DE3908881C2 - Aktives Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern - Google Patents

Aktives Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein aktives elektronisches Geräuschdämp­ fungssystem mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.
Aus EP 0 265 097 A2 ist ein aktives elektronisches Geräuschdämpfungs­ system mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle der vorstehend genannten Art bekannt. Hierbei wird ein Algorithmus der kleinsten Fehler­ quadrate (LMS) eingesetzt, und mit diesem Algorithmus wird der sich zeitlich verändernde Filterkoeffizient der Digitalfilter aktualisiert. Mit Hilfe von entsprechenden Wichtungsvektoren, die an das adaptive, digitale Filter angelegt werden, werden die sich zeitlich ändernden Filterkoeffizienten des adaptiven, digitalen Filters aktualisiert.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aktives elektronisches Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle bereitzustellen, welches äußerst effektiv und zuverlässig arbeitet, und bei dem insbesondere schnell eine Konvergenz der Filterkoeffi­ zienten erreicht wird und sich der adaptive Fehler oder die adaptive Abweichung nach der Konvergenz möglichst klein machen läßt.
Nach der Erfindung wird hierzu einerseits ein aktives elektronisches Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle nach Anspruch 1, und andererseits ein aktives elektronisches Geräusch­ dämpfungssystem mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle nach Anspruch 3 bereitgestellt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 4 jeweils wiedergegeben.
Bei den erfindungsgemäßen Lösungen wird ein neuer gefilterter x-VS-LMS Algorithmus mit entsprechend angepaßter Form eingesetzt. Hierbei bedeutet VS ein Algorithmus mit variablem Schritt, welcher adaptiv einen Stufen­ größenparameter µ variiert. Mit LMS wird ein Algorithmus der kleinsten Fehlerquadrate bezeichnet, der beispielsweise aus EP 0 265 097 A2 bekannt ist.
Bei den aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystemen mit Digitalfiltern nach der Erfindung werden eine Schallwelle basierend auf einem künstlichen Signal auf einem Schallwellenübertragungsweg von der elektromechanischen Wandlereinrichtung erzeugt, die als eine Quelle für einen zusätzlichen Schall dient. Für diese Schallweile wird eine Übertragungsfunktion mit einer Zeitverzögerung aufgestellt, die die Übertragungscharakteristika eines Übertragungssystems wiedergibt, das einen Schallwellenübertragungsweg umfaßt, der im Bereich von dem Ausgangsanschluß der Treibersignal­ erzeugungseinrichtung zu der zweiten mechanoelektrischen Wandler­ einrichtung und einem elektrischen Schallübertragungsweg liegt. Die Erstellung dieser Übertragungsfunktion mit einer Zeitverzögerung erfolgt mittels der Steuereinrichtung derart, daß das Ausgangssignal (Fehlersignal) der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung für die Auswertung der Schallunterdrückungswirkungen minimiert wird. Zusätzlich kann die Steuer­ einrichtung eine Übertragungsfunktion für die Treibersignalerzeugungsein­ richtung nach Maßgabe eines vorgegebenen adaptiven Algorithmus unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion mit einer Zeitverzögerung bestimmen, die auf die vorstehend beschriebene Weise spezifiziert ist.
Somit erhält man nach der Erfindung aktive elektronische Geräuschdämp­ fungssysteme mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle, welche hinsichtlich der Geräuschunterdrückung äußerst wirksam sind.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von bevorzugten Ausführungs­ formen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht zur Verdeutlichung des Prinzips einer Grundaus­ legungsform eines aktiven elektronischen Geräuschdämpfungs­ systems nach der Erfindung,
Fig. 2 eine beispielhafte Ansicht einer Modellversion des aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystems nach Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Modells eines aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystems, das eine Steuereinrichtung zur Berücksichtigung einer Übertragungsfunktion D mit einer Zeitverzögerung enthält,
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystems, der das Modell nach Fig. 3 zugrunde liegt,
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Arbeits­ weise der Steuereinrichtung des aktiven elektronischen Ge­ räuschdämpfungssystems nach Fig. 1 in Form eines Blockdia­ gramms,
Fig. 6 und 7 jeweils beispielhafte Ansichten von Ausführungsvarianten einer Steuereinrichtung des vorstehend genannten aktiven elek­ tronischen Geräuschdämpfungssystems, und
Fig. 8 eine Ansicht zur Verdeutlichung eines üblichen elektronischen Geräuschdämpfungssystems.
Ein übliches, aktives elektronisches Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern soll zuerst unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert werden. Ein solches System ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-148254 beschrieben. Bei diesem aktiven, elektronischen Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle ist die Begrenzung einer akustischen Rückkopplung nur dann wirksam, wenn die Übertragungsfunktion von dem Lautsprecher S zu dem Mikrophon M1 praktisch gleich jener von dem Lautsprecher S zu dem Mikrophon M2 ist. Die meisten, gerade verlaufenden Leitungsanlagen erfüllen dieses Erfordernis. Wenn jedoch ein Lautsprecher an einem gebogenen Teil einer Leitung angebracht wird, kann dieses in Fig. 8 gezeigte aktive elektronische Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle seine Aufgabe nicht vollständig erfüllen.
Bei dem nachstehend erläuterten aktiven elektronischen Geräuschdämpfungs­ system mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle nach der Erfindung erfolgt die Begrenzung der akustischen Rückkopplung mit Hilfe der Identifizie­ rung der Übertragungsfunktion eines Rückkopplungssystems und daher kann dieses aktive elektronische Geräuschdämpfungssystem nach der Erfindung bei allen Leitungen unabhängig von ihrer Ausgestaltungsform eingesetzt werden. Die Erfindung kann selbst bei einem aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystem in einem dreidimensionalen Schallfeld (im Freien oder in geschlossenen Räumen) eingesetzt werden.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Nachstehend sollen nun bevorzugte Ausführungsformen eines aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystems mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 näher erläutert werden.
In Fig. 1 ist eine Grundauslegungsform eines aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystems nach der Erfindung gezeigt. In Fig. 1 sind in einem Übertragungsweg 1 für Schallwellen zwei Abtastmikrophone M1, M2, die jeweils zum Detektieren der jeweiligen sich von einer Geräuschquelle ausbreitenden Schallwellen verwendet werden, auf den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten eines Lautsprechers S angeordnet, der als eine Quelle für zusätzlichen Schall dient, wobei der Lautsprecher S die Bezugs­ position darstellt. Einer Additionsstelle 20 werden das Ausgangssignal des Abtastmikrophons M1 und das Ausgangssignal eines digitalen Filters 22 zur Begrenzung der akustischen Rückkopplung derart zugeleitet, daß das Ausgangssignal des digitalen Filters 22 zu dem Ausgangssignal des Abtastmikrophons M1 addiert wird, wobei das erstgenannte gegenphasig zu dem letztgenannten Signal ist.
Auch das Ausgangssignal der Additionsstelle 20 wird einem adaptiven Digitalfilter 2 und einer Steuereinrichtung 10 zugeleitet. In die Steuer­ einrichtung 10 wird der Ausgang des Abtastmikrophons M2 als ein Fehler­ signal E eingegeben. Diese Steuereinrichtung 10 wird nachstehend auch als "Steuerteil" mit gleicher Bedeutung bezeichnet.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die sich von der Geräuschquelle ausbreitenden Schallwellen mit Hilfe der Abtastmikrophone M1 und M2 detektiert, und das Aus­ gangssignal von dem Abtastmikrophon M2 wird an das Steuer­ teil 10 als Fehlersignal E angelegt.
An der Additionsstelle 20 werden die Ausgänge des Abtast­ mikrophons M1 und des Digitalfilters 22 zur Begrenzung der akustischen Rückkopplung in wechselseitig gegenläufigen Phasen aufaddiert, und der Additionsausgang hiervon wird dem digitalen Filter 2 und dem Steuerteil 10 zugeleitet.
Das Steuerteil 10 führt diese Addition aus und gibt aus, daß das Fehlersignal E einen Minimalwert annehmen kann. In anderen Worten ausgedrückt, ist das Steuerteil 10 eine Ein­ richtung mit adaptiven Eigenschaften, bestimmt nach Maßgabe des Eingangs X des digitalen Filters und des Fehlersignals E eine für das digitale Filter 2 bestimmte Übertragungs­ funktion und es liefert für das digitale Filter 2 einen Filterkoeffizienten, der ein Steuerparameter zur Spezifi­ zierung der so bestimmten Übertragungsfunktion ist. In dem digitalen Filter 2 wird das Eingangssignal X verarbeitet oder in ein Signal umgewandelt, das eine gegebene Amplitude und eine gegebene Phasencharakteristika nach Maßgabe des vorgegebenen Filterkoeffizienten hat. Das Ausgangssignal des digitalen Filters 2 wird von der digitalen Form in eine analoge Form umgewandelt und wird dann an den Lautsprecher S ausgegeben, der eine Quelle für zusätzlichen Schall oder Unterdrückungsschall darstellt, und der derart ausgelegt ist, daß er Unterdrückungsschallwellen zur Unterdrückung der sich von der Geräuschquelle an der Stelle des Abtast­ mikrophons M2 ausgebreiteten Wellen erzeugt. Auf diese Weise können die sich von der Geräuschquelle ausbreitenden Schallwellen an der Stelle des Abtastmikrophons M2 unter­ drückt bzw. aufgehoben werden.
Die vorstehend genannten Unterdrückungsschallwellen von dem Lautsprecher S können mit Hilfe des Abtastmikrophons M1 detektiert oder erfaßt werden, und die detektierten Kompo­ nenten des Abtastmikrophons M1, d. h. die erfaßten Unterdrückungsschallwellen, können dadurch unterdrückt werden, daß das Ausgangssignal des digitalen Filters 22, das die Übertragungscharakteristika von dem Schallunterdrückungs­ digitalfilter 2 zu der Additionsstelle 20 mit umgekehrter Phase darstellt, zu dem Ausgangssignal des Abtastmikrophons M1 an der Additionsstelle 20 addiert wird, so daß die aku­ stische Rückkopplung von dem Lautsprecher S zu dem Abtast­ mikrophon M1 begrenzt werden kann. Somit wirkt das digitale Filter 22 als ein digitales Filter zur Begrenzung der aku­ stischen Rückkopplung.
In Fig. 2 ist eine Modellversion des in Fig. 1 gezeigten aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystems gezeigt. Mit dem Bezugszeichen G ist eine Übertragungsfunktion bezeichnet, die die Übertragungscharakteristika der Schallwellen auf dem Übertragungsweg 1 zwischen den Abtastmikrophonen M1 und M2 und die Umwandlungscharakteristika der Abtastmikrophone M1 und M2 darstellt. Mit D ist wie zuvor beschrieben eine Übertragungsfunktion bezeichnet, die die Übertragungs­ charakteristika darstellt, welche die Schallwellenüber­ tragungscharakteristika der Übertragungswege umfaßt, die sich von dem Ausgangsanschluß des Digitalfilters 2 zu der Additionsstelle für das Fehlersignal ergeben, d. h. die Wege von dem Ausgangsanschluß des digitalen Filters 2 zu dem Lautsprecher S und von dem Lautsprecher S zu dem Mikrophon M2, sowie die Umwandlungscharakteristika der elektroakusti­ schen Wandler selbst, wie des Lautsprechers S und des Abtastmikrophons M2, umfaßt.
In Fig. 3 ist ein Modell gezeigt, das man bei einem aktiven elektro­ nischen Geräuschdämpfungssystem erhält, das eine Steuer­ einrichtung im Hinblick auf die vorstehend genannte Über­ tragungsfunktion D enthält. Bei diesem Modell wird der VS-LMS Algorithmus in dem Steuerteil 10 als ein adaptiver Steueralgorithmus spezifiziert, und die Multiplikation des Ausgangssignals X an der Additionsstelle 20 mit der Über­ tragungsfunktion D wird als Eingangssignal des digitalen Filters 2 betrachtet, wobei der Koeffizient des digitalen Filters 2 aktualisiert werden kann. Wenn man daher das Ein­ gangssignal X durch X . D als Eingang für die Verarbeitung nach Maßgabe des VS-LMS Algorithmus ersetzt, kann der Filterkoeffizient entsprechend dem VS-LMS Algorithmus aktualisiert werden.
Die Übertragungsfunktion D kann man durch das Steuerteil 10 vor der Verarbeitung des Systems entsprechend der nachstehen­ den Ausführungen erhalten, wodurch ein Filterkoeffizient bestimmt wird, der die Übertragungsfunktion D spezifiziert. Obgleich das System im Betrieb gezeigt ist, ist der Filter­ koeffizient fest vorgegeben und das digitale Filter 2 wird adaptiv nach Maßgabe des VS-LMS Algorithmus gesteuert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist eine konkrete Ausbildungs­ form eines aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystems gezeigt, welches nach Modell in Fig. 3 ausgebildet ist. In Fig. 4 sind auf dem Übertragungsweg 1 die Abtastmikrophone M1, M2 derart angeordnet, daß zwischen diesen der Lautsprecher S und die Quelle für den Unterdrückungsschall angeordnet ist.
Mit den Bezugsziffern 30, 32 sind jeweils Mikrophonverstärker zur Verstärkung der Ausgangssignale der jeweiligen Mikrophone M1, M2 bezeichnet, und mit 34 ist ein Leistungsverstärker gezeigt, der ein an den Lautsprecher S abzugebendes Treiber­ signal auf einen vorgegebenen Pegel verstärkt.
Mit 50 und 52 sind jeweils A/D-Wandler bezeichnet, mit 54 ist ein D/A-Wandler bezeichnet, und mit 1000 ist ein Steuer­ teil bezeichnet.
Das Steuerteil 1000 weist einen Steuerprozessor 100, der im allgemeinen das gesamte System steuert, digitale Signal­ verarbeitungseinrichtungen 102, 104, die jeweils als ein Geräuschgenerator zur Messung eines nachstehend noch er­ läuterten adaptiven digitalen Filters dienen, ein digitales Filter mit fest vorgegebenem Koeffizienten und der vor­ stehend angegebenen Übertragungsfunktion D, und serielle/­ parallele Schnittstellenadapter 106, 108 auf, die ein serielles Signal in ein paralleles Signal oder ein paralleles Signal in ein serielles Signal umwandeln, wobei alle diese Teile miteinander über Busleitungen 200 verbunden sind.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystemes unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher erläutert. Fig. 5 ist ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des Steuerteils 1000. In Fig. 5 wird vor der Inbetriebnahme des Systems ein Schalter 208 zu einem Kontaktpunkt umgeschaltet, und ein pseudozufälliges Geräusch wird von dem Geräuschgenerator 206 an den D/A-Wandler 54 abgegeben.
Andererseits wird der digitale Signalprozessor 104 zur Be­ reitstellung eines adaptiven, digitalen Filters 210 verwendet. Das adaptive, digitale Filter 210 identifiziert die Über­ tragungsfunktion D des digitalen Filters 202 in Abhängigkeit von einem Eingangssignal (pseudozufälliges Geräusch) von dem Geräuschgenerator 206 und dem Ausgangssignal (Fehler­ signal) des A/D-Wandlers 52, das das Ausgangssignal von dem Abtastmikrophon M2 ist.
In ähnlicher Weise identifiziert in Abhängigkeit von einem Eingangssignal von dem Geräuschgenerator 206 und dem Aus­ gangssignal des A/D-Wandlers 50, d. h. dem Ausgang von dem Abtastmikrophon M1, ein adaptives, digitales Filter 410 die Übertragungsfunktion F des digitalen Filters 22 zur Begren­ zung der akustischen Rückkopplung.
Dann wir der Schalter 208 zu einem Kontaktpunkt b umgelegt, um das aktive elektronische Geräuschdämpfungssystem betriebsbereit zu machen. Dann wird der Filterkoeffizient, der die Über­ tragungsfunktion D identifiziert durch das digitale Filter 210 darstellt, in dem digitalen Filter 202 vorgegeben, und in ähnlicher Weise wird der Filterkoeffizient, der die Übertragungsfunktion F identifiert durch das digitale Filter 410 in dem digitalen Filter 22 vorgegeben. Die digitalen Filter 202 und 22 haben den digitalen Signalprozessor 102 hinsichtlich der Funktionsweise gemeinsam, und das adaptive, digitale Filter 204 und die Verarbeitungsschaltung 220 für den Aktualisierungsalgorithmus des adaptiven digitalen Filterkoeffizienten haben den digitalen Signalprozessor 104 hinsichtlich ihrer Funktionsweise gemeinsam. Das adaptive digitale Filter 204 entspricht dem digitalen Filter 2 bei dem Modell in Fig. 3.
In diesem Zustand werden der Additionsstelle bzw. der Ver­ knüpfungsstelle 20 elektrische Eingangssignale jeweils über den A/D-Wandler 50 und das digitale Filter 22 zugeleitet, und an der Additionsstelle 20 werden der Signalausgang von dem A/D-Wandler 50 und die invertierte Form des Ausgangs­ signales des digitalen Filters 22 aufaddiert. Zusätzlich wird dem digitalen Filter 202 das Ausgangssignal X der Additionsstelle 20 mit der Übertragungsfunktion D multipli­ ziert, die im digitalen Filter 202 vorgegeben wird.
Die Verarbeitungsschaltung 220 für den adaptiven Digital­ filterkoeffizienten-Aktualisierungsalgorithmus erhält das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 52 als das Fehlersignal, und in Abhängigkeit von diesem Signal und dem Ausgang X . D des digitalen Filters 202 wird der Filterkoeffizient des adaptiven, digitalen Filters 204 aktualisiert. Das adaptive, digitale Filter 204 nimmt eine vorgegebene Bearbeitung des Ausgangssignals X der Additionsstelle 20 vor, und mit Hilfe des Schalters 208 wird das Resultat an den D/A-Wandler 54 als das Treibersignal für den Lautsprecher S ausgegeben, um die sich ausbreitenden Schallwellen von der Geräusch­ quelle an der Stelle zu unterdrücken, an der sich das Abtastmikrophon M2 befindet. Die Bearbeitung an der Addi­ tionsstelle 20 in Fig. 5 wird mit Hilfe des Steuerprozes­ sors 100 ausgeführt und ferner überträgt und empfängt der Steuerprozessor 100 Signale zu und von dem aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystem und weiteren Systemen (nicht gezeigt), für die das aktive elektronische Geräuschdämpfungssystem bestimmt ist, wie beispielsweise für eine Klimaanlage und dergleichen. Ferner überwacht der Steuerprozessor 100 die Arbeitsweise des aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystems, und wenn irgendwelche Störungen in dem System auftreten, erfolgt eine Bearbeitung zur Berücksichtigung derselben. Zusätzlich kann der Steuerprozessor 100 das digitale Ge­ räuschunterdrückungsfilter 204 hinsichtlich der Ein/Aus­ schaltung bei der Aktualisierung des Filterkoeffizienten prüfen, so daß die Betriebsweise des digitalen Filters 204 adaptiv gesteuert werden kann und somit das digitale Filter 204 auch instabilen Verhältnissen Rechnung trägt.
Obgleich bei den adaptiven, digitalen Filtern 204, 210, 410, die in Fig. 2 gezeigt sind, der VS-LMS Algorithmus ange­ wandt wird, ist hierin keine Beschränkung zu sehen, sondern es können auch andere adaptive Algorithmen, wie die BLMS- Methode (Blockmethode der kleinsten Fehlerquadrate) oder die FLMS-Methode (schnelle Methode der kleinsten Fehler­ quadrate) oder dergleichen angewandt werden. Bei der vor­ stehend genannten Ausführungsform ist die Additionsstelle 20 an einer Stelle vorgesehen, bei der die Verarbeitung digital ausgeführt werden kann. Jedoch kann die Additions­ stelle 20 auch zusammen mit dem digitalen Filter 22 extern von der Steuereinrichtung vorgesehen sein, und ferner kann die Verarbeitung in der analogen Signalstufe vorgenommen werden.
Ferner werden bei der Systemauslegung nach Fig. 4 zwei digitale Signalprozessoren und ein Steuerprozessor verwendet. Anstelle hierfür kann zur Ausführung dieser Verarbeitungen ein Mikroprozessor mit entsprechender funktioneller Aus­ legung verwendet werden. Darüber hinaus können die digitalen Signalprozessoren 102 und 104 jeweils durch eine Multi­ plizier/Addier-Einrichtung ersetzt werden, die mit hoher Geschwindigkeit arbeitet.
Nachstehend wird die Anwendung der Erfindung unter Hinzuziehung eines Blockdiagramms nach Fig. 5 näher erläutert. Gleiche oder ähnliche Teile in Fig. 5 sind mit denselben Bezugszeichen versehen und eine Beschreibung derselben kann entfallen.
Wenn ein spezielles Geräusch zu unterdrücken ist, d. h. wenn die elektromechanische Wandlereinrichtung zur Erzeugung eines zusätzlichen oder Unterdrückungsschalls schwach mit der ersten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung zur Detek­ tion eines sich ausbreitenden Signales von einer Geräusch­ quelle zur Umwandlung desselben in ein elektrisches Signal verbunden ist, braucht eine akustische Rückkopplungsbau­ gruppe nicht vorgesehen zu werden. Wenn beispielsweise die erste mechanoelektrische Wandlereinrichtung, wie ein Schwin­ gungsaufnehmer oder dergleichen, verwendet wird, um die Schwingungsgeschwindigkeitskomponenten einer Geräuschquelle und nicht einen Schalldruck zu detektieren, oder wenn bei der Auslegung die erste mechanoelektrische Wandlereinrich­ tung schwach mit der elektromechanischen Wandlereinrichtung zur Erzeugung des zusätzlichen Schalls verbunden ist, lassen sich die Eingangs- und Fehlersignale in Fig. 5 auf verein­ fachte Weise realisieren, da die erste mechanoelektrische Wandlereinrichtung entfernt von der elektromechanischen Wandlereinrichtung angeordnet ist. Im einfachsten Falle, der in Fig. 6 gezeigt ist, kann das Geräuschdetektions­ signal direkt als Eingangssignal des adaptiven, digitalen Filters 204 verwendet werden. Selbst in diesem Fall jedoch ist es auf Grund der Tatsache, daß im wesentlichen die Über­ tragungsfunktion mit einer Zeitverzögerung zwischen der elektromechanischen Wandlereinrichtung zur Erzeugung des zusätzlichen Schalls und der mechanoelektrischen Wandler­ einrichtung zur Detektion des Fehlersignals bereitgestellt wird, möglich ein äußerst geeignetes, adaptives, digitales Filtersystem nach der Erfindung gemäß Fig. 1 auf zuverlässige Weise bereitzustellen, das eine ausgezeichnete Geräuschunter­ drückungswirkung hat.
In Fig. 1 ist das digitale Filter 22 zur Begrenzung der akustischen Rückkopplung als ein digitales Filter mit einem fest vorgegebenen Koeffizienten ausgebildet. Jedoch ist es bekannt, daß ein größerer Anwendungsbereich nutzbar ist, wenn das digitale Filter 22 ein adaptives, digitales Filter aufweist.
In Fig. 7 ist eine konkrete Auslegungsform des vorstehend angegebenen, adaptiven, digitalen Filters gezeigt, wobei E ein Fehlersignal des digitalen Filters und X ein Eingangs­ signal desselben bezeichnet. Das adaptive, digitale Filter kann in Verbindung mit einem digitalen Filter 2 zur Anpaß­ steuerung/Geräuschunterdrückung verwendet werden, oder diese können gesondert vorgesehen sein.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf ein aktives elektronisches Ge­ räuschdämpfungssystem anwendbar, sondern sie ist auch bei allen adaptiven Steuersystemen verwendbar, die eine Über­ tragungsfunktion mit einer Zeitverzögerung haben.
Wie vorstehend angegeben ist, erzeugt bei dem aktiven elektronischen Geräuschdämpfungssystem nach der Erfindung die elektromecha­ nische Wandlereinrichtung als Quelle für den zusätzlichen Schall vor dem Verarbeiten durch das System eine Schallwelle im Übertragungsweg der Schallwellen nach Maßgabe eines Pseudo­ signals, die Steuereinrichtung, die auf die Schallwelle anspricht, die von der elektromechanischen Wandlereinrich­ tung erzeugt wurde, spezifiziert eine Übertragungsfunktion mit einer Zeitverzögerung, die die Ausbreitungscharakteri­ stika der Übertragungswege der Schallwellen wiedergibt, die zwischen dem Ausgangsanschluß der Treibersignalerzeugungs­ einrichtung zur Erzeugung eines Treibersignals für die elektromechanische Wandlereinrichtung und der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung verwirklicht sind, und die Übertragungscharakteristika der Übertragungssysteme einschließlich der Übertragungswege der elektrischen Signale derart, daß das Ausgangssignal (Fehlersignal) der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung zur Auswer­ tung des Geräuschunterdrückungseffekts der erzeugten Schallwelle einen minimalen Wert annehmen kann. Die Steuereinrichtung bestimmt unter Berücksichtigung der spezifizierten Übertragungsfunktion mit einer Zeitverzöge­ rung eine Übertragungsfunktion für die Treibersignal­ erzeugungseinrichtung nach Maßgabe eines vorgegebenen, adaptiven Algorithmus. Daher erhält man bei der Erfindung ein aktives elektronisches Geräuschdämpfungssystem, mittels dem eine ausgezeichnete Geräuschunterdrückungswirkung erzielt wird.

Claims (4)

1. Aktives elektronisches Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle, die sich von einer Geräuschquelle auf einem Übertragungsweg einer Schallwelle ausbreitet durch Erzeugung einer weiteren Schallwelle, welche 180° außer Phase ist, und den Schalldruck wie die sich ausbreitende Welle hat, um eine Interferenz zwischen den beiden Schallwellen an einer gegebenen Stelle auf dem Übertragungsweg zu erzeugen, welches folgendes aufweist:
eine erste mechanoelektrische Wandlereinrichtung (M1), die von der gegebenen Position auf dem Übertragungsweg (1) an einer Stelle näher zu der Geräuschquelle angeordnet ist, um die von der Ge­ räuschquelle sich ausbreitende Schallwelle zu erfassen und diese in ein elektrisches Signal umzuwandeln,
eine elektromechanische Wandlereinrichtung (S), die zwischen der Stelle der ersten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M1) und der gegebenen Position auf dem Übertragungsweg (1) angeordnet ist, um eine Schallwelle zur Unterdrückung der sich von der Geräusch­ quelle ausbreitendenden Schallwelle an der gegebenen Position zu erzeugen, und
eine zweite mechanoelektrische Wandlereinrichtung (M2), die zwischen der Position der elektromechanischen Wandlereinrichtung (S) und der gegebenen Position oder an einer vorgegebenen Position angeordnet ist, um die von der elektromechanischen Wandlereinrichtung (S) und der Geräuschquelle sich ausbreitenden Schall­ wellen zu erfassen, und diese in elektrische Signale umzuwandeln,
gekennzeichnet durch:
ein adaptives, digitales Filter (2; 204), welches derart eingerich­ tet ist, daß es sich mit der Zeit ändernde Filterkoeffizienten hat, so daß die Geräuschdämpfungsgröße ihr Maximum annehmen kann, um die digitale Verarbeitung der Ausgangssignale der ersten mechanoelek­ trischen Wandlereinrichtung (M1) nach Maßgabe der sich zeitlich verändernden Filterkoeffizienten durchzuführen und ein Treibersignal zu erzeugen, welches an die elektromechanische Wandlereinrichtung (S) anlegbar ist;
ein digitales Filter (22; 202), welches derart ausgelegt ist, daß es Filterkoeffizienten hat, welche eine Übertragungsfunktion zwischen der elektromechanischen Wandlereinrichtung (S) und der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M2) wiedergibt, um eine digitale Verarbeitung der Ausgangssignale der ersten mechanoelek­ trischen Wandlereinrichtung (M1) nach Maßgabe dieser Filterkoeffi­ zienten vorzunehmen; und
eine Steuereinrichtung (10; 1000) zur Eingabe von Ausgangs­ signalen von der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M2) und von Ausgangssignalen von dem digitalen Filter (22; 202) zur Ermittlung der sich zeitlich ändernden Filterkoeffizienten sequentiell nach Maßgabe eines VS-LMS-Algorithmus und zum Aktualisieren der sich zeitlich ändernden Filterkoeffizienten des adaptiven digitalen Filters (2; 204) durch die so ermittelten, sich zeitlich ändernden Filterkoeffizienten.
2. Aktives elektronisches Geräuschdämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (1000) einen Geräuschgenerator (206) zum Erzeugen eines Pseudosignals, eine Umschalteinrichtung (208) zur Eingabe des Treibersignals und des Pseudosignals und zum Ausgeben eines der Eingabesignale an die elektromechanische Wandlereinrichtung (S) und ein identifizierendes, adaptives digitales Filter (210) zur Identifizierung der Filterkoeffizienten aufweist, und daß die Steuereinrichtung (1000) die Umschaltein­ richtung (208) umschaltet, wenn das System zu Beginn das Pseudosi­ gnal an die elektromechanische Wandlereinrichtung (S) abgibt, ferner die Steuereinrichtung (1000) ein identifizierendes, adaptives, digitales Filter (410) zur Identifizierung der Filterkoeffizienten aufweist, und daß die Steuereinrichtung (1000) die Umschalteinrichtung (208) umschaltet, wenn das System zu Beginn das Pseudosignal an die elektromagneti­ sche Wandlereinrichtung (S) ausgibt, und die Filterkoeffizienten des identifizierenden, adaptiven, digitalen Filters (210; 410) derartig identifiziert werden, daß ein mit Hilfe der digitalen Verarbeitung des Pseudosignals durch das identifizierende, adaptive digitale Filter (210; 410) erhaltenes Signal in Übereinstimmung mit dem Ausgabesignal der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M2) bringbar ist, und daß die so identifizierten Filterkoeffizienten als Filterkoeffizienten des digitalen Filters (22; 202) gesetzt werden.
3. Aktives elektronisches Geräuschdämpfungssystem mit Digitalfiltern zur Dämpfung einer Schallwelle, die sich von einer Geräuschquelle auf einem Übertragungsweg einer Schallwelle ausbreitet durch Erzeugung einer weiteren Schallwelle, welche 180° außer Phase ist, und den Schalldruck wie die sich ausbreitende Welle hat, um eine Interferenz zwischen den beiden Schallwellen an einer gegebenen Stelle auf dem Übertragungsweg zu erzeugen, welches folgendes aufweist:
eine erste mechanoelektrische Wandlereinrichtung (M1), die von der gegebenen Position auf dem Übertragungsweg (1) an einer Stelle näher zu der Geräuschquelle angeordnet ist, um die von der Geräuschquelle sich ausbreitende Schallwelle zu erfassen und diese in ein elektrisches Signal umzuwandeln,
eine elektromechanische Wandlereinrichtung (S), die zwischen der Stelle der ersten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M1) und der gegebenen Position auf dem Übertragungsweg (1) angeordnet ist, um eine Schallwelle zur Unterdrückung der sich von der Geräusch­ quelle ausbreitendenden Schallwelle an der gegebenen Position zu erzeugen, und
eine zweite mechanoelektrische Wandlereinrichtung (M2), die zwischen der Position der elektromechanischen Wandlereinrichtung (S) und der gegebenen Position oder an einer vorgegebenen Position angeordnet ist, um die von der elektromechanischen Wandler­ einrichtung (S) und der Geräuschquelle sich ausbreitenden Schall­ wellen zu erfassen, und diese in elektrische Signale umzuwandeln,
gekennzeichnet durch:
ein erstes digitales Filter (22), welches derart ausgelegt ist, daß es erste Filterkoeffizienten hat, welche eine Übertragungsfunktion zwischen der elektromechanischen Wandlereinrichtung (S) und der ersten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M) wiedergeben, und eine digitale Verarbeitung der an die elektromechanische Wandler­ einrichtung (S) anzulegenden Treibersignale nach Maßgabe der ersten Filterkoeffizienten vornimmt;
eine Verarbeitungseinrichtung zum Auffinden einer Differenz zwischen dem Abgabesignal der ersten mechanoelektrischen Wandler­ einrichtung (M) und dem Abgabesignal des ersten digitalen Filters (22);
ein adaptives, digitales Filter (210), welches derart ausgelegt ist, daß es sich zeitlich ändernde Filterkoeffizienten hat, so daß eine Geräuschdämpfungsgröße ein Maximum annehmen kann, um die digitale Verarbeitung der Abgabesignale in der Verarbeitungsein­ richtung nach Maßgabe der sich zeitlich ändernden Filterkoeffizienten durchzuführen, und ein Treibersignal zu erzeugen, welches an die elektromechanische Wandlereinrichtung (S) anlegbar ist;
ein zweites digitales Filter (202), welches derart ausgelegt ist, daß er zweite Filterkoeffizienten hat, welche eine Übertragungs­ funktion zwischen der elektromechanischen Wandlereinrichtung (S) und der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M2) wiedergibt, um eine digitale Verarbeitung der Abgabesignale der Verarbeitungseinrichtung nach Maßgabe der zweiten Filterkoeffizienten vorzunehmen; und
eine Steuereinrichtung (220) zum Eingeben von Ausgabesigna­ len der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M2) und von Ausgabesignalen des zweiten digitalen Filters (210) zur Ermittlung von sich mit der Zeit ändernden Filterkoeffizienten sequentiell nach Maßgabe des VS-LMS-Algorithmus und zur Aktualisierung der sich zeitlich ändernden Filterkoeffizienten des adaptiven digitalen Filters (204) durch die so ermittelten, sich zeitlich ändernden Filterkoeffizien­ ten.
4. Elektronisches Geräuschdämpfungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (220) einen Geräusch­ generator (206) zum Erzeugen eines Pseudosignals, eine Umschaltein­ richtung (208) zum Eingeben des Treibersignals oder des Pseudosi­ gnals und zum Ausgeben eines der Signale zu der elektromechani­ schen Wandlereinrichtung (S), ein erstes, adaptives digitales Filter (210) zur Identifizierung der ersten Filterkoeffizienten und ein zweites adaptives digitales Filter (410) zur Identifizierung der zweiten Filterko­ effizienten aufweist, daß die Steuereinrichtung (220) die Umschaltein­ richtung (208) umschaltet, wenn das System zu Beginn das Pseudosi­ gnal an die elektromechanische Wandlereinrichtung (S) abgibt, und die Filterkoeffizienten des ersten adaptiven, digitalen Filters (210) identifiziert werden, so daß ein durch die digitale Signalverarbeitung des Pseudosignals durch das erste, adaptive digitale Filter (210) erhaltenes Signal in Übereinstimmung mit dem Abgabesignal der ersten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M1) bringbar ist, die so identifizierten Filterkoeffizienten als erste Filterkoeffizienten des ersten digitalen Filters (22) gesetzt werden, die Filterkoeffizienten des zweiten adaptiven digitalen Filters (410) derart identifiziert werden, daß ein durch die digitale Signalverarbeitung des Pseudosignals durch das zweite adaptive, digitale Filter (410) erhaltenes Signal in Überein­ stimmung mit dem Ausgang der zweiten mechanoelektrischen Wandlereinrichtung (M2) bringbar ist, und die so identifizierten Filterkoeffizienten als zweite Filterkoeffizienten des zweiten digitalen Filters (202) gesetzt werden.
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