detected by the reference microphone such that the amplitudes the sound coming from the primary sound source and the counter-sound of the sound at least approximately cancel each other out. Furthermore, in the channel behind the Compensation speaker another microphone, which is referred to as an error microphone is provided to regulate the compensation loudspeaker. Such active sound attenuation occurs, especially in acoustically narrow channels, under the Requirement for flat waves to be used.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Schwie rigkeiten zu vermeiden und ein mit geringem Aufwand zu realisierendes Verfahren und einen Schalldämpfer für eine verbesserte wirksame Schalldämpfung vorzuschlagen. Die Integration in einen Schalldämpfer und/oder in ein bereits bestehendes System soll problemlos realisierbar sein.Proceeding from this, the invention is based on the object, the Schwie shown to avoid and a procedure that can be implemented with little effort and propose a silencer for improved effective sound absorption. The Integration in a silencer and / or in an existing system can be easily implemented.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale hinsichtlich des Verfahrens sowie gemäß der im Patentanspruch 6 angegebe nen Merkmale hinsichtlich des zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Schall dämpfers.This object is achieved in accordance with that specified in claim 1 Features with regard to the method and according to that specified in claim 6 Characteristics of the sound intended to carry out the method damper.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren und ebenso der zur Durchführung vorgeschlagene Schalldämpfer ermöglichen mit geringem Aufwand, vor allem Fehl anpassungen, Pseudoschall und ungünstige Mikrofonpositionen durch Kohärenzmes sungen zu identifizieren und zu kompensieren. Hierzu wird bei Betrieb der Primär- Schallquelle die Kohärenz der Signale zwischen vorgesehenen Mikrofonpositionen, die auch variiert werden können, gemessen. Durch Kohärenzmessung werden diejenigen Frequenzen oder Frequenzbereiche bestimmt, in welchen die mittels des Referenzmikro fons und des Fehlermikrofons gemessenen Signale einen vorgebbaren Kohärenzgrad γ* überschreiten. Bei einem Kohärenzgrad γ = 0 besteht kein Zusammenhang, während für einen Kohärenzgrad γ = 1 die Signale vollständig voneinander abhängen. Die Signale, die über diesem Kohärenzgrad γ* liegen, werden der weiteren Signalbehandlung zur Ansteuerung des Kompensations-Lautsprechers zugeführt.The method proposed according to the invention and also that for implementation proposed silencers enable with little effort, especially failure adjustments, pseudo sound and unfavorable microphone positions through coherence measurements identify and compensate solutions. For this purpose, the primary Sound source the coherence of the signals between intended microphone positions, the can also be varied, measured. By measuring coherence, those Frequencies or frequency ranges in which the using the reference micro signals and the error microphone measured a predeterminable degree of coherence γ * exceed. With a degree of coherence γ = 0 there is no connection, whereas for a degree of coherence γ = 1 the signals are completely dependent on one another. The signals which lie above this degree of coherence γ * become further signal treatment Control of the compensation speaker supplied.
Im Gegensatz zur bisherigen Praxis, bei der die Übertragungsfunktion zwischen Laut sprecher 6 und Fehlermikrofon 12 des Übertragungsweges 25 gebildet wird, um die Frequenzen mit niedriger Übertragungsfunktion zu erkennen und entsprechend zu verstärken, wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit vom Spitzenwert (SW) der gemesse nen Übertragungsfunktion alle Frequenzbereiche, die bis zu einem Faktor 30 d/B, insbesondere 25 vorzugsweise 20 d/B unter diesem Grenzwert liegen, herausgefiltert. Dadurch wird ein unangebrachtes Verstärken und Übersteuern des Systems vermieden. Die Signale, die dem genannten Bereich der Übertragungsfunktion entsprechen, werden der weiteren Signalbehandlung zur Ansteuerung des Kompensations-Lautsprechers zu geführt.In contrast to previous practice, in which the transfer function between speaker 6 and error microphone 12 of the transmission path 25 is formed in order to recognize the frequencies with a low transfer function and to amplify them accordingly, according to the invention, depending on the peak value (SW) of the measured transfer function Frequency ranges which are up to a factor of 30 d / B, in particular 25, preferably 20 d / B below this limit value are filtered out. This prevents inappropriate reinforcement and oversteering of the system. The signals which correspond to the mentioned range of the transfer function are passed on to the further signal treatment for controlling the compensation loudspeaker.
In zweckmäßiger Weise sind dem Referenzmikrofon und dem Fehlermikrofon Filter nachgeschaltet, die nachfolgend als Tauglichkeitsfilter (TF) bezeichnet werden und durch die Kohärenzmessung und/oder einem Übertragungsfilter, dessen Koeffizienten aus der Übertragungsfunktion zwischen Kompensations-Lautsprecher und Fehlermikro fon bestimmt wird, definiert werden, wobei nur diejenigen Frequenzen durchgelassen werden, welche für die aktive Schalldämpfung in ANC-Systemen tauglich sind. In zweckmäßiger Weise werden nur Frequenzen oder Frequenzbereiche mit guter Kohärenz oder aus dem vorgegebenen Bereich der Übertragungsfunktion behandelt. Die Kohä renzmessung wird ähnlich der Messung der Übertragungsfunktion bevorzugt in die Systeminitialisierung integriert. Entsprechende Filter sind in den Signalwegen der genannten Mikrofone angeordnet. Desweiteren werden, um eine gehörgerechte Lärmbe kämpfung zu erhalten, in besonders zweckmäßiger Weise die erfaßten Mikrofonsignale A- bewertet bzw. entsprechend der A-Kurve gefiltert, wobei ein A-Filter, nachfolgend auch als AF bezeichnet wird. Mittels des oder der A-Filter, welche den Mikrofonen nachgeschaltet sind, wird ein hörgerechtes Absenken der tiefen Frequenzen bewirkt.The reference microphone and the error microphone are expediently filters downstream, which are referred to below as a suitability filter (TF) and through the coherence measurement and / or a transmission filter, whose coefficients from the transfer function between the compensation loudspeaker and the error micro fon is determined, defined, only those frequencies being passed which are suitable for active noise reduction in ANC systems. In only frequencies or frequency ranges with good coherence are expedient or treated from the specified range of the transfer function. The Kohä similar to the measurement of the transfer function, the limit measurement is preferred in the System initialization integrated. Corresponding filters are in the signal paths called microphones arranged. Furthermore, in order to make a hearing noise to get combat, in a particularly useful manner, the detected microphone signals A- rated or filtered according to the A curve, with an A filter, below is also referred to as AF. By means of the or the A-filter, which the microphones downstream, an audible lowering of the low frequencies is effected.
Desweiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine eventuelle Fehlanpassung der Lautsprecherposition durch das Anbringen von wenigstens zwei Lautsprechern auf verschiedenen Positionen entlang des Kanals zu verhindern. So werden in einer be sonderen Ausgestaltung der Erfindung zwei Lautsprecher hintereinander im Kanal zur Verbesserung der Abstrahlung angebracht. Dabei ist darauf zu achten, daß nicht für beide Positionen der Lautsprecher die Bedingung c/f = 4.l/n (n = 1, 3, 5, 7 . . .) gelten darf. Wird der Kanal in wenigstens zwei Teilkanäle unterteilt, so werden die Lautsprecher in bevorzugter Weise ferner versetzt entlang des Kanals angeordnet, wobei die Fehlermi krofone insbesondere am Ende der Kanalunterteilung angeordnet werden. Auch können bei einem unterteilten Kanal mit hochfrequent absorbierender Auskleidung die Mikrofone in der Art eines Windschutzes abgedeckt werden.Furthermore, it has proven to be useful to avoid a possible mismatch of the Speaker position by attaching at least two speakers to prevent different positions along the canal. So in a be Special embodiment of the invention two speakers in a row in the channel Improvement of the radiation is appropriate. It should be ensured that not for both positions of the loudspeakers the condition c / f = 4.l / n (n = 1, 3, 5, 7...) apply may. If the channel is divided into at least two subchannels, the speakers become preferably also arranged offset along the channel, the Fehleri Krofone be arranged in particular at the end of the channel division. Can too the microphones in the case of a divided channel with a high-frequency absorbing lining be covered in the manner of a windbreak.
Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen sowie der weiteren Beschreibung angegeben. Die Erfindung wird nachfol gend anhand der Zeichnung näher erläutert und es zeigen:Further developments and special refinements of the invention are in the sub claims and the further description given. The invention will follow explained in more detail with reference to the drawing and it shows:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer einkanaligen adaptiven Steuerung mit Rückkopplungs kompensation und Sekundärstreckenadaption für einen "Filtered-X-Algorith mus", Fig. 1 is a block diagram of a single channel adaptive control with feedback compensation and secondary route adaptation for a "Filtered-X-algorith mus"
Fig. 2 ein typisches Diagramm der Kohärenz zwischen Referenz- und Fehlermikrofon, Fig. 2 shows a typical graph of coherence between the reference and error microphone,
Fig. 3 eine typische Übertragungsfunktion Kompensations-Lautsprecher/Fehlermikro fon, Figure 3 shows a typical transfer function compensating Speaker / fon error mic.,
Fig. 4 schematisch einen Kanal mit zwei versetzt in einem Kanal angebrachten Laut sprechern, Fig. 4 schematically shows a channel having two offset in a channel mounted speakers,
Fig. 5 schematisch die Lautsprecherpositionierung in einem unterteilten Kanal, Fig. 5 shows schematically the speaker position in a divided channel,
Fig. 6 schematisch einen unterteilten Kanal mit hochfrequent absorbierender Aus kleidung. Fig. 6 shows schematically a divided channel with high-frequency absorbent clothing.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer einkanaligen adaptiven Steuerung mit Rückkopp lungskompensation und Sekundärstreckenadaption für den "Filtered-X-Algorithmus". Das gegebene Schallfeld, welches durch den Primärschall 2 angedeutet ist, einer Primärquelle wird durch ein Sekundärfeld entsprechend dem schematisch angedeuteten Sekundärschall 4, welches durch einen Kompensations-Lautsprecher 6 erzeugt wird, ausgelöscht, so daß der resultierende Schalldruck 5 ein Minimum annimmt. Zur An steuerung des Lautsprechers 6 wird ein mit der auszulöschenden Feldgröße kohärentes Referenzsignal benötigt. Im Kanal 8 ist in Ausbreitungsrichtung des Primärschalles 2 vor dem Lautsprecher 6 ein Referenzmikrofon 10 und hinter dem Lautsprecher 6 ein Fehler mikrofon 12 vorgesehen. Zur Ansteuerung des Lautsprechers 6 dient ein mit der auszulöschenden Feldgröße kohärentes Referenzsignal, welches einer dem Referenzmikrofon 10 nachgeschalteten Einheit 14 zur Signalkonditionierung zugeführt wird. Die Einheit 14 enthält einen Verstärker, einen A/D-Wandler sowie Antialiasing-Tiefpässe. Auch dem Fehlermikrofon 12 ist eine derartige Einheit 16 zur Signalkonditionierung nachgeschaltet. Dem Lautsprecher 6 ist eine entsprechende Einheit 18 zur Signalkonditionierung vor geschaltet, enthaltend einen D/A-Wandler und einen Verstärker. Fig. 1 shows the block diagram of a single-channel adaptive control with feedback compensation and secondary link adaptation for the "Filtered-X algorithm". The given sound field, which is indicated by the primary sound 2 , a primary source is canceled by a secondary field corresponding to the schematically indicated secondary sound 4 , which is generated by a compensation loudspeaker 6 , so that the resulting sound pressure 5 assumes a minimum. To control the speaker 6 a coherent with the field size to be deleted reference signal is required. In the channel 8 in the direction of propagation of the primary sound 2 in front of the speaker 6, a reference microphone 10 and behind the speaker 6 an error microphone 12 is provided. A loudspeaker 6 is controlled by a reference signal which is coherent with the field size to be erased and which is fed to a unit 14 connected downstream of the reference microphone 10 for signal conditioning. Unit 14 contains an amplifier, an A / D converter and anti-aliasing low-pass filters. Such a unit 16 for signal conditioning is also connected downstream of the error microphone 12 . A corresponding unit 18 for signal conditioning is connected to the loudspeaker 6 , containing a D / A converter and an amplifier.
Den Signalkonditionierungs-Einheiten 14, 16 des Referenzmikrofons 10 sowie des Fehlermikrofons 12 ist jeweils ein als TF bezeichnetes Tauglichkeitsfilter 20, 22 nach geschaltet. Mittels der Filter 20, 22 werden erfindungsgemäß diejenigen Signalanteile bzw. Frequenzbereiche herausgefiltert, deren Kohärenz einen vorgebbaren Wert oder Kohärenzgrad γ* unterschreiten, so daß nur Frequenzbereiche mit guter Kohärenz in der weiteren Signalverarbeitung berücksichtigt werden. Weiterhin wurden diejenigen Fre quenzen herausgefiltert, bei denen die Übertragungsfunktion vom Lautsprecher zu dem Fehlermikrofon starke Einbrüche aufweisen. Hierzu werden erfindungsgemäß Kohärenz messungen zur Vorgabe und Einstellung der Filter 20, 22 durchgeführt. Die Koeffizienten dieser Filter 20, 22 werden in Abhängigkeit der ermittelten Kohärenz und/oder Über tragungsfunktion vorgegeben. Dies erfolgt insbesondere bei der Systeminitialisierung.The signal conditioning units 14 , 16 of the reference microphone 10 and of the error microphone 12 are each followed by a suitability filter 20 , 22 designated as TF. Using the filters 20 , 22 , those signal components or frequency ranges are filtered out according to the invention whose coherence falls below a predeterminable value or degree of coherence γ *, so that only frequency ranges with good coherence are taken into account in the further signal processing. In addition, those frequencies were filtered out at which the transfer function from the loudspeaker to the error microphone had strong drops. For this purpose, according to the invention, coherence measurements for specifying and setting the filters 20 , 22 are carried out. The coefficients of these filters 20 , 22 are specified as a function of the determined coherence and / or transfer function. This is particularly the case with system initialization.
In bevorzugter Weise werden die Mikrofonsignale zur gehörgerechten Absenkung tiefer Frequenzen in ihren Amplituden bewertet, entsprechend dem A-Filter AF. Dieser A-Filter bildet mit dem Tauglichkeitsfilter zweckmäßig eine Einheit. Die Tauglichkeitsfilter 20, 22 sind derart ausgelegt bzw. eingestellt, daß bei der weiteren Signalverarbeitung nur diejenigen Frequenzbereiche berücksichtigt werden, für welche eine gute Kohärenz gegeben ist bzw. für welche die Kohärenz einen vorgebbaren Kohärenzgrad über schreitet. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, einen Kohärenzgrad von mindestens 0,5, vorzugsweise mindestens 0,7, vorzugeben.The amplitudes of the microphone signals are preferably evaluated in accordance with the A-filter AF in order to reduce the low frequencies to suit the hearing. This A filter expediently forms a unit with the suitability filter. The suitability filters 20 , 22 are designed or set such that only those frequency ranges are considered in the further signal processing for which there is good coherence or for which the coherence exceeds a predeterminable degree of coherence. It has proven to be expedient to specify a degree of coherence of at least 0.5, preferably at least 0.7.
Nachfolgend wird ein mittels strichpunktierter Linie 23 angedeutetes Regelsystem kurz erläutert, welches ebenso wie die SK-Einheiten 14, 16 vorbekannt ist [Guicking, D.: Aktive Lärm- und Schwingungsminderung, HDT-Fachveranstaltung, Essen, 28.- 29.6.1995]. Um das Mikrofonsignal des Referenzmikrofons 10 von solchen Anteilen zu befreien, welche von akustischen Rückkopplungen 24 des Lautsprechers 6 herrühren, wird die Übertragungsfunktion der akustischen Rückkopplungsstrecke durch ein weiteres Filter 26 nachgebildet, welches als Rückkopplungs-Kompensationsfilter RKF bezeichnet wird, wobei dessen Ausgangssignal an der Additionsstelle 28 vom Mikrofonsignal abgezogen wird. Somit enthält das Eingangssignal x(t) des nachgeschalteten Hauptfilters 30 keine vom Lautsprecher 6 herrührenden Anteile. Im Falle einer unvollständigen Kompensation nimmt das Fehlermikrofon 12 ein Fehlersignal e(t) auf, welches in der dargestellten Weise zur Nachführung des adaptiven Hauptfilters 30 dient. Die Adaption des Hauptfilters 30 erfolgt derart, daß es die akustische Übertragungsfunktion ein schließlich der komplexen Frequenzgänge des Referenzmikrofons 10 sowie des Kom pensations-Lautsprechers 6 nachbildet. In bevorzugter Weise ist das Hauptfilter 30 als Transversalfilter, kurz FIR-Filter, insbesondere mit dem Filtered-X-LMS-Algorithmus nach Widrow und Hoff als Adaptionsalgorithmus ausgebildet. Die Steuerung erfolgt ent sprechend dem Produkt e(t).x(t), wobei die Veränderung der Filterkoeffizienten des Hauptfilters nach einem stochastischen Gradientenverfahren derart erfolgt, daß x(t) und e(t) bestmöglich dekorreliert werden, also daß e(t) möglichst keine Anteile von x(t) mehr enthält. Darüber hinaus wird die vor allem bei einem stochastischen Primärgeräusch beeinträchtigende Dekorrelation durch die Sekundärstrecke 32 entsprechend HLE(ω) dadurch vermindert, daß x(t) vor der Multiplikation mit e(t) über die Nachbildung 32 vorgefiltert wird. Bei dieser "Sekundärstreckenerkennung" dient ein mit RG bezeichneter Rauschgenerator 34 als Hilfssignalquelle und die zusätzliche Adaptionsschaltung. Die Koeffizienten für das RKF-Filter 26 und das Vorfilter 36 werden zweckmäßig in einer Initialisierungsphase, in welcher insbesondere auch die Mikrofonverstärker ausgesteuert werden, einmalig ermittelt, in die entsprechenden bevorzugt digitalen Filter kopiert und nachfolgend konstant gehalten.A control system, indicated by dash-dotted line 23 , is briefly explained below, which, like the SK units 14 , 16, is previously known [Guicking, D .: Active noise and vibration reduction, HDT specialist event, Essen, June 28-29, 1995]. In order to free the microphone signal of the reference microphone 10 from those parts which result from acoustic feedback 24 of the loudspeaker 6 , the transfer function of the acoustic feedback path is simulated by a further filter 26 , which is referred to as a feedback compensation filter RKF, the output signal of which is at the addition point 28 is subtracted from the microphone signal. The input signal x (t) of the downstream main filter 30 thus contains no components originating from the loudspeaker 6 . In the event of incomplete compensation, the error microphone 12 picks up an error signal e (t) which, in the manner shown, serves to track the adaptive main filter 30 . The adaptation of the main filter 30 is carried out in such a way that it simulates the acoustic transmission function including the complex frequency responses of the reference microphone 10 and the compensation loudspeaker 6 . The main filter 30 is preferably designed as a transversal filter, FIR filter for short, in particular with the Filtered-X-LMS algorithm according to Widrow and Hoff as an adaptation algorithm. The control takes place accordingly to the product e (t) .x (t), the change in the filter coefficients of the main filter being carried out according to a stochastic gradient method in such a way that x (t) and e (t) are decorrelated as best as possible, that is to say that e (t ) if possible no longer contains any shares of x (t). In addition, the decorrelation, which is particularly detrimental to a stochastic primary noise, is reduced by the secondary path 32 in accordance with HLE (ω) in that x (t) is pre-filtered via the simulation 32 before multiplication by e (t). In this "secondary path detection", a noise generator 34, designated RG, serves as an auxiliary signal source and the additional adaptation circuit. The coefficients for the RKF filter 26 and the prefilter 36 are expediently determined once in an initialization phase, in which in particular the microphone amplifiers are also controlled, copied into the corresponding preferably digital filters and subsequently kept constant.
In zweckmäßiger Weise werden mehrere Kohärenzmessungen mit unterschiedlichen Postionen des Fehlermikrofons 12 im Kanal 8, insbesondere in unterschiedlichen, axial zueinander versetzten Positionen durchgeführt. Die hierbei für eine bestimmte Mikrofon position ermittelte optimale Kohärenz wird unter Beibehaltung dieser Mikrofonposition zur Einstellung der Tauglichkeitsfilter genutzt. Zur Kohärenzmessung wird der von der Primär-Schallquelle herrührende Primärschall sowohl mit dem Referenzmikrofon 10 als auch mit dem Fehlermikrofon 12 erfaßt und entsprechende Signale werden der KH- Einheit 38 zur Bestimmung der Kohärenz zugeführt, insbesondere über die Einheiten 14, 16 zur Signalkonditionierung. In einem Übertragungsfilter, der ein Bestandteil des Tauglichkeitsfilters 22 darstellt, wurden außerdem die Frequenzen bzw. Frequenz bereiche, deren Werte bis zu einem bestimmten Faktor (20-30) unterhalb des Spitzen wertes SW liegen, gefiltert. Die Ansteuerung und Regelung des Kompensations-Laut sprechersIn wird in Abhängigkeit der derart ermittelten Kohärenz, bevorzugt unter Berücksichtigung des vorgebbaren Kohärenzgrades oder in Abhängigkeit von der Übertragungsfunktion durchgeführt. Bei der hier dargestellten Ausführungsform werden die beiden Tauglichkeitsfilter 20, 22 dahingehend definiert, daß nur vorgegebene Frequenzen oder Frequenzbereiche durchgelassen werden, welche für die aktive Schalldämpfung geeignet sind. Festzuhalten bleibt jedoch, daß unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Ansteuerung und Regelung des Kompensations-Laut sprechers erfindungsgemäß nicht das gesamte Frequenzspektrum des Primärschalles berücksichtigt wird, sondern nur solche Frequenzen oder Frequenzbereiche, mit Kohä renz größer dem Kohärenzgrad γ*.A plurality of coherence measurements are expediently carried out with different positions of the error microphone 12 in the channel 8 , in particular in different, axially offset positions. The optimal coherence determined here for a specific microphone position is used while maintaining this microphone position for setting the suitability filter. For the coherence measurement, the primary sound originating from the primary sound source is recorded with both the reference microphone 10 and the error microphone 12 and corresponding signals are fed to the KH unit 38 for determining the coherence, in particular via the units 14 , 16 for signal conditioning. In a transmission filter, which is part of the suitability filter 22 , the frequencies or frequency ranges whose values are up to a certain factor (20-30) below the peak value SW were also filtered. The control and regulation of the compensation loudspeaker is carried out depending on the coherence determined in this way, preferably taking into account the predeterminable degree of coherence or depending on the transfer function. In the embodiment shown here, the two suitability filters 20 , 22 are defined in such a way that only predetermined frequencies or frequency ranges are passed which are suitable for active sound attenuation. It should be noted, however, that regardless of the specific design of the control and regulation of the compensation speaker according to the invention not the entire frequency spectrum of the primary sound is taken into account, but only those frequencies or frequency ranges with coherence greater than the degree of coherence γ *.
Fig. 2 zeigt ein typisches Diagramm der Kohärenz zwischen Referenz- und Fehlermikro fon. Der Kohärenzgrad γ, welcher definitionsgemäß Werte zwischen 0 und 1 annimmt, über der Frequenz in einem Frequenzbereich von 0 bis 400 Hz aufgetragen. Es sei festgehalten, daß üblicherweise die aktive Schalldämpfung für Frequenzen in der Größenordnung bis zu 500 Hz realisiert wird. In höheren Frequenzbereichen ist die aktive Schalldämpfung oder sind ANC-Systeme erfahrungsgemäß praktisch nicht sinnvoll einsetzbar. In bevorzugter Weise wird daher der Kanal zur Dämpfung höherer Frequen zen mit einer absorbierenden Auskleidung versehen. Wie oben erläutert, werden im Regelsystem zur Ansteuerung des Kompensations-Lautsprechers nur diejenigen Fre quenzbereiche berücksichtigt, für welche der Kohärenzgrad γ* größer als 0,5, ins besondere größer als 0,7 ist. Fig. 2 shows a typical diagram of the coherence between reference and error microphone. The degree of coherence γ, which by definition assumes values between 0 and 1, is plotted against the frequency in a frequency range from 0 to 400 Hz. It should be noted that usually the active sound attenuation for frequencies in the order of magnitude up to 500 Hz is realized. In higher frequency ranges, active sound attenuation or experience has shown that ANC systems are practically not useful. In a preferred manner, the channel for damping higher frequencies is therefore provided with an absorbent lining. As explained above, only those frequency ranges are taken into account in the control system for controlling the compensation loudspeaker, for which the degree of coherence γ * is greater than 0.5, in particular greater than 0.7.
Fig. 3 zeigt ein typisches Diagramm einer Übertragungsfunktion vom Kompensations- Lautsprecher zum Fehlermikrofon. Die Übertragungsfunktion ist im logarithmischem Maßstab wiederum für Frequenzen von 0 bis 400 Hz aufgetragen. Wie ersichtlich, besitzt die Übertragungsfunktion einen Spitzenwert SW. Analog zur Kohärenzmessung werden bei Zugrundelegung der Übertragungsfunktion nur diejenigen Werte herausgefiltert, für welche die Übertragungsfunktion starke Einbrüche aufweisen. Hierzu wird ein Grenzwert GW vorgegeben, welcher um einen vorgegebenen Faktor unter dem Spitzenwert SW liegt. Ein Faktor bis zu 30, insbesondere bis 25 und vorzugsweise bis 20 hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen. Analog zu den obigen Darlegungen zur Kohärenz messung werden anhand der Übertragungsfunktion nur die Frequenzen oder Frequenz bereiche berücksichtigt, die in dem vorgeschlagenen Bereich unterhalb des Spitzen wertes der Übertragungsfunktion liegen. Entsprechend werden die Koeffizienten der anhand von Fig. 1 erläuterten Tauglichkeitsfilter 20, 22 vorgegeben. Somit werden die Frequenzen oder Frequenzbereiche erfindungsgemäß herausgefiltert, bei welchen starke Einbrüche oder Absenkungen der Übertragungsfunktion von Lautsprecher zum Fehlermi krofon vorliegen. Fig. 3 shows a typical diagram of a transfer function from the compensation speaker to the error microphone. The transfer function is again plotted on a logarithmic scale for frequencies from 0 to 400 Hz. As can be seen, the transfer function has a peak value SW. Analogous to the coherence measurement, only those values are filtered out on the basis of the transfer function for which the transfer function has strong drops. For this purpose, a limit value GW is specified which is a predetermined factor below the peak value SW. A factor of up to 30, in particular up to 25 and preferably up to 20, has proven to be particularly expedient. Analogous to the above statements on coherence measurement, only the frequencies or frequency ranges are considered based on the transfer function that are below the peak value of the transfer function in the proposed range. The coefficients of the suitability filters 20 , 22 explained with reference to FIG. 1 are specified accordingly. Thus, the frequencies or frequency ranges are filtered out according to the invention at which there are sharp drops or decreases in the transfer function from loudspeakers to the error microphone.
Fig. 4 zeigt eine besondere Ausgestaltung der Erfindung mit einem weiteren Kompensa tions-Lautsprecher 7, der im Kanal 8 hinter dem Kompensations-Lautsprecher 6 an geordnet ist. Die beiden hintereinander angeordneten Lautsprecher 6, 7 werden gemein sam wie vorstehend anhand von Fig. 1 erläutert angesteuert. Hierdurch wird die Ab strahlung verbessert, falls die Lautsprecherpositionen so gewählt sind, daß für beide Lautsprecher 6, 7 nicht gleichzeitig die zu beachtenden Bedingungen c/f = 4.l/n gelten, wobei n = 1, 3, 5, 7 . . . und l den jeweiligen Abstand der Lautsprecher zum Kanalende bedeutet. Fig. 4 shows a special embodiment of the invention with a further compensation speaker 7 , which is arranged in the channel 8 behind the compensation speaker 6 . The two loudspeakers 6 , 7 arranged one behind the other are driven together as explained above with reference to FIG. 1. This improves the radiation, if the speaker positions are selected so that the two clauses 6 , 7 do not simultaneously meet the conditions c / f = 4.l / n, where n = 1, 3, 5, 7. , , and l means the respective distance of the speakers from the end of the channel.
Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung, gemäß welcher der Kanal 8 in zwei Teilkanäle 40, 41 unterteilt ist. Dem Teilkanal 40 ist der Kompensations-Lautsprecher 6 und in Richtung der Längserstreckung des Kanals 8 ist der zweite Lautsprecher 7 dem anderen Teilkanal 41 zugeordnet. Es ist ersichtlich, daß bei einem derart unterteilten Kanal mit versetzt angeordneten Lautsprechern 6, 7 eine verbesserte Abstrahlung gewährleistet ist. Die beiden Fehlermikrofone 12, 13 sind am Ende der Kanalunterteilung 42 angeordnet. FIG. 5 shows an embodiment according to which the channel 8 is divided into two sub-channels 40 , 41 . The compensation speaker 6 is assigned to the sub-channel 40 and the second speaker 7 is assigned to the other sub-channel 41 in the direction of the longitudinal extent of the channel 8 . It can be seen that with such a divided channel with offset speakers 6 , 7 an improved radiation is guaranteed. The two error microphones 12 , 13 are arranged at the end of the channel division 42 .
Schließlich ist in Fig. 6 eine Ausführungsform ähnlich Fig. 5 dargestellt, wobei aber der Kanal 8 innen mit einer hochfrquent absorbierenden Auskleidung 44 versehen ist. Sowohl die Referenzmikrofone 10, 11, als auch die Fehlermikrofone 12, 13 sind mittels der Auskleidung 44 nach Art eines Windschutzes zumindest teilweise abgedeckt, so daß Störsignale infolge von turbulenten Druckschwankungen oder dergleichen weitest gehend vermieden werden. Finally, an embodiment similar to FIG. 5 is shown in FIG. 6, but the channel 8 is provided on the inside with a high-frequency absorbing lining 44 . Both the reference microphones 10 , 11 and the error microphones 12 , 13 are at least partially covered by means of the lining 44 in the manner of a windbreak, so that interference signals due to turbulent pressure fluctuations or the like are largely avoided.
22
Primärschall
primary sound
44
Sekundärschall
secondary sound
55
resultierender Schalldruck
resulting sound pressure
66
, .
77
Kompensations-Lautsprecher
Canceling loudspeaker
88th
Kanal
channel
1010
, .
1111
Referenzmikrofon
reference microphone
1212
, .
1313
Fehlermikrofon
error microphone
1414
, .
1616
, .
1818
Einheit zur Signalkonditionierung
Signal conditioning unit
2020
, .
2222
Tauglichkeitsfilter
suitability filters
2323
Linie
line
2424
akustische Rückkopplung
acoustic feedback
2525
Übertragungsweg zwischen Kompensations-Lautsprechern und Fehler
mikrofon
Transmission path between compensation speakers and error microphone
2626
RKF-Filter
RKF filter
2828
Additionsstelle
addition site
3030
Hauptfilter
main filter
3232
Nachbildung der Sekundärstrecke Hle(ω)
Simulation of the secondary line Hle (ω)
3434
Rauschgenerator
noise generator
3636
Vorfilter
prefilter
3838
KH-Einheit/Einheit zur Bestimmung der Kohärenz
KH unit / unit for determining coherence
4040
, .
4141
Teilkanal
subchannel
4242
Kanalunterteilung
Channel subdivision
4444
Auskleidung
lining
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet, daß aus der Übertragungsfunktion zwischen dem Kompensa tions-Lautsprecher und dem Fehlermikrofon die Frequenzen oder Frequenzbereiche bestimmt werden, in welchen die Amplitude der Übertragungsfunktion in einem Bereich zwischen deren Spitzenwert und einem darunterliegenden vorgegebenen Grenzwert liegt, wobei die derart bestimmten Frequenzen oder Frequenzbereiche bei der weiteren Signalbehandlung berücksichtigt werden,
und daß die Frequenzen oder Frequenzbereiche, in welchen die Amplitude der Über tragungsfunktion unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegt, herausgefiltert werden.1. A method for active sound attenuation in a channel through which a medium can flow, wherein by means of a compensation loudspeaker in response to signals from a reference microphone and an error microphone, counter-sound is generated to compensate for primary sound, and the frequencies or frequency ranges are determined by coherence measurement , in which the signals measured by means of the reference microphone and the error microphone and exceeding a predeterminable degree of coherence are taken into account in the further signal treatment,
characterized in that the frequencies or frequency ranges are determined from the transfer function between the compensation speaker and the error microphone, in which the amplitude of the transfer function lies in a range between its peak value and an underlying predetermined limit value, the frequencies or frequency ranges determined in this way at the further signal handling are taken into account,
and that the frequencies or frequency ranges in which the amplitude of the transfer function is below the predetermined limit are filtered out.
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