DE3750458T2

DE3750458T2 - Aktives Dämpfungsgerät mit erhöhter dynamischer Aktivität.

Info

Publication number: DE3750458T2
Application number: DE3750458T
Authority: DE
Inventors: Mark C Allie; Geoffrey S Bailey
Original assignee: Nelson Industries Inc
Current assignee: Nelson Industries Inc
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2007-10-01
Also published as: CA1278751C; AU8001387A; JPS63148709A; AU594824B2; US4736431A; EP0265097A3; EP0265097B1; ATE110874T1; EP0265097A2; DE3750458D1

Description

Hintergrund und Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft aktive, akustische Dämpfungssysteme und sie schafft ein System zum Auslöschen eines unerwünschten Ausgangstons. Das System schafft einen erhöhten Dynamikbereich und einfaches Einschalten durch den Benutzer mit automatischer Selbstkalibrierung.
Das System führt eine adaptive Modellbildung und Kompensation hinsichtlich Rückkopplungstönen aus und es sorgt auch für adaptive On-Line-Modellbildung und für Kompensation der Effekte im Fehlerpfad und im Auslösch-Lautsprecher.
Bekannte Rückkopplungs-Auslöschsysteme verwenden ein Filter zum Kompensieren von Tönen, die vom Lautsprecher zum Eingangsmikrophon rückgekoppelt werden. Es ist erwünscht, daß dieses Filter adaptiv ist, damit es an die sich ändernden Eigenschaften des Rückkopplungspfades anpaßt. Bekannte Systeme adaptieren mit Erfolg nur für breitbandige Störeingangssignale, da das Systemeingangssignal mit dem Ausgangssignal des Rückkopplung auslöschenden Filters nicht korreliert ist. Unkorrelierte Signale mitteln sich zeitlich auf null aus. Wenn jedoch die Eingangsstörung schmalbandige Störsignale aufweist, wie ein Ton mit regelmäßiger Periode oder einer sich wiederholenden Komponente, wie bei einer vorgegebenen Frequenz, ist der Filterausgang mit dem Systemeingang korreliert und es tritt keine Konvergenz auf. So kann das Filter nur in Systemen adaptiv verwendet werden, die ausschließlich breitbandige Eingangsstörsignale enthalten.
In der Praxis erfahren jedoch die meisten Systeme schmalbandige Störsignale wie Töne im Eingangsstörsignal. In solchen Systemen kann das genannte Filter nicht adaptiv verwendet werden. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wurde, wie es im Stand der Technik bekannt ist, das Filter off-line nur mit breitbandigen Störsignalen voreingestellt. Dieses voradaptierte Filter wird dann fixiert und als unveränderliches Element, das sich anschließend nicht ändert oder adaptiert, in das System eingesetzt.
Ein deutlicher Nachteil des genannten unveränderlichen Filters ist es, daß es sich nicht so ändern kann, daß es sich ändernden Eigenschaften des Rückkopplungspfads genügt, wie Temperatur-oder Flußänderungen im Rückkopplungspfad, was seinerseits die Geschwindigkeit von Tonsignalen ändert. Während des Voreinstellprozesses bildet das Filter einen vorgegebenen Satz festgelegter Parameter ab, die dem Rückkopplungspfad zugeordnet sind, wie die Länge usw. Wenn die Parameter einmal ausgewählt sind und das Filter voradaptiert ist, wird das Filter in das System eingesetzt und ändert sich danach während des Betriebs nicht. Diese Art unveränderlichen Filters ist in solchen Systemen hinnehmbar, in denen sich die Eigenschaften des Rückkopplungspfads zeitlich nicht ändern. In praktischen Systemen ändert sich jedoch der Rückkopplungspfad zeitlich, wegen Temperatur, Fluß usw . .
Es ist nicht praxisgerecht, das System immer dann abzuschalten und das Filter neu einzustellen, wenn sich die Bedingungen im Rückkopplungspfad ändern, und es mag sogar gar nicht ausführbar sein, wenn derartige Änderungen schnell auftreten; z. B. können sich in der Zeit, in der das System abgeschaltet wird und das Filter off-line neu eingestellt wird, die geänderten Eigenschaften des Rückkopplungspfads wie die Temperatur erneut geändert haben. Aus diesem Grund ist das vorstehend genannte unveränderliche Filter für die meisten Systeme in der Praxis nicht anwendbar.
Es besteht demgemäß ein Bedarf nach adaptiver Rückkopplungsauslöschung bei einem praktischen, aktiven, akustischen Dämpfungssystem, bei dem sich die Eigenschaften des Rückkopplungspfads zeitlich ändern. Es ist ein System erforderlich, bei dem die Rückkopplung on-line sowohl für breitbandige als auch schmalbandige Störsignale adaptiv ausgelöscht wird, ohne spezielles Off-Line-Voreinstellen, und bei dem die Auslöschung ferner on-line hinsichtlich sich ändernder Eigenschaften des Rückkopplungspfads, wie der Temperatur usw. erfolgt.
Unser Patent US-A-4,677,677 offenbart ein System, bei dem die Rückkopplung adaptiv On-Line sowohl für breitbandige als auch schmalbandige Störsignale ohne spezielle Off-Line-Voreinstellung ausgelöscht wird, und bei dem die Auslöschung ferner on-line hinsichtlich sich ändernder Eigenschaften des Rückkopplungspfads wie der Temperatur adaptiert.
Unsere ebenfalls anhängige, am 19. September 1985 angemeldete US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 777,825 offenbart ein verbessertes System, das zusätzlich für eine adaptive On-Line-Kompensation des Fehlerpfads zwischen dem auslöschenden Lautsprecher und dem Ausgang sorgt. Die Eigenschaften des auslöschenden Lautsprechers werden als relativ konstant oder sich nur wenig in bezug auf das Gesamtsystem und in bezug auf den Rückkopplungspfad vom auslöschenden Lautsprecher zum Eingang und in bezug auf den Fehlerpfad vom auslöschenden Lautsprecher zum Ausgang ändernd angesehen. Während sich die Schallgeschwindigkeit im Rückkopplungspfad um im Fehlerpfad abhängig von der Temperatur usw. ändern kann, ändern sich die Eigenschaften des auslöschenden Lautsprechers nur sehr langsam relativ hierzu. So wird der Lautsprecher off-line nachgebildet und kalibriert und als unveränderlich oder sich zumindest sehr langsam in bezug auf die anderen Systemparameter, insbesondere die Temperatur- und die Flußrate ändernd angesehen.
Unser Patent US-A-4,677,676 schafft ein weiteres verbessertes System, das noch bessere Leistung bietet, mit adaptiver On-Line-Nachbildung sowohl des Fehlerpfads als auch des auslöschenden Lautsprechers, ohne spezielle Off-Line-Voreinstellung.
Unsere genannten US-Patente und die genannte Anmeldung schaffen eine Technik für aktive Dämpfung, die wirkungsvoll die Schwierigkeit akustischer Rückkopplung vom eine sekundäre Tonquelle auslöschenden Lautsprecher zum Eingangsmikrophon überwindet. Diese Technik verwendet einen rekursiven Algorithmus mit kleinsten mittleren Fehlerquadraten (RLMS- Algorithmus = recursive least mean squares algorithm), um ein vollständiges Nullpolmodell der akustischen Anlage zu schaffen. Ein Fehlersignal wird dazu verwendet, die Koeffizienten des RLMS-Algorithmusmodells auf solche Weise zu adaptieren, daß Reststörsignale minimiert sind.
Wenn die Übertragungsfunktion des Lautsprechers nicht als unveränderlich angenommen wird oder wenn zur Kostenverringerung ein Lautsprecher geringerer Güte oder Qualität erwünscht ist, muß im Algorithmusmodell eine Kompensation sowohl für die Übertragungsfunktion des Fehlerpfads als auch für die Übertragungsfunktion des Lautsprechers erfolgen. Widrow, Adaptive Filters, "Aspects of Network and System Theory", R. E. Kalman und N. Declaris, EDS., New York, Holt, Rinehart und Winston, 1971, hat gezeigt, daß der LMS-Algorithmus mit einem verzögerten Fehlersignal verwendet werden kann, wenn auch das Eingangssignal zu den Fehlerkorrelatoren verzögert ist. Auf ähnliche Weise hat Morgan, "Analysis of Multiple Correlation Cancellation Loop With a Filter in the Auxiliary Path", IEEE Transactions Acoustics, Speech, Signal Processing, Vol. ASSP-28 (4), S. 454-467, 1980, darauf hingewiesen, daß der LMS-Algorithmus mit einer Übertragungsfunktion, wie derjenigen aufgrund des Lautsprechers, in einem Zusatzpfad verwendet werden kann, wenn entweder diese Übertragungsfunktion ebenfalls in den Eingang der Fehlerkorrelatoren eingegeben wird oder wenn die umgekehrte Übertragungsfunktion in Reihe mit der ursprünglichen hinzugefügt wird. Burgess, "Active Adaptive Sound Control in a Duct: A Computer Simulation", Journal of Acoustic Society of America, 70 (3), S. 715-726, 1981, hat ähnliche Ergebnisse für den Fall erörtert, daß Übertragungsfunktionen sowohl für den Zusatzpfad als auch den Fehlerpfad vorhanden sind.
Bei einem aktiven Tondämpfungssystem unter Verwendung des RLMS-Algorithmus kann, wenn sowohl die Übertragungsfunktion S des Lautsprechers als auch die Übertragungsfunktion E des Fehlerpfads bekannt sind, deren Auswirkungen auf die Konvergenz des Algorithmus entweder durch Hinzufügen von S und E in den Eingangsleitungen zu den Fehlerkorrelatoren oder durch Hinzufügen der inversen Übertragungsfunktionen S&supmin;¹ und E&supmin;¹ in Reihe in den Fehlerpfad korrigiert werden. So ist es erforderlich, entweder direkte oder inverse Modelle von S und E zu erhalten.
Poole et al, "The Implementation of Digital Filters Using a Modified Widrow-Hoff Algorithm for the Adaptive Cancellation of Acoustic Noise", Proceedings ICASSP 84, S. 21.7.1- 21.7.4, 1984, und Warnaka et al, US-A-4,473,906 haben ein System unter Verwendung des LMS-Algorithmus beschrieben, bei dem der verzögerte, adaptive, inverse Nachbildungsablauf von Widrow et al, "Adaptive Control by Inverse Modeling", Proceedings of 12th Asilomar Conference on Circuits, Systems and Computers, Pacific Grove, Kalifornien, 6.-8. November 1978, S. 90-94 dazu verwendet wird, ein Off-Line-Modell der verzögerten, inversen Übertragungsfunktionsmodelle ΔS&supmin;¹E&supmin;¹ zu erhalten. Wie vorstehend angemerkt, erfordert diese Vorgehensweise dann das Hinzufügen einer Verzögerung Δ zum Eingangssignal für die Fehlerkorrelatoren des LMS-Algorithmus. Unsere oben angemerkte, ebenfalls anhängige, am 19. September 1985 eingereichte Anmeldung mit der Seriennr. 777,825 beschreibt ein System mit drei Mikrophonen unter Verwendung des RLMS-Algorithmus, bei dem die Fehleranlage on-line unter Verwendung entweder eines direkten oder eines inversen Modells nachgebildet wird, während der Lautsprecher off-line nachgebildet wird.
Im genannten Patent US-A-4,677,676 werden der Lautsprecher und der Fehlerpfad on-line nachgebildet. Das System arbeitet adaptiv beim Vorliegen akustischer Rückkopplung und nichtidealer Übertragungsfunktionen für den Lautsprecher und den Fehlerpfad. Das System spricht automatisch auf Änderungen im Eingangssignal, der akustischen Anlage, der Fehleranlage und der Lautsprechereigenschaften an.
Zur Verwendung bei der Systemnachbildung stehen zwei Grundtechniken zur Verfügung. Bei der Vorgehensweise mit einem direkten Modell wird das adaptive Modell parallel zum Lautsprecher angeordnet. Das Impulsansprechverhalten des Modells ist dasselbe wie dasjenige des Lautsprechers. Bei der Vorgehensweise mit inversem Modell wird das adaptive Modell in Reihe mit dem Lautsprecher angeordnet. Das Impulsansprechverhalten des Modells repräsentiert das verzögerte, inverse Ansprechverhalten des Lautsprechers. Jede Vorgehensweise kann off-line verwendet werden, um SE oder ΔS&supmin;¹E&supmin;¹ zur Verwendung beim RLMS-Algorithmus zu bestimmen, wie oben angegeben. Jedoch sind On-Line-Messungen wegen der Tatsache kompliziert, daß zusätzlich zum Modellausgangssignal, das den Lautsprecher S erregt, auch das Ausgangssignal der Anlage am Eingang in den Fehlerpfad E vorhanden ist. Die Übertragungsfunktion des Lautsprechers kann in diesem Fall nicht ermittelt werden, solange nicht die Anlagenstörsignale, die mit dem Modellausgangssignal korreliert sind, entfernt werden. Das Modellausgangssignal oder ein Trainingssignal kann dazu verwendet werden, SE off-line zu ermitteln.
Das genannte Patent US-A-4,677,676 schafft eine Technik und ein System für eine On-Line-Modellbildung von S und E. Eine Quelle von unkorreliertes, weißes Zusatzrauschen wird dazu verwendet, den Lautsprecher und den Fehlerpfad zu erregen. Der Störsignalpegel vom Lautsprecher wird letztendlich die Reststörung des Systems. Ein direktes adaptives Modell wird dazu verwendet, Koeffizienten zu erhalten, die S und E beschreiben, die in den Eingangsleitungen zu den Fehlerkorrelatoren für den primären RLMS-Algorithmus beim bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet werden können. Die Amplitude der Quelle für unkorreliertes Zusatzrauschen wird sehr klein gehalten, so daß die endgültige Auswirkung auf die Reststörsignale klein ist. Die Ausgangsstörsignale der Anlage und das Modellausgangssignal sind am Eingang des adaptiven SE- Modells nicht vorhanden und beeinflussen so die endgültigen Werte der Modellgewichtungen nicht. Die Quelle für Zusatzrauschen wird folgend auf die Summationsstelle des RLMS-Algorithmus angeordnet und gewährleistet, daß die addierten Störsignale sowohl durch den elektro-akustischen Rückkopplungspfad wie auch durch die rekursive Schleife im RLMS-Algorithmus laufen, wodurch die Rückkopplungsstörsignale ausgelöscht werden, da der Algorithmus konvergiert.
Die Quelle für unkorreliertes, weißes Zusatzrauschen ist vom Eingangssignal unabhängig und gewährleistet, daß der Lautsprecher und der Fehlerpfad korrekt nachgebildet werden. Die Signale vom Anlagenausgang und vom Modell repräsentieren Störsignale auf der Anlagenseite des Lautsprecher/Fehlerpfad-Modellbildungssystems und beeinflussen die Gewichtungen des direkten LMS-Modells nicht, wie zum Ermitteln von SE verwendet. Kopien dieses Modells sind in den Eingangsleitungen der Fehlerkorrelatoren vorhanden.
In US-A-4,677,676 wird darauf hingewiesen, daß die Verwendung eines verzögerten, adaptiven, inversen Modells ΔS&supmin;¹E&supmin;¹ zu verschlechterter Funktion führt, da die Anlagenstörsignale aufgrund des Anlagenausgangssignals und des Modellausgangssignals ebenfalls am Eingang des adaptiven Filters auftreten. Demgemäß wird die Autokorrelationsfunktion des Filtereingangssignals nachteilig beeinflußt und die Filtergewichtungen werden verändert, siehe Widrow and Stearns, Adamtive Signal Processing, Englewood Cliffs, New Jersey, Prentice-Hall, Inc., 1985, S. 196, 197, 222, 223. Wenn die Anlagenstörsignale groß genug sind, kann es vorkommen, daß das adaptive Modell nicht konvergiert. So erfordert die Vorgehensweise gemäß dem verzögerten, adaptiven, inversen Modell eine Rauschquelle mit viel größerer Amplitude, was die Reststörsignale erhöht und die Gesamtsystemdämpfung verringert.
Bei einem System mit direktem Modell beeinflussen die Anlagenstörsignale SE die Endgewichtungen im adaptiven Modell nicht. Darüber hinaus ist die Konvergenz des SE-Modells solange gewährleistet, wie die Anfangsamplituden innerhalb des Dynamikbereichs des Systems liegen. Demgemäß konvergiert, wenn SE genau ermittelt ist, das Gesamtsystemmodell, was zu minimalen Reststörsignalen führt. Der Algorithmus konvergiert geeignet für sowohl schmalbandige als auch breitbandige Eingangssignale. Die Koeffizienten des SE-Modells beschreiben den SE-Pfad geeignet und die Koeffizienten des Gesamtsystemmodells beschreiben geeignet die Anlage P, den Rückkopplungspfad F, den Fehlerpfad E und den Lautsprecher S. US-A-4,677,676 offenbart ein aktives Dämpfungssystem, bei dem akustische Rückkopplung als Teil des adaptiven Filters nachgebildet wird, und bei dem die Auswirkungen der Übertragungsfunktionen der Tonquelle und des Fehlerpfads on-line adaptiv unter Verwendung eines zweiten Algorithmus nachgebildet werden, der eine getrennte Quelle geringen Pegels für weißes Zusatzrauschen verwendet, um die Tonquelle und den Fehlerpfad nachzubilden, mit denen das System arbeitet.
GB-A-2 130 651 offenbart ein akustisches System, bei dem ein adaptives Filter dadurch auf eine eingegebene akustische Welle anspricht, daß unter Verwendung eines Ausgangswandlers eine auslöschende akustische Welle erzeugt wird. Die kombinierten akustischen Wellen werden von einem Fehlerwandler abgetastet, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das an einen Fehlereingang des adaptiven Filters geliefert wird. Das Eingangssignal und das Fehlersignal werden über A/D-Umsetzer an das adaptive Filter ausgegeben und das Ausgangssignal des adaptiven Filters wird über einen D/A-Umsetzer an den Ausgangswandler ausgegeben.
EP-A-0 195 641 offenbart eine Anordnung zum Verringern akustischer Störsignale in einer Kopfhörerstruktur. Aufnahmemikrophone sind in einem vorderen und hinteren Innenhohlraum der Kopfhörerstruktur angeordnet. Die Signale von diesen Mikrophonen steuern die Verstärkung einer Schaltung, die auf das Ausgangssignal des Wandlers im vorderen Hohlraum dadurch anspricht, daß ein Störsignal löschender Wandler angesteuert wird.
Erscheinungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen 1, 5, 11, 21 und 22 dargelegt.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispiel ergibt die Erfindung ein weiterverbessertes System, das insbesondere benutzerfreundlich ist und den Dynamikbereich erhöht, ohne daß Abstimmung oder Kalibrierung von Hand entweder vor oder während des Betriebs erforderlich sind. Das Modell mit adaptivem Filter verfügt über bestimmte Signalpegel, bei denen es am besten arbeitet. Z.B. kann es bei einer Umgebung mit Störsignalen sehr geringer Amplitude erwünscht sein, das Eingangssignal zu verstärken, um das Eingangsmikrophon nachzubilden, um dieses Signal für den Betrieb des Modells in einen gewünschten Bereich zu bringen. Bei Umgebungen mit höherem Störsignalpegel können geringere Verstärkungspegel oder keine Verstärkung erwünscht sein. Anstatt das System hinsichtlich einer speziellen Umgebung zu testen, in der es zu verwenden ist, und dann verschiedene Grenzen voreinzustellen, ist es vom Benutzerstandpunkt aus erwünschter, das System lediglich einzuschalten und es dann arbeiten zu lassen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel berücksichtigt diesen Bedarf und genügt ihm durch automatisches Kalibrieren der Modelleingangsinformationen. Dies erhöht ferner in wünschenswerterweise den Dynamikbereich des Systems, da das Modell in einem gewünschten Bereich der Signalpegel arbeitet, also nicht bei Pegeln an einem der Enden seines Betriebsspektrums.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines im Stand der Technik bekannten aktiven, akustischen Dämpfungssystems.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der Ausführungsform von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schematische Veranschaulichung eines im Stand der Technik bekannten aktiven, akustischen Dämpfungssystems mit Rückkopplungsauslöschung.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm der Ausführungsform von Fig. 3.
Fig. 5 ist eine schematische Veranschaulichung der Nachbildung eines akustischen Systems gemäß dem genannten Patent US-A-4,677,677.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm des Systems in Fig. 5.
Fig. 7 ist eine Ausführungsform des Systems in Fig. 6.
Fig. 8 ist eine andere Ausführungsform des Systems in Fig. 6.
Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform des Systems in Fig. 6.
Fig. 10 ist eine schematische Veranschaulichung des Systems in Fig. 7.
Fig. 11 ist eine schematische Veranschaulichung des Systems in Fig. 9.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm eines Systems für akustische Nachbildung gemäß der genannten, ebenfalls anhängigen, am 19. September 1985 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 777,825.
Fig. 13 ist eine schematische Veranschaulichung des Systems in Fig. 12.
Fig. 14 ist eine schematische Veranschaulichung zum Nachbilden eines Teils des Systems von Fig. 13.
Fig. 15 ist eine schematische Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform zu Fig. 14.
Fig. 16 ist eine schematische Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform zu Fig. 13.
Fig. 17 ist eine schematische Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform zu Fig. 13.
Fig. 18 ist eine schematische Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform zu Fig. 16.
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm eines Systems für akustische Nachbildung gemäß dem Patent US-A-4,677,676.
Fig. 20 ist eine schematische Veranschaulichung des Systems von Fig. 19.
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems für akustische Nachbildung.
Fig. 22 ist eine schematische Schaltungsveranschaulichung eines Teils des Systems von Fig. 21.
Fig. 23 ist eine schematische Schaltung zum Erhöhen des Dynamikbereichs des Systems.
Fig. 1 zeigt ein bekanntes akustisches System 2 aus dem Stand der Technik mit einem Ausbreitungspfad oder einer Umgebung wie einem Kanal oder einer Anlage 4 mit einem Eingang 6 zum Empfangen eingegebener Störsignale und einem Ausgang 8 zum Abstrahlen oder Ausgeben von Ausgangsstörsignalen. Die Eingangsstörsignale werden mit einem Eingangsmikrophon 10 erfaßt, und ein Eingangssignal wird an eine Steuerung 9 geliefert, die ein unidirektionales Lautsprecherarray 13 ansteuert, das seinerseits Auslöschtöne in den Kanal oder die Anlage 4 eingibt, wobei die Töne optimalerweise in bezug auf die eingegebenen Störsignale gleiche Amplitude und entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen, um so dieselben auszulöschen. Die kombinierten Störsignale werden mit einem Ausgangsmikrophon 16 abgetastet, das ein Fehlersignal liefert, das an die Steuerung 9 gegeben wird, die dann ein Korrektursignal an das Lautsprecherarray 13 ausgibt, um das Auslöschtonsignal einzustellen. Das Fehlersignal 15 wird typischerweise durch einen Multiplizierer 17 mit dem Eingangssignal 11 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 19 bereitgestellt, wie z. B. in Gritton and Lin "Echo Cancellation Algorithms", IEEE ASSP Magazine, April 1984, S. 30-38 erörtert. Bei manchen Literaturstellen im Stand der Technik ist der Multiplizierer 17 ausdrücklich dargestellt, während bei anderen der Multiplizierer 17 oder eine andere Kombination der Signale 11 und 15 der Steuerung 19 innewohnt oder in dieser realisiert ist, weswegen der Multiplizierer oder Kombinierer 17 in verschiedenen Literaturstellen fehlen kann, woraufhin der Klarheit halber hingewiesen wird. Z.B. zeigt Fig. 2 das Streichen eines solchen Multiplizierers oder Kombinierers 17 und diese Funktion kann, falls erforderlich, in der Steuerung 9 realisiert sein, wie im Stand der Technik bekannt.
Das Lautsprecherarray 13 ist unidirektional und gibt ein Tonsignal nur nach rechts in Fig. 1, jedoch nicht zurück nach links zum Mikrophon 10 aus, wodurch Rückkopplungsstörsignale vermieden werden. Der spezielle Typ des dargestellten unidirektionalen Lautsprecherarrays ist ein Swinbanks- Typ mit einem Paar Lautsprecher 13a und 13b, die um eine Entfernung L voneinander beabstandet sind. Das Eingangssignal für den Lautsprecher 13b ist die invertierte Version des Eingangssignals für den Lautsprecher 13a, verzögert um die Zeit τ = L/c, wobei c die Schallgeschwindigkeit ist. Diese Anordnung beseitigt akustische Rückkopplung für das Mikrophon 10 über einen begrenzten Frequenzbereich. Die Zeitverzögerung muß so eingestellt werden, daß sie Änderungen der Schallgeschwindigkeit aufgrund Temperaturänderungen berücksichtigt. Andere Typen unidirektionaler Lautsprecher und Arrays werden ebenfalls verwendet, wie z. B. in "Historical Review and Recent Development of Active Attenuators", H. G.
Leventhall, Acoustical Society of America, 104th Meeting, Orlando, November 1982, Fig. 8 dargestellt. Bei einem anderen System wird ein unidirektionales Mikrophon oder ein Mikrophonarray 10 verwendet, um Rückkopplungsstörsignale unberücksichtigt zu lassen. Andere Verfahren zum Überwinden des Rückkopplungsproblems werden ebenfalls verwendet, wie ein eine Drehzahl messender Tachometer, wenn eine sich drehende Quelle die Eingangsstörsignale liefert, wobei dann ein auslöschendes Tonsignal abhängig von der gemessenen Drehzahl eingegeben wird, ohne Verwendung eines Störsignals, das bei 10 die Eingangsstörsignale mißt. Andere Systeme verwenden elektrische, analoge Rückkopplung, um Rückkopplungstonsignale auszulöschen. Andere verwenden eine festgelegte Verzögerung, um Rückkopplungstonsignale mit bekannter Verzögerung auszulöschen.
Das akustische System 4 wird durch ein Steuerungsmodell 9 nachgebildet, das Modelleingangsinformation vom Eingangsmikrophon 10 und Fehlereingangsinformation vom Ausgangsmikrophon 16 erhält und ein Korrektursignal an das Lautsprecherarray 13 ausgibt, um Auslöschtonsignale in solcher Weise einzugeben, daß sich das Fehlersignal an einen vorgegebenen Wert, wie null, annähert Fig. 2 zeigt die Nachbildung, wobei das akustische System 4 als Kanal oder Anlage P dargestellt ist, die nachbildende Steuerung bei P' dargestellt ist und die Summierung bei 18 am Ausgang des Lautsprecherarrays 13 dargestellt ist, wo sich die Tonwellen vermischen. Das Ausgangssignal von P wird dem positiven Eingang des Addierers 18 zugeführt und das Ausgangssignal von P' wird dem negativen Eingang des Addierers 18 zugeführt. Das Modell 9, das den Algorithmus mit dem kleinsten mittleren Fehlerquadrat (LMS = least means square) verwenden kann, löscht adaptiv unerwünschte Störsignale aus, wie es bekannt ist, worauf weiter Bezug genommen werden kann auf "Active Adaptive Sound Control in a Duct: A Computer Simulation", J. C. Burgess, Journal of Acoustic Society of America, 70 (3), September 1981, S. 715-726; Warnaka et al, US-A-4,473,906 und Widrow, Adaptive Filters, "Aspects of Network and System Theory", herausgegeben von R. E. Kalman und N. DeClaris, Holt, Reinhart and Winston, New York, 1971, S. 563-587. Das System der Fig. 1 und 2 arbeitet richtig, wenn keine Rückkopplungsstörsignale vom Lautsprecherarray 13 zum Eingangsmikrophon 10 vorliegen.
Es ist auch bekannt, einen omnidirektionalen Lautsprecher 14, Fig. 3, zur Verfügung zu stellen, um das auslöschende Tonsignal einzugeben, und eine Einrichtung zum Kompensieren von Rückkopplung von dort auf das Eingangsmikrophon bereitzustellen. Wie es aus Fig. 3 erkennbar ist, vermischt sich der vom omnidirektionalen Lautsprecher 14 eingegebene auslöschende Ton nicht nur mit dem Ausgangsstörsignal, um dieses auszulöschen, sondern es läuft auch entlang eines Rückkopplungspfads 20 nach links, um am Eingangsmikrophon 10 erfaßt zu werden, wie in Fig. 3 dargestellt, in der gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 verwendet werden, wenn dies die Deutlichkeit erleichtert. Bei einem bekannten System zum Auslöschen von Rückkopplung, wie es in Davidson Jr. et al, US-A- 4,025,724 dargestellt ist, wird die Länge des Rückkopplungspfads gemessen und dann wird ein Filter entsprechend so eingestellt, daß es eine unveränderliche Verzögerung zum Auslöschen eines solche verzögerten Rückkopplungs-Störsignals aufweist. Bei einem anderen bekannten System zum Auslöschen von Rückkopplung ist eine besonders vorgesehene Rückkopplungssteuerung 21 in Form eines Filters bereitgestellt, wie in "Active Noise Reduction Systems in Ducts", Tichy et al, ASME Journal, November 1984, Seite 4, Fig. 7 dargestellt und wie als "adaptives, entkoppelndes Filter" bezeichnet. Das Rückkopplungs-Steuerfilter 21 ist auch im oben angegebenen Patent US-A-4,473,906 für Warnaka als "adaptives, entkoppelndes Filter 75" in den Fig. 14 und 15 dargestellt, und in "the Implentation of Digital Filters Using a Modified Widrow-Hoff Algorithm For the Adaptive Cancellation of Acoustic Noise", Poole et al, 1984, IEEE, CH 1945-5/84/0000-0233, S. 21.7.1-21.7.4. Im Rückkopplungs-Steuerfilter 21 wird typischerweise ein Fehlersignal 26 durch einen Multiplizierer 27 mit dem Eingangssignal 24 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 29 geliefert. Das Filter 21 für Rückkopplungssteuerung oder adaptives Entkoppeln wird off-line mit einem speziell vorgesehenen Satz Parameter, die dem Rückkopplungspfad zugeordnet sind, voreingestellt. Das Filter wird mit breitbandigen Störsignalen voreingestellt, bevor das System eingeschaltet wird und läuft und dann wird ein derartiges vorgegebenes, speziell vorgesehenes, unveränderliches Filter in das System eingesetzt.
Im Betrieb von Fig. 3 ist die Steuerung 9 ein adaptives Filter für das kleinste mittlere Fehlerquadrat (LMS), das das Eingangssignal vom Mikrophon 10 mißt und ein Korrektursignal an den Lautsprecher 14 ausgibt, um das Fehlersignal vom Mikrophon 16 auf null zu stellen, d. h., daß die Steuerung 9 das Ausgangskorrektursignal an den Lautsprecher 14 dauernd adaptiv ändert, bis ihr Fehlereingangssignal vom Mikrophon 16 minimal ist. Das Rückkopplungs-Steuerfilter 21 erhält ein Eingangssignal 24 vom Ausgang der Steuerung 9.
Während der Off-Line-Voreinstellung wird ein Schalter 25 dazu verwendet, das Filter 21 mit einem Fehlereingangssignal 26 von einem Addierer 28 zu versorgen. Während der Off-Line- Voreinstellung befindet sich der Schalter 25 in seiner oberen Stellung, um einen Kontakt zum Anschluß 25a herzustellen. Während dieser Voreinstellung wird ein breitbandiges Störsignal beim 35 eingegeben und die Rückkopplungssteuerung 21 ändert ihr Ausgangssignal 30, bis das Fehlereingangssignal bei 26 minimal ist. Das Ausgangssignal 30 wird in 28 zum Eingangssignal vom Mikrophon 10 addiert und das Ergebnis wird an die Steuerung 21 gegeben. Die Rückkopplungssteuerung 21 wird off-line voreingestellt, um den Rückkopplungspfad 20 nachzubilden und um daher bei 30 eine Löschkomponente in den Addierer 28 einzugeben, um diese Rückkopplungskomponente aus dem Eingangssignal für die Steuerung 9 bei 32 zu entfernen. Das adaptive LMS-Filter 21 ist typischerweise ein Transversalfilter, und wenn dessen Gewichtungskoeffizienten einmal während des Voreinstellprozesses bestimmt wurden, werden diese Koeffizienten anschließend unverändert gehalten, wenn das System eingeschaltet ist und bei Normalbetrieb läuft.
Nach dem Voreinstellprozeß wird der Schalter 25 dazu verwendet, ein Eingangssignal an die Steuerung 9 zu liefern, und die Gewichtungskoeffizienten werden konstant gehalten. Nach dem Voreinstellprozeß und während Normalbetrieb befindet sich der Schalter 25 in seiner Stellung nach unten, um den Anschluß 25b zu kontaktieren. Dann ist das System betriebsbereit, um Eingangsstörsignale bei 6 zu empfangen. Während des Betriebs empfängt die Rückkopplungssteuerung 21 bei 26 kein Fehlersignal und ist nicht mehr adaptiv, aber statt dessen ist sie ein unveränderbares Filter, das Rückkopplungsstörsignale auffestgelegte Weise auslöscht. Das System arbeitet selbst dann weiter, wenn schmalbandige Störsignale wie ein Ton am Eingang 6 empfangen werden. Jedoch erfolgt keine Adaption des Filters 21 hinsichtlich Änderungen im Rückkopplungspfad wegen Temperaturänderungen usw . .
Fig. 4 zeigt das System von Fig. 3, wobei der Rückkopplungspfad 20 bei 34 eine Aufsummierung mit dem in der Nähe des Mikrophons 10 auftretenden Eingangsstörsignal erfährt. Ein unveränderliches Filter 21 für Auslöschung durch Rückkopplungssteuerung ist als F' dargestellt, und die adaptive Steuerung 9 als P'. Die adaptive Steuerung 9, oder P', bildet den Kanal oder die Anlage 4 nach und mißt das Eingangssignal bei 32 und gibt bei 35 ein Korrektursignal aus und ändert dieses Korrektursignal bis sich das Fehlersignal 36 vom Addierer 18 dem Wert null nähert, d. h. bis die kombinierten Störsignale am Mikrophon 16 minimiert sind. Das feststehende Filter 21, oder F', bildet den Rückkopplungspfad 20 nach und entfernt oder entkoppelt die Rückkopplungskomponente am Addierer 28 aus dem Eingangssignal 32 für die Steuerung 9. Dies verhindert, daß die Rückkopplungskomponente vom Lautsprecher 14 an den Eingang des Systemmodells P' zurückgekoppelt wird. Wie vorstehend angegeben, wird das Fehlersignal 26 nur während des Voreinstellprozesses vor dem tatsächlichen Systembetrieb verwendet.
Es ist auch bekannt, daß die Ausbreitungsverzögerung zwischen dem Lautsprecher 14 und dem Mikrophon 16, falls eine solche vorliegt, dadurch kompensiert werden kann, daß ein Verzögerungselement in die Eingangsleitung 23 eingebaut wird, um für eine Kompensation des von Natur aus verzögerten Fehlersignals auf der Leitung 36 zu sorgen.
Das Rückkopplungsmodell F' im Filter 21 adaptiert erfolgreich breitbandige Störsignale, da das Systemeingangssignal mit dem Ausgangssignal des Rückkopplung auslöschenden Filters unkorreliert ist. Das Filter 21 kann demgemäß den vorgegebenen Rückkopplungspfad gemäß der voreingestellten Charakteristik des Rückkopplungspfads nachbilden. Wenn jedoch die Eingangsstörsignale irgendwelche schmalbandigen Störsignale wie einen Ton mit regelmäßiger Periode oder immer wieder auftretender Komponente, wie mit einer vorgegebenen Frequenz, enthalten, ist das Ausgangssignal des Filters 21 mit dem Systemeingangssignal korreliert und es fährt mit dem adaptieren fort und konvergiert nicht. So kann das Filter 21 adaptiv nur in Systemen mit ausschließlich breitbandigen Eingangsstörsignalen verwendet werden. Ein derartiges Filter ist nicht für Systeme zugänglich, bei denen die Eingangsstörsignale irgendwelche schmalbandigen Störsignale enthalten können.
Die meisten Systeme in der Praxis enthalten schmalbandige Störsignale in den Eingangsstörsignalen. Demgemäß wird das Filter 21 in der Praxis für einen vorgegebenen Satz vorabbestimmter Eigenschaften des Rückkopplungspfades voreingestellt und festgelegt und es führt keine Änderung oder Adaption für sich zeitlich ändernde Bedingungen, wie Temperatur, Flußrate und dergleichen, die die Schallgeschwindigkeit beeinflussen, des Rückkopplungspfads aus. Es ist nicht praxisgerecht, daß Filter jedesmal dann neu einzustellen, wenn sich die Bedingungen für den Rückkopplungspfad ändern, und es kann sogar gar nicht ausführbar sein, wenn derartige Änderungen schnell auftreten, d. h., daß sich in der Zeit, in der das System abgeschaltet ist und das Filter off-line neu eingestellt wird, die geänderten Eigenschaften des Rückkopplungspfads, wie die Temperatur, erneut verändert sein können.
Demgemäß adaptiert das Rückkopplungs-Steuersystem der Fig. 3 und 4 während Normalbetriebs des Systems nicht. Das Filter 21 muß off-line mit breitbandigen Störsignalen voreingestellt und dann fixiert werden, oder es kann adaptiv on-line nur mit breitbandigen Eingangsstörsignalen verwendet werden. Diese Bedingungen sind nicht praxisgerecht.
Es besteht ein Bedarf für eine genau adaptierende Rückkopplungs-Auslöschung in einem aktiven Dämpfungssystem, in dem die Rückkopplung adaptiv on-line sowohl für breitbandige als auch schmalbandige Störsignale ohne speziell ausgeführte Off-Line-Voreinstellung ausgeführt wird und bei dem die Auslöschung ferner eine On-Line-Adaption hinsichtlich sich ändernder Eigenschaften des Rückkopplungspfades, wie der Temperatur und dergleichen erfährt.
Fig. 5 zeigt ein Nachbildungssystem gemäß dem oben genannten Patent US-A-4,677,677, und gleiche Bezugszahlen werden wie in den Fig. 1-4 verwendet, wo dies zum Erleichtern der Klarheit geeignet ist. Das akustische System 4, wie ein Kanal oder eine Anlage, wird mit einem adaptiven Filtermodell 40 nachgebildet, mit einem Modelleingangssignal 42 vom Eingangsmikrophon oder -wandler 10 und einem Fehlereingangssignal 44 vom Ausgangsmikrophon oder -wandler 16, das ein Korrektursignal 46 an den omnidirektionalen Lautsprecher oder Wandler 14 ausgibt, um auslöschende Tonsignale oder akustische Wellen in solcher Weise einzugeben, daß sich das Fehlersignal 44 einem vorgegebenen Wert wie dem Wert null nähert. In Fig. 5 darf der Ton vom Lautsprecher 14 entlang des Rückkopplungspfads 20 zum Eingangsmikrophon 10 zurücklaufen, vergleichbar wie mit Fig. 3 und abweichend von Fig. 1, wo eine derartige Rückkopplungsausbreitung durch das unidirektionale Lautsprecherarray 13 verhindert wird. Die Verwendung eines omnidirektionalen Lautsprechers ist wegen seiner Verfügbarkeit und Einfachheit erwünscht und da das Erfordernis beseitigt ist, ein System von Lautsprechern oder anderen Komponenten herzustellen, die eine Annäherung an eine unidirektionale Anordnung darstellen.
Gemäß unseren vorstehend angegebenen US-Patenten und der genannten Anmeldung wird der Rückkopplungspfad 20 vom Wandler 14 zum Eingangsmikrophon 10 mit demselben Modell 40 nachgebildet, so daß das Modell 40 sowohl das akustische System 4 als auch den Rückkopplungspfad 20 nachbildet. Es verwendet keine getrennte On-Line-Nachbildung des akustischen Systems 4 und Off-Line-Nachbildung des Rückkopplungspfads 20. Insbesondere ist keine Off-Line-Nachbildung des Rückkopplungspfads 20 unter Verwendung breitbandiger Störsignale zum Voreinstellen eines getrennten, speziell vorgesehenen Rückkopplungsfilters erforderlich. Demgemäß wird der Rückkopplungspfad F, oder 20, beim Stand der Technik gemäß Fig. 4 getrennt vom direkten Pfad 4 der Anlage P mit einem getrennten Modell 21, oder F', nachgebildet, das nur für den Rückkopplungspfad voreingestellt ist und diesem speziell zugeordnet ist, wie vorstehend ausgeführt. Bei den vorstehend angegebenen, ebenfalls anhängigen Anmeldungen ist der Rückkopplungspfad Teil des Modells 40, das für die adaptive Nachbildung des Systems verwendet wird.
Fig. 6 zeigt das System von Fig. 5, bei dem das akustische System 4 und der Rückkopplungspfad 20 mit einem einzigen Filtermodell 40 nachgebildet werden, das eine Übertragungsfunktion mit Polen aufweist, die dazu verwendet wird, den Rückkopplungspfad 20 nachzubilden. Dies ist ein deutlicher Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik, da erkannt ist, daß einzelne Filter mit finiter Impulsantwort (FIR), wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind, nicht angemessen dafür sind, direkte und Rückkopplungs-Störsignale genau adaptierend auszulöschen. Statt dessen ist ein einzelnes Filter mit infiniter Impulsantwort (IIR) erforderlich, um für genau adaptierende Auslöschung der direkten Störsignale und der akustischen Rückkopplung zu sorgen. Gemäß unseren vorstehend angegebenen US-Patenten und der Anmeldung und beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden das akustische System und der Rückkopplungspfad on-line mit einem adaptiven, rekursiven Filtermodell nachgebildet. Da das Modell rekursiv ist, sorgt es für IIR-Charakteristik in der akustischen Rückkopplungsschleife, in der ein Impuls kontinuierlich auf Rückkopplungsweise auf sich selbst zurückgeführt wird, um infinites Ansprechverhalten zu erzeugen.
Wie im vorstehend genannten Patent US-A-4,473,906 für Warnaka et al in Spalte 16, Zeilen 8 ff ausgeführt, ist das adaptive Auslöschfilter bei bekannten Systemen durch ein Transversalfilter realisiert, das ein nichtrekursives Filter mit finitem Impulsansprechverhalten ist. Diese Arten von Filtern werden häufig als Gesamt-Null-Filter bezeichnet, da sie Übertragungsfunktionen verwenden, deren einzige Wurzeln null sind, siehe "VLSI Systems Designed for Digital Signal Processing", Bowen and Brown, Vol. 1, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1982, S. 80-87. Um das akustische System 4 und den Rückkopplungspfad 20 mit einem einzigen Filtermodell 40 adaptierend nachzubilden, ist ein Filter mit einer Übertragungsfunktion erforderlich, das sowohl Nullstellen als auch Pole enthält. Derartige Pole und Nullstellen werden von einem rekursiven IIR-Algorithmus geliefert. Unsere oben angegebenen US-Patente und die angegebene Anmeldung und das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhalten ein Modell mit einem rekursiven IIR-Filter, um das akustische System 4 und den Rückkopplungspfad 20 adaptierend nachzubilden. Diese Schwierigkeit wurde von Elliot und Nelson in I.S.V.R. Technical Report Nr. 127, Southampton University, England, veröffentlicht im US-Wirtschaftsministerium, National Technical Information Service, Bulletin No. PB85-189777, April 1984 erörtert. Beim Erörtern der Verwendung rekursiver Modelle zur Verwendung bei aktiven Dämpfungssystemen weisen Elliot et al auf Seite 37 darauf hin, daß die Anzahl von Koeffizienten, wie sie dazu verwendet wird, die direkte und Rückkopplungs-Nachbildung zu realisieren, wünschenswerterweise minimal gehalten wird, jedoch weisen sie ferner darauf hin, daß "kein offensichtliches Verfahren" besteht, das verwendet werden kann, um das Ansprechverhalten der rekursiven Struktur zu erhalten. In der Schlußfolgerung auf Seite 54, letzter Paragraph, merken Elliot et al an, daß "noch kein Ablauf entwickelt wurde, um die Koeffizienten eines rekursiven IIR-Filters so anzupassen, daß die beste Dämpfung erhalten wird". Unsere oben angegebenen US-Patente und die angegebene Anmeldung sowie das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung schaffen ein System, das diese Schwierigkeit überwindet und diese Koeffizienten in einem praxisgemäßen System adaptiv ermittelt, das sowohl bei breitbandigen als auch schmalbandigen Störsignalen wirksam ist.
Die Pole der Übertragungsfunktion des Modells 40 führen zu einer Rekursivcharakteristik, wie sie dazu erforderlich ist, das akustische System 4 und den Rückkopplungspfad 20 gleichzeitig nachzubilden. Das Ansprechverhalten des Modells 40 hat Rückkopplungswirkung auf sich selbst und kann dazu verwendet werden, das Ansprechverhalten des Rückkopplungspfads 20, der ebenfalls Rückkopplung auf sich selbst hat, adaptiv auszulöschen. Im Gegensatz hierzu existiert bei einem FIR- Filter keine Rückkopplungsschleife, sondern nur ein direkter Pfad durch das System und es sind nur Nullstellen möglich, wie gemäß dem oben angegebenen Artikel von Tichy et al und dem Patent von Warnaka et al, d. h. Nullstellen des Zählers der Übertragungsfunktion. Demgemäß müssen zwei einzelne Modelle verwendet werden, um das akustische System 4 und den Rückkopplungspfad 20 nachzubilden.
Z.B. werden gemäß Tichy et al und Warnaka et al zwei unabhängige Modelle verwendet. Der Rückkopplungspfad wird zeitlich vorab durch Off-Line-Voreinstellung des Rückkopplungsfilter-Modells nachgebildet. Im Gegensatz hierzu führt bei unseren oben angegebenen US-Patenten und der angegebenen Anmeldung und beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein einzelnes Modell eine On-Line-Adaption für Rückkopplung im Betrieb des Systems ohne Voreinstellung aus. Dies ist beachtlich, da es häufig unmöglich oder wirtschaftlich nicht ausführbar ist, die Rückkopplung jedesmal dann neu einzustellen, wenn sich die Eigenschaften des Rückkopplungspfads ändern, z. B. durch Änderungen der Temperatur, der Flußrate usw . . Dies ist ferner beachtlich, da es nicht bekannt ist, wann schmalbandige Störsignale wie ein Tonsignal im Eingangsstörsignal enthalten sein können und adaptiv aufgefangen und kompensiert werden müssen.
Fig. 7 zeigt eine Form des Systems von Fig. 6. Das Rückkopplungselement B, oder 22, ist dadurch ausgebildet, daß das Fehlersignal 44 als ein Eingangssignal des Modells 40 und das Korrektursignal 46 als anderes Eingangssignal des Modells 40 verwendet wird, zusammen mit dem Eingangssignal 42. Das direkte Element A, oder 12, verfügt über ein Ausgangssignal, das in 48 zum Ausgangssignal des Rückkopplungselements B, oder 22, addiert wird, um das Korrektursignal 46 für den Lautsprecher oder Wandler 14 und demgemäß für den Addierer 18 zu liefern.
In Fig. 8 wird der Eingang des Rückkopplungselements B, oder 22, mit den Ausgangsstörsignalen 50 statt mit dem Korrektursignal 46 beliefert. Dies ist theoretisch erwünscht, da die Tendenz besteht, daß das Korrektursignal 46 dem Ausgangsstörsignal 50 gleich wird, wenn das Modell adaptiert. So ist durch die Verwendung der Ausgangsstörsignale 50 als Eingangssignal für das Rückkopplungselement B ab Betriebsbeginn verbesserte Funktion möglich. Jedoch ist es schwierig, die Ausgangsstörsignale ohne Wechselwirkung mit dem Löschton vom Lautsprecher 14 zu messen. Fig. 9 zeigt eine besonders wünschenswerte Realisierung, die die gewünschte Modellbildung ohne das genannte Meßproblem ermöglicht. In Fig. 8 wird das Rückkopplungselement B unter Verwendung des Fehlersignals 44 vom Eingangsmikrophon als einem Eingangssignal des Modells 40 und des Ausgangsstörsignals 50 als anderem Eingangssignal des Modells 40 adaptiert. In Fig. 9 wird das Fehlersignal 44 in einem Addierer 52 zum Korrektursignal 46 addiert und das Ergebnis wird als anderes Eingangssignal 54 an das Modell 40 gegeben. Dieses Eingangssignal 54 entspricht dem in Fig. 8 dargestellten Eingangssignal 50, jedoch wurde es ohne die in Fig. 8 erforderliche unpraktische akustische Messung erhalten. In den Fig. 7-9 wird eines der Eingangssignale für das Modell 40 und die Komponente 22 des Rückkopplungselements B durch das Fehlersignal 44 für das Ausgangssignal des Gesamtsystems vom Ausgangsmikrophon 16 geliefert. Das Fehlersignal 44 wird dem Rückkopplungselement B über einen Multiplizierer 45 zugeführt und mit dem Eingangssignal 51 multipliziert, was zu einer Gewichtungsaktualisierung 47 führt. Das Eingangssignal 51 wird durch das Korrektursignal 46, Fig. 7, oder durch das Störsignal 50, Fig. 8, oder durch die Summe 54, Fig. 9, geliefert. Das Fehlersignal 44 wird über einen Multiplizierer 55 dem direkten Element A zugeführt und mit dem Eingangssignal 53 von 42 multipliziert, um eine Gewichtungsaktualisierung 49 zu ergeben.
Unsere vorstehend genannten US-Patente und die genannte Anmeldung ermöglichen bei ihren bevorzugten Ausführungsformen die Verwendung eines Filters mit einem rekursiven Algorithmus mit geringstem mittlerem Fehlerquadrat (RLMS), siehe z. B. "Comments on "An Adaptive Recursive LMS Filter"", Widrwo et al, Proceedings of the IEEE, Vol. 64, No. 9, September 1977, S. 1.402-1.404, Fig. 2. Unsere oben angegebenen US-Patente und die angegebene Anmeldung und die Erfindung sind insbesondere dahingehend wünschenswert, daß sie die Verwendung dieses bekannten Filters mit rekursivem LMS-Algorithmus ermöglichen. Wie in Fig. 10 gezeigt, die das System von Fig. 7 veranschaulicht, kann das direkte Element A, oder 12, durch ein LMS-Filter nachgebildet werden und das Rückkopplungselement B, oder 22, kann durch ein LMS-Filter nachgebildet werden. Das im Ausführungsbeispiel von Fig. 10 dargestellte rekursive Filtermodell 40 ist als rekursiver Algorithmus mit geringstem mittlerem Fehlerquadrat (RLMS) bekannt.
In Fig. 11, die das System von Fig. 9 zeigt, ist der Rückkopplungspfad 20 dadurch nachgebildet, daß das Fehlersignal 44 als ein Eingangssignal für das Modell 40 verwendet ist, das Fehlersignal 44 zum Korrektursignal 46 in einem Addierer 52 addiert wird und das Ergebnis 54 als anderes Eingangssignal des Modells 40 verwendet wird.
Die Verzögerung, falls eine solche vorliegt, des Ausgangssignals 8 zwischen dem Lautsprecher 14 und dem Mikrophon 16 kann durch eine vergleichbare Verzögerung am Eingang 51 des LMS-Filters 22 und/oder am Eingang 53 des LMS-Filters 12 kompensiert werden.
Unsere vorstehend genannten US-Patente und die genannte Anmeldung und das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden das akustische System und den Rückkopplungspfad mit einem adaptiven Filtermodell mit einer Übertragungsfunktion mit Polen nach, das zum Nachbilden des Rückkopplungspfads verwendet wird. Es liegt selbstverständlich innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, die Pole dazu zu verwenden, andere Elemente des akustischen Systems in Verbindung mit dem Nachbilden des Rückkopplungspfads nachzubilden. Es liegt auch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, den Rückkopplungspfad unter Verwendung anderer Eigenschaften, wie Nullstellen, in Kombination mit den Polen nachzubilden.
Es ist wohlbekannt, daß der LMS-Algorithmus bei Anwendungen verwendet werden kann, bei denen der Fehler verzögert ist, solange das beim Gewichtungs-Aktualisierungssignal verwendete Eingangssignal um dasselbe Ausmaß verzögert ist, wie in der oben angegebenen Literaturstelle von Widrow, Adaptive Filters, beschrieben. Auf ähnliche Weise wurde die Wichtigkeit einer Kompensation für das Vorliegen einer Übertragungsfunktion, die dem Lautsprecher 14 zugeordnet werden könnte, im Zusatzpfad des LMS-Algorithmus durch entweder Addieren einer mit der ursprünglichen Übertragungsfunktion in Reihe liegenden inversen Übertragungsfunktion oder durch Einfügen dieser ursprünglichen Übertragungsfunktion in den Pfad des beim Gewichtungs-Aktualisierungssignal verwendeten Eingangssignals erörtert, siehe Morgan, "An Analysis of Multiple Correlation Cancellation Loops With a Filter in the Auxiliary Path", IEEE Transactions Acoustics Speech, Signal Processing, Vol. ASSP-28, No. 4, S. 454-467, 1980. Jedoch wurde adaptive Nachbildung der Verzögerung oder der Übertragungsfunktion für den Fehlerpfad im Stand der Technik vor unseren oben angegebenen US-Patenten und der angegebenen Anmeldung nicht erzielt, noch wurde eine Kompensation für die Übertragungsfunktionen des Fehlerpfads und des Lautsprechers bei einem adaptiven IIR-Modell wie dem RLMS-Algorithmus erzielt.
Fig. 12 zeigt ein System gemäß unserer oben angegebenen, ebenfalls anhängigen, am 19. September 1985 eingereichten US-Anmeldung mit der Seriennr. 777,825 zum adaptiven Auslöschen von Rückkopplung auf den Eingang vom Ausgangswandler oder Lautsprecher 14 sowohl für breitbandige als auch schmalbandige Störsignale oder akustische Wellen on-line ohne Off-Line-Voreinstellung und zum Erzielen einer adaptiven Fehlerpfadkompensation und einer Kompensation des Ausgangswandlers oder Lautsprechers 14. Der kombinierte Ausgangston vom Eingang 6 und vom Lautsprecher 14 am Ausgang 8 wird durch das Ausgangsmikrophon oder den Fehlerwandler 16 gemessen, wie vom Lautsprecher 14 entlang eines Fehlerpfads 56 beabstandet. Das akustische System wird mit dem adaptiven Filtermodell 40 nachgebildet, das durch Filter 12 und 22 gebildet wird, mit einem Modelleingangssignal 42 vom Eingangsmikrophon oder -wandler 10 und einem Fehlereingangssignal 44 vom Fehlermikrophon oder -wandler 16. Das Modell 40 gibt ein Korrektursignal 46 an den Ausgangslautsprecher oder -wandler 14 aus, um Löschtonsignale in solcher Weise einzugeben, daß sich das Fehlersignal 44 einem vorgegebenen Wert nähert. Der Rückkopplungspfad 20 vom Lautsprecher 14 zum Eingangsmikrophon 10 wird durch dasselbe Modell 40 dadurch nachgebildet, daß der Rückkopplungspfad 20 als Teil des Modells 40 in solcher Weise nachgebildet wird, daß das letztere sowohl das akustische System als auch den Rückkopplungspfad adaptiv nachbildet, ohne daß das akustische System und der Rückkopplungspfad getrennt nachgebildet werden und ohne ein getrenntes Modell, das off-line nur für den Rückkopplungspfad mit breitbandigen Störsignalen voreingestellt wurde und diesem fest zugeordnet ist.
Der Fehlerpfad 56 wird mit einem zweiten, unter E' dargestellten adaptiven Filtermodell 58 nachgebildet und eine Kopie des adaptiven Fehlerpfadmodells E' ist im ersten Modell 40 vorhanden, gebildet durch die Filter 12 und 22, in solcher Weise, daß das erste Modell das akustische System und den Rückkopplungspfad erfolgreich nachbilden kann. Ein zweites Fehlermikrophon oder ein Wandler 60 ist am Eingang des Fehlerpfads 56 in der Nähe des Lautsprechers 14 vorhanden. Das adaptive Filtermodell 58 erhält ein Modelleingangssignal 62 vom zweiten Fehlermikrophon 60. Die Ausgangssignale vom Fehlerpfad 56 und vom Modell 58 werden in einem Addierer 64 aufsummiert und das Ergebnis wird als Fehlereingangssignal 66 für das Modell 58 verwendet. Das Fehlersignal 66 wird in einem Multiplizierer 68 mit dem Eingangssignal 62 multipliziert und als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 67 in das Modell 58 eingegeben.
Das adaptive Modell 40 ist mit Algorithmusfiltern 12 und 22 versehen, von denen jeder ein Fehlereingangssignal 44 vom Fehlermikrophon 16 erhält. Die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Algorithmusfilters werden in 48 aufsummiert und das Ergebnis wird als Korrektursignal 46 für den Lautsprecher 14 verwendet. Eine Kopie des adaptiven Fehlerpfadmodells 58, oder E' ist in jedem der Algorithmusfilter 12 und 22 als 70 bzw. 71 vorhanden. Ein Eingangssignal 42 für das Algorithmusfilter 12 wird vom Eingangsmikrophon 10 geliefert. Das Eingangssignal 42 dient auch als Eingangssignal für die Kopie 70 des adaptiven Fehlerpfadmodells über die Kopie 80 des Lautsprechermodells, was beschrieben wird. Das Ausgangssignal der Kopie 70 wird in einem Multiplizierer 72 mit dem Fehlersignal 44 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 74 dem Algorithmusfilter 12 zugeführt. Das Korrektursignal 46 erstellt ein Eingangssignal 47 für das Algorithmusfilter 22 und erstellt auch ein Eingangssignal für die Kopie 71 des adaptiven Fehlerpfadmodells über die Lautsprechermodell-Kopie 82, was zu beschreiben ist. Das Ausgangssignal der Kopie 71 und das Fehlersignal 44 werden in 76 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 78 dem Algorithmusfilter 22 zugeführt. Bei einer Alternative, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, kann das Korrektursignal 46 in einem Addierer wie dem Addierer 52, Fig. 9, zum Fehlersignal 44 addiert werden und das Ergebnis 54 wird als Eingangssignal 47 für das Algorithmusfilter 22 und das kopierte Lautsprechermodell 82 und das Fehlerpfadmodell 71 verwendet.
Gemäß Fig. 13 wird der Fehlerpfad oder die Anlage zwischen dem Lautsprecher 14 und dem ersten Fehlermikrophon 16, Fig. 12, direkt on-line nachgebildet und eine Kopie des Fehlerpfadmodells E' ist im Systemmodell 40 vorhanden. Das Kopieren eines Modells und das Vorsehen einer solchen Kopie in einem anderen Teil des Systems ist bekannt, z. B. aus der oben angegebenen Literaturstelle von Morgan. Das zweite Fehlermikrophon 60, Fig. 12, ermöglicht adaptives Nachbilden des Fehlerpfads 56 über das Fehlerpfadmodell E', oder 58. Bei bekannten Systemen, wie dem oben angegebenen Patent für Warnaka, wurde das Problem dadurch berücksichtigt, daß die Quelle ausgeschaltet wurde und über den Lautsprecher 14 und den Fehlerpfad 56 ein Trainingssignal verwendet wurde und dann der Fehlerpfad mit einem Fehlerpfadmodell nachgebildet wurde, das während des Betriebs des kompletten Systems unveränderlich und nicht adaptierbar war. Die Schwierigkeit bei einer solchen Vorgehensweise ist, daß sich der Fehlerpfad 56 zeitlich ändert, z. B. bei Änderungen der Temperatur oder der Flußrate, und demgemäß das System unter den oben angegebenen Nachteilen leidet, da es unpraktisch ist, das Systemmodell dauernd neu einzustellen, wenn sich die Fehlerpfadbedingungen ändern.
Wie in unseren oben angegebenen US-Patenten und der angegebenen Anmeldung angemerkt, besteht ein Bedarf für ein adaptives System, bei dem der Fehlerpfad on-line adaptiv nachgebildet und kompensiert wird, ohne eine speziell vorgesehene Off-Line-Voreinstellung, und bei dem eine solche Kompensation ferner on-line sich ändernde Fehlerpfadeigenschaften, wie durch die Temperatur usw., adaptiert.
Das in den Fig. 12 und 13 dargestellte System kompensiert auch den Ausgangslautsprecher oder -wandler 14. Es ist angenommen, daß sich die Eigenschaften des Lautsprechers 14 langsam in bezug auf das Gesamtsystem und den Rückkopplungspfad 20 und den Fehlerpfad 56 ändern. Während sich die Schallgeschwindigkeit im Rückkopplungspfad 20 und im Fehlerpfad 56 abhängig von der Temperatur usw. ändern können, ändern sich die Eigenschaften des Lautsprechers 14 relativ hierzu nur sehr langsam. Z.B. können sich die Eigenschaften des Rückkopplungspfads 20 und/oder des Fehlerpfads 56 von Minute zu Minute ändern, jedoch ändern sich die Eigenschaften des Lautsprechers 14 wahrscheinlich nur von einem Monat zum anderen oder von einer Wochen zur anderen oder von einem Tag zum anderen usw . . Der Lautsprecher 14 wird daher offline nachgebildet und kalibriert und als unveränderlich oder als sich zumindest sehr langsam in bezug auf die Systemparameter ändernd angenommen, wie die Eigenschaften des Rückkopplungspfads 20 und des Fehlerpfads 56, insbesondere die Temperatur und die Flußrate.
In der genannten, ebenfalls anhängigen, am 19. September 1985 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 777,825 stellte es sich als förderlich heraus, den Modellfehlerpfad 56 und den Lautsprecher 14 getrennt nachzubilden. Es stellte sich auch als förderlich heraus, den Systemteil vom Eingangsmikrophon 10 bis zum Lautsprecher 14 und den Systemteil vom Lautsprecher 14 bis zum Fehlermikrophon 16 getrennt nachzubilden. Ferner stellte sich heraus, daß die Gesamtdämpfung verbessert war, wenn das erste Fehlermikrophon 16 stromabwärts in bezug auf den löschenden Lautsprecher 14 außerhalb des komplexen akustischen Felds im Bereich 18 angeordnet wird. Ferner stellte sich heraus, daß ein drittes Mikrophon (zweites Fehlermikrophon 60) erforderlich war, den Fehlerpfad 56 nachzubilden, um dem gewünschten getrennten Nachbilden des Fehlerpfads 56 gegenüber dem Gesamtsystem folgen zu können und um dem getrennten Nachbilden des Fehlerpfads 56 vom Ausbreitungspfad vom Eingangsmikrophon 10 zum Lautsprecher 14 folgen zu können.
Es stellte sich ferner als wünschenswert heraus, über ein sehr genaues Erfassen am Fehlermikrophon 16 zu verfügen. Ferner stellte sich heraus, daß die Genauigkeit des Erfassens am zweiten Fehlermikrophon 60 nicht so kritisch war, wie das Erfassen am ersten Fehlermikrophon 16. Die genannte, ebenfalls anhängige, am 19. September 1985 eingereichte US- Patentanmeldung mit der Seriennr. 777,825 ermöglicht die Verwendung eines solchen unkritischen Erfassens am Mikrophon 60, da das letztere dazu verwendet wird, ein Eingangssignal nur für die Fehlerpfad-Nachbildung zu messen und zu erstellen, während das Ausgangsgenauigkeitserfordernis des Hauptsystems immer noch vom Fehlermikrophon 16 abhängt. Dies ist erwünscht, da eine genaue Messung der akustischen Welle, die sich im Kanal im Bereich 18 ausbreitet, wegen des dort vorliegenden komplexen akustischen Felds in der Nähe des Ausgangs des Lautsprechers 14 nicht möglich sein kann. Diese Messung mit unterschiedlicher Genauigkeit ist wichtig, da das Ausgangssignal 8 dasjenige Signal ist, das durch das Modell 40 minimiert wird und das daher die Störsignale genau wiedergeben sollte, die zu verringern sind. Das Fehlerpfadmodell 58 muß dagegen nur mit einer Genauigkeit bestimmt werden, die ausreicht, Konvergenz des Modells 40 zu gewährleisten. Die beschränkte Verwendung des Mikrophons 60 nur für die Fehlerpfad-Nachbildung und -Kompensation ist demgemäß besonders vorteilhaft.
In den Fig. 12 und 13 ist der Lautsprecher 14 off-line nachgebildet, um für ein unveränderliches Modell S' desselben zu sorgen. Eine Kopie des unveränderlichen Modells S' des Lautsprechers ist als 80 und 82 im adaptiven Modell 40 vorhanden. Der Lautsprecher 14 wird dadurch nachgebildet, daß ein zweites Fehlermikrophon oder ein Wandler 40 in der Nähe des Lautsprechers 14, Fig. 12 und 14, angeordnet wird und ein adaptives Filtermodell S' oder 84, Fig. 14, bereitgestellt wird. Während eines getrennten Off-Line-Voreinstellprozesses wird die Leitung 46 vom Addierer 48 abgetrennt und auf einer Leitung 46a wird ein Kalibrier- oder Trainingssignal bereitgestellt. Das Kalibriersignal 46a sorgt für ein Eingangssignal für das adaptive Filtermodell 84 und den Lautsprecher 14, und die Ausgangssignale des Fehlermikrophons 60 und des adaptiven Filtermodells 84 werden in einem Addierer 86 aufsummiert und das Ergebnis wird als Fehlereingangssignal 87 für das Lautsprechermodell 84 verwendet. Das Fehlereingangssignal 87 wird bei 90 mit dem Kalibriersignal 46a multipliziert, um ein Gewichtungs-Aktualisierungssignal 88 für das Lautsprechermodell 84 zu schaffen. Das Modell 84 ist unveränderlich, nachdem es adaptiert wurde und den Lautsprecher 14 nachbildete. Dann wird das unveränderliche Modell S' in das Modell 40 kopiert.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel in den Fig. 12 und 13 erfolgt ein Eingangssignal für die Lautsprecherkopie 40 ausgehend vom Eingang 42. Das Ausgangssignal der Kopie 80 wird, nachdem es durch die Fehlerpfadmodell-Kopie 70 gelaufen ist, in 72 mit dem Fehlersignal 44 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 74 für das Algorithmusfilter 12 verwendet. Aus dem Korrektursignal 46 wird ein Eingangssignal für die Lautsprecherkopie 82 erstellt. Das Ausgangssignal der Kopie 82 wird, nachdem es durch die Fehlerpfadmodell-Kopie 71 gelaufen ist, in 76 mit dem Fehlersignal 44 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 78 für das Algorithmusfilter 22 verwendet. Gemäß dem Vorstehenden kann das Korrektursignal 46 mit dem Fehlersignal 44 zusammengezählt werden, wie im Addierer 52 in Fig. 9, und das Ergebnis kann als Eingangssignal 47 für das Algorithmusfilter 22 und das kopierte Lautsprechermodell 82 verwendet werden.
Fig. 15 zeigt eine Alternative für die Lautsprechernachbildung von Fig. 14. In Fig. 15 verfügt ein adaptives Filtermodell 92 über einen adaptiven, verzögernden, inversen Teil 54 mit einem Eingangssignal 56 vom zweiten Fehlermikrophon 60, das den Lautsprecher 14 adaptierend, invers nachbildet. Das Modell 92 verfügt über einen Verzögerungsteil 58 mit einem Eingang vom Kalibriersignal 46a her, und es liefert ein verzögertes Ausgangssignal desselben. Das Kalibriersignal 46a wird dadurch erstellt, daß die Leitung 46 vom Ausgang des Addierers 48 abgetrennt wird und ein Trainingssignal auf die abgetrennte Leitung 46 gegeben wird. Die Ausgangssignale der Teile 94 und 98 für inverse Verzögerung und für Verzögerung werden in einem Addierer 100 zusammengezählt und das Ergebnis wird als Fehlereingangssignal 101 für den inversen Teil 94 verwendet. Das Fehlereingangssignal 101 wird mit dem Modelleingangssignal 96 in einem Multiplizierer 104 multipliziert, um ein Gewichtungs-Aktualisierungssignal 102 zu liefern. Das Modell 92 wird unverändert gehalten, nachdem es an den Lautsprecher 14 adaptiert wurde und diesen nachgebildet hat. Der verzögerte, inverse Teil ΔsS&supmin;¹ 94 liegt bei 120, Fig. 16, in Reihe mit dem Ausgangssignal des ersten Fehlermikrophons 16. Der verzögerte Teil Δs 98 ist bei 122 und 124 im Modell 40, Fig. 16, vorhanden.
Fig. 16 zeigt eine alternative Nachbildung des Fehlerpfads oder der Anlage 56. Das adaptive Modell 112 für den Fehlerpfad ist mit einem adaptierenden, verzögernden, invertierenden Teil 106 verbunden, der ein Eingangssignal vom ersten Fehlermikrophon 16 erhält und den Fehlerpfad mit Verzögerung invers nachbildet und ein Fehlersignal 108 an den Fehlereingang 110 des Modells 40 ausgibt. Das Modell 112 verfügt über einen verzögerten Teil 114, der als Δe dargestellt ist, mit einem Eingangssignal vom zweiten Fehlermikrophon 60, und es gibt ein gegenüber diesem verzögertes Ausgangssignal an einen Addierer 116 aus. Die Ausgangssignale der Teile 106 und 114 mit inverser Verzögerung bzw. mit Verzögerung werden in 116 addiert und das Ergebnis ist das Fehlereingangssignal 118 für den invertierenden Teil 106. Das Fehlersignal 118 wird in einem Multiplizierer 121 mit dem Eingangssignal 119 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 123 an den invertierenden Teil 106 geliefert. Der Lautsprecher 14 in Fig. 16 wird gemäß Fig. 15 nachgebildet und der adaptierende, verzögernde, invertierende Teil ΔsS&supmin;¹ ist bei 120 über den adaptiven, invertierenden Teil 106 des Fehlerpfadmodells mit dem Ausgang des ersten Fehlermikrophons 16 verbunden. Kopien des verzögerten Teils Δs des Lautsprechermodells 92 sind als 122 und 124 im adaptiven Systemmodell 40 vorhanden. Kopien des Verzögerungsteils Δe des adaptiven Fehlerpfadmodells 112 sind als 126 und 128 im adaptiven Systemmodell 40 vorhanden.
Das adaptive Systemmodell 40 beinhaltet ein erstes und ein zweites Algorithmusfilter 12 und 22, die jeweils ein Fehlereingangssignal 110 von der Additionsstelle 18 über den Fehlerpfad 56, über das erste Fehlermikrophon 16, über den verzögernden, invertierenden Teil 106 des adaptiven On-Line- Fehlerpfadmodells 112 und über den verzögernden, invertierenden Teil 120 des unveränderlichen Modells 92 des Lautsprechers 14 erhalten. Der Nettoeffekt dieser Additionen ist es, daß es zu einem Korrektursignal 46 kommt, das nur durch die Verzögerungsteile Δe und Δs geht, um das Fehlereingangssignal 110 zu ergeben. Um eine Kompensation für diese Verzögerung im Fehlerpfad zu schaffen, sind Kopien 112 und 126 im Algorithmusfilter 12 vorhanden und Kopien 124 und 128 sind im Algorithmusfilter 22 vorhanden. Das Eingangssignal 42 vom Eingangsmikrophon 10 wird dem Algorithmusfilter 12 zugeführt und es wird auch den ersten in Reihe geschalteten Kopien 122 und 126 zugeführt. Das Ausgangssignal der ersten Kopien 122 und 126 wird im Multiplizierer 72 mit dem Fehlersignal 110 über den verzögernden, invertierenden Teil 106 des adaptiven Fehlerpfadmodells 112 und über den verzögernden, invertierenden Teil 120 des unveränderlichen Lautsprechermodells 92 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 74 für das Algorithmusfilter 12 verwendet. Das Korrektursignal 46 für den Lautsprecher 14 vom Addierer 48 wird auch in die in Reihe geschalteten zweiten Kopien 124 und 128 eingegeben. Das Ausgangssignal der zweiten Kopien 124 und 128 wird im Multiplizierer 76 mit dem Fehlersignal 110 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 78 für das Algorithmusfilter 22 verwendet.
Es können verschiedene Kombinationen der Fig. 13 und 16 verwendet werden. Bei einer Kombination wird der Lautsprecher 14 wie in Fig. 14 nachgebildet, um das Lautsprechermodell S' zu ergeben und der Fehlerpfad 56 wird wie in Fig. 13 nachgebildet, um das Fehlerpfadmodell E' zu ergeben und die in Reihe geschalteten Modelle S' und E' werden im Modell 40 für jedes der Algorithmusfilter 12 und 22 verwendet, wie in Fig. 13 als 80 und 70 sowie 82 und 71 dargestellt.
Bei einer anderen Kombination wird der Lautsprecher 14 wie in Fig. 14 nachgebildet, um das Lautsprechermodell S' zu ergeben, und der Fehlerpfad 56 wird wie in Fig. 16 nachgebildet, um das verzögernde, invertierende Fehlerpfadmodell 106 zu ergeben. Bei dieser Kombination beinhaltet das Modell 40 das Lautsprechermodell 80 und den Verzögerungsteil Δe 126 des adaptiven Fehlerpfadmodells im Algorithmusfilter 12 und es beinhaltet das Lautsprechermodell 82 und den Verzögerungsteil 128 im Algorithmusfilter 22.
Bei einer anderen Kombination ist der Lautsprecher 12 mit dem verzögernden, invertierenden Modell 94 nachgebildet, wie in Fig. 15, und der Fehlerpfad 56 ist durch E' nachgebildet, wie in Fig. 13. Kopien 122 und 70 werden im Algorithmusfilter 12 verwendet und Kopien 124 und 71 werden im Algorithmusfilter 22 verwendet. Die Kopie 120 liegt in Reihe mit dem Ausgang des Fehlermikrophons 12 und die Fehlereingabe in das Modell 40 erfolgt über die Kopie 120.
Bei einer anderen Kombination werden Kopien 122 und 126 im Algorithmusfilter 12 verwendet und Kopien 124 und 128 werden im Algorithmusfilter 22 verwendet, wie in Fig. 16 dargestellt.
Bei weiteren Unterkombinationen mit jeder der vorstehend genannten Kombinationen wird das Korrektursignal 46 im Addierer 52, Fig. 11, zum Fehlersignal addiert und das Ergebnis wird als Eingangssignal 47 für das Algorithmusfilter 22 und für den Multiplizierer 76 über die Lautsprecher- und Fehlerpfadkompensation verwendet, z. B. 82 und 71 oder 124 und 128 usw., je nach Bedarf.
Fig. 17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei dieselben Bezugszahlen wie in den Fig. 13-16 verwendet sind, wo dies zum Vereinfachen der Deutlichkeit geeignet ist. Das Korrektursignal 86 wird in einem Addierer 130 zum Fehlersignal 44 addiert. Das Korrektursignal 46 ergibt sich als Produkt 132 einer Kopie des Verzögerungsteils Δe des adaptiven Fehlerpfadmodells 112 und einer Kopie des Modells 84 des Ausgangslautsprechers 14, das nach der Adaption unveränderlich gemacht wurde. Der Fehlerpfad 56 in Fig. 17 wird zusätzlich nachgebildet, wie in Fig. 16, wie durch 106a, 114a, 116a, 118a, 119a, 121a und 123a veranschaulicht, und eine Kopie des invertierenden Teils 106a ist gemäß 134 vorhanden. In dieser Form wird das Fehlersignal 44 einem Addierer 130 über den adaptierenden, verzögernden, invertierenden Teil 134 des Fehlerpfads zugeführt.
Fig. 18 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel zu Fig. 16 und gleiche Bezugszahlen wie in den Fig. 16 und 17 sind verwendet, wo dies zum Erleichtern der Deutlichkeit geeignet ist. Das Fehlersignal an den Addierer 130 wird über den invertierenden Teil 106, wie mit 108 gekennzeichnet, also nicht über den invertierenden Teil 120 des Lautsprechermodells geliefert.
Die oben genannte, ebenfalls anhängige, am 19. September 1985 eingereichte US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 777,825 erstellt Kopien des Fehlerpfads und/oder des Lautsprechers im Systemmodell. Das Modell 40 beinhaltet Modellelemente 106, 120, 134 usw. und die Kästen mit gestrichelten Linien in den Zeichnungen sind nicht beschränkend.
Die Fig. 19 und 20 zeigen ein System gemäß dem oben genannten Paten US-A-4,677,676 und es sind gleiche Bezugszahlen wie in den Fig. 12 und 13 verwendet, wo dies zum erleichtern der Deutlichkeit geeignet ist. Das akustische System in Fig. 19 verfügt über einen Eingang 6 zum Empfangen einer akustischen Eingangswelle und über einen Ausgang 8 zum Abstrahlen einer akustischen Ausgangswelle. Ein aktives Dämpfungssystem und ein Verfahren sind vorhanden, um eine unerwünschte akustische Ausgangswelle dadurch zu dämpfen, daß eine akustische Löschwelle von einem Ausgangswandler wie einem Lautsprecher 14 eingegeben wird, und um Rückkopplung entlang des Rückkopplungspfads 20 an den Eingang 6 vom Lautsprecher oder Wandler 14 für sowohl breitbandige als auch schmalbandige akustische Wellen on-line ohne Off-Line-Voreinstellung adaptiv zu kompensieren, und um adaptive Nachbildung und Kompensation des Fehlerpfads 56 sowie adaptive Nachbildung und Kompensation des Lautsprechers oder Wandlers 14 insgesamt on-line ohne Off-Line-Voreinstellung zu erzielen.
Der Eingangswandler oder das Mikrophon 10 mißt die akustische Eingangswelle 6. Die Kombination der akustischen Ausgangswelle und der akustischen Löschwelle vom Lautsprecher 14 wird mit einem Fehlermikrophon oder einem Wandler 16 gemessen, der vom Lautsprecher 14 entlang des Fehlerpfads 56 beabstandet ist und ein Fehlersignal 44 liefert. Das akustische System oder die Anlage P wird mit einem adaptiven Filtermodell 40 nachgebildet, das mit Filtern 12 und 22 versehen ist und ein Modelleingangssignal 42 vom Eingangsmikrophon 10 und ein Fehlereingangssignal 44 vom Fehlermikrophon 16 erhält. Das Modell 40 gibt ein Korrektursignal 46 an den Lautsprecher 14 aus, um einen Löschton derart auszugeben, daß sich das Fehlersignal 44 einem vorgegebenen Wert, wie dem Wert null, annähert. Der Fehlerpfad 20 vom Lautsprecher 14 zum Eingangsmikrophon 10 wird mit demselben Modell 40 dadurch nachgebildet, daß dieser Rückkopplungspfad 20 als Teil des Modells 40 in solcher Weise nachgebildet wird, daß der letztere sowohl das akustische System 40 als auch den Rückkopplungspfad F adaptiv nachbildet, ohne getrenntes Nachbilden des akustischen Systems und des Rückkopplungspfads und ohne gesondertes Modell, das alleine für den Rückkopplungspfad für breitbandige Störsignale off-line voreingestellt wurde und unveränderlich für diesen festgelegt wurde.
Eine Quelle 140 für Zusatzrauschen gibt Störsignale in das Ausgangssignal des Modells 40 ein. Die Quelle für Zusatzrauschen gibt weißes Rauschen aus und sie ist in bezug auf die Eingangsstörsignale 6 unkorreliert; ihre bevorzugte Form wird durch eine Galois-Folge gegeben, siehe M. R. Schroeder, Number Theory in Science and Communications, Berlin: Springer-Verlag, 1984, S. 252-261, obwohl selbstverständlich andere Quellen für weißes, unkorreliertes Rauschen verwendet werden können. Die Galois-Folge ist eine Pseudozufallsfolge, die sich nach 2M&supmin;&sub1; Punkten wiederholt, wobei M die Anzahl Stufen in einem Schieberegister ist. Die Galois-Folge ist bevorzugt, da sie einfach berechnet werden kann und auf einfache Weise eine Periode aufweist, die viel länger als die Ansprechzeit des Systems ist.
Das Modell 142 bildet sowohl den Fehlerpfad E 56 als auch den Lautsprecher oder Ausgangswandler S 14 on-line nach. Das Modell 142 ist ein zweites adaptives Filtermodell, das durch ein LMS-Filter gebildet wird. Eine Kopie S'E' des Modells ist als 144 und 146 im Modell 40 vorhanden, um eine Kompensation für den Lautsprecher S 14 und den Fehlerpfad E 56 zu bewirken.
Das zweite adaptive Filtermodell 142 erhält ein Modelleingangssignal 148 von der Quelle 140 für Zusatzrauschen. Das Fehlerausgangssignal 44 vom Fehlerpfad 56 am Ausgangsmikrophon 16 wird in einem Addierer 64 zum Ausgangssignal des Modells 142 addiert und das Ergebnis wird als Fehlereingangssignal 66 für das Modell 142 verwendet. Die Summe 66 wird in einem Multiplizierer 68 mit dem Zusatzrauschsignal 150 von der Quelle 140 für Zusatzrauschen multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 67 für das Modell 142 verwendet.
Die Ausgangssignale der Quelle 140 für Hilfsrauschen und des Modells 40 werden bei 152 aufsummiert und das Ergebnis wird als Korrektursignal 46 für den Eingangslautsprecher 14 verwendet. Das adaptive Filtermodell 40 wird, wie oben angegeben, durch das erste und zweite Algorithmusfilter 12 und 22 gebildet, die jeweils ein Fehlereingangssignal 44 vom Fehlermikrophon 16 erhalten. Die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Algorithmusfiltes 12 und 22 werden im Addierer 48 zusammengezählt und die sich ergebende Summe wird in einem Addierer 152 zum Zusatzrauschsignal von der Quelle 140 für Zusatzrauschen addiert und die sich ergebende Summe wird als Korrektursignal 46 für den Lautsprecher 14 verwendet. Das Eingangssignal 42 für das Algorithmusfilter 12 wird vom Eingangsmikrophon 10 geliefert. Das Eingangssignal 42 bildet auch ein Eingangssignal für die Modellkopie 144 des adaptiven Lautsprechers S und des Modells für den Fehlerpfad E. Das Ausgangssignal der Kopie 144 wird im Multiplizierer 72 mit dem Fehlersignal 44 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 74 an das Algorithmusfilter 12 geliefert. Das Korrektursignal 46 bildet das Eingangssignal 47 für das Algorithmusfilter 22 und es bildet auch das Eingangssignal für die Modellkopie 146 des adaptiven Lautsprechers S und des Modells für den Fehlerpfad E. Das Ausgangssignal der Kopie 146 und das Fehlersignal 44 werden im Multiplizierer 76 multipliziert und das Ergebnis wird als Gewichtungs-Aktualisierungssignal 78 an das Algorithmusfilter 22 geliefert.
Die Quelle 140 für Zusatzrauschen ist eine Quelle für ein unkorreliertes Rauschsignal geringer Amplitude für den nachbildenden Lautsprecher S 14 und den Fehlerpfad E 56. Diese Störsignalquelle liegt zusätzlich zur Eingangsstörsignalquelle 6 vor und ist mit dieser unkorreliert, um es zu ermöglichen, daß das Modell S'E' Signale vom Hauptmodell 40 und von der Anlage P ignoriert. Eine geringe Amplitude ist erwünscht, um die endgültigen akustischen Reststörsignale, wie sie vom System abgestrahlt werden, minimal zu beeinflussen. Die zweiten oder Zusatzstörsignale von der Quelle 140 werden lediglich in das S'E'-Modell 142 eingegeben und sie gewährleisten dadurch, daß dieses S'E'-Modell SE zutreffend kennzeichnet. Das S'E'-Modell ist ein direktes Modell von SE und dies gewährleistet, daß das Ausgangssignal des RLMS-Modells 40 und das Ausgangssignal der Anlage P die Gewichtungen des endgültig konvergierten S'E'-Modells nicht beeinflussen. Ein verzögerndes, adaptives, invertierendes Modell würde dieses Merkmal nicht aufweisen. Das Ausgangssignal des RLMS-Modells 40 und das Ausgangssignal der Anlage P würden in das SE-Modell durchlaufen und die Gewichtungen beeinflussen.
Das System erfordert nur zwei Mikrophone. Das Zusatzrauschsignal von der Quelle 140 wird in einer Summationsstelle 152 nach einem Addierer 48 aufsummiert, um das Vorliegen von Störsignalen im akustischen Rückkopplungspfad und in der Rekursionsschleife zu gewährleisten. Das System erfordert keinerlei Phasenkompensationsfilter für das Fehlersignal, da keine invertierende Nachbildung vorhanden ist. Die Amplitude der Rauschsignalquelle 140 kann proportional zur Stärke des Fehlersignals 66 verringert werden und der Konvergenzfaktor für das Fehlersignal 44 kann abhängig von der Stärke dieses Fehlersignals 44 verringert werden, um verbesserte Langzeitstabilität zu erzielen, siehe "Adaptive Filters: Structures, Algorithms, And Applications", Michael L. Honig and David G. Messerschmitt, The Kluwer International Series in Engineering and Computer Science, VLSI, Computer Architecture And Digital Signal Processing, 1984.
Wie im Patent US-A-4,677,676 angemerkt, ist es ein wünschenswertes Merkmal eines solchen Systems, daß es keine Kalibrierung, kein Vorabtraining, keine Voreinstellung von Gewichtungen und keine Startprozedur benötigt. Das System wird lediglich eingeschaltet und es kompensiert und dämpft automatisch unerwünschte Ausgangsstörsignale.
Bei anderen Realisierungen gemäß dem oben genannten Patent US-A-4,677,676 werden gerichtete Lautsprecher und/oder Mikrophone verwendet und es existiert keine Nachbildung für einen Rückkopplungspfad. Bei anderen Realisierungen ist das Eingangsmikrophon nicht vorhanden und durch eine Synchronisierquelle für das Hauptmodell 40 ersetzt, wie durch einen Motortachometer. Bei anderen Realisierungen wird ein hochqualitativer oder nahezu idealer Lautsprecher verwendet und die Übertragungsfunktion des Lautsprechers ist die Einheitsfunktion, wodurch das Modell 142 nur den Fehlerpfad nachbildet. Bei anderen Realisierungen ist die Fehlerpfad-Übertragungsfunktion die Einheitsfunktion, z. B. durch Einschrumpfen der Fehlerpfadlänge auf null oder durch Anordnen des Fehlermikrophons 16 unmittelbar neben dem Lautsprecher 14, wodurch das Modell 142 nur den löschenden Lautsprecher 14 nachbildet.
Die Fig. 21 und 22 zeigen ein erfindungsgemäßes System und es sind gleiche Bezugszahlen wie in den Fig. 1-20 verwendet, wo dies zum Erleichtern der Deutlichkeit geeignet ist. Das System schafft einen erhöhten Dynamikbereich mit automatischer Selbstkalibrierung.
Das Eingangsmikrophon 10 liefert ein analoges Signal, das durch ein Tiefpaßfilter 160 und eine automatische Selbstkalibrierungsschaltung 162 geführt wird und dann durch einen Analog/Digital-Umsetzer 164 in ein digitales Eingangssignal auf einer Leitung 42 zur Eingabe in das Modell 40 umgesetzt wird. Das Fehlermikrophon 16 gibt ein analoges Signal aus, das über ein Tiefpaßfilter 166 und eine automatische Selbstkalibrierungsschaltung 168 hindurchgeleitet wird und durch einen Analog/Digital-Umsetzer 170 in ein digitales Fehlersignal auf der Leitung 44 zur Eingabe in das Modell umgesetzt wird. Der Analog/Digital-Umsetzer 164 und/oder das Modell 40 messen die Amplitude des Eingangssignals vom Eingangsmikrophon 10 und steuern die Verstärkung des Eingangssignals über eine Leitung 172 durch eine Verstärkungskalibrierschaltung 162, um die Amplitude des Eingangssignals am Modelleingang so einzustellen, daß sie in einem gewünschten Bereich liegt und um für eine automatische Kalibrierung des Eingangssignals und einen erhöhten Dynamikbereich des Modells zu sorgen. Die Amplitude des Fehlersignals vom Fehlermikrophon 16 wird durch den Analog/Digital-Umsetzer 170 und/ oder das Modell gemessen, wodurch die Verstärkung des Fehlersignals durch die Kalibrierschaltung 168 über eine Leitung 174 gesteuert wird, um die Amplitude des Fehlersignals so einzustellen, daß sie in einem gewünschten Bereich für das Modell liegt und um für automatische Kalibrierung des Fehlersignals und erhöhten Dynamikbereich des Modells zu sorgen.
Die Kalibrierschaltung 162 wird durch einen Digital/Analog- Umsetzer 176, Fig. 22, wie den integrierten Schaltungschip Intersil AD7533KN gebildet, wobei die vom Hersteller vorgenommenen Stiftnummerzuordnungen der Deutlichkeit halber verwendet sind. Die Anschlußstifte 4 bis 11 sind die digitalen Eingänge für das digitale Eingangssignal auf der Leitung 172. Der Digital/Analog-Umsetzer 176 wird in einem Analog- Analog-Modus von einer analogen Eingangsspannung auf der Leitung 180 auf eine analoge Ausgangsspannung auf der Leitung 182 hin betrieben. Die analoge Eingangsspannung auf der Leitung 180 kommt vom Eingangsmikrophon 10 über das Tiefpaßfilter 160 und sie wird am Anschlußstift 16 dem Rückkopplungsport RFB zugeführt. Die analoge Ausgangsspannung auf der Leitung 182 wird dem Analog/Digital-Umsetzer 164 vom Ausgang eines Operationsverstärkers 184, wie LF411CN, zugeführt, und sie wird auch über eine Leitung 186 an den Referenzspannungsport, VREF, am Anschlußstift 15 gegeben. Der Digital/Analog-Umsetzer 176 verfügt über einen ersten und einen zweiten analogen Ausgang, OUT 1 und OUT 2 an Stiften 1 und 2, die mit dem negativen bzw. positiven Vergleichseingang 188 und 190 des Operationsverstärkers 184 verbunden sind. Die Stifte 2 und 3 sind miteinander verbunden und geerdet. Für weitere Information betreffend die Verbindungen und den Betrieb des Digital/Analog-Umsetzers 176 und des Operationsverstärkers 184 wird auf das Intersil-Datenblatt für den AD7523, Fig. 6, verwiesen. Der Digital/Analog-Umsetzer 176 und der Operationsverstärker 184 verstärken die Eingangsspannung 180 auf eine verstärkte Ausgangsspannung 182 abhängig vom digitalen Wert des Eingangssignals 172.
Eine erste Diode 192 ist zwischen die Vergleichseingänge 188 und 190 des Operationsverstärkers geschaltet und eine zweite Diode 194 ist zwischen die Vergleichseingänge 188 und 190 mit entgegengesetzter Polarität in bezug auf die erste Diode 192 geschaltet. Diese Dioden gewährleisten geeignete Spannungsbegrenzung zwischen diesen Vergleichseingängen und geeigneten Betrieb des Operationsverstärkers 184. Die Kalibrierschaltung 168 ist mit der Schaltung 162 vergleichbar.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Analog/ Digital-Umsetzer 174 und 170 durch einen Multiplexer und einen einzelnen Analog/Digital-Umsetzer ersetzt, der sowohl das Eingangssignal als auch das Fehlersignal im Zeitmultiplex erstellt und der auch die Leitungen 172 und 174 durch eine einzelne Leitung an beide Schaltungen 162 und 168 ersetzen kann, die ihrerseits das jeweilige Signal entmultiplexen. Die Version mit zwei Analog/Digital-Umsetzern ist für Hochgeschwindigkeitsanwendungen bevorzugt. Die Version mit einem einzelnen Analog/Digital-Umsetzer wird für Anwendungen mit geringerer Geschwindigkeit verwendet.
Fig. 23 zeigt eine Schaltung zum Erhöhen des Dynamikbereichs des Systems durch eine Kalibrierschaltung, die die Amplitude des Ausgangskorrektursignals auf der Leitung 46, Fig. 19, an den Ausgangswandler oder -lautsprecher 14 einstellt. Die Kalibrierschaltung wird durch einen Digital/Analog-Umsetzer 196 wie den integrierten Schaltungschip Intersil AD7533KN, gebildet, wobei der Deutlichkeit halber die vom Hersteller vorgenommenen Stiftnummernzuordnungen verwendet werden. Der Digital/Analog-Umsetzer 196 wird in einem Analog-Analog-Modus mit einem analogen Eingangssignal vom Korrektursignal auf der Leitung 76 und einem analogen Ausgangssignal an den Lautsprecher 14 über ein Tiefpaßfilter 198 und einen Leistungsverstärker 200 verwendet. Die Anschlußstifte 4-11 bilden den Digitaleingang, vorzugsweise für das digitale Eingangssignal auf der Leitung 174. Die analoge Eingangsspannung auf der Leitung 46 wird am Spannungsreferenz-Anschlußport VREF, Stift 15, empfangen. Die analoge Ausgangsspannung 202 wird vom Ausgang eines Operationsverstärkers 204, wie LF411CN, geliefert und sie liegt über eine Leitung 206 auch am Rückkopplungsanschlußport RFB, Stift 16. Der Digital/Analog-Umsetzer 196 verfügt über einen ersten und einen zweiten analogen Ausgang, OUT 1 und OUT 2 an Stiften 1 und 2, die mit dem negativen bzw. positiven Vergleichseingang 208 bzw. 210 des Operationsverstärkers 204 verbunden sind. Die Stifte 2 und 3 sind miteinander verbunden und geerdet. Der Digital/Analog-Umsetzer 196 und der Operationsverstärker 204 verstärken die Eingangsspannung 46 auf eine verstärke Ausgangsspannung 202 abhängig vom digitalen Wert des Eingangssignals 174. Eine erste Diode 212 ist zwischen die Vergleichseingänge 208 und 210 des Operationsverstärkers 204 geschaltet und eine zweite Diode 214 ist zwischen die Vergleichseingänge 208 und 210 mit entgegengesetzter Polarität in bezug auf die erste Diode 212 geschaltet. Diese Dioden gewährleisten geeignete Spannungsbegrenzung zwischen diesen Vergleichseingängen und geeigneten Betrieb des Operationsverstärkers 204.
Es ist zu beachten, daß das erfindungsgemäße akustische System irgendein System beinhaltet, in dem sich akustische Wellen ausbreiten, wozu Infraschall (niedrige Frequenz), Schall- oder Ultraschall-(hohe Frequenz)Systeme wie auch mit Gas (z. B. Luft) oder Flüssigkeit (Wasser) gefüllte Systeme gehören. Der Eingangs- und der Fehlerwandler setzen den Schalldruck in eine elektrische Spannung um und der Ausgangswandler setzt die elektrische Spannung in Schalldruck um.
Es wird darauf hingewiesen, daß innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifikationen möglich sind.

Claims

1. Aktives Dämpfungsverfahren zum Dämpfen einer unerwünschten Ausgangs-Akustikwelle in einem akustischen System, das einen Eingang (6) zum Empfang einer Eingangs-Akustikwelle und einen Ausgang (8) aufweist, wobei

die Eingangs-Akustikwelle mit einem Eingangswandler (10) erfaßt ein Eingangssignal erzeugt wird,

eine auslöschende Akustikwelle von einem Ausgangswandler (14) eingeleitet wird,

die Ausgangs-Akustikwelle mit einem Fehlerwandler (16) erfaßt und ein Fehlersignal erzeugt wird, und

das akustische System mit einem adaptiven Filtermodell (40) abgebildet wird, das einen Modelleingang (42) von dem Eingangswandler (10) sowie einen Fehlereingang (44) von dem Fehlerwandler (16) erhält und ein Korrektursignal (46) an den Ausgangswandler (14) ausgibt, um die auslöschende Akustikwelle derart einzuleiten, daß sich das Fehlersignal einem vorgegebenen Wert nähert, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Bereich der Abbildung durch Erfassen der Amplitude des Eingangssignals an dem Modelleingang (42) erweitert und dieser Amplitude in Abhängigkeit davon justiert (162) wird, so daß die Abbildung den Eingangs-Amplitudenbereich abzudecken vermag.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei an dem Modelleingang (42) eine Verstärkerstufe (184) zum Verstärken des Eingangssignals vorgesehen wird, und wobei ferner eine auf die Amplitude des Eingangssignals ansprechende Einrichtung (162) vorgesehen wird, die die Verstärkung durch die Verstärkerstufe (184) zum Eichen des Eingangssignals steuert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei

das Eingangssignal (180) von dem Eingangswandler (10) mittels eines Analog/Digital-Wandlers (164) von Analog- in Digitalform zur Eingabe in das Modell (40) umgewandelt wird,

ein Analog/Digital-Wandler (176) mit dem digitalen Eingangssignal als Digitaleingang (172) bereitgestellt wird, und

der Analog/Digital-Wandler (176) in einem Analog/Analog- Modus mit einem Analogeingang (180) von dem Eingangswandler (10) und einem Analogausgang (182) für den Analog/Digital- Wandler (164) betrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein zweiter Digital/Analog-Wandler (196) vorgesehen und dieser in einem Analog/Analog-Modus mit dem Korrektursignal (46) als Analogeingang und einem Analogausgang (202) für den Ausgangswandler (14) betrieben wird.

5. Aktives Dämpfungsverfahren zum Dämpfen einer unerwünschten Ausgangs-Akustikwelle in einem akustischen System, das einen Eingang (6) zum Empfang einer Eingangs-Akustikwelle und einen Ausgang (8) aufweist, wobei

die Eingangs-Akustikwelle mit einem Eingangswandler (10) erfaßt und ein Eingangssignal erzeugt wird,

das akustische System mit einem adaptiven Filtermodell (40) abgebildet wird, das einen Modelleingang (42) von dem Eingangswandler (10) sowie einen Fehlereingang (44) von dem Fehlerwandler (16) erhält und ein Korrektursignal (46) an den Ausgangswandler (14) ausgibt, um die auslöschende Akustikwelle derart einzuleiten, daß sich das Fehlersignal einem vorgegebenen Wert nähert, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamische Bereich der Abbildung durch Justieren (162) der Amplitude des Eingangssignals an dem Modelleingang (42) und auch durch Justieren (168) der Amplitude des Fehlersignals an dem Fehlereingang (44) des Modells (40) erweitert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine erste und eine zweite Verstärkerstufe (162, 168) an dem Modelleingang (42) bzw. dem Fehlereingang (44) zur Verstärkung des Eingangsbzw. des Fehlersignals vorgesehen werden, eine erste und eine zweite Einrichtung (164, 170), die auf die Amplitude des Eingangs- bzw. des Fehlersignals ansprechen, vorgesehen werden, und die Verstärkung der ersten bzw. der zweiten Verstärkerstufe (162, 168) zum Eichen des Eingangs- und des Fehlersignals gesteuert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei

das Eingangs- und das Fehlersignal von dem Eingangsbzw. dem Fehlerwandler (10, 16) unter Verwendung von Analog/Digital-Wandlereinrichtungen (164, 170) in digitale Eingangs- und Fehlersignale zur Eingabe in das Modell (40) umgewandelt werden,

ein erster und ein zweiter Ditigal/Analog-Wandler (162, 168) mit dem digitale Eingangs- bzw. Fehlersignal als Digitaleingängen (172, 174) vorgesehen werden und

der erste und der zweite Digital/Analog-Wandler (162, 168) im Analog/Analog-Modus mit Analogeingängen von dem Eingangs- bzw. dem Fehlerwandler (10, 16) und Analogausgängen (182, Ausgang von 168) für-die Analog/Digital-Wandlereinrichtungen (164, 170) betrieben werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein dritter Digital/Analog-Wandler (196) vorgesehen und in einem Analog/Analog-Modus mit dem Korrektursignal (46) als Analogeingang und einem Analogausgang (202) für den Ausgangswandler (14) betrieben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei

Rückkopplung von dem Ausgangswandler (14) auf den Eingang (16) sowohl für breit- als auch für schmalbandige Akustikwellen ohne Off-line-Voreinstellung on-line adaptiv kompensiert und eine adaptive Kompensation sowohl des Fehlerpfads (56) als auch des Ausgangswandlers (14) ohne Off-line- Voreinstellung on-line vorgesehen wird,

der Rückkopplungspfad (20) vom Ausgangswandler (14) zum Eingangswandler (10) mit demselben Modell (40) dadurch abgebildet wird, daß der Rückkopplungspfad (20) als Teil dieses Modells (40) derart abgebildet wird, daß dieses sowohl das akustische System als auch den Rückkopplungspfad adaptiv abbildet, ohne das akustische System und den Rückkopplungspfad separat abzubilden und ohne daß ein off-Line nur auf den Rückkopplungspfad voreingestelltes separates Modell vorhanden wäre,

wobei eine Hilfs-Rauschquelle (140) vorgesehen und von dieser Rauschen in das Modell (40) eingeleitet wird, so daß der Fehlerwandler (16) auch das Hilfsrauschen von der zusätzlichen Rauschquelle (140) erfaßt, und

wobei sowohl der Fehlerpfad (56) als auch der Ausgangswandler (14) mit einem zweiten adaptiven Filtermodell (142) on-line abgebildet werden und in dem erstgenannten adaptiven Filtermodell (40) zur Kompensation des Ausgangswandlers (14) und des Fehlerpfads (56) eine Kopie (144, 146) des zweiten adaptiven Filtermodells (142) vorgesehen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei

von der Hilfs-Rauschquelle (140) bezüglich der Eingangs-Akustikwelle nicht korreliertes weißes Rauschen eingeleitet wird, und

das zweite adaptive Filtermodell (142) mit einem Modelleingang (148) von der Hilfs-Rauschquelle (140) vorgesehen wird.

11. Adaptives Dämpfungsgerät zum Dämpfen einer unerwünschten Ausgangs-Akustikwelle in einem akustischen System, das einen Eingang (6) zum Empfang einer Eingangs-Akustikwelle und einen Ausgang (8) aufweist, wobei die Einrichtung aufweist:

einen die Eingangs-Akustikwelle erfassenden und ein Eingangssignal erzeugenden Eingangswandler (10)

einen Ausgangswandler (14) zum Einleiten einer auslöschenden Akustikwelle in das akustische System,

einen die Ausgangs-Akustikwelle erfassenden und ein Fehlersignal liefernden Fehlerwandler (16), und

ein das akustische System on-line adaptiv abbildendes adaptives Filtermodell (40), das einen Eingang (42) von dem Eingangswandler (10) und einen Fehlereingang (44) von dem Fehlerwandler (16) aufweist und an den Ausgangswandler (14) ein Korrektursignal (46) ausgibt, um die auslöschende Akustikwelle derart einzuleiten, daß das Fehlersignal sich einem vorgegebenen Wert nähert, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät ferner eine Einrichtung zur Erweiterung des dynamischen Bereichs des Modells mit einer Einrichtung (164) zur Erfassung der Amplitude des Eingangssignals und einer darauf ansprechende Eicheinrichtung (162) zur Justierung der Amplitude des Eingangssignals umfaßt.

12. Gerät nach Anspruch 11, wobei der Eingangswandler (10)

ein Analogsignal liefert und

eine Analog/Digital-Wandlereinrichtung (164) zum Umwandeln des analogen Eingangssignals in ein digitales Eingangssignal zur Eingabe in das Modell (40), und

eine Digital/Analog-Wandlereinrichtung (176) mit dem digitalen Eingangssignal als Digitaleingang (172) sowie einem Analogeingang (180) von dem Eingangswandler (10) und einem Analogausgang (182) für die Analog/Digital-Wandlereinrichtung (164) umfaßt.

13. Gerät nach Anspruch 12, wobei die Digital/Analog-Wandlereinrichtung (176) umfaßt

einen Digital/Analog-Wandler (176) mit einem Rückkopplungs-Referenzanschluß (pin 16) zur Erzeugung einer Analog- Eingangsspannung (180) von dem Eingangswandler (10), einem Spannungs-Referenzanschluß (pin 15), einer ersten und einer zweiten Analog-Ausgangsklemme (pins 1, 2) und mehreren Digital-Eingangsklemmen (pins 4 . . . 11),

eine Operationsverstärkerstufe (184) mit einem Paar von an die erste bzw. die zweite Analog/Ausgangsklemme (pins 1, 2) angeschlossenen vergleichenden Eingängen (188, 190), wobei die Operationsverstärkerstufe (184) eine mit dem Spannungs- Referenzanschluß (pin 15) des Digital/Analog-Wandlers (176) verbundene (186) Analogspannungs-Ausgangsklemme (182) aufweist und die Analog-Ausgangsspannung für die Analog/Digital- Wandlereinrichtung (164) liefert.

14. Gerät nach Anspruch 13 mit einer zwischen die vergleichenden Eingänge (188, 190) der Operationsverstärkerstufe (184) eingeschalteten ersten Diode und einer zwischen dieselben Eingänge mit zu der ersten Diode (192) entgegengesetzter Polarität eingeschalteten zweiten Diode (194).

15. Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 14 mit einer Einrichtung (168) zur Erweiterung des dynamischen Bereichs des ersten adaptiven Filtermodells (40) durch Justieren der Amplitude des Fehlersignals an dem Fehlereingang (44) des ersten adaptiven Filtermodells (40).

16. Gerät nach Anspruch 15, wobei der Fehlerwandler (16) ein analoges Fehlersignal liefert, das die Analog/Digital-Wandlereinrichtung (170) in ein digitales Fehlersignal zur Eingabe in das erste adaptive Filtermodell (40) umwandelt,

umfassend eine zweite Digital/Analog-Wandlereinrichtung (168) mit dem digitalen Fehlersignal als Digitaleingang (174) und einem Analogeingang von dem Fehlerwandler (16) sowie mit einem Analogausgang für die zweite Analog/Digital-Wandlereinrichtung (170).

17. Gerät nach Anspruch 16 mit einer in einem Analog/Analog- Modus betriebene dritte Digital/Analog-Wandlereinrichtung (196) mit dem Korrektursignal (46) als Analogeingang und einem Analogausgang (202) für den Ausgangswandler (14).

18. Gerät nach Anspruch 17, wobei die dritte Digital/Analog- Wandlereinrichtung (196)

einen Digital/Analog-Wandler (196) mit einem Spannungs- Referenzanschluß (pin 15), an dem das Korrektursignal (46) liegt, einem Rückkopplungs-Referenzanschluß (pin 16) sowie einem ersten und einem zweiten Analog-Ausgangsanschluß (pins 1, 2), und

eine Operationsverstärkerstufe (204) mit einem Paar von mit dem letztgenannten ersten bzw. zweiten Analog-Ausgangsanschluß (pins 1, 2) verbundenen vergleichenden Eingängen (208, 210) umfaßt, wobei die Operationsverstärkerstufe (204) eine mit dem letztgenannten Rückkopplungs-Referenzanschluß (pin 16) verbundene Analogspannungs-Ausgangsklemme (202) aufweist und eine Analog-Ausgangsspannung an den Ausgangswandler (14) liefert.

19. Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 18 mit einer Einrichtung (40) zum adaptiven On-line-Kompensieren von Rückkopplung vom Eingangswandler (10) auf den Ausgangswandler (14) bezüglich breit- und schmalbandiger Akustikwellen ohne Off-line-Voreinstellung und zur Erzeugung einer adaptiven Fehlerpfad-Kompensation (54) und einer adaptiven Kompensation des Ausgangswandlers (14) on-line ohne Off-line-Voreinstellung, umfassend

eine Hilfs-Rauschquelle (140), die in das adaptive Filtermodell (40) ein bezüglich der Eingangs-Akustikwelle nicht korreliertes weißes Hilfsrauschen einleitet,

ein zweites adaptives Filtermodell (142), das sowohl den Fehlerpfad (56) als auch den Ausgangswandler (14) on-line ohne spezielle Off-line-Voreinstellung adaptiv abbildet, und

eine in dem ersten adaptiven Filtermodell (40) vorhandene Kopie (144, 146) des zweiten adaptiven Filtermodells (142) zur adaptiven On-line-Kompensation sowohl des Fehlerpfades (56) als auch des Ausgangswandlers (14).

20. Gerät nach Anspruch 18, wobei

das zweite adaptive Filtermodell (142) die Hilfs-Rauschquelle (140) als Modelleingang (148) aufweist und das Gerät eine Summierstufe (64) umfaßt, die die Ausgänge des Fehlerpfades (56) und des zweiten adaptiven Filtermodells (142) aufsummiert und das Ergebnis (66) als Fehlereingang (67) an das zweite adaptive Filtermodell (142) ausgibt,

das zweite adaptive Filtermodell (142) eine Algorithmusstufe umfaßt und das Gerät eine Multiplizierstufe (68) aufweist, die den Ausgang (66) der Summierstufe (64) mit dem Hilfsrauschen (150) von der Hilfs-Rauschquelle (140) multipliziert und das Ergebnis (67) als Gewichts-Aktualisierungssignal der Algorithmusstufe zuführt, sowie eine zweite Summierstufe (152), die das Hilfsrauschen von der Hilfs-Rauschquelle (140) mit dem Ausgang des ersten adaptiven Filtermodells (40) summiert und das Ergebnis als Korrektursignal (46) dem Ausgangswandler (14) zuführt,

das erste adaptive Filtermodell (40) eine erste und eine zweite Algorithmusstufe (12, 22) mit jeweils einem Fehlereingang (74, 78) von dem Fehlerwandler (16) umfaßt und das Gerät eine dritte Summierstufe (48), die die Ausgänge der ersten und der zweiten Algorithmusstufe (12, 22) des ersten adaptiven Filtermodells (40) aufsummiert und das Ergebnis als Eingang für die zweite Summierstufe (152) zum Aufsummieren des Hilfsrauschen verwendet, ferner eine erste Kopie (144) des zweiten adaptiven Filtermodells (142) des Fehlerpfades (56) und des Ausgangswandlers (14) in der ersten Algorithmusstufe (12) des ersten adaptiven Filtermodells (40), sowie eine zweite Kopie (146) des zweiten adaptiven Filtermodells (142) des Fehlerpfades (56) und des Ausgangswandlers (14) in der zweiten Algorithmusstufe (22) des ersten adaptiven Filtermodells (40) aufweist,

die erste Algorithmusstufe (12) des ersten adaptiven Filtermodells (40) einen Eingang von dem Eingangs(42)-Wandler (10) erhält, die erste Kopie (144) des zweiten adaptiven Filtermodells (142) einen Eingang (42) von dem Eingangswandler (10) erhält, und das Gerät eine erste Multiplizierstufe (72) aufweist, die den Ausgang der ersten Kopie (144) mit dem Fehlersignal (44) multipliziert und das Ergebnis als Gewichts- Aktualisierungssignal (74) für die erste Algorithmusstufe (12) des ersten adaptiven Filtermodells (40) verwendet, und

die zweite Algorithmusstufe (22) des ersten adaptiven Filtermodells (40) und die zweite Kopie (146) des zweiten adaptiven Filtermodells (142) jeweils das Korrektursignal (46) als Eingang (47) erhalten und das Gerät eine zweite Multiplizierstufe (76) umfaßt, die den Ausgang der zweiten Kopie (146) mit dem Fehlersignal (44) multipliziert und das Ergebnis als Gewichts-Aktualsierungssignal (78) für die zweite Algorithmusstufe (22) des ersten adaptiven Filtermodells (44) verwendet.

21. Aktives Dämpfungsverfahren zum Dämpfen einer unerwünschten Ausgangs-Akustikwelle in einem akustischen System, das einen Eingang (6) zum Empfang einer Eingangs-Akustikwelle und einen Ausgang (8) aufweist, wobei

das akustische System mit einem adaptiven Filtermodell (40) abgebildet wird, das einen Modelleingang (42) von dem Eingangswandler (10) sowie einen Fehlereingang (44) von dem Fehlerwandler (16) erhält und ein Korrektursignal (46) an den Ausgangswandler (14) ausgibt, um die auslöschende Akustikwelle derart einzuleiten, daß sich das Fehlersignal einem vorgegebenen Wert nähert, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Digital/Analog-Wandler (196) bereitgestellt und in einem Analog/Analog-Modus mit dem Korrektursignal (46) als Analogeingang und einem Analogausgang für den Ausgangswandler (14) betrieben wird, und

der dynamische Bereich des Systems durch Justieren (196, 204) der Amplitude des Korrektursignals (46) erweitert wird.

22. Adaptives Dämpfungsgerät zum Dämpfen einer unerwünschten Ausgangs-Akustikwelle in einem akustischen System, das einen Eingang (6) zum Empfang einer Eingangs-Akustikwelle und einen Ausgang (8) aufweist, wobei die Einrichtung aufweist:

einen die Eingangs-Akustikwelle erfassenden und ein Eingangssignal erzeugenden Eingangswandler (10),

ein das akustische System on-line adaptiv abbildendes adaptives Filtermodell (40), das einen Eingang (42) von dem Eingangswandler (10) und einen Fehlereingang (44) von dem Fehlerwandler (16) aufweist und an den Ausgangswandler (14) ein Korrektursignal (46) ausgibt, um die auslöschende Akustikwelle derart einzuleiten, daß das Fehlersignal sich einem vorgegebenen Wert nähert, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine Einrichtung (196, 204) zur Erweiterung des dynamischen Bereichs des Systems mit einer Eicheinrichtung zum Justieren der Amplitude des Korrektursignals (46) umfaßt,

wobei die Eicheinrichtung eine in einem Analog/Analog- Modus arbeitende Digital/Analog-Wandlereinrichtung (196, 204) mit dem Korrektursignal (46) als Analogeingang (pin 15) und einem Analogausgang (202) für den Ausgangswandler (14) aufweist.

23. Gerät nach Anspruch 22, wobei die Digital/Analog-Wandlereinrichtung umfaßt:

einen Digital/Analog-Wandler (106) mit einem Spannungs- Referenzanschluß (pin 15), an dem das Korrektursignal (46) liegt, einem Rückkopplungs-Referenzanschluß (pin 16) sowie einer ersten und einer zweiten Analog-Ausgangsklemme (pins 1, 2), und

eine Operationsverstärkerstufe (204) mit einem Paar von an die erste bzw. die zweite Analog-Ausgangsklemme (pins 1, 2) angeschlossenen vergleichenden Eingängen (208, 210), wobei die Operationsverstärkerstufe (204) eine mit dem Rückkopplungs-Referenzanschluß (pin 16) verbundene Analogspannungs- Ausgangsklemme (204) aufweist und eine Analog-Ausgangsspannung für den Ausgangswandler (14) erzeugt.