DE4221292C2 - Aktives Geräusch- und Vibrationsunterdrückungssystem - Google Patents

Aktives Geräusch- und Vibrationsunterdrückungssystem

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktives System zur Unterdrückung bzw. Ausregelung von Vibrationen oder Geräuschen, insbesondere solcher Geräusche, welche von primären Antrieben, von durch diese angetriebenen Lastein­ richtungen, wie Kompressoren und Generatoren, von mit Motor­ auspufftöpfen bestückten Einrichtungen bzw. ähnlichen An­ saug- und/oder Abgassystemen oder von laufenden Fahrzeugen erzeugt werden.
Der Begriff "Vibration" bezeichnet im Rahmen der vorliegen­ den Erfindung nicht nur eine Vibration in ihrer wörtlichen Bedeutung sondern auch Geräusch und Schall.
Bekannte aktive Vibrationsregelsysteme dieser Art sind bei­ spielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-501344 vorgeschlagen worden. Ein derartiges System enthält gemäß Fig. 1 eine Geräusch-(Vibrations-)Quelle, eine adaptive Re­ gelschaltung 102, welche ein Ausgangssignal von einem Vibra­ tionssensor 101 als Bezugssignal aufnimmt und auf der Basis dieses Bezugssignals ein Löschsignal mit einer zu einer Vi­ brationstransfercharakteristik von der Vibrationsquelle auf den menschlichen Körper inversen Transfercharakteristik erzeugt, einen vom Ausgangssignal der adaptiven Regelschaltung 102 angesteuerten Lautsprecher 103 als Löschvibrationsgenerator zur Erzeugung eines Löschgeräusches (Löschvibration) sowie ein Mikrophon 104 als Fehlersensor zur Erfassung eines Löschfehlers zwischen dem Geräusch von der Geräuschquelle und dem Löschgeräusch vom Lautsprecher 103.
Bei der vorgenannten adaptiven Regelschaltung wird ein durch den Geräuschsensor 101 aufgenommenes Geräusch (Primärge­ räusch) durch einen A/D-Umsetzer 105 abgetastet, welcher re­ sultierende Digitaldaten als Bezugssignal X für die adaptive Regelschaltung 102 liefert. Die adaptive Regelschaltung 102 erzeugt ihrerseits das Löschsignal für einen D/A-Umsetzer 106, das in ein den Lautsprecher 103 ansteuerndes Signal zur Erzeugung des Löschgeräusches (Sekundärgeräusch) umgesetzt wird.
Das Mikrophon 104 erfaßt den Löschfehler zwischen dem Lösch­ geräusch vom Lautsprecher 103 und dem Geräusch (Primärge­ räusch) von der Geräuschquelle, wobei der erfaßte Löschfeh­ ler durch einen A/D-Umsetzer 107 in ein Fehlersignal E in Form von Digitaldaten umgesetzt wird, das auf die adaptive Regelschaltung 102 zurückgeführt wird. Das aktive Vibra­ tionsregelsystem ändert die vorgenannte inverse Trans­ fercharakteristik des Löschsignals im Sinne der Minimierung des Wertes des Fehlersignals, das ein Maß für den Löschfeh­ ler zwischen dem Primärgeräusch und dem Sekundärgeräusch ist, wodurch das Geräusch von der Geräuschquelle unterdrückt wird.
In dem in der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-501344 be­ schriebenen aktiven Vibrationsregelsystem enthält die adap­ tive Regelschaltung 102 zwei adaptive FIR-Digitalfilter, welche selektiv lediglich die Grundfrequenzkomponenten des Geräusches und deren höhere Harmonischen verarbeiten.
Die adaptive Regelschaltung 102 enthält weiterhin einen adaptiven Algorithmus als Verfahren zur Erzeugung eines optimalen Löschsignals, wobei es sich generell um einen LMS- Algorithmus (Least Mean Square Method) handelt.
Fig. 2 zeigt ein weiteres konventionelles aktives Vibra­ tionsregelsystem, bei dem es sich um ein sog. Mehrkanalsy­ stem handelt, mit dem Geräusche von einer Vielzahl von Ge­ räuschquellen (Vibrationsquellen) unterdrückt werden können. Dieses aktive Vibrationsregelsystem enthält Geräuschsensoren 108 1-108 n, A/D-Umsetzer 109 1-109 n, D/A-Umsetzer 110 1- 110n, Lautsprecher 111 1-111 n, Mikrophone 112 1-112 n, A/D- Umsetzer 113 1-113 n mit n gleich der Anzahl der Geräusch­ quellen sowie eine adaptive Regelschaltung 114, welche den Fehler zwischen dem Geräusch von den Geräuschquellen (Pri­ märgeräusch) und dem Löschgeräusch (Sekundärgeräusch) mini­ miniert.
Die adaptive Regelschaltung 114 enthält eine Anzahl n Regel­ schaltungen für jeweils einen der Lautsprecher 111 1-111 n, welche Löschsignale zum Auslöschen von Geräusch von den ent­ sprechenden Geräuschquellen erzeugen.
Bei den vorgenannten konventionellen aktiven Vibrationsre­ gelsystemen ist der Frequenzbereich des zu unterdrückenden Geräusches auf einen kleinen Frequenzbereich beschränkt. In dem in der japanischen Patentanmeldung 1-501344 beschriebe­ nen System wird eine Vielzahl von adaptiven Digitalfiltern für eine einzige Vibrationsquelle verwendet, wobei lediglich die Grundfrequenzkomponenten und die höheren Harmonischen selektiv verarbeitet werden. Das bedeutet, daß sich die kon­ ventionellen Systeme nicht zur Unterdrückung von Geräuschen über deren gesamten Frequenzbereich eignen. Darüber hinaus besitzen die in diesen Systemen verwendeten adaptiven Digi­ talfilter eine solche Charakteristik, daß sie lediglich nie­ derfrequente Geräuschkomponenten unterdrücken können, wo­ durch es unmöglich wird, Geräusche in einem weiten Frequenz­ bereich zu verarbeiten.
Zur Unterdrückung des sog. Hintergrundgeräusches, das einen großen Frequenzbereich besitzt, ist ein System erforderlich, das Komponenten in einem entsprechend weiten Frequenzbereich zu unterdrücken vermag. Die konventionellen Systeme mit kleiner Genauigkeit der Auslöschung von Geräuschkomponenten in einem hohen Frequenzbereich können jedoch derartige An­ forderungen nicht erfüllen, obwohl sie Geräuschkomponenten in einem tiefen Frequenzbereich unterdrücken können.
Darüber hinaus besitzen solche Systemkomponenten wie beispielswei­ se die Geräuschsensoren als Vibrationssensoranordnungen, die Fehlersensoren sowie die Lautsprecher als Löschvibrationsge­ nerator nicht im gesamten Frequenzbereich eine gleichförmige Cha­ rakteristik. Da in der Praxis jede Komponente als Einzeltyp verwendet wird, wird es unmöglich, zufriedenstellende Ge­ räuschunterdrückungseffekte im gesamten Frequenzbereich zu realisieren.
Die DE 39 08 881 A1 offenbart ein aktives Vibrationsunterdrückungssystem mit mindestens einer Vibrationsquelle, einer ersten Wandlereinrichtung zur Erfassung von Vibrationen von der Vibrationsquelle, einer ein Ausgangssignal von der ersten Wandlereinrichtung als Referenzsignal aufnehmenden Regelschaltung, welche auf das Referenzsignal zur Erzeugung eines Lösch­ signals mit einer Transfercharakteristik anspricht, die zur Transfercharakteristik der Vibration von der Vibrationsquelle auf einen menschlichen Körper invers ist, einem von einem Ausgangssignal der Regelschaltung angesteuerten Löschvibrationsgenerator zur Erzeugung einer Löschvibration und einer zweiten Wandlereinrichtung zur Erfassung eines Fehlers zwischen der Vibration von der Vibrationsquelle und der Löschvibration vom Löschvibrationsgenerator sowie zur Erzeugung eines Fehlersignals, das ein Maß für den erfaßten Fehler ist.
Aus der WO 88/02912 ist aus der dortigen Fig. 5 ein aktives Schallregelsy­ stem bekannt, bei dem durch eine Prozessor- und Speichereinheit ein Ausgangssignal erzeugt wird, nämlich auf Grundlage eines sinusförmigen Digitalsignals, das dadurch erhalten wird, daß ein von einem Signalformer kommendes Signal mit einer Grundfrequenz, die eine einfache Harmonische der Kurbelwellendrehzahl eines Kraftfahrzeugs ist, in einem Nachlauffilter einer Filterung unterworfen wird und sodann mittels eines Analog-Digital-Wandlers abgetastet wird, und auf Grundlage eines Fehlersignals, das dadurch erhalten wird, daß von mehreren Mikrophonen stammende akustische Fehlersignale verstärkt und tiefpaßgefiltert werden und nach Durchlaufen eines Multiplexers einer Analog-Digital-Wandlung unterzogen werden. Mit dem Ausgangssignal werden verschiedene Lautsprecher unter Zwischenschaltung eines Digital- Analog-Wandlers und eines Multiplexers angesteuert, um akustische Signalzüge auszulöschen, die von einem Motor in eine Fahrgastzelle ein­ dringen.
Die Prozessor- und Speichereinheit erhält von einem Abtastratenoszillator ein Rechtecksignal mit einer festgelegten Frequenz, wobei dieses Signal die Wandlerrate der Wandler bestimmt. Das von dem Nachlauffilter kommende Signal, nämlich ein Sinussignal mit einer einfachen Harmonischen der Kurbelwellendrehzahl, wird mit der durch den Abtastratenoszillator festgeleg­ ten Abtastrate abgetastet. Das von dem im Mikrophonsignalweg liegenden Multiplexer stammende Signal, also ein von den Mikrophonen erfaßtes Signal, dessen Frequenzkomponenten oberhalb einer vorbestimmten Frequenz abgetrennt sind, wird ebenfalls mit der einzigen Abtastrate abgetastet. Das Ausgangssignal wird schließlich von der Prozessor- und Speichereinheit anhand der in dieser Weise abgetasteten Signale, also des abgetasteten Sinussignals vom Nachlauffilter und des abgetasteten Multiplexersignals, erzeugt.
Die WO 88/02912 offenbart demnach keine Abtastung aufgeteilter Vibrations­ komponenten mit unterschiedlichen Abtastraten für unterschiedliche Frequenzbereiche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aktives Vibrationsregelsystem anzugeben, mit dem zufrieden­ stellende Geräuschunterdrückungseffekte im gesamten Fre­ quenzbereich möglich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein aktives Geräusch- und Vibrationsunterdrückungs­ system mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran­ sprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Ausbildung eines konven­ tionellen aktiven Vibrationsregelsystems;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Ausbildung eines weiteren konventionellen aktiven Vibrationsregelsystems;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Ausbildung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen aktiven Vibrationsregelsystems;
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Ausführung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 ein Blockschaltbild der Ausbildung eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 ein Blockschaltbild der Ausbildung einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
Fig. 7 ein Blockschaltbild der Ausbildung einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Fig. 3 bis 6 bezeichnen sich entsprechen­ de Bezugszeichen jeweils sich entsprechende Elemente.
Gemäß Fig. 3 ist bei einer ersten Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen aktiven Vibrationsregelsystems ein Geräusch­ sensor 1 vorgesehen, welcher Geräusche, wie beispielsweise das Geräusch von einem laufenden Fahrzeug (Geräuschquelle) und Geräusch von einem im Fahrzeug montierten Motor (Ge­ räuschquelle) erfaßt. Ein ein Maß für das durch den Ge­ räuschsensor 1 darstellendes Signal wird einem Anti­ aliasing-Filter 2 zugeführt, welches Frequenzkomponenten im Geräusch abschneidet, die höher als eine vorgegebene Fre­ quenz sind. Damit stellt ein solches Filter ein spezielles zu regelndes Frequenzband ein, dessen Grenzfrequenz in Ab­ hängigkeit von der Verwendung des Systems auf eine gewünsch­ te Frequenz eingestellt ist.
Ein Geräuschsignal vom Antialiasing-Filter 2 wird einer er­ sten geteilten Verarbeitungsschaltung 3 zugeführt, in der das Geräuschsignal in Hochfrequenzband-Komponenten und Nie­ derfrequenzband-Komponenten unterteilt wird, um diese ge­ teilten Geräuschkomponenten in entsprechender Weise zu ver­ arbeiten.
Speziell wird das Geräuschsignal vom Antialiasing-Filter 2 mittels eines A/D-Umsetzers 4 einer Überabtastung (bei­ spielsweise bei einer Abtastfrequenz gleich der doppelten, vierfachen, ..., n-fachen gewöhnlichen Abtastfrequenz) un­ terworfen, wobei die resultierenden Digitaldaten als Bezugs­ signal X einem Hochpaßfilter 5 und einem Tiefpaßfilter 6 zugeführt werden, wodurch das Bezugssignal X in Hochfre­ quenzband- und Niederfrequenzband-Komponenten unterteilt wird.
Da das Bezugssignal durch Überabtastung des Geräuschsignals durch den A/D-Umsetzer im obengenannten Sinne gewonnen wird, kann das Antialiasing-Filter 2 so ausgelegt werden, daß es eine sanft ansteigende Grenzfrequenzcharakteristik besitzt, wodurch eine Minimierung der Phasenverzerrung und der Verzö­ gerungszeit (Transferzeitverzögerung) möglich ist. Speziell ist es erwünscht, daß das Antialiasing-Filter 2 eine kurze Verzögerungszeit besitzt, da bei großer Verzögerungszeit die Kausalität nicht erfüllt werden könnte. Da bei dieser Aus­ führungsform das Bezugssignal X durch Überabtastung gewonnen wird, kann die Grenzfrequenzcharakteristik des Antialiasing- Filters 2 sanft ansteigend ausgelegt werden, wodurch die Verzögerungszeit verkürzt wird.
Die das Hochpaßfilter durchlaufenden Komponenten des Bezugs­ signals X (Hochfrequenzband-Komponenten) werden einer adap­ tiven Hochfrequenzband-Regelschaltung 7 zugeführt. Diese adaptive Regelschaltung 7 wird durch ein Filter 8 zur Kom­ pensation einer noch zu erläuternden Transfercharaktistik zwischen einem Lautsprecher und einem Mikrophon, einem adaptiven Algorithmus-Prozessor 9 zur Rechnung einer in­ versen Transfercharakteristik auf der Basis des Bezugssig­ nals und eines Fehlersignals von einem Fehlersensor, welche phasenmäßig zu einer Transfercharakteristik von der Ge­ räuschquelle zu einem Aufnehmer (dem Mikrophon) invers ist, sowie ein adaptives FIR-Digitalfelder 10 zur Erzeugung eines Löschsignals mit der durch den Prozessor 9 berechneten in­ versen Transfercharakteristik gebildet. Das adaptive Digi­ talfilter 10 ist so ausgelegt, daß es sich zur Verarbeitung in einem Hochfrequenzbereich eignet.
Die adaptive Hochfrequenzband-Regelschaltung 7, welche mit dem durch Überabtastung erzeugten Bezugssignal X gespeist wird und damit eine sehr genaue Information über Kurzwellen­ komponenten im Hochfrequenzband erhält, kann zur wirksamen Unterdrückung des Geräusches eine sehr genaue Signalverar­ beitung durchführen.
Da das durch Überabtastung gewonnene Bezugssignal X direkt in die adaptive Hochfrequenzband-Steuerschaltung 7 einge­ speist wird, muß das adaptive Digitalfilter zur Anpassung an die hohe Abtastgeschwindigkeit eine sehr große Anzapfungs­ länge besitzen. Der adaptive Algorithmus sollte daher ein einfacher Verarbeitungs-Algorithmus mit einer Hochgeschwin­ digkeitskonvergenz an die optische Auflösung (Näherungsauf­ lösung) etwa gemäß dem LMS- und dem FK-Verfahren sein.
Das Löschsignal von der adaptiven Hochfrequenzband-Regel­ schaltung 27 wird über ein Hochpaßfilter 11 in einen Addie­ rer 12 eingespeist.
Andererseits werden die das Tiefpaßfilter 6 durchlaufenden Komponenten des Bezugssignals X (Niederfrequenzband-Kompo­ nenten) in einer Abwärtsabtastungsschaltung 13 einer Ab­ wärtsabtastung unterworfen und danach in eine adaptive Niederfrequenzband-Regelschaltung 14 eingespeist. Da die Verarbeitung der Niederfrequenzband-Komponenten nicht schnell erfolgen muß, können die durch Überabtastung ge­ wonnenen und durch das Tiefpaßfilter 6 laufenden Kompo­ nenten des Bezugssignals X auf eine erforderliche kleine Abtastfrequenz "ausgedünnt" werden.
Entsprechend der adaptiven Hochfrequenzband-Regelschaltung 7 wird die adaptive Niederfrequenzband-Regelschaltung 14 durch ein FIR-Filter 15 zur Verarbeitung des Niederfrequenzbandes, einen adaptiven Algorithmus-Prozessor 16 und ein adaptives FIR-Digitalfilter 17 gebildet.
Die adaptive Niederfrequenzband-Regelschaltung 14, welche mit den einer Abwärtsabtastung unterworfenen Komponenten des Bezugssignals X gespeist wird, kann so ausgelegt werden, daß sie eine kleine Abtastfrequenz und eine reduzierte Anzahl von Verzögerungselementen des Filters 15 und Anzapfungen des adaptiven Digitalfilters 17 besitzt. Darüber hinaus kann das adaptive Digitalfilter 17 aufgrund der kleinen Abtastfre­ quenz und der kurzen Anzapfungslänge eine längere Zeit für die adaptive Verarbeitung benötigen. Der adaptive Algorith­ mus kann daher ein Typ mit einer hohen Identifizierungs­ genauigkeit sein, obwohl dabei generell eine etwas kompli­ ziertere Verarbeitung erforderlich ist. Es kann sich dabei um ein Lernidentifizierungsverfahren, das RLS-Verfahren und das LMS-Verfahren handeln.
Das Löschsignal von der adaptiven Niederfrequenzband-Regel­ schaltung 14 wird einer Interpolationsschaltung 18 zuge­ führt, in der es zur Anpassung seiner Abtastperiode von der adaptiven Niederfrequenzband-Regelschaltung 14 an die Ab­ tastperiode des Löschsignals von der adaptiven Hochfrequenz­ band-Regelschaltung 7 einer Interpolation unterworfen wird.
Das interpolierte Löschsignal wird über ein Tiefpaßfilter 19 in den Addierer 12 eingespeist. In diesem Addierer werden die beiden Löschsignale addiert. Ein Ausgangssignal des Addierers 12, d. h. ein synthetisches Löschsignal, wird durch einen D/A-Umsetzer 20 in ein Analogsignal umgesetzt. Das in ein Analogsignal umgesetzte synthetische Löschsignal wird über ein Tiefpaßfilter 21 und einen Verstärker 22 in Form eines Löschtons durch einen Lautsprecher 23 ausgegeben.
Der vom Lautsprecher 23 abgegebene Löschton wird zusammen mit dem direkt von der Geräuschquelle ausgesendeten Ge­ räusch (Primärgeräusch) von einem Mikrophon 24 aufgenommen, nachdem ihm eine bestimmte Transfercharakteristik h gegeben wurde. Ein Ausgangsignal des Mikrophons, das ein Maß für die Differenz zwischen dem Löschton und dem Primärgeräusch ist, wird über ein Antialiasing-Filter 25 in eine zweite geteilte Verarbeitungsschaltung 26 eingespeist.
In der zweiten geteilten Verarbeitungsschaltung 26 wird das Ausgangssignal vom Mikrophon 24 über das Antialiasing-Filter 25 durch einen A/D-Umsetzer 27 mit der gleichen Periode, wie die Abtastperiode der Überabtastung, durch den A/D-Umsetzer 4 der ersten geteilten Verarbeitungsschaltung 3 einer Über­ abtastung unterworfen, um in ein Fehlersignal ∈ in Form von Digitaldaten umgesetzt zu werden. Dieses Fehlersignal ∈ wird sowohl in ein Hochpaßfilter 28 als auch ein Tiefpaßfilter 29 eingespeist.
Eine das Hochpaßfilter 28 durchlaufende Fehlersignalkompo­ nente wird auf die adaptive Hochfrequenzband-Regelschaltung 7 zurückgekoppelt, welche die inverse Transfercharakteristik des auszugebenden Löschsignals in Abhängigkeit vom Fehler­ signal ∈ im Sinne der Minimierung des Wertes dieses Fehler­ signals ∈ ändert.
Andererseits wird eine das Tiefpaßfilter 29 durchlaufende Fehlersignalkomponente durch die Abwärtsabtastungsschaltung ausgedünnt, um ihre Abtastperiode an die des in die adaptive Niederfrequenzband-Regelschaltung 14 eingegebenen Bezugs­ signals X anzupassen, wobei das ausgedünnte Fehlersignal ∈ auf die adaptive Niederfrequenzband-Regelschaltung 14 zu­ rückgekoppelt wird, welche die inverse Transfercharakteri­ stik des auszugebenden Löschsignals in Abhängigkeit vom Fehlersignal ∈ in der der Verarbeitung durch die adaptive Hochfrequenzband-Regelschaltung 7 entsprechenden Weise zu ändern.
Auf diese Weise wird bei dieser Ausführungsform des aktiven Vibrationsregelsystems der Frequenzbereich des Geräusches von der Geräuschquelle durch die erste und zweite Verarbei­ tungsschaltung 3 und 26 in einen Hochfrequenzbereich und einen Niederfrequenzbereich geteilt, wobei diese beiden Fre­ quenzbereichkomponenten durch die entsprechenden adaptiven Regelschaltungen 7 und 14 in an die entsprechenden Frequenz­ bereiche angepaßter Weise verarbeitet werden, um dadurch eine Unterdrückung des Geräusches bis zu einem gewissen Maß über den gesamten Frequenzbereich zu ermöglichen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen aktiven Vibrationsregelsystems. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausfüh­ rungsform dadurch, daß das Geräusch von der Geräuschquelle durch drei oder mehr geteilte Verarbeitungsschaltungen (erste und zweite geteilte Verarbeitungsschaltung 3a, 26a) in drei oder mehr Frequenzbänder geteilt wird.
Speziell enthalten die erste und zweite geteilte Verarbei­ tungsschaltung 3a und 26a bei der zweiten Ausführungsform jeweils eine Vielzahl von Bandpaßfiltern 32, 38 mit jeweils einer Grenzfrequenzcharakteristik für das Durchlassen eines mittleren Bereiches zwischen einem Hochfrequenzbereich und einem Niederfrequenzbereich. In der oben beschriebenen Aus­ führungsform entsprechender Weise wird das Geräusch von einer Geräuschquelle den Bandpaßfiltern 32, Abwärtsabtast­ schaltungen 33, adaptiven Regelschaltungen 34 für mittlere Frequenzbänder, Interpolationsschaltungen 35 sowie Bandpaß­ filtern 36 zur Verarbeitung zugeführt, wonach die sich dabei ergebenden Löschsignale einem Addierer 37 zugeführt werden, in dem sie mit den Löschsignalen von einem Hochpaßfilter 11 und einem Tiefpaßfilter 19 addiert werden. Das resultierende synthetische Löschsignal wird mittels eines D/A-Umsetzers in ein Analogsignal umgesetzt und von einem Lautsprecher 23 ab­ gegeben.
Das resultierende Fehlersignal ∈ von einem Mikrophon 24 wird in der oben beschriebenen Weise bearbeitet. Bei dieser Aus­ führungsform werden in den mittleren Frequenzbereich der Bandpaßfilter 38 fallende Komponenten im Fehlersignal ∈ über die Abwärtsabtastungsschaltungen 39 auf die adaptiven Regel­ schaltungen 34 für mittlere Frequenzbänder zurückgekoppelt.
Bei dieser Ausführungsform wird also der mittlere Frequenz­ bereich zwischen dem Hochfrequenzband und dem Niederfre­ quenzband in eine Vielzahl von Frequenzbändern aufgeteilt und es werden die Komponenten in diesen mittleren Frequenz­ bändern durch entsprechende adaptive Regelschaltungen 34 für die mittleren Frequenzbänder verarbeitet, um auf der Basis der adaptiven Regelung zur Minimierung des Fehlersignals ∈ Löschsignale zu bilden, wodurch das Geräusch weiterhin wirk­ sam unterdrückt wird.
Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform dadurch, daß an Stelle des Addierers gemäß Fig. 3 eine Vielzahl von D/A-Umsetzern 40, 41, ..., 42 sowie eine entsprechende Anzahl von Laut­ sprechern 43, 44, ..., 45 vorgesehen sind. Bei dieser drit­ ten Ausführungsform können die Lautsprecher 43, 44, ..., 45 in vorteilhafter Weise unterschiedliche Charakteristiken be­ sitzen, d. h. sich für die entsprechenden Frequenzbänder eig­ nen, woraus sich ein besseres Ansprechen ergibt. Damit sind genauere Löscheffekte im gesamten Frequenzbereich und damit eine weitere effektive Unterdrückung des Geräusches reali­ sierbar.
Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform dadurch, daß eine Vielzahl von Geräuschsensoren 46, 47, ..., 48 und ebenso viele Mikrophone 49, 50, ..., 51 für die entsprechende Anzahl von geteilten Frequenzbändern vorgesehen sind.
Gemäß dieser Ausführungsform können die Geräuschsensoren und die Mikrophone in vorteilhafter Weise unterschiedliche Cha­ rakteristiken zur Anpassung an die entsprechenden Frequenz­ bänder besitzen, wodurch die Genauigkeit der Erfassung des Bezugssignals X und des Fehlersignals ∈ verbessert wird.
Fig. 7 zeigt beispielsweise ein Straßengeräusch-Regelsystem (ein System zur Unterdrückung von Straßengeräusch, das durch ein fahrendes Fahrzeug aufgrund von Unebenheiten der Straßendecke erzeugt wird), von dem das erfindungsgemäße aktive Vibrationsregelsystem ein Teil ist. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel sind vier Geräuschsensoren 60 1-60 4 bei­ spielsweise in Form von Beschleunigungsaufnehmern für die nicht dargestellten Räder des Fahrzeugs als Geräuschquelle (Vibrationsquelle) vorgesehen.
Zur Aufnahme von Löschschall sind ebenfalls vier Mikrophone 61 1-61 4 vorgesehen.
Für einen Niederfrequenzbereich bzw. einen Hochfrequenzbe­ reich sind vier Lautsprecher 62 1-62 4 bzw. 63 1-63 4 vor­ gesehen.
Eine adaptive Regelschaltung 64 wird durch einen Nieder­ frequenzband-Prozessor 65, einen Hochfrequenzband-Prozessor 66 und einen Regler 67 für die Prozessoren 65, 66 gebildet. Die Prozessoren 65, 66 sind digitale Signalprozessoren, wel­ che sehr schnelle Berechnungen durchführen können.
Im Straßengeräusch-Regelsystem mit dem vorstehend erläuter­ ten Aufbau werden Geräuschsignale von den Geräuschsensoren 60 1-60 4 über entsprechende Verstärker 68 1-68 4 und ent­ sprechende Antialiasing-Filter 69 1-69 4 in eine geteilte Verarbeitungsschaltung (erste und zweite geteilte Verarbei­ tungsschaltungen) 70 eingespeist.
In der geteilten Verarbeitungsschaltung 70 werden die Nie­ derfrequenz-Geräuschsignale durch einen A/D-Umsetzer 71 1 und die Hochfrequenz-Geräuschsignale durch einen A/D-Umsetzer 71 2 einer Überabtastung unterworfen und die so abgetasteten Geräuschsignale als Bezugssignale X in die adaptive Regel­ schaltung 64 eingespeist. Durch den Niederfrequenzband- Prozessor 65 erzeugte Löschsignale werden durch D/A-Umset­ zer 72 1, 72 2 in Analogsignale umgesetzt. Diese Analogsigna­ le werden über Tiefpaßfilter 73 1-73 4 und Verstärker 741- 744 in die Lautsprecher 62 1-62 4 zur Ausgabe eingespeist. Die Löschsignale vom Hochfrequenzband-Prozessor 65 werden durch D/A-Umsetzer 75 1, 75 2 in Analogsignale umgesetzt, wel­ che über Tiefpaßfilter 76 1-76 4 und Verstärker 77 1-77 4 zur Ausgabe in die Lautsprecher 63 1-63 4 eingespeist werden. Löschschall von den Lautsprechern 621-624, 631- 634 wird durch die Mikrophone zusammen mit direkt von den Geräuschquellen übertragenem Geräusch (Primärgeräusch) von den Mikrophonen 61 1-61 4 aufgenommen und ein Maß für den Fehler zwischen den beiden Eingangssignalen (Löschfehler) darstellende Fehlersignale über Verstärker 78 1-78 4 und Antialiasing-Filter 79 1-79 4 in A/D-Umsetzer 80 1, 80 2 ein­ gespeist und in diesen durch Überabtastung in Digitaldaten überführt. Die digitalisierten Fehlersignale ∈ werden zur Erzeugung von Löschsignalen mit inverser Transfercharakte­ ristik auf die adaptive Regelschaltung 64 zurückgeführt. Gemäß den vorstehenden Ausführungen besitzt das erfindungs­ gemäße aktive Vibrationsregelsystem geteilte Verarbeitungs­ anordnungen, welche von Vibrationssensoranordnungen erfaßte Vibrationen in Vibrationskomponenten teilt, die in eine Vielzahl von Frequenzbändern fallen und getrennt verarbei­ tet werden. Die geteilte Verarbeitungsanordnung besitzt eine Abtastanordnung, welche die Vibrationskomponenten in den Frequenzbändern mit unterschiedlichen Abtastperioden zwi­ schen den Frequenzbändern abtastet. Die geteilten Komponen­ ten können daher in an die entsprechenden unterschiedlichen Frequenzbänder angepaßter Weise verarbeitet werden, wodurch eine verbesserte Geräuschunterdrückung in einem weiten Fre­ quenzbereich möglich ist.
Speziell können Vibrationskomponenten in einem Hochfrequenz­ bereich einer Überabtastung unterworfen werden, so daß selbst kurzwellige im Geräusch enthaltene Information zur genauen Signalverarbeitung und damit effektiven Geräuschun­ terdrückung genau erfaßt werden kann. Zur Vereinfachung des Regelsystems sowie zur Erzeugung eines Löschsignals mit hoher Identifizierungsgenauigkeit können dagegen Vibrations­ komponenten in einem Niederfrequenzbereich einer Abwärtsab­ tastung unterworfen werden.
Weiterhin kann die geteilte Verarbeitungsanordnung die Sig­ nalverarbeitung gemäß unterschiedlichen an die entsprechen­ den Frequenzbänder der Rauschkomponenten angepaßten Algo­ rithmen verarbeiten.
Das erfindungsgemäße aktive Vibrationsregelsystem kann wei­ terhin einen einzigen Löschvibrationsgenerator sowie eine synthetische Eingabeanordnung zur synthetischen Erzeugung von für die unterschiedlichen Frequenzbänder gebildeten Löschsignalen aufweisen, wodurch der Systemaufbau verein­ facht und die Herstellungskosten verringert werden.
Andererseits kann das erfindungsgemäße aktive Vibrations­ regelsystem auch mehrere Löschvibrationsgernatoren in An­ passung an die unterschiedlichen Frequenzbereiche sowie un­ terschiedliche Eingabeanordnungen zur getrennten Eingabe von für die unterschiedlichen Frequenzbereiche erzeugen Löschsignale in die entsprechenden Löschvibrationsgenratoren besitzen, wodurch das Ansprechvermögen der Löschgeneratoren verbessert wird und damit genauere Löscheffekte in einem weiten Bereich zur weiteren effektiven Unterdrückung von Vibrationen oder Geräuschen realisierbar sind.

Claims (5)

1. Aktives Geräusch- und Vibrationsunterdrückungssystem mit
wenigstens einer Vibrationsquelle;
wenigstens einer ersten Sensoranordnung (1, 2) zur Er­ fassung von Vibrationen von der Vibrationsquelle;
einer ein Ausgangssignal der ersten Sensoranordnung (1, 2) als Bezugssignal aufnehmenden und von diesem ange­ steuerten Regelanordnung (3) zur Erzeugung eines Lösch­ signals mit einer zur Vibrationstransfercharakteristik von der Vibrationsquelle auf den menschlichen Körper inversen Transfercharakteristik;
einem vom Ausgangssignal der Regelanordnung (3) ange­ steuerten Löschvibrationsgenerator (20-23) zur Erzeu­ gung einer Löschvibration; und
einer zweiten Sensoranordnung (24, 25) zur Erfassung eines Fehlers zwischen der Vibration von der Vibra­ tionsquelle und der Löschvibration vom Löschvibra­ tionsgenerator (20-23) und Erzeugung eines ein Maß für den erfaßten Fehler darstellenden Fehlersignals, wobei die Regelanordnung (3) die inverse Transfercharakteri­ stik des Löschsignals zur Minimierung des Fehlers um einen einem Wert des Fehlersignals entsprechenden Be­ trag ändert;
und wobei die Regelanordnung aufgeteilte Verarbeitungs­ schaltungen mit einer Aufwärtsabtastschaltung (4) zur Aufwärtsabtastung der Ausgangssignale der ersten und zweiten Sensoranordnung (1, 2, 24, 25), einer Filter­ schaltung (5, 6) zur Aufteilung der aufwärts abgeta­ steten Ausgangssignale der ersten und zweiten Sensor­ anordnung (1, 2, 24, 25) in Vibrationskomponenten, die in eine Vielzahl von wenigstens einen Hochfrequenz- und einen Niederfrequenzbereich umfassenden Frequenzberei­ chen fallen, einer Abwärtsabtastschaltung (13) zur Abwärtsabtastung der in den Niederfrequenzbereich fal­ lenden Vibrationskomponenten sowie einer Verarbeitungs­ schaltung (7, 14) zur getrennten Verarbeitung der in den Hochfrequenzbereich fallenden Vibrationskomponen­ ten von der Filterschaltung (5, 6) und der in den Niederfrequenzbereich fallenden Vibrationskomponenten von der Abwärtsabtastschaltung (13) umfaßt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeteilten Verarbei­ tungsschaltungen (3, 26; 3a, 26a; 3a, 26b) die Vibrationskomponenten unter Verwendung unterschied­ licher algorithmischer Verfahren für die verschiedenen Frequenzbereiche verarbeiten.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen einzigen Löschvibrations­ generator (32) und durch eine synthetisierende Eingabe­ schaltung (11, 12, 18-22; 11, 18-20, 35-37) zur Synthetisierung mehrerer Löschsignale, die durch Verar­ beitung der Vibrationskomponenten in den Frequenzberei­ chen durch die geteilten Verarbeitungsschaltungen (3, 26; 3a, 26a) erzeugt werden und Einspeisung des synthe­ tisierten Löschsignals in den einzigen Löschvibrations­ generator (23).
4. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere den verschiedenen Fre­ quenzbereichen zugeordnete Löschvibrationsgeneratoren (43-45) und durch getrennte Eingabeschaltungen (11, 18, 19, 35, 36, 40-42) zur getrennten Eingabe mehre­ rer durch Verarbeitung der Vibrationskomponenten in den Frequenzbereichen durch die geteilten Verarbeitungs­ schaltungen (3a, 26a; 3a, 26b) erzeugter Löschsignale in die Löschvibrationsgeneratoren (43-45).
5. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mehrere den verschiedenen Frequenzbereichen entsprechende zweite Sensoranord­ nungen (49-51).
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