DE4306638A1 - Vorrichtung zur Verringerung von Raumgeräuschen, die für ein Fahrgastabteil eines Fahrzeuges anwendbar ist - Google Patents

Vorrichtung zur Verringerung von Raumgeräuschen, die für ein Fahrgastabteil eines Fahrzeuges anwendbar ist

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DE4306638A1
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Tsutomu Hamabe
Kazuhiro Doi
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Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung von periodischen Geräuschen, die von einer Ge­ räuschquelle in ein Fahrgastabteil eines Fahrzeugs übertra­ gen wird, durch Erzeugen von Steuerungsgeräuschen für eine Interferenz mit den übertragenen, periodischen Geräuschen.
Zum Beispiel legt das britische Patent Nr. 2 149 614, das am 12. Juni 1985 veröffentlicht wurde, eine herkömmliche Geräuschverringerungsvorrichtung zur Verwendung in Fahrgast­ abteilen von Flugzeugen oder ähnlichen Räumen offen. Die herkömmliche Geräuschverringerungsvorrichtung ist anwendbar zur Reduktion von Geräuschen, die von einer einzigen Ge­ räuschquelle mit einer Fundamentalfrequenz f0 und ihren hö­ heren harmonischen f1 bis fn übertragen werden. Die Ge­ räuschquelle ist ein Motor oder dergleichen, der außerhalb eines wie oben beschriebenen Raumes angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Mikrophonen sind an verschiedenen Stellen in­ nerhalb des Raumes zum Feststellen der darauf wirkenden Schalldrücke angeordnet. Um Steuerungsgeräusche zur Interfe­ renz mit den übertragenen Geräuschen zu bilden, ist eine Mehrzahl von Lautsprechern an verschiedenen Stellen inner­ halb des Raumes angeordnet. Die Lautsprecher werden von Treibersignalen mit Frequenzen mit zu den Frequenzen f0 bis fn der übertragenen Geräusche umgekehrten Phasen angetrie­ ben, um die übertragenen Geräusche auszulöschen. Ein "WIDROW LMS"-Algorithmus, der für mehrfache Kanäle entwickelt wurde, wird zum Treiben der Lautsprecher verwendet. Der "WIDROW LMS"-Algorithmus ist in einem 1975 in PROCEEDINGS OF THE IEEE, Band 63, Seite 1692 mit dem Titel "Adaptive Noise Can­ cellation: Principles and Applications" erschienenen Artikel beschrieben. Der "WIDROW LMS"-Algorithmus, der für mehrfache Kanäle entwickelt wurde, ist in einem 1987 in IEEE TRANS. ACOUST., SPEECH, SIGNAL PROCESSING, Band ASSP-35, Seiten 1423-1434 mit dem Titel "A MULTIPLE ERROR LMS ALGORITHM AND ITS APPLICATION TO THE ACTIVE CONTROL OF SOUND AND VIBRA­ TION" veröffentlichten Artikel beschrieben.
Der LMS-Algorithmus (Algorithmus der kleinsten Quadrate) ist einer von zur Verwendung bei der Auffrischung von Fil­ terkoeffizienten in adaptiven, digitalen Filtern geeigneten Algorithmen. Zum Beispiel werden in einem sogenannten Mehr­ fach-Fehler-X-gefilterten LMS-Algorithmus alle Transferfunk­ tionsfilter, die nach den Transferfunktionen zwischen den Lautsprechern und den Mikrophonen modelliert sind, für alle Lautsprecher-Mikrophon-Kombinationen eingestellt. Die Fil­ terkoeffizienten jedes der digitalen Filter mit variablen Filterkoeffizienten werden derart aufgefrischt, daß der Wert einer vorgegebenen Leistungsfunktion, die auf der Basis der Restgeräuschpegel, die von den jeweiligen Mikrophonen fest­ gestellt wird, berechnet wird, unter Verwendung des Refe­ renzsignals, das den Geräuscherzeugungszustand der Geräusch­ quelle angibt und für das Filter bearbeitet wurde, reduziert wird.
Bei der herkömmlichen Geräuschverringerungsvorrichtung wird jedoch das Referenzsignal, das den Geräuscherzeugungs­ zustand angibt, in der Form eines kontinuierlichen Signals, wie etwa einer Sinuswelle, genommen. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, eine große Anzahl von Berechnungen bei den Faltungsberechnungen für das Referenzsignal und die Trans­ ferfunktionsfilter und bei den Faltungsberechnungen für das Referenzsignal und die adaptiven, digitalen Filter zu wie­ derholen. Die erforderlichen Berechnungen umfassen das Mul­ tiplizieren der Reihen von Werten, die durch Abtasten des kontinuierlichen Signals an Intervallen mit vorgegebener Zeit erhalten werden, und der Filterkoeffizienten der Transferfunktion und der adaptiven, digitalen Filter und das Multiplizieren der multiplizierten Ergebnisse.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Geräuschverringerungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die vereinfachte Berechnungen verwenden kann, um sehr schnelle Geräuschverringerungen durchzuführen.
Diese und weitere Aufgaben werden durch die in den bei­ gefügten Patentansprüchen definierte Vorrichtung gelöst.
Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Verringerung periodischer Geräusche, die von einer Geräusch­ quelle in ein Fahrgastabteil eines Fahrzeugs übertragen wer­ den, bereitgestellt. Die Geräuschverringerungsvorrichtung umfaßt Steuerungsgeräuschquellen zur Erzeugung von Steue­ rungsgeräuschen in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs, Refe­ renzsignalerzeugsvorrichtungen zum Erzeugen eines Referenz­ signals in der Form einer Impulsreihe mit derselben Periode wie die Geräusche, Restgeräuschdetektionsvorrichtungen zum Feststellen von Restgeräuschen an vorgegebenen Positionen in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs, Transferfunktionsfilter, die entsprechend Transferfunktionen zwischen den Steuerungs­ geräuschquellen und den Restgeräuschdetektionsvorrichtungen modelliert sind, verarbeitete Referenzsignalerzeugungsvor­ richtungen zum Falten der Transferfunktionsfilter mit dem Referenzsignal, um verarbeitete Referenzsignale zu erzeugen, adaptive, digitale Filter mit variablen Filterkoeffizienten, Treibersignalerzeugungsvorrichtungen zum Falten der adapti­ ven, digitalen Filter mit dem Referenzsignal zum Erzeugen von Treibersignalen, um die Steuerungsgeräuschquellen zu be­ treiben, und adaptive Verarbeitungsvorrichtungen zum Auffri­ schen der Filterkoeffizienten der jeweiligen adaptiven Fil­ ter auf der Basis der verarbeiteten Referenzsignale und der Restgeräusche, um die Geräusche in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs zu reduzieren.
Die Treibersignalerzeugungsvorrichtungen falten die ad­ aptiven, digitalen Filter mit dem Referenzsignal, um Trei­ bersignale zum Betreiben der Steuerungsgeräuschquellen zu erzeugen. Also erzeugen die Steuerungsgeräuschquellen Steue­ rungsgeräusche, die mit den von der Geräuschquelle übertra­ genen Geräuschen verbunden sind. Direkt nach Beginn der Ge­ räuschverringerungssteuerung würden die Filterkoeffizienten der jeweiligen adaptiven, digitalen Filter nicht zu Werten, die zur Minimierung der Geräusche in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs geeignet sind, konvergieren. Die verarbeiteten Re­ ferenzsignalerzeugungsvorrichtungen falten die Transferfunk­ tionsfilter mit dem Referenzsignal, um verarbeitete Refe­ renzsignale zu erzeugen. Die adaptiven Verarbeitungsvorrich­ tungen frischen die Filterkoeffizienten des jeweiligen adap­ tiven, digitalen Filters basierend auf den verarbeiteten Re­ ferenzsignalen und den von den Restgeräuschdetektionsvor­ richtungen festgestellten Restgeräuschen so auf, daß die Ge­ räusche in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs reduziert wer­ den. Als Ergebnis löschen die von den Steuerungsgeräusch­ quellen erzeugten Steuerungsgeräusche diese Geräusche. Das von den Referenzsignalerzeugungsvorrichtungen erzeugte Refe­ renzsignal liegt in der Form einer Impulsreihe mit derselben Periode wie die von der Geräuschquelle übertragenen Geräu­ sche vor. Die Antworten der Transferfunktionsfilter oder der adaptiven, digitalen Filter bezüglich jedes dieser Impulse sind Impulsantworten und entsprechen daher den Filterkoeffi­ zienten der Transferfunktionsfilter oder der adaptiven, di­ gitalen Filter. Folglich können die verarbeiteten Referenz­ signalerzeugungsvorrichtungen und die Treibersignalerzeu­ gungsvorrichtungen Faltungsberechnungen einfach durch Auf­ summieren der Filterkoeffizienten durchführen.
Vorzugsweise umfaßt die Geräuschverringerungsvorrichtun­ gen außerdem Geräuschperiodendetektionsvorrichtungen zum Feststellen der Periode der von der Geräuschquelle erzeugten Geräusche und erste Filterlängenänderungsvorrichtungen zum Ändern der Filterlängen der jeweiligen Transferfunktionsfil­ ter auf der Basis der festgestellten Geräuschperiode. Die Informationsmenge über vergangene Impulsantworten, die für die Faltungsberechnungen erforderlich ist, kann verringert werden, wenn zum Beispiel die Filterlängen der Transferfunk­ tionsfilter nicht zu lang verglichen mit der Periode der Ge­ räusche sind. Dies ist wirkungsvoll zur Verringerung der er­ forderlichen Anzahl von für die Faltungsberechnungen durch­ geführten Additionsvorgänge.
Vorzugsweise umfaßt die Geräuschverringerungsvorrichtung außerdem zweite Filterlängenänderungsvorrichtungen zum Än­ dern der Filterlängen der jeweiligen adaptiven, digitalen Filter basierend auf den festgestellten Geräuschperioden. Keine Information über vergangene Impulsantworten wird für die Faltungsberechnungen in den Treibersignalerzeugungsvor­ richtung benötigt, wenn zum Beispiel die Filterlängen der adaptiven, digitalen Filter gleich der Periode der Geräusche sind. Daher können die Treibersignalerzeugungsvorrichtungen die Treibersignale bloß durch Ausgabe der Filterkoeffizien­ ten der adaptiven, digitalen Filter in Synchronität mit dem Referenzsignal erzeugen. Kein Addiervorgang ist in der Trei­ bersignalerzeugungsvorrichtung erforderlich.
Die vorliegende Erfindung wird in größerem Detail unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Geräuschverringerungs­ vorrichtung zeigt.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das zum Erklären der Funk­ tion der in der Geräuschverringerungsvorrichtung der Fig. 1 verwendeten Steuerungseinheit verwendet wird.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm zur Programmierung des in der Steuerungseinheit verwendeten, digitalen Computers.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zur Programmierung des in der Steuerungseinheit verwendeten, digitalen Computers.
Fig. 5 zeigt zwei zur Erklärung der Faltungsberechnungen des adaptiven, digitalen Filters und des Referenzsignals verwendete Wellenformen (A) und (B).
Fig. 6 zeigt zwei zur Erklärung der Faltungsberechnungen des Transferfunktionsfilters und des Referenzsignals verwen­ dete Wellenformen (A) und (B).
Fig. 7 zeigt sechs zur Erklärung des mit der kürzeren Geräuschperiode verbundenen Problems verwendete Wellenformen (A)-(F).
Fig. 8 zeigt vier zur Erklärung der Lösung des mit der kürzeren Geräuschperiode verbundenen Problems verwendete Wellenformen (A)-(D).
Die Fig. 9 und 10 sind Flußdiagramme zur Programmie­ rung des digitalen Computers, wie er in einer modifizierten Form der Steuerungseinheit der Erfindung verwendet wird.
Die Fig. 11 und 12 sind Flußdiagramme zur Programmie­ rung des digitalen Computers, wie er in einer weiteren, mo­ difizierten Form der Steuerungseinheit der Erfindung verwen­ det wird.
In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist eine Geräuschverringerungsvorrichtung entsprechend der vorliegen­ den Erfindung gezeigt. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug beschrieben, das von einem Paar von Vorderrädern 2a und 2b und einem Paar von Hinterrädern 2c und 2d getragen wird. Das gezeigte Kraftfahrzeug ist eines mit Frontmotor und Vorderradantrieb mit einem Fahrzeugkörper 3 und einem internen Verbrennungsmotor, der sich im vorderen Teil des Fahrzeugkörpers befindet. Eine Aufhängung ist zwi­ schen dem Fahrzeugkörper und jedem Rad vorgesehen. Der Motor 4 besitzt eine Motorwelle (nicht gezeigt), mit der ein Wel­ lenpositionssensor 5 verbunden ist, um eine Reihe von Wel­ lenpositionsimpulsen X zu erzeugen, die jeweils einem oder zwei Rotationsgraden der Motorwelle entsprechen und eine Wiederholungsrate besitzen, die direkt zur Motorgeschwindig­ keit proportional ist. Die Wellenpositionsimpulse X werden einer Steuerungseinheit 10 zugeführt. Der Fahrzeugkörper 3 ist so geformt, daß er ein Fahrgastabteil 6 (akustischer Raum) bildet, in dem linke und rechte Vordersitze S1 und S2 und linke und rechte Rücksitze S3 und S4 installiert sind.
Steuerungsgeräuschquellen sind an jeweils an den linken und rechten vorderen und hinteren Türen montiert. Die Steue­ rungsgeräuschquellen sind in der Form von Lautsprechern 7a, 7b, 7c und 7d in das Fahrgastabteil 6 gerichtet, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Steuerungsgeräuschquellen werden jeweils von Treibersignalen y1, y2, y3 und y4 angetrieben, die zu diesen von der Steuerungseinheit 10 zugeführt werden. Ein Paar von Restgeräuschdetektoren ist an den Kopfstützen jedes der Sitze S1, S2, S3 und S4 montiert. Die Restgeräuschdetektoren besitzen die Form von Mikrophonen 8a bis 8h. Jedes Mikrophon stellt einen darauf wirkenden Schalldruck fest und wandelt ihn in ein Restgeräuschsignal um. Die Restgeräuschsignale e1 bis e8 werden von den jeweiligen Mikrophonen 8a bis 8h der Steuerungseinheit 10 zugeführt.
Die Steuerungseinheit 10 kann einen digitalen Computer umfassen, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Nurlese­ speicher (ROM) und eine Ein/Ausgabesteuerungseinheit (I/O) umfaßt. Die zentrale Verarbeitungseinheit kommuniziert mit dem Rest des Computers über einen Datenbus. Die Ein/Ausgabesteuerungseinheit umfaßt einen Ana­ log/Digitalwandler, der Restgeräuschsignale e1 bis e8 von den jeweiligen Mikrophonen 8a bis 8h erhält und sie in digi­ tale Form zum Anlegen an die zentrale Verarbeitungseinheit umwandelt. Der Analog/Digitalumwandlungsprozeß wird auf Be­ fehl von der zentralen Verarbeitungseinheit, die den umzu­ wandelnden Eingangskanal auswählt, aus gestartet. Der Nurle­ sespeicher enthält das Programm zum Betreiben der zentralen Verarbeitungseinheit und enthält außerdem geeignete Daten in Nachschlagetabellen, die bei der Berechnung von gewünschten Werten der Treibersignale y1 bis y4 verwendet werden. Steue­ rungswörter, die gewünschte Treibersignalwerte angeben, wer­ den periodisch von der zentralen Verarbeitungseinheit zu den jeweiligen in der Eingabe/Ausgabesteuerungseinheit vorhan­ denen Digital/Analogwandlern übertragen. Die D/A-Wandler wandeln die empfangenen Steuerungswörter in Treibersignale y1 bis y4 zum Anlegen an die jeweiligen Lautsprecher 7a bis 7d um.
Die in der Steuerungseinheit 10 durchgeführten Funktio­ nen werden in Verbindung mit den folgenden Abschnitten im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben. Der Referenzsignaler­ zeugungsabschnitt 11 erhält das von dem Wellenpositionssen­ sor 5 zugeführte Wellenpositionssignal X und erzeugt ein Re­ ferenzsignal x mit einer Wiederholungsrate die gleich der der von dem Motor 4 auf der Basis des erhaltenen Wellenposi­ tionssignals X übertragenen Vibrationen ist. Die übertrage­ nen Vibrationen verursachen Geräusche in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs. Das Referenzsignal wird in der Form einer Reihe von Impulsen genommen, die jeweils einer 180°-Drehung der Motorwelle entsprechen, wenn die Geräuschquelle ein Vierzylinder-Viertaktmotor ist. Die Referenzsignalerzeugung wird auf der Basis des von dem Wellenpositionssensor 5 an die Steuerungseinheit 10 angelegten Wellenpositionssignals X durchgeführt. Der Periodendetektionssensor 12 erhält das von dem Wellenpositionssensor 5 zugeführte Wellenpositionssignal X und stellt die Periode N der von dem Motor 4 übertragenen Vibrationen auf der Basis des erhaltenen Wellenpositionssi­ gnals X fest. Der Treibersignalerzeugungsabschnitt 13 erhält das daran von dem Referenzsignalerzeugungsabschnitt 11 ange­ legte Referenzsignal x und faltet die adaptiven, digitalen Filter Wm (m = 1, 2 . . . M, wobei M die Anzahl der in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs vorhandenen Lautsprecher 7a bis 7d ist) mit dem erhaltenen Referenzsignal x, um Treibersi­ gnale y1 bis y4 zu erzeugen. Der verarbeitete Referenzsi­ gnalerzeugungsabschnitt 14 erhält das daran von dem Refe­ renzsignalerzeugungsabschnitt 11 angelegte Referenzsignal und faltet die Transferfunktionsfilter Cˆlm (l = 1, 2 . . . L, wobei L die Anzahl der in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs vorhandenen Mikrophone 8a bis 8h ist), die in der Form von endlichen Impulsantwortfunktionen der Transferfunktionen zwischen den Lautsprechern 7a bis 7d und den Mikrophonen 8a bis 8h modelliert sind, mit dem erhaltenen Referenzsignal x, um die verarbeiteten Referenzsignale rlm zu erzeugen. Der Transferfunktionsfilterspeicherungsabschnitt 15 stellt die Transferfunktionsfilter Cˆlm, die in dem verarbeiteten Refe­ renzsignalerzeugungsabschnitt 14 verwendet werden, auf der Basis der in dem Periodendetektionsabschnitt 12 festgestell­ ten Periode N ein. Der r-Registerabschnitt 16 speichert zeitweise die daran von dem verarbeiteten Referenzsignaler­ zeugungsabschnitt 14 angelegten verarbeiteten Referenzsi­ gnale rlm. Der adaptive Verarbeitungsabschnitt 17 erhält die verarbeiteten Referenzsignale rlm von dem r-Registerab­ schnitt 16 und auch die Restgeräuschsignale e1 bis e8, die an diesen jeweils von den Mikrophonen 8a bis 8h angelegt werden, und frischt die Filterkoeffizienten Wml der jeweili­ gen adaptiven, digitalen Filter Wm, die in dem Treibersi­ gnalerzeugungsabschnitt 13 verwendet werden, auf der Basis der erhaltenen verarbeiteten Referenzsignale und der erhal­ tenen Restgeräuschsignale so auf, daß die Geräusche in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs verringert werden. Der adaptive Verarbeitungsabschnitt 17 verwendet einen Algorithmus klein­ ster Quadrate (LMS-Algorithmus), um die Filterkoeffizienten Wml der jeweiligen adaptiven, digitalen Filter auf zufri­ schen.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm für die Programmierung des in der Steuerungseinheit 10 verwendeten digitalen Computers. Das Computerprogramm beginnt bei Punkt 102 in Antwort auf ein Interruptsignal in der Form eines Impulses des Referenz­ signals x, das bei gleichmäßigen Rotationsintervallen der Motorwelle erzeugt wird. Bei Punkt 104 in dem Programm wird eine weitere Interruptdurchführung verhindert. Bei Punkt 106 verschiebt die zentrale Verarbeitungseinheit die Periodenin­ formation N(p), die aus einer Reihe von vergangenen Ge­ räuschperiodenwerten N(P)-N(1) besteht (siehe die Fig. 5A und 6A) wie folgt:
Die durch Klammern ( ) eingeschlossene und an N ange­ fügte Zahl gibt die Anzahl an, mit der die Periode N einge­ stellt wurde, bevor in dem augenblicklichen Ausführungszy­ klus des Programms ein neuer Wert dafür eingestellt wurde. Bei Punkt 108 in dem Programm verschiebt die zentrale Verar­ beitungseinheit die Filterinformation Cˆlm(p), die aus einer Reihe von vergangenen Transferfunktionswerten Cˆlm(P)-Cˆlm besteht (siehe die Fig. 6B und 6C) wie folgt:
Die durch Klammern ( ) eingeschlossene und an Cˆlm ange­ fügte Zahl gibt die Anzahl an, mit der das Transferfunkti­ onsfilter Cˆlm eingestellt wurde, bevor in dem augenblickli­ chen Ausführungszyklus des Programms ein neuer Wert dafür eingestellt wurde. Bei Punkt 110 in dem Programm wird k als der letzte Wert N(0) in dem Computerspeicher gespeichert. Bei Punkt 112 in dem Programm wird der Zählwert i eines I- Zählers auf Null gelöscht.
Bei Punkt 114 in dem Programm wird bestimmt, ob N(0) < T(i) oder nicht. T(i) ist einer der Schrittwerte, in die der mögliche Bereich der Periode N gleichmäßig unterteilt ist. Wenn die Antwort zu dieser Frage "ja" ist, geht das Programm zu Punkt 116, wo der I-Zähler um einen Schritt inkrementiert wird und geht dann zurück zu Punkt 114. Andernfalls bedeutet es, daß T(i) der neue Periodenwert N(0) ist, der im Com­ puterspeicher gespeichert ist, um einen Teil der Periodenin­ formation N(p) zu geben, und das Programm geht zu Punkt 118, wo ein neuer Wert Cˆlm(0) der Filterinformation wie folgt eingestellt wird:
Cˆlm(0) = Cˆmem,lm(i),
wobei Cˆmem,lm(i) ein vorgegebenes Transferfunktionsfil­ ter ist, das als Funktion der Periode N berechnet wird. Das vorgegebene Transferfunktionsfilter hat eine Filterlänge, die nicht zu lange verglichen mit der Periode N ist. Erfin­ dungsgemäß wird das Transferfunktionsfilter Cˆlm so einge­ stellt, daß seine Filterlänge nicht zu lange verglichen mit der Periode N ist. Bei Punkt 120 im Programm wird der Zähl­ wert k eines K-Zählers auf Null gelöscht. Bei Punkt 122 in dem Programm wird der Sperrzustand für eine weitere Inter­ ruptdurchführung aufgehoben. Danach geht das Programm zum Endpunkt 124.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm für die Programmierung des in der Steuerungseinheit 10 verwendeten digitalen Computers. Das Computerprogramm beginnt bei Punkt 202 in Antwort auf ein Interruptsignal in der Form eines von der Steuerungsein­ heit 10 erzeugten Treibersignals ym. Bei Punkt 204 in dem Programm wird eine weitere Interruptdurchführung gesperrt. Bei Punkt 206 in dem Programm wird der Wert des Treibersi­ gnals ym als Wmk initialisiert:
ym = Wmk,
wobei Wmk der k-te Filterkoeffizient des adaptiven, digita­ len Filters Wm ist. Also gibt der Anfangswert des Treibersi­ gnals ym, wie er bei Punkt 206 eingestellt wird, die Antwort des adaptiven, digitalen Filters Wm zum gegenwärtigen Zeit­ punkt k auf den letzten Impuls. Da der Zählwert k des K-Zäh­ lers bei Punkt 120 in dem Programm der Fig. 3 auf Null ge­ löscht wird, wird der Wert k auf Null gesetzt, wenn ein Im­ puls x(n) des Referenzsignals x erzeugt wird. Also gibt der Wert k die Anzahl der Durchführungen des Programms der Fig. 4 nach dem Erzeugen des Impulses x(n) des Referenzsignals an (siehe die Fig. 5A und 6A). Bei Punkt 208 in dem Programm wird der Zählwert u eines U-Zählers auf 1 gesetzt.
Bei Punkt 210 in dem Programm wird entschieden, ob
ist oder nicht, wobei die Filterlänge (maximale Abgriff­ zahl) des adaptiven, digitalen Filters Wm ist. Wenn die Ant­ wort auf diese Frage "ja" lautet, dann bedeutet das, daß die Antwort des adaptiven, digitalen Filter Wm auf den u Impulse zuvor erzeugten Impuls immer noch besteht, und das Programm geht zu Punkt 212, wo das Treibersignal wie folgt akkumu­ liert wird:
ym = ym + Wmq,
wobei Wmq die Antwort des adaptiven, digitalen Filters Wm auf den u Impulse zuvor erzeugten Impuls ist und q wie folgt gegeben ist:
Bei Punkt 214 in dem Programm wird der U-Zähler um einen Schritt inkrementiert. Danach geht das Programm zu Punkt 210 zurück.
Wenn die Antwort auf die bei Punkt 210 gestellte Frage "nein" ist, bedeutet das, daß die Antwort des adapti­ ven, digitalen Filters Wm auf den u Impulse zuvor erzeugten Impuls sich unterscheidet, und daher müssen die Faltungsbe­ rechnungen in dem Treibersignalerzeugungsabschnitt 13 durch­ geführt werden, und das Programm geht zu Punkt 216, wo das Treibersignal ym ausgegeben wird. Bei Punkt 218 in dem Pro­ gramm werden die Restgeräuschsignale e1 bis e8 in den Com­ puterspeicher eingelesen. Bei Punkt 220 in dem Programm wer­ den die Register rlm(I) bis rlm(1), die das verarbeitete, in den vergangen Prozessen erhaltene Referenzsignal rlm spei­ chern, wie folgt verschoben:
Bei Punkt 222 in dem Programm wird das Register rlm(0) wie folgt initialisiert:
rlm(0) = Cˆlmk(0),
wobei Cˆlmk(0) der k-te Filterkoeffizient des neuesten Transferfunktionsfilters Cˆlm(0) ist, das bei Punkt 118 in dem Programm der Fig. 3 eingestellt wurde, und die Antwort des Transferfunktionsfilters Cˆlm(0) zum gegenwärtigen Zeit­ punkt k auf den letzten Impuls ist. Bei Punkt 224 in dem Programm wird der U-Zähler um einen Schritt inkrementiert.
Bei Punkt 226 in dem Programm wird festgestellt, ob
ist, wobei len(Cˆlm(u)) die Filterlänge (Zahl der Abgriffe) des Transferfunktionsfilters Cˆlm(u) bezüglich des u Impulse zuvor eingegebenen Impulses ist. Wenn die Antwort auf diese Frage "ja" ist, bedeutet das, daß die Antwort des Transfer­ funktionsfilters Cˆlm(u) auf den u Impulse zuvor eingegebe­ nen Impuls immer noch bestehen bleibt, und das Programm geht zu Punkt 228, wo folgende Akkumulation für das Register rlm(0) durchgeführt wird:
rlm(0) = rlm(0) + Cˆlmq(u),
wobei q gegeben ist durch:
wobei Cˆlmq(u) die Antwort des Transferfunktionsfilters Cˆlm(u) auf den u Impulse zuvor eingegebenen Impuls ist. Bei Punkt 230 in dem Programm wird der U-Zähler um einen Schritt inkrementiert. Danach geht das Programm zu Punkt 226 zurück.
Wenn die Antwort auf die bei Punkt 226 eingegebene Frage "nein" ist, bedeutet das, daß die Antwort des adaptiven, di­ gitalen Filters Wm auf den u Impulse zuvor eingegebenen Im­ puls vor diesem Zeitpunkt anders war, und sind die Faltungs­ berechnungen in dem Treibersignalerzeugungsabschnitt 14 beendet, und das Programm geht zu Punkt 232. Bei Punkt 232 in dem Programm wird der LMS-Algorithmus verwendet, um die Filterkoeffizienten Wlm des jeweiligen adaptiven, digitalen Filters Wm wie folgt aufzufrischen:
wobei α der Konvergenzkoeffizient ist, der die Rate, mit der das Filter auf optimale Weise konvergiert, und zur Stabili­ tät der optimalen Filterkonvergenz beiträgt. Bei Punkt 234 in dem Programm wird der K-Zähler um einen Schritt inkremen­ tiert. Bei Punkt 236 in dem Programm wird der Sperrzustand für eine weitere Interruptdurchführung aufgehoben. Danach geht das Programm zum Endpunkt 238.
Der Vorgang ist folgender: Vibrationen werden vom Motor 4 übertragen und erzeugen Geräusche in dem Fahrgastabteil 6 des Fahrzeugs. Die Steuerungseinheit 10 erhält das Wellenpo­ sitionssignal X, das zu dieser von dem Wellenpositionssensor 5 zugeführt wird, und erzeugt ein Referenzsignal x, das aus einer Impulsreihe mit einer Periode gleich der Periode der in dem Fahrgastabteil des Fahrzeuges erzeugten Geräusche hat (Referenzsignalerzeugungsabschnitt 11). Die Steuerungsein­ heit 10 erzeugt Treibersignale y1 bis y4 durch Falten des adaptiven, digitalen Filters Wm mit dem Referenzsignal x (Treibersignalerzeugungsabschnitt 13). Die Lautsprecher 7a bis 7d werden von den jeweiligen Treibersignalen y1 bis y4 betrieben und erzeugen Steuerungsgeräusche in dem Fahrgast­ abteil 6 des Fahrzeugs. Da die Filterkoeffizienten Wmi des jeweiligen adaptiven, digitalen Filters Wm nicht zu zur Minimierung der Geräusche geeigneten Werten direkt nach dem Beginn der Geräuschverringerungssteuerung konvergieren, wür­ den die Geräusche in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs 6 be­ stehen bleiben. Die Steuerungseinheit 10 verwendet das ver­ arbeitete Referenzsignal rlm, in das das Referenzsignal durch die Transferfunktionsfilter Cˆlm und die Restgeräusch­ signale e1 bis e8, die an diese durch die jeweiligen Mikro­ phone 8a bis 8h zum Auffrischen der Filterkoeffizienten Wml der jeweiligen adaptiven, digitalen Filter Wm entsprechend des LMS-Algorithmus angelegt werden (adaptiver Verarbei­ tungsabschnitt 17), wie in Verbindung mit dem Schritt bei Punkt 232 der Fig. 4 beschrieben, verarbeitet wird. Als Er­ gebnis konvergieren die Filterkoeffizienten Wml zu geeigne­ ten Werten, so daß die von den Lautsprechern 7a bis 7d er­ zeugten Steuerungsgeräusche die Restgeräusche in dem Fahr­ gastabteil 6 des Fahrzeugs löschen können.
Da das von dem Referenzsignalerzeugungsabschnitt 11 er­ zeugte Referenzsignal x in der Form einer Impulsreihe mit derselben Periode N wie die Geräusche vorliegt, wie in Fig. 5A gezeigt, entspricht die Antwort des adaptiven, digitalen Filters Wm auf jeden der Impulse des Referenzsignals x den Filterkoeffizienten Wlm des adaptiven, digitalen Filters Wm, wie in Fig. 5B gezeigt. Es ist daher möglich, Faltungsbe­ rechnungen des adaptiven, digitalen Filters Wm und des Refe­ renzsignals x lediglich durch Aufsummieren der Filterkoeffi­ zienten Wmk zu einem Abtastzeitpunkt k in den Schritten der Punkte 206 bis 214 in Fig. 4 durchzuführen, wobei die Fil­ terkoeffizienten Wmk den bestehen bleibenden Antworten der adaptiven, digitalen Filter entsprechen. Da das Referenzsi­ gnal x in der Form einer Impulsreihe vorliegt, wird jedoch kein Treibersignal ym im späteren Halbzyklus der Periode N der Geräusche erzeugt, wenn die Geräuschperiode N lang ist und die Filterlänge des adaptiven, digitalen Filters Wm zu kurz ist oder die Abgriffzahl zu klein ist. Es ist daher er­ forderlich, die Filterlänge des adaptiven, digitalen Filters Wm auf einen geeigneten, hohen Wert einzustellen. Da das Re­ ferenzsignal x in der Form einer Impulsreihe mit derselben Periode wie die Geräusche für die Faltungsberechnungen des Referenzsignals x und das Transferfunktionsfilter Cˆlm vor­ liegt, wie in Fig. 6A gezeigt, entspricht die Antwort des Transferfunktionsfilters Cˆlm auf jeden der Impulse des Re­ ferenzsignals x dem Filterkoeffizienten Cˆlmk(p) des Trans­ ferfunktionsfilters Cˆlm. Es ist daher möglich, Faltungsbe­ rechnungen des Transferfunktionsfilters Cˆlm und des Refe­ renzsignals x lediglich durch Aufsummieren der Filterkoeffi­ zienten Cˆlmk(p) zu einem Abtastzeitpunkt k in den Schritten der Punkte 222 bis 230 in Fig. 4 durchzuführen, wobei die Filterkoeffizienten Cˆlmk(p) den bestehen bleibenden Antwor­ ten der adaptiven, digitalen Filter entsprechen.
Da die Faltungsberechnungen des Referenzsignals x, des adaptiven, digitalen Filters Wm und des Transferfunktions­ filters Cˆlm einfach durch Additionsvorgänge durchgeführt werden können, können die erforderlichen Treibersignalbe­ rechnungen vereinfacht und mit einer höheren Rate durchge­ führt werden. Die Anzahl der in einer herkömmlichen Ge­ räuschverringerungsvorrichtung des Typs, der ein den Ge­ räuscherzeugungszustand angebendes Signal als Referenzsignal verwendet, benötigten Faltungsberechnungen ist folgende: Un­ ter der Annahme, daß die Abtastfrequenz des Referenzsignales x 1 kHz (oder seine Abtastperiode 1 ms), die Filterlänge (Zahl der Abgriffe J) 20, die Kanalanzahl (L · M) 8 (L = 4, M = 2) und die Filterlänge (Anzahl der Abgriffe I) des adap­ tiven, digitalen Filters Wm 6 beträgt, ist die Anzahl der erforderlichen Faltungsberechnungen für des Referenzsignals x und des Transferfunktionsfilters Cˆlm
J · L · M = 20 · 4 · 2 = 160,
und die Anzahl der erforderlichen Faltungsberechnungen des Referenzsignals x und des adaptiven, digitalen Filters Wm ist
I · M = 6 · 2 = 12.
Also beträgt die Gesamtzahl der erforderlichen Faltungsbe­ rechnungen
160 + 12 = 172.
Unter der Annahme, daß der Motor 4 ein normaler Vierzy­ lindermotor ist und daß die Motordrehzahl 1500 UpM beträgt, ist die Geräuschperiode 20 ms. Also ist die erforderliche Anzahl von Faltungsberechnungen des Referenzsignals x und des Transferfunktionsfilters Cˆlm in der erfindungsgemäßen Geräuschverringerungsvorrichtung
J · L · M/20 = 8.
Auch wenn die Motordrehzahl 1500 UpM beträgt, ist es notwendig die Steuerungsgeräusche über den gesamten Bereich einer Periode zu erzeugen, indem die Anzahl der Abgriffe des adaptiven, digitalen Filters Wm auf 20 eingestellt wird, was gleich der Geräuschperiode (20 ms) geteilt durch das Ab­ tastintervall (1 ms) ist, das heißt, die Intervalle, bei denen die Interruptdurchführung der Fig. 4 begonnen wird. Wenn die Zahl der Abgriffe des adaptiven, digitalen Filters Wm auf 20 eingestellt ist, ist es möglich, die Faltungsbe­ rechnungen des adaptiven Filters Wm und des Referenzsignals einfach durch Lesen der Filterkoeffizienten Wml des adapti­ ven, digitalen Filter Wm ohne Additionsvorgang durchzufüh­ ren. Also beträgt die Gesamtzahl der erforderlichen Berech­ nungen zwei, welches gleich der Anzahl M der Lautsprecher ist. Also beträgt die Gesamtzahl der für eine Motordrehzahl von 1500 UpM benötigten Faltungsberechnungen in diesem Aus­ führungsbeispiel
8 + 2 = 10.
Wenn die Motordrehzahl 4500 UpM beträgt, ist die Ge­ räuschperiode ungefähr 6,7 ms. Also beträgt die in der Ge­ räuschverringerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erforderliche Anzahl von Faltungsberechnungen des Transfer­ funktionsfilters Cˆlm und des Referenzsignals x
J · L · M/6,7 ≈ 24.
Die Geräuschperiode beträgt ungefähr 6,7 ms in den Fal­ tungsberechnungen des adaptiven, digitalen Filters Wm und des Referenzsignals x. Also sind Additionsvorgänge für zwei ver­ gangene Impulsantworten erforderlich, wenn die Anzahl der Abgriffe des adaptiven, digitalen Filters Wm 20 beträgt. Da eine Berechnung zum Lesen erforderlich ist und die Anzahl der Lautsprecher 2 beträgt, ist die Anzahl der erforderli­ chen Berechnungen
(2 + 1) · 2 = 6.
Also beträgt die Gesamtzahl der in der Geräuschverringe­ rungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei einer Motor­ drehzahl von 4500 UpM benötigten Faltungsberechnungen
24 + 6 = 30.
Wenn die Motordrehzahl 7500 UpM beträgt, ist die Ge­ räuschperiode 4 ms. Also beträgt die in der Geräuschverrin­ gerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erforderliche Anzahl von Faltungsberechnungen des Transferfunktionsfilters Cˆlm und des Referenzsignals x
J · L · M/4 = 40.
Die Geräuschperiode beträgt 4 ms in den Faltungsberech­ nungen des adaptiven, digitalen Filters Wm und des Referenz­ signals x. Also sind Additionsvorgänge für vier vergangene Impulsantworten erforderlich, wenn die Anzahl der Abgriffe des adaptiven, digitalen Filters Wm 20 beträgt. Da eine Be­ rechnung zum Lesen erforderlich ist und die Anzahl der Laut­ sprecher 2 beträgt, ist die Anzahl der erforderlichen Be­ rechnungen
(4 + 1) · 2 = 10.
Also beträgt die Gesamtzahl der in der Geräuschverringe­ rungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei einer Motor­ drehzahl von 7500 UpM benötigten Faltungsberechnungen
40 + 10 = 50.
Die Anzahl der für die Faltungsberechnungen des Refe­ renzsignals und des Transferfunktionsfilters Cˆlm erforder­ lichen Berechnungen nimmt mit abnehmender Geräuschperiode N zu. Der Grund dafür liegt darin, daß die für die Faltungsbe­ rechnungen erforderliche Information über das Transferfunk­ tionsfilter Cˆlm in der Zeit weiter zurückliegend berück­ sichtigt werden soll, wie in den Fig. 7B bis 7F gezeigt, wenn die Geräuschperiode N abnimmt, wie in Fig. 7A gezeigt. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel wird die Geräuschpe­ riode N in den Schritten bei den Punkten 112 bis 116 der Fig. 3 festgestellt. Dies bewirkt, daß die Anzahl der erfor­ derlichen Berechnungen um einen exzessiven Betrag zunimmt, wenn die Periode N abnimmt. Es wird nun angenommen, daß das Transferfunktionsfilter Cˆ, das genau die akustische Trans­ fercharakteristik zwischen den Lautsprechern und den Mikro­ phonen angibt, wie in Fig. 8A gezeigt ist. Normalerweise sollte das Transferfunktionsfilter Cˆ immer verwendet wer­ den. Es ist jedoch möglich, die Geräusche im gleichen Maße zu reduzieren, indem man das Transferfunktionsfilter Cˆ′ an­ stelle des Transferfunktionsfilters Cˆ verwendet, wenn die Frequenzcharakteristik in dem Frequenzband von fa bis fb der Frequenzcharakteristik (siehe Fig. 8B) des Transferfunkti­ onsfilters Cˆ′ eine geringere Anzahl von Abgriffen hat, wie in Fig. 8C gezeigt, und wenn die Geräuschfrequenzen in dem von fa bis fb reichenden Frequenzband liegen. Aus diesem Grund wird das Transferfunktionsfilter Cˆ′, das nicht so­ lange bezüglich der Periode N ist, wie in Fig. 8C gezeigt, in dem Schritt bei Punkt 118 der Fig. 3 eingestellt. Dies bewirkt eine gute Geräuschverringerung, ohne die Information über das Transferfunktionsfilter Cˆlm zu betrachten, die für Faltungsberechnungen in weiter zurückliegenden Zeiten erfor­ derlich ist, wie in den Fig. 7B bis 7F gezeigt. Es ist daher möglich, eine Zunahme der erforderlichen Berechnungen um ein extremes Ausmaß zu verhindern, wenn die Periode N ab­ nimmt.
In diesem Ausführungsbeispiel bilden der Wellenpositi­ onssensor 5 und der Referenzsignalerzeugungsabschnitt 11 die Referenzsignalerzeugungsvorrichtung. Der bearbeitete Refe­ renzsignalerzeugungsabschnitt 14 und die Schritte bei den Punkten 222 bis 230 der Fig. 4 bilden die bearbeitete Refe­ renzsignalerzeugungsvorrichtung. Der Treibersignalerzeu­ gungsabschnitt 13 und die Schritte bei den Punkten 206 bis 214 der Fig. 4 bilden die Treibersignalerzeugungsvorrich­ tung. Der adaptive Verarbeitungsabschnitt 17 und der Schritt bei Punkt 232 der Fig. 4 bilden die adaptive Verarbeitungs­ vorrichtung. Die Periodendetektionsvorrichtung 12 bildet die Periodendetektionsvorrichtung. Der Transferfunktionsfilter­ speicherabschnitt 15 und die Schritte bei den Punkten 112 bis 118 bilden die erste Filterlängenänderungsvorrichtung.
Die Fig. 9 und 10 zeigen Flußdiagramme einer modifi­ zierten Form für die Programmierung des in der Steuerungs­ einheit 10 verwendeten digitalen Computers. Das Computerpro­ gramm der Fig. 9 beginnt bei Punkt 302 in Antwort auf ein Interruptsignal in der Form eines Impulses des Referenzsi­ gnals x, das bei gleichmäßigen Rotationsintervallen der Mo­ torwelle erzeugt wird. Bei Punkt 304 in dem Programm wird eine weitere Interruptdurchführung verhindert. Bei Punkt 306 verschiebt die zentrale Verarbeitungseinheit die Periodenin­ formation N(p), die aus einer Reihe von vergangenen Ge­ räuschperiodenwerten N(P)-N(1) besteht (siehe die Fig. 5A und 6A) wie folgt:
Die durch Klammern ( ) eingeschlossene und an N ange­ fügte Zahl gibt die Anzahl an, mit der die Periode N einge­ stellt wurde, bevor in dem augenblicklichen Ausführungszy­ klus des Programms ein neuer Wert dafür eingestellt wurde. Bei Punkt 308 in dem Programm verschiebt die zentrale Verar­ beitungseinheit die Filterinformation Cˆlm(p), die aus einer Reihe von vergangenen Transferfunktionswerten Cˆlm(P)-Cˆlm besteht (siehe die Fig. 6B und 6C), wie folgt:
Die durch Klammern ( ) eingeschlossene und an Cˆlm ange­ fügte Zahl gibt die Anzahl an, mit der das Transferfunkti­ onsfilter Cˆlm eingestellt wurde, bevor in dem augenblickli­ chen Ausführungszyklus des Programms ein neuer Wert dafür eingestellt wurde. Bei Punkt 310 in dem Programm wird k als der letzte Wert N(0) in dem Computerspeicher gespeichert. Bei Punkt 312 in dem Programm wird der Zählwert i eines I- Zählers auf Null gelöscht.
Bei Punkt 314 in dem Programm wird bestimmt, ob N(0) < T(i) oder nicht. T(i) ist einer der Schrittwerte, in die der mögliche Bereich der Periode N gleichmäßig unterteilt ist. Wenn die Antwort zu dieser Frage "ja" ist, geht das Programm zu Punkt 316, wo der I-Zähler um einen Schritt inkrementiert wird und geht dann zurück zu Punkt 314. Andernfalls bedeutet es, daß T(i) der neue Periodenwert N(0) ist, der im Com­ puterspeicher gespeichert ist, um einen Teil der Periodenin­ formation N(p) zu geben, und das Programm geht zu Punkt 318, wo ein neuer Wert Cˆlm(0) der Filterinformation wie folgt eingestellt wird:
Cˆlm(0) = Cˆmem,lm(i),
wobei Cˆmem,lm(i) ein vorgegebenes Transferfunktionsfil­ ter ist, das als Funktion der Periode N berechnet wird. Das vorgegebene Transferfunktionsfilter hat eine Filterlänge, die nicht zu lange verglichen mit der Periode N ist. Erfin­ dungsgemäß wird das Transferfunktionsfilter Cˆlm so einge­ stellt, daß seine Filterlänge nicht zu lange verglichen mit der Periode N ist. Bei Punkt 320 im Programm wird der Zähl­ wert k eines K-Zählers auf Null gelöscht. Bei Punkt 322 in dem Programm wird die Filterlänge I des adaptiven, digitalen Filters Wm in der Geräuschperiode N(0) eingestellt. Bei Punkt 324 in dem Programm wird der Sperrzustand für eine weitere Interruptdurchführung aufgehoben. Danach geht das Programm zum Endpunkt 326.
Das Computerprogramm der Fig. 10 beginnt bei Punkt 402 in Antwort auf ein Interruptsignal in der Form eines von der Steuerungseinheit 10 erzeugten Treibersignals ym. Bei Punkt 404 in dem Programm wird eine weitere Interruptdurchführung gesperrt. Bei Punkt 406 in dem Programm wird der Wert des Treibersignals ym als Wmk initialisiert:
ym = Wmk,
wobei Wmk der k-te Filterkoeffizient des adaptiven, digita­ len Filters Wm ist. Also gibt der Anfangswert des Treibersi­ gnals ym, wie er bei Punkt 406 eingestellt wird, die Antwort des adaptiven, digitalen Filters Wm zum gegenwärtigen Zeit­ punkt k auf den letzten Impuls. Da der Zählwert k des K-Zäh­ lers bei Punkt 320 in dem Programm der Fig. 9 auf Null ge­ löscht wird, wird der Wert k auf Null gesetzt, wenn ein Im­ puls x(n) des Referenzsignals x erzeugt wird. Also gibt der Wert k die Anzahl der Durchführungen des Programms der Fig. 10 nach dem Erzeugen des Impulses x(n) des Referenzsignals an (siehe die Fig. 5A und 6A). Bei Punkt 408 in dem Pro­ gramm wird das Treibersignal ym ausgegeben. Bei Punkt 410 in dem Programm werden die Restgeräuschsignale e1 bis e8 in den Computerspeicher gelesen. Bei Punkt 412 in dem Programm wer­ den die Register rlm(I) bis rlm(1), die das verarbeitete, in den vergangen Prozessen erhaltene Referenzsignal rlm spei­ chern, wie folgt verschoben:
Bei Punkt 412 in dem Programm wird das Register rlm(0) wie folgt initialisiert:
rlm(0) = Cˆlmk(0),
wobei Cˆlmk(0) der k-te Filterkoeffizient des neuesten Transferfunktionsfilters Cˆlm(0) ist, das bei Punkt 118 in dem Programm der Fig. 3 eingestellt wurde, und die Antwort des Transferfunktionsfilters Cˆlm(0) zum gegenwärtigen Zeit­ punkt k auf den letzten Impuls ist. Bei Punkt 416 in dem Programm wird der U-Zähler um einen Schritt inkrementiert.
Bei Punkt 418 in dem Programm wird festgestellt, ob
ist, wobei len(Cˆlm(u)) die Filterlänge (Zahl der Abgriffe) des Transferfunktionsfilters Cˆlm(u) bezüglich des u Impulse zuvor eingegebenen Impulses ist. Wenn die Antwort auf diese Frage "ja" ist, bedeutet das, daß die Antwort auf das Trans­ ferfunktionsfilter Cˆlm(u) auf den u Impulse zuvor eingege­ benen Impuls immer noch bestehen bleibt, und das Programm geht zu Punkt 420, wo eine Integration für das Register rlm(0) durchgeführt wird:
rlm(0) = rlm(0) + Cˆlmq(u),
wobei q gegeben ist durch:
wobei Cˆlmq(u) die Antwort des Transferfunktionsfilters Cˆlm(u) auf den u Impulse zuvor eingegebenen Impuls ist. Bei Punkt 422 in dem Programm wird der U-Zähler um einen Schritt inkrementiert. Danach geht das Programm zu Punkt 418 zurück.
Wenn die Antwort auf die bei Punkt 226 eingegebene Frage "nein" ist, bedeutet das, daß die Antwort des adaptiven, di­ gitalen Filters Wm auf den u Impulse zuvor eingegebenen Im­ puls vor diesem Zeitpunkt anders war, und daher sind die Faltungsberechnungen in dem Treibersignalerzeugungsabschnitt 14 beendet, und das Programm geht zu Punkt 424. Bei Punkt 424 in dem Programm wird der LMS-Algorithmus verwendet, um die Filterkoeffizienten Wlm des jeweiligen adaptiven, digi­ talen Filters Wm wie folgt auf zufrischen:
wobei α der Konvergenzkoeffizient ist, der die Rate mitbe­ stimmt, mit der das Filter auf optimale Weise konvergiert, und zur Stabilität der optimalen Filterkonvergenz beiträgt. Bei Punkt 426 in dem Programm wird der K-Zähler um einen Schritt inkrementiert. Bei Punkt 428 in dem Programm wird der Sperrzustand für eine weitere Interruptdurchführung auf­ gehoben. Danach geht das Programm zum Endpunkt 430.
In dieser Modifikation wird der Filterkoeffizient Wmk, also die Antwort des adaptiven, digitalen Filters Wm auf den letzten Impuls als Treibersignal ym ausgegeben. Dies bewirkt die Beseitigung der Notwendigkeit von Additionsvorgängen bei den Faltungsberechnungen des adaptiven, digitalen Filters Wm und des Referenzsignals x. Es daher möglich, zu verhindern, daß die Anzahl der erforderlichen Berechnungen mit Abnahme der Periode N zunimmt. Auch wenn dieser Vorgang äquivalent zu einer Verkürzung der Filterlänge des adaptiven, digitalen Filters Wm ist, wird er keine Verschlechterung der Steuerung­ scharakteristik bewirken, da die Filterlänge des adaptiven, digitalen Filters Wm ein wenig länger eingestellt wird, um das Problem (daß in letzten Hälfte der Periode kein Treiber­ signal erzeugt wird), das durch die Tatsache bewirkt wird, daß das Referenzsignal x in der Form einer Impulsreihe vor­ liegt, zu verhindern. Bei einer verkürzten Filterlänge I kann die beim Auffrischen des Filterkoeffizienten Wml in dem Schritt bei Punkt 424 der Fig. 10 erforderliche Anzahl der Berechnungen verringert werden. Dies bewirkt eine höhere Rate in der Geräuschverringerungssteuerung. Der Schritt bei Punkt 322 der Fig. 9 und die Schritte bei den Punkten 406 und 408 der Fig. 10 bilden die zweite Filterlängenänderungs­ vorrichtung.
Die Fig. 11 und 12 zeigen Flußdiagramme einer weite­ ren, modifizierten Form der Programmierung des in der Steue­ rungseinheit verwendeten digitalen Computers. Diese Modifi­ kation ist zur Verringerung der von einem Klimaanlagenventi­ lator in den Fahrgastraum des Fahrzeugs übertragenen Geräu­ sche anwendbar. Da die Ventilatorgeschwindigkeit durch die Position des Klimaanlagenschalters bestimmt wird, kann die Periode der übertragenen Geräusche als eine Funktion der Po­ sition des Klimaanlagenschalters festgestellt werden.
Das Computerprogramm der Fig. 11 beginnt bei Punkt 502. Bei Punkt 504 in dem Programm wird eine weitere Interrupt­ durchführung verhindert. Bei Punkt 506 liest die zentrale Verarbeitungseinheit das Schalterpositionssignal SW, das die Position der Klimaanlage angibt. In Punkt 508 des Programmes wird die Geräuschperiode N auf der Basis des eingelesenen Wertes des Schalterpositionssignals SW festgestellt. Es ist möglich, die Geräuschverringerungsprozesse zu vereinfachen, wenn man annimmt, daß die Geräuschperiode konstant ist. Bei Punkt 510 in dem Programm wird die Filterlänge I des adapti­ ven, digitalen Filters Wm auf den Wert gleich der festge­ stellten Periode N eingestellt. Bei Punkt 512 in dem Pro­ gramm wird die Ordnung i des Grades der Geräuschperiode N entsprechend dem Schalterpositionssignal SW eingestellt.
Bei Punkt 514 in dem Programm wird ein neuer Wert Cˆlm(0) der Filterinformation wie folgt eingestellt:
Cˆlm(0) = Cˆmem,lm(i),
wobei Cˆmem,lm(i) ein vorgegebenes Transferfunktionsfil­ ter ist, das als Funktion der Periode N berechnet wird. Das vorgegebene Transferfunktionsfilter hat eine Filterlänge, die nicht zu lange verglichen mit der Periode N ist. Erfin­ dungsgemäß wird das Transferfunktionsfilter Cˆlm so einge­ stellt, daß seine Filterlänge nicht zu lange verglichen mit der Periode N ist. Bei Punkt 516 im Programm wird der Zähl­ wert k eines K-Zählers auf Null gelöscht. Bei Punkt 518 in dem Programm wird der Sperrzustand für eine weitere Inter­ ruptdurchführung aufgehoben. Danach geht das Programm zum Endpunkt 520.
Das Computerprogramm der Fig. 12 beginnt bei Punkt 602 in Antwort auf ein Interruptsignal in der Form eines von der Steuerungseinheit 10 erzeugten Treibersignals ym. Bei Punkt 604 in dem Programm wird eine weitere Interruptdurchführung gesperrt. Bei Punkt 606 in dem Programm wird der Wert des Treibersignals ym als Wmk initialisiert:
ym = Wmk,
wobei Wmk der k-te Filterkoeffizient des adaptiven, digita­ len Filters Wm ist. Bei Punkt 610 in dem Programm werden die Restgeräuschsignale e1 bis e8 in den Computerspeicher einge­ lesen. Bei Punkt 612 in dem Programm werden die Register rlm(I) bis rlm(1), die das verarbeitete, in den vergangenen Prozessen erhaltene Referenzsignal rlm speichern, wie folgt verschoben:
Bei Punkt 614 in dem Programm wird das Register rlm(0) wie folgt initialisiert:
rlm(0) = Cˆlmk(0),
wobei Cˆlmk(0) der k-te Filterkoeffizient des neuesten Transferfunktionsfilters Cˆlm(0) ist, das bei Punkt 514 in dem Programm der Fig. 11 eingestellt wurde, und die Antwort des Transferfunktionsfilters Cˆlm(0) zum gegenwärtigen Zeit­ punkt k auf den letzten Impuls ist. Bei Punkt 616 in dem Programm wird der U-Zähler um einen Schritt inkrementiert.
Bei Punkt 618 in dem Programm wird festgestellt, ob
k + uN < len(Cˆlm(u)),
ist, wobei len(Cˆlm(u)) die Filterlänge (Zahl der Abgriffe) des Transferfunktionsfilters Cˆlm(u) bezüglich des u Impulse zuvor eingegebenen Impulses ist. Wenn die Antwort auf diese Frage "ja" ist, bedeutet das, daß die Antwort auf das Trans­ ferfunktionsfilter Cˆlm(u) auf den u Impulse zuvor eingege­ benen Impuls immer noch bestehen bleibt, und das Programm geht zu Punkt 620, wo folgende Integration für das Register rlm(0) durchgeführt wird:
rlm(0) = rlm(0) + Cˆlmq(u),
wobei q gegeben ist durch:
wobei Cˆlmq(u) die Antwort des Transferfunktionsfilters Cˆlm(u) auf den u Impulse zuvor eingegebenen Impuls ist. Bei Punkt 622 in dem Programm wird der U-Zähler um einen Schritt inkrementiert. Danach geht das Programm zu Punkt 618 zurück.
Wenn die Antwort auf die bei Punkt 618 eingegebene Frage "nein" ist, bedeutet das, daß die Antwort des adaptiven, di­ gitalen Filters Wm auf den u Impulse zuvor eingegebenen Im­ puls vor diesem Zeitpunkt anders war, und daher sind die Faltungsberechnungen in dem Treibersignalerzeugungsabschnitt 14 beendet, und das Programm geht zu Punkt 624. Bei Punkt 624 in dem Programm wird der LMS-Algorithmus verwendet, um die Filterkoeffizienten Wlm des jeweiligen adaptiven, digi­ talen Filters Wm wie folgt aufzufrischen:
wobei α der Konvergenzkoeffizient ist, der die Rate bestimmt mitbestimmt, mit der das Filter auf optimale Weise konver­ giert, und zur Stabilität der optimalen Filterkonvergenz beiträgt. Bei Punkt 626 in dem Programm wird der K-Zähler um einen Schritt inkrementiert. Bei Punkt 628 in dem Programm wird der Sperrzustand für eine weitere Interruptdurchführung aufgehoben. Danach geht das Programm zum Endpunkt 630.
In dieser Modifikation bilden die Schritte bei den Punk­ ten 506 und 508 der Fig. 11 die Geräuschperiodendetektions­ vorrichtungen.
Auch wenn die Erfindung in Verbindung mit einer Ge­ räuschverringerungsvorrichtung zur Verringerung von von ei­ nem Motor oder einer in einem Fahrzeug installierten Klima­ anlage in ein Fahrgastabteil des Fahrzeugs übertragenen Ge­ räuschen beschrieben wurde, sollte festgestellt werden, daß die Erfindung natürlich auch auf andere periodische Geräu­ sche anwendbar ist, wenn ein Referenzsignal aus einer Im­ pulsreihe mit derselben Periode wie die Geräusche gebildet werden kann. Zum Beispiel kann eine aktive Geräuschverringe­ rungsvorrichtung zur Verringerung von von dem Getriebe in das Fahrgastabteil des Fahrzeugs übertragenen Geräuschen an­ geordnet werden. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Übertragungswellenrotationssignals und des Übertragungsgetriebepositionssignals gebildet werden. Die Geräuschverringerungsvorrichtung kann zur Verringerung von im Endreduktionsgetriebe erzeugten Geräuschen angeordnet werden. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Rotationssignals des Endreduktionsgetriebes und des Po­ sitionssignals des Endreduktionsgetriebes gebildet werden. Die Geräuschverringerungsvorrichtung kann angeordnet sein, die von der Antriebswelle übertragenen Geräusche zu verrin­ gern. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Antriebswellenrotationssignals geformt sein. Die Ge­ räuschverringerungsvorrichtung kann angeordnet sein, die von der Propellerwelle übertragenen Geräusche zu verringern. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Pro­ pellerwellenrotationssignals geformt sein. Die Geräuschver­ ringerungsvorrichtung kann angeordnet sein, die von dem Kli­ maanlagenkompressor übertragenen Geräusche zu verringern. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Klima­ anlagenkompressorrotationssignals geformt sein. Die Ge­ räuschverringerungsvorrichtung kann angeordnet sein, die von dem Kühlerlüfter übertragenen Geräusche zu verringern. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Küh­ lerlüfterrotationssignals geformt sein. Die Geräuschverrin­ gerungsvorrichtung kann angeordnet sein, die von dem Turbo­ lader übertragenen Geräusche zu verringern. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Turboladerrotati­ onssignals geformt sein. Die Geräuschverringerungsvorrich­ tung kann angeordnet sein, die von der Wasser- oder Ölpumpe übertragenen Geräusche zu verringern. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Pumpenrotationssignals geformt sein. Die Geräuschverringerungsvorrichtung kann an­ geordnet sein, die von der Lichtmaschine übertragenen Geräu­ sche zu verringern. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Lichtmaschinenrotationssignals geformt sein. Die Geräuschverringerungsvorrichtung kann angeordnet sein, die von den Rädern übertragenen Geräusche zu verrin­ gern. In diesem Fall kann das Referenzsignal auf der Basis des Radrotationssignals geformt sein.
Auch wenn die Erfindung in Verbindung mit dem Wellenpo­ sitionssignal als das mit dem Geräusch verbundenen Signal beschrieben wurde, ist selbstverständlich festzustellen, daß das mit dem Geräusch verbundene Signal in der Form eines synchron mit der Verbrennung in dem Motor 4 erzeugten Signa­ les vorliegen kann.

Claims (3)

1. Geräuschverringerungsvorrichtung zum Verringern von periodischen, von von einer Geräuschquelle in ein Fahrgast­ abteil eines Fahrzeugs übertragenen Geräuschen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie umfaßt,
Steuerungsgeräuschquellen (7a-7d) zum Erzeugen von Steuerungsgeräuschen in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs;
Referenzsignalerzeugsvorrichtungen (4, 5) zum Erzeugen eines Referenzsignals in der Form einer Impulsreihe mit der­ selben Periode wie die Geräusche;
Restgeräuschdetektionsvorrichtungen (8a-8h) zum Fest­ stellen von Restgeräuschen an vorgegebenen Positionen in dem Fahrgastabteil des Fahrzeugs;
Transferfunktionsfilter (Cˆlm), die entsprechend Trans­ ferfunktionen zwischen den Steuerungsgeräuschquellen und den Restgeräuschdetektionsvorrichtungen modelliert sind;
verarbeitete Referenzsignalerzeugungsvorrichtungen (14) zum Falten der Transferfunktionsfilter mit dem Referenzsi­ gnal, um verarbeitete Referenzsignale zu erzeugen;
adaptive, digitale Filter (Wm) mit variablen Filterkoef­ fizienten;
Treibersignalerzeugungsvorrichtungen (13) zum Falten der adaptiven, digitalen Filter mit dem Referenzsignal zum Er­ zeugen von Treibersignalen, um die Steuerungsgeräuschquellen zu betreiben; und
adaptive Verarbeitungsvorrichtungen (17) zum Auffrischen der Filterkoeffizienten der jeweiligen adaptiven Filter auf der Basis der verarbeiteten Referenzsignale und der Restge­ räusche, um die Geräusche in dem Fahrgastabteil des Fahr­ zeugs zu reduzieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt: Geräuschperiodendetektionsvorrich­ tungen (12) zum Feststellen der Periode der von der Ge­ räuschquelle erzeugten Geräusche und erste Filterlängenände­ rungsvorrichtungen (15) zum Ändern der Filterlängen der je­ weiligen Transferfunktionsfilter auf der Basis der festge­ stellten Geräuschperiode.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt: zweite Filterlängenänderungsvor­ richtungen zum Ändern der Filterlängen der jeweiligen adap­ tiven, digitalen Filter basierend auf den festgestellten Ge­ räuschperioden.
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