DE4042116C2

DE4042116C2 - Schaltungsanordnung zum aktiven Auslöschen von Geräuschen

Info

Publication number: DE4042116C2
Application number: DE4042116A
Authority: DE
Inventors: Akio Kinoshita; Hirofumi Aoki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2010-12-29
Also published as: US5245664A; GB2239577A; GB9028144D0; DE4042116A1; GB2239577B; JPH03203496A; FR2656719A1; JP2748626B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine solche, aus der DE-OS 33 44 910 bekannte Schaltungsanordnung dient dazu, die in der Kabine eines Flugzeuges auftretenden und insbesondere von den Triebwerken erzeugten Geräusche aktiv zu vermindern. Die bekannte Schaltungsanordnung benutzt als Geräuschquellen-Sensoren mehrere Mikrofone, um die von den Triebwerken in die Kabine übertragenen Geräusche aufzunehmen. Außerdem werden an den sogenannten Beobachtungsstellen, nämlich in der Nähe der Ohren der Passiere über weitere Mikrofone, die als Restgeräusch-Sensoren dienen, die noch verbliebenen Geräusche aufgenommen. Diese von den Sensoren aufgenommenen Geräusche werden über eine Signalsammeleinrichtung an eine Steuereinrichtung gegeben, die ein adaptives Aufhebungsfilter umfaßt. Die Steuereinrichtung erzeugt ein Ausgangssignal, das an die Schallquelleneinrichtung bildende Lautsprecher gegeben wird, die in die Kabine einen Aufhebungsschall abstrahlen, der mit dem von den Triebwerken in die Kabine übertragenen Schall unter Berücksichtigung der Laufzeitverzögerung interferiert, um diesen soweit wie möglich auszulöschen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannter Art so weiterzubilden, daß diese auf einfache Weise anpaßbar eine aktive Verminderung des Geräusches auch dann ermöglicht, wenn eine Vielzahl örtlich unterschiedlicher Geräuschquellen Geräusche in das Innere einer geschlossenen Struktur abgibt.

Bei einer Schaltungsanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit Hilfe der Verzögerungseinrichtungen , die jeweils zwischen den Geräuschquellen-Sensoren und einem Addierer der Signal-Sammeleinrichtung individuell jedem einzelnen Sensor zugeordnet, angeordnet sind, werden die von den Geräuschquellen-Sensoren abgegebenen elektrischen Signale in unterschiedlicher Weise so verzögert, daß die Schallausbreitungszeiten zwischen den einzelnen Geräuschquellen und dem Beobachtungspunkt ausgeglichen werden. So sind zum Beispiel bei einem Kraftfahrzeug die Schallausbreitungszeiten für die Geräusche vom Motor und die von der Hinterradaufhängung des Fahrzeuges erzeugten Fahrgeräusche aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen ebenfalls unterschiedlich. Durch entsprechende Verzögerungen der elektrischen Signale, die den jeweiligen Geräuschen entsprechen, können diese Differenzen in den Schallausbreitungszeiten ausgeglichen werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung, die bei der ersten Ausführungsform angewendet werden kann;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Abwandlung eines Geräuschquellen-Sensors, der bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform angewendet werden kann;

Fig. 4 eine schmatische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Geräuschquellen-Sensors;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines als Druckfühler ausgebildeten Geräuschquellen-Sensors aus Fig. 4;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Geräuschquellensensors.

Die Figuren, insbesondere Fig. 1, zeigen schematisch eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung sowie eines aktiven Geräuschsteu ersystems, die bei einem Frontmotorfahrzeug mit Frontantrieb angewendet werden kann.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Fahrzeugkörper 3 über Aufhän gungsteile an vorderen und hinteren Rädern 2a bis 2d gela gert. Die Vorderräder 2a und 2b werden mittels eines Motors 4 angetrieben, der an dem Vorderabschnitt des Fahr zeugkörpers 3 angebracht ist.

Als Vibrationsabtaster 5a bis 5d ausgebildete Geräuschquellen-Sensoren sind an den jeweiligen die Räder 2a bis 2d tragenden Aufhängungsteilen an einer vorbestimmten Stelle angebracht. Die Vibrationsabtaster 5a bis 5d umfassen zum Beispiel Beschleunigungsfühler. Die Vibrationsabtaster 5a bis 5d sind dafür vorgesehen, elektrische Signale X₁ bis X₄ abzugeben, welche Vibrationen der Aufhängungen aufgrund von Unregelmäßigkeiten der Straße entsprechen. Diese elektrischen Signale X₁ bis X₄ werden nachfolgend als "Straßengeräusch- Ermittlungssignale" bezeichnet.

In einem Fahrzeugabteil 6, das als akustischer Raum dient, sind die Schallquelleneinrichtung bildende Lautsprecher 7a bis 7d an Türabschnitten angebracht, die zu jeweiligen vorderen und hinteren Sitzen S₁ bis S₄ hinwei sen. Die Lautsprecher 7a bis 7d dienen als Aufhebungsschallquel len zum Abgeben von Tonfrequenzsignalen. Zusätzlich sind Restgeräusch-Sensoren bildende Mikrofone 8a bis 8h an Kopfstützen der jeweiligen Sitze S₁ bis S₄ angebracht. Die Mikrofone 8a bis 8h dienen als Restgeräusch-Ermittlungseinrichtungen zum Abgeben elektri scher Signale e1 bis e8, welche ihnen zugeführten Schall drucken entsprechen. Diese elektrischen Signale e1 bis e8 werden nachfolgend als "Restgeräusch-Ermittlungssignale" be zeichnet.

Eine Steuereinrichtung 10 empfängt die Ermittlungssignale, welche von den Vibrationsabtastern 5a bis 5d und den Mikrofo nen 8a bis 8h unabhängig voneinander abgegeben werden, und gibt Ausgangstreibersignale Y₁ bis Y₄ an die Lautsprecher 7a bis 7d unabhängig voneinander ab, um so zu veranlassen, daß die Lautsprecher 7a bis 7d akustische Signale (Aufhebungsschall) an das Innere des Fahrzeugabteils 6 abgeben.

Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Steuereinrichtung 10 einen Addierer 12 und eine Verarbeitungeinrichtung 15. Der Addierer 12 ist dafür vorgesehen, Straßengeräusch-Ermitt lungssignale X₁ bis X₄ zu empfangen, die von den Vibrations abtastern 5a bis 5d über Verstärker 11a bis 11d abgegeben werden. Die Verarbeitungeinrichtung 15 ist dafür vorgesehen, ein von dem Addierer 12 abgegebenes Summensignal zu empfan gen. Dieses Addiersignal dient als Bezugssignal X. Die Verar beitungeinrichtung dient auch dazu, die Restgeräusch-Ermitt lungssignale e1 bis e8 von den Mikrofonen 8a bis 8h über Ver stärker 13a bis 13h zu empfangen und die Treibersignale y1 bis y4 über Verstärker 14a bis 14d abzugeben. Die Straßenge räusch-Ermittlungssignale X₁ bis X₄ werden dem Addierer 12 über Verzögerungsschaltungen D₁ bis D₄ eingegeben, so daß sämtliche Aufhebungsgeräusche einen Schallempfangspunkt zur gleichen Zeit erreichen. Zum Beispiel werden unter der Annahme, daß der Schallempfangspunkt das Ohr des Fahrers ist, Verzöge rungszeiten der Schallausbreitung zwischen den entsprechenden Vibrationsabtastern 5a bis 5d und dem Schallempfangspunkt (der Position des Ohres des Fahrers) vorher gemessen. Wenn der Schallausbreitungsweg von dem Vibrationsabtaster 5c die maximale Verzögerungszeit δt_MAX aufweist, das heißt, wenn die Ausbreitungszeit des Straßengeräusch-Ermittlungssignals X₃ die maximale Verzögerungszeit δt_MAX ist, werden Verzögerungs zeiten der maximalen Verzögerungszeit δt_MAX gegenüber den jeweiligen Verzögerungszeiten δt₁, δt₂ und δt₄ in den Aus breitungswegen der Vibrationsabtaster 5a, 5b und 5d mittels der Verzögerungsschaltungen D₁ bis D₄ auf die Straßenge räusch-Ermittlungssignale X₁, X₂ und X₄ angewendet, so daß sämtliche Aufhebungsgeräusche den Schallempfangspunkt zur glei chen Zeit erreichen.

Die Verarbeitungeinrichtung 15 umfaßt ein Digitalfilter 17 und ein adaptives Digitalfilter 18, welchen das von dem Addierer 12 abgegebene digitale Bezugssignal X eingegeben wird, ferner A/D-Wandler 19a bis 19h, die dazu dienen, Analog-Digi tal-Umwandlungen der mittels der Verstärker 13a bis 13h zu verstärkenden Restgeräusch-Ermittlungssignale e1 bis e8 durchzuführen, einen Mikroprocessor 20, dem die umgewandelten Signale der A/D-Wandler 19a bis 19h und die Ausgangssignale des Digitalfilters 17 eingegeben werden, sowie D/A-Wandler 21a bis 21d, die dazu dienen, eine Digital-Analog-Umwandlung der Treibersignale Y₁ bis Y₄ durchzuführen, welche von dem adaptiven Digitalfilter 18 abgegeben werden.

Das Digitalfilter 17 ist dafür vorgesehen, das Bezugssignal X zu empfangen, um ein filterverarbeitetes Bezugssignal r1_m entsprechend der Anzahl von Kombinationen der Ausbreitungs funktionen zwischen den Mikrofonen und den Lautsprechern zu erzeugen (siehe Gleichungen (4) und (5), welche unten be schrieben werden). Das adaptive Digitalfilter 18 weist ge trennte Filter auf, deren Anzahl der Anzahl von Ausgangskanä len zu den Lautsprechern 7a bis 7d entspricht. Das adaptive Digitalfilter 18 ist dafür vorgesehen, das Bezugssignal X zu empfangen, um eine adaptive Signalverarbeitung durchzuführen auf der Grundlage des zu diesem Zeitpunkt eingestellten Fil terfaktors zu dem Ausgangswert der Lautsprecher-Treibersig nale Y₁ bis Y₄. Der Mikroprocessor 20 ist dafür vorgesehen, die Restgeräusch-Ermittlungssignale e1 bis e8 und das filter verarbeitete Bezugssignal r1_m zu empfangen, um den Filterfak tor des adaptiven Digitalfilters 18 unter Verwendung eines LMS-Algorithmus zu verändern.

Unter Verwendung allgemeiner Formeln wird das Steuerprinzip der Verarbeitungeinrichtung 15 nachfolgend beschrieben anhand der folgenden Gleichung:

Unter der Annahme, daß das durch ein Mikrofon 1 (eines der Mikrofone 8a bis 8h) ermittelte Restgeräusch-Ermittlungssig nal e₁(n) beträgt, und daß das durch das Mikrofon 1 ermit telte Restgeräusch-Ermittlungssignal e_p1(n) beträgt, wenn die Lautsprecher 7a bis 7d keinen Aufhebungsschall (sekundären Schall) erzeugen, und unter der Annahme, daß der Filterfak tor, welcher j (j=0, 1, 2, ...I_c-1) der Ausbreitungs- FIR- Funktion (finiten Impulsansprechfunktion) H_1m zwischen dem Lautsprecher m (einem der Lautsprecher 7a bis 7d) und dem Mikrofon 1 C_1mi beträgt, das Bezugssignal X(n) beträgt und daß ein Faktor i (i=0, 1, 2, ... 1_k-1) des adaptiven Digital filters 18, welcher das Bezugssignal X(n) empfängt, um den Lautsprecher 7a bis 7d der Nummer m zu treiben, W_mi beträgt, kann die obige Gleichung erstellt werden, in welcher alle Terme mit (n) abgetastete Daten zum Abtastzeitpunkt n sind, wobei L die Anzahl von Mikrofonen 8a bis 8h ist (in dieser Ausführungsform 8), M die Anzahl der Lautsprecher 7a bis 7d ist (4 in dieser Ausführungsform), I_c der durch das FIR-Digi talfilter ausgedrückte maximale Filterfaktor ist und I_k der Maximalwert des adaptiven Filters W_m ist.

In der rechten Seite der Gleichung (1) drückt der Term {ΣW_mi·X(n-j-i)} das Ausgangssignal aus, wenn das Bezugs signal X dem adaptiven Digitalfilter 18 eingegeben wird, und der Term ΣC₁_mj · {ΣW_mi·X(n-J-i)} drückt das Signal aus, wenn die einem der Lautsprecher 7a bis 7d eingegebene Signal energie an das Fahrzeugabteil 6 als akustische Energie abge geben wird, um das Mikrofon 1 über die Ausbreitungsfunktion H_1m zu erreichen. Zusätzlich drückt die gesamte rechte Seite der Gleichung (1) die Gesamtheit der Sekundärschalle aus, welche das Mikrofon 1 erreichen, da die Signale aller Laut sprecher dem Mikrofon 1 kumulativ eingegeben werden können.

Als nächstes wird eine Auswertungsfunktion Je folgendermaßen angenommen:

Um einen Filterfaktor W_m zu erhalten, durch welchen die Aus wertungsfunktion Je zum Minimum wird, wird in dieser Ausfüh rungsform das Verfahren des steilsten Abstiegs verwendet. Das heißt, der Filterfaktor W_mi wird erneuert durch einen Wert, welcher erhalten wird durch partielle Differenzierung der Auswertungsfunktion Je bezüglich des entsprechenden Filter faktors W_mi.

Daher kann aus der Gleichung (2) die folgende Gleichung er halten werden:

Aus der Gleichung (1) kann jedoch die folgende Gleichung er halten werden:

Unter der Annahme, daß die rechte Seite der Gleichung (4) r_1m(n-j-i) ist, ergibt sich daher für die Gleichung zum Umschreiben des Filterfaktors

in welcher α ein Konvergenzfaktor ist, der zu einer Geschwin digkeit in Beziehung steht, bei welcher das Filter unter Optimalbedingung konvergiert und zu seiner Stabilität, und g₁ ist ein Bewertungsfaktor. Obwohl der Konvergenzfaktor α in dieser Ausführungsform eine Konstante ist, können Konvergenz faktoren α_mi anstelle des Konvergenzfaktors α eingesetzt wer den, und ein Faktor α₁ einschließlich dem Bewertungsfaktor g₁ kann auch anstelle des Konvergenzfaktors α eingesetzt werden.

Auf diese Weise werden durch Erneuern des Filterfaktors W_mi(n+1) des adaptiven Digitalfilters 18 gemäß dem LMS (Least Mean Square) -adaptiven Algorithmus auf der Grundlage der Restgeräusch-Ermittlungssignale e₁(n) bis e₈(n), welche von den Mikrofonen 8a bis 8h abgegeben werden, und auf der Grund lage des Bezugssignals X(n), das von den Ausgangssignalen der entsprechenden Vibrationsabtaster 5a bis 5d abgeleitet ist, die Treibersignale Y₁(n) bis Y₄ gebildet, um die eingegebenen Restgeräusch-Ermittlungssignale e₁(n) bis e₈(n) immer zu minimieren. Diese Treibersignale Y₁(n) bis Y₄ werden den Lautsprechern 7a bis 7d eingegeben, so daß Geräusche wie zum Beispiel in das Innere des Fahrzeugabteils 6 übertragene Straßengeräusche beseitigt werden können mittels Aufhebungsgeräuschen, welche von den Lautsprechern 7a bis 7d abgegeben werden.

Wenn das Kraftfahrzeug auf einer Straße fährt, vibrieren die Aufhängungsteile, falls die Straße Unregelmäßigkeiten auf weist, so daß die Vibrationsabtaster 5a bis 5d Straßenge räusch-Ermittlungssignale X₁ bis X₄ entsprechend den Vibra tionen der Aufhängungsteile abgeben. Diese Straßengeräusch- Ermittlungssignale X₁ bis X₄ werden mittels der Verstärker 11a bis 11d verstärkt und werden zur Eingabe in die Steuer einrichtung 10 mittels der A/D-Wandler 16a bis 16d von analog zu digital umgewandelt. Dann werden die Signale mittels der Verzögerungsschaltungen D₁ bis D₄ individuell verzögert und mittels des Addierers 12 addiert, um als ein Bezugssignal X(n) abgegeben zu werden. Dieses Bezugssignal X(n) kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

in welcher β_i ein Bewertungsfaktor ist, der zur Korrektur der entsprechenden Ausgangswerte der Vibrationsabtaster 5a bis 5d verwendet wird, wenn eine beachtliche Differenz zwischen den Ausgangswerten besteht, oder wenn eine Differenz zwischen Proportionen besteht, welche die jeweiligen Geräuschquellen zu dem Geräusch beitragen, und in welcher N_i eine Verzöge rungszeit jeder der Verzögerungsschaltungen D₁ bis D₄ zum Einstellen der Differenzen zwischen den Schallausbreitungs zeiten ist, während der sich das Signal von den entsprechen den Vibrationsabtaster 5a bis 5d zu dem Schallempfangspunkt, das heißt zu dem Fahrersitz ausbreitet.

Das auf die vorerwähnte Weise erzeugte Bezugssignal X wird zu der Verarbeitungeinrichtung 15 übertragen. In dieser Verar beitungeinrichtung 15 wird das eingegebene Bezugssignal X dem Digitalfilter 17 und dem adaptiven Digitalfilter 18 zuge führt. Das Digitalfilter 17 gibt das filterverarbeitete Be zugssignal r_1m ab, welches in der Gleichung (4) verwendet wird. Das filterverarbeitete Bezugssignal r_1m wird von dem Bezugssignal X abgeleitet gemäß dem Filterfaktor C_1m, welcher von der Ausbreitungsfunktion zwischen den Mikrofonen und den Lautsprechern abhängt.

Andererseits ermitteln die Mikrofone 8a bis 8h Resttöne an ihren Positionen (an den Beobachtungspositionen) und geben die Restgeräusch-Ermittlungssignale e₁ bis e₈ entsprechend ihren Schalldrücken ab. Die Restgeräusch-Ermittlungssignale e₁ bis e₈ werden verstärkt mittels der Verstärker 13a bis 13h zur Eingabe in die Steuereinrichtung 10. Die der Steuerein richtung 10 eingegebenen Restgeräusch-Ermittlungssignale e₁ bis e₈ werden in Digitalsignale umgewandelt mittels der A/D- Wandler 19a bis 19h zur Eingabe in den Mikroprocessor 20 der Verarbeitungeinrichtung 15.

Der Mikroprocessor 20 erneuert den Filterfaktor unter Verwen dung der jeweiligen Eingangssignale auf der Grundlage der Gleichung (5). Das heißt, der Filterfaktor W_mi(n+1), der bei dem Abtastzeitpunkt (n+1) einzustellen ist, kann aus dem Fil terfaktor W_mi(n) bei dem gegenwärtigen Abtastzeitpunkt n er halten werden durch Ableiten des Filterfaktors bei jedem Filter, wenn die Auswertungsfunktion, das heißt, die Gesamt heit der Quadrate der Restgeräusch-Ermittlungssignale e₁(n) entsprechend den Restschalldrücken von jeweiligen Mikrofonen 8a bis 8h ein Minimum wird. Dann gibt der Mikroprocessor 20 Steuersignale entprechend den abgeleiteten Werten W_mi(n+1) an das adaptive Digitalfilter 18 ab. Daher werden die Filterfak toren der entsprechenden Filter in dem adaptiven Digitalfil ter 18 auf den neu abgeleiteten Filterfaktor W_mi erneuert. Auf diese Weise gibt der Mikroprocessor 20 wiederholte Be fehle ab zur Erneuerung des Filterfaktors bei jeder vorbe stimmten Abtastzeit, um so die Auswertungsfunktion Je zu minimieren.

Dementsprechend werden die Ausgangssignale Y_m der jeweiligen Filter in dem adaptiven Digitalfilter 18 abgeleitet durch Ausführung von Vektoranalysis des eingegebenen Bezugssignals X und der Faktoren W_mi auf der Grundlage des augenblicklichen eingestellten Filterfaktors. Die abgeleiteten Ausgangswerte Y_m dienen als Treibersignale, die von dem adaptiven Digital filter 18 über die D/A-Wandler 21a bis 21d an die Lautspre cher 7a bis 7d abzugeben sind.

Dann erzeugen die Lautsprecher 7a bis 7d Aufhebungsgeräusche (sekun däre Töne) entsprechend den Eingangssignalen Y_m, so daß die erzeugten akustischen Ausgangssignale sich in dem Fahr zeugabteilraum ausbreiten gemäß den voreingestellten Ausbrei tungsfunktionen C_1m auf der Grundlage von Direktiven der Lautsprecher, um ein Schallfeld zu bilden. Nach Durchführung der Konvergenzsteuerung interferieren daher die Straßengeräu sche, welche zu den acht Beobachtungspunkten (den Mikro fonpositionen) und ihren Nachbarpunkten übertragen werden, mit den Aufhebungsgeräuschen und werden nahezu ausgelöscht, so daß Restgeräusche beachtlich vermindert werden können.

Auf diese Weise werden von einer Mehrzahl unabhängiger Geräuschquellen (Aufhängungsteilen) übertragene Geräusche ermittelt mittels der Vibrationsabtaster 5a bis 5d, die als Geräuschquellen-Sensoren dienen, so daß die Straßengeräusch-Ermittlungssignale X₁ bis X₄ mittels des Ad dierers 12 summiert werden, und das aufaddierte Ausgangssig nal dient als ein Bezugssignal X zur Eingabe in die Steuer einrichtung 10, die als Steuereinrichtung dient. Daher ist es nicht erforderlich, daß die Steuereinrichtung 10 einzeln eine Geräuschverminderungsverarbeitung bezüglich der jeweiligen Straßengeräusch-Ermittlungssignale X₁ bis X₄ durchführt, so daß die Verarbeitungszeit vermindert werden kann. Folglich kann die Ausführungsform der aktiven Geräusch steuersystems angewendet werden auf einen Mikroprozessor mit niedriger Verarbeitungsgeschwindigkeit und kann eine weitreichende Geräuschverminderung bei niedrigen Kosten bewirken.

Außerdem werden in der erwähnten Ausführungsform die auf der Grundlage der maximalen Verzögerungszeit δt_max abgeleite ten Verzögerungszeiten δt₁ bis δt₄ auf die jeweiligen Straßengeräusch-Ermittlungssignale X₁ bis X₄ angewendet mit tels der Verzögerungsschaltungen D₁ bis D₄. Daher können die Zeitverzögerungen, mit denen die jeweiligen Straßengeräusche den Geräuschempfangspunkt erreichen, aus den Bezugssignalen X(n) beseitigt werden, und es ist möglich, Geräusche sicher zu vermindern durch Anwenden von Aufhebungsgeräuschen an dem Ge räuschempfangspunkt.

Ferner sollte, obzwar in der erwähnten Ausführungsform die Vibrationsabtaster 5a bis 5d an den Aufhängungsteilen ange bracht sind, um als Geräuschquellen-Sensoren zur Ermittlung von die Straßengeräusche betreffenden Signalen oder physikalischen Größen zu dienen, eingesehen werden, daß andere Geräuschquellen-Sensoren verwendet werden können. Zum Beispiel kann, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Luftdruckfühler 33, der aus einer piezoelektrischen Einrich tung oder dergleichen besteht, als Geräuschquellen-Sensore verwendet werden. In diesem Fall kann der Luftdruckfühler 33 den Luftdruck in dem Reifen 32 ermitteln, der auf dem äußeren Umkreis der Felge 31 angeordnet ist, und Luftdruck-Ermittlungssignale an den Addierer 12 der Steuer einrichtung 10 über ein Verbindungsteil 35, das an einer Antriebswelle 34 angebracht ist, und über einen Federring 36 abgeben zur Verwendung als die Straßengeräusch-Ermittlungs signale X₁ bis X₄.

Außerdem sollte, obzwar in der erwähnten Ausführungsform die Straßengeräuschquellen als die Geräuschquelle verwendet werden, eingesehen werden, daß andere Geräuschquellen verwen det werden können. Zum Beispiel können Drehzahlermittlungs signale, welche in Beziehung stehen zu Motorgeräusch, das entsprechend der Drehzahl des Motors und/oder Geräuschen eines Getriebes, eines Differentials und dergleichen auftritt, dem Addierer 12 als ein Bezugssignal X eingegeben werden, um auf diese Weise solche Geräusche kompensieren zu lassen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Ausführungs formen eines aktiven Geräuschsteuersystems.

Diese Ausführungsform ist vorgesehen zur Verminderung von Geräuschen, die durch ein Fahrzeug erzeugt werden, welches durch die Luft fährt (Windgeräusche). Wenn ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100 km/h fährt, treten Windgeräusche auf aufgrund von Luft, die gegen die Außenfläche des Fahrzeugkörpers bläst. Es wurde festgestellt, daß solche Windgeräusche haupt sächlich auftreten aufgrund von Luft, die stromab eines Körperansatzes wirbelt, zum Beispiel eines Türspie gels, welcher Druckschwankungen an der Oberfläche des Fahr zeugkörpers erzeugt. In einem Fall, in dem eine aktive Aufhebung dieses Windgeräusches durchgeführt wird, müssen das Druckschwankungsphänomen betreffende Signale als ein Bezugs signal erhalten werden. Bei einem derartigen Druckschwan kungsphänomen sind jedoch die Geräuschquellen in einem weiten Raum gelegen, und es besteht keine Beziehung zwischen Druck schwankungen an verschiedenen lokalen Feldern. Aus diesem Grund ist es schwierig, Signale zu erhalten, die sämtliche Druckschwankungen betreffen.

Daher sind bei dieser Ausführungsform, wie in Fig. 4 gezeigt, zwei vertikal verlaufende Rahmenteile 43 jeweils an den Türen 41 des Fahrzeugkörpers 3 hinter den Anbringungsstellen der Türspiegel 42 angebracht, und trapezförmige Druckfühler 45, die aus einem als Platte oder Film gebildeten piezoelektrischen Element bestehen, sind jeweils an den Außenflächen dreieckiger Bereiche 44 ange bracht, welche durch die Rahmenteile 43 definiert werden. Ein Paar Rahmenteile 46 aus Harz oder dergleichen sind an dem dreieckigen Bereich 44 angebracht, und die Druckfühler 45 sind an den Rahmenteilen 46 befestigt. Alternativ können die Druckfühler 45 an Plattenteilen angeheftet werden, welche je weils aus Eisen oder dergleichen bestehen und an den drei eckigen Bereichen 44 so angebracht sind, daß sie nachgiebig daran befestigt sind. Außerdem werden die Lautsprecher 7a bis 7d näher den Fahrzeugpassagieren als den Druckfühlern 45 an geordnet, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 4 ge zeigt.

Da die Druckfühler 45 aus plattenförmigen piezoelektrischen Elementen mit relativ großer Fläche bestehen, können die pie zoelektrischen Elemente elektrische Ladungen gemäß Drücken erzeugen. Wenn die Ausgangsgröße (Ladungsmenge) der Druckfüh ler 45 mit E angenommen wird, kann eine Ladungsmenge durch Integrieren einer Kraft , die bei jedem lokalen Feld fluktu iert, über die Fläche folgendermaßen erhalten werden:

Daher können in dem Druckfühler 45 unabhängige Druckfluktua tionssignale aufsummiert werden, so daß der Druckfühler 45 als Geräuschquellen-Sensor sowie als Signal sammeleinrichtung dienen kann. Das Ausgangssignal dieses Druckfühlers 45 wird dem A/D-Wandler 16 der Verarbeitungein richtung 15 eingegeben, wie in Fig. 1 gezeigt, so daß die Windgeräusche durch Ausführen einer aktiven Geräuschverminderung vermindert werden können.

Wenn die Größe des Druckfühlers größer als oder gleich der Größe des Luftstromwirbels und dem Abstand zwischen den Luft stromwirbeln ist, kann Information für die Druckfluktuation wirksam und kontinuierlich ermittelt werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines ak tiven Geräuschsteuersystems.

Um Straßengeräusche von den jeweiligen Rädern einzugeben, ist bei dieser Ausführungsform ein Vibrationsabtaster an einem Verbindungsglied angebracht, welches rechte und linke Aufhän gungsteile mechanisch miteinander verbindet, um wenigstens zwei unabhängige Straßengeräusche zu addieren, um auf diese Weise ein Straßengeräusch-Ermittlungssignal zu erhalten.

Das heißt, wie in Fig. 6 gezeigt, ein Stabilisator 52, der dazu dient, den Fahrzeugkörper am Schlingern zu hindern, er streckt sich zwischen rechten und linken Aufhängungsteilen 51a und 51b an der Vorderseite sowie an der Rückseite des Fahrzeugs. Ein Vibrationsabtaster 53 ist an jedem Stabilisa tor 52 im wesentlichen an seiner Mitte angebracht. Die Vi brationsabtaster 53 geben ein Straßengeräusch-Ermittlungs signal ab, in welchem Vibrationen der rechten und linken Aufhängungsteile 51a und 51b addiert sind. Diese Straßenge räusch-Ermittlungssignale werden dem Addierer 12 der Steuer einrichtung 10 aus Fig. 2 eingegeben, um so Straßengeräusch- Ermittlungssignale von den Vorder- und Hinterrädern zu addie ren.

Da Straßengeräusche betreffende Ermittlungssignale, die von den rechten und linken Rädern übertragen werden, mittels eines einzigen Vibrationsabtasters 53 ermittelt werden kön nen, können die Straßengeräusche nicht nur auf ähnliche Art bei der ersten Ausführungsform vermindert wer den, sondern die Anzahl von Geräuschquellen-Sensoren kann auch vermindert werden.

In dieser Ausführungsform wird der Stabilisator 52 als das Verbindungsglied verwendet. Alternativ kann ein Vibrationsab taster 53 an einem Unterrahmen zum Halten der Aufhängungs teile, eines Querteiles oder dergleichen angebracht werden, um Straßengeräusche betreffende Ermittlungssignale zu erhal ten, die von den rechten und linken Rädern übertragen werden, und Getriebegeräusche des Differentialgetriebes betreffende Signale zu erhalten.

Obzwar in der erwähnten Ausführungsform das aktive Geräuschsteuersystem bei einen Fahrzeug angewendet wird, kann es auch angewendet werden, um Motorgeräusche innerhalb einer Passagierkabine eines Flugzeugs zu vermindern, und Geräusche in einem Raum zu vermindern, welche zum Beispiel durch Betreiben eines Klimagerätes oder dergleichen außerhalb des Raumes verursacht werden können. Obzwar die erwähnten Aus führungsformen der aktiven Geräuschsteuersysteme auf den Fall angewendet werden, in welchem mehrere Geräuschquellen außer halb eines bestimmten geschlossenen Raumes wie zum Beispiel eines Fahrzeugabteils angeordnet sind, kann es auf den Fall angewendet werden, in welchem die Geräuschquellen innerhalb des geschlossenen Raumes angeordnet sind. Obwohl ein LMS- Algorithmus in dem vorerwähnten Zeitbereich als Algorithmus zur Erneuerung des Filterfaktors des adaptiven Digitalfilters in den erwähnten Ausführungsformen verwendet wird, können andere Algorithmen wie zum Beispiel ein LMS-Algorithmus in einem Frequenzbereich zur Erneuerung des Filterfaktors des adaptiven Digitalfilters verwendet werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum aktiven Auslöschen von von einer Vielzahl von Geräuschquellen erzeugten Geräuschen, die miteinander nicht korreliert sind und in das Innere einer geschlossenen Struktur übertragen werden, mit:
Geräuschquellen-Sensoren (5a bis 5d, 33, 45, 53) zum Erfassen der erzeugten Geräusche jeder der Vielzahl von Geräuschquellen und zum Abgeben von diese angebenden Signalen (X1 bis X4);
einer Signal-Sammeleinrichtung zum additiven Sammeln der Signale (X1 bis X4) und zum Erzeugen eines Bezugssignals (X);
Restgeräusch-Sensoren (8a bis 8h) zum Erfassen eines Restgeräusches an einer Beobachtungsstelle im Inneren der geschlossenen Struktur;
einer Schallquelleneinrichtung (7a bis 7d), die an einer der Beobachtungsstelle benachbarten Stelle angeordnet ist, zur Erzeugung eines Aufhebungsschalles, der mit den von den Geräuschquellen übertragenen Geräuschen interferiert, um so die zu der Beobachtungsstelle übertragenen Geräusche zu vermindern, und
einer Steuereinrichtung (10) zum Berechnen adaptiver Filterkoeffizienten, die das Geräusch an der Beobachtungsstelle nach Maßgabe des Bezugssignals (X) und des Restgeräusches unter Berücksichtigung der Laufzeitverzögerung minimal machen, und zum Abgeben eines Signals an die Schallquelleneinrichtung (7a bis 7d); dadurch gekennzeichnet, daß die Signal-Sammeleinrichtung (12, D1 bis D4) eine jedem Geräuschquellen-Sensor (5a bis 5d) individuell zugeordnete Verzögerungsschaltung (D1 bis D4) und einem Addierer (12) aufweist, der mit den Ausgängen der Verzögerungsschaltungen (D1 bis D4) verbunden ist, wobei
die einzelnen Verzögerungsschaltungen (D1 bis D4) zum Ausgleichen der Differenzen zwischen den Schallausbreitungszeiten vorgesehen sind, während der sich die den Signalen (X1 bis X4) zugeordneten Geräusche von den jeweiligen Geräuschquellen bis zu dem Beobachtungspunkt ausbreiten.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschquellen-Sensoren (5a bis 5d) an einzelnen Geräuschquellen benachbarten Stellen angeordnet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschquellen-Sensoren (5a bis 5d) an Aufhängunsteilen eines Fahrzeugs (3) angebracht sind zur Ermittlung von Vibrationen der Aufhängungsteile, um die Geräusche angebenden Signale entsprechend deren Vibrationen zu erzeugen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Geräuschquellen-Sensoren (33) an den äußeren Umkreisen von Radfelgen (31) eines Fahrzeugs (3) angebracht sind zur Ermittlung von Luftdrücken in Reifen (32), um die die Geräusche angebenden Signale entsprechend den Luftdrücken in den Reifen (32) zu erzeugen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschquellen-Sensoren (45) an Teilen (43), die an einem Fahrzeugkörper (3) befestigt sowie an Stellen hinter Türspiegeln (42) angebracht sind zur Ermittlung von Schalldruckschwankungen hinter den Türspiegeln (42), um die die Geräusche angebenden Signale entsprechend den Schalldruckschwankungen hinter den Türspiegeln (42), zu erzeugen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräuschquellen-Sensoren (53) an Verbindungsteilen (52) angebracht sind, von denen eines das vordere rechte und das vordere linke Aufhängungsteil (51a, 51b) eines Fahrzeugs (3) miteinander verbindet, und von denen das andere das hintere rechte und das hintere linke Aufhängungsteil (51a, 51b) miteinander verbindet, wobei jeder der Geräuschquellen-Sensoren (53) die Summe von Vibrationen rechter und linker Aufhängungsräder ermittelt, um die die Geräusche angebenden Signale entsprechend der Summe ihrer Vibrationen zu erzeugen.