DE4334942A1 - Vorrichtung zur aktiven akustischen Schallkompensation in Hohlräumen eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven akustischen Schallkompensation eines Störschalls in Hohlräumen eines Kraftfahrzeuges mit einem Sensor, der ein dem Störschall im wesentlichen entsprechendes Sen­ sorsignal liefert und dessen Ausgang mit einem Eingang einer Adaptiven Digitalen Filtereinheit verbunden ist, und mit einem der Adaptiven Digitalen Filtereinheit nachgeschalteten Schallgeber zur Erzeugung eines Kompen­ sationsschalls.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 4 677 676 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung stellt ein akustisches System in einem Hohlraum dar, bei dem am Eingang des Hohlraums mittels eines Mikrofons ein Ein­ gangsschall erfaßt wird, der an ein Regelsystem, das beispielsweise ein Adaptives Digitales Filter (ADF) ent­ hält, zugeführt wird. Das Regelsystem analysiert den Eingangsschall, um einen Kompensationsschall zu erzeu­ gen, der über einen Lautsprecher in den Hohlraum abgege­ ben wird. Der Kompensationsschall, auch Antischall ge­ nannt, wird derart gebildet, daß er dem Eingangsschall entgegenwirkt, so daß der Eingangsschall zumindest na­ hezu ausgelöscht wird. Da eine vollständige Auslöschung des Eingangsschalls durch den Kompensationsschall auf­ grund von Ungenauigkeiten und Zeitverzögerungen im Re­ gelsystem oder in den verwendeten Sensoren bzw. Schall­ gebern meist nicht erreicht wird, wird der Restschall im Hohlraum erfaßt und ebenfalls dem Reglersystem zuge­ führt. Durch diese Rückführung des Restschalls wird eine Korrektur im Reglersystem vorgenommen, die zu einer bes­ seren Unterdrückung des Eingangsschalls führt als ohne Rückführung des Restschalls. Jedoch bleiben Ungenauig­ keiten im Regelsystem, insbesondere durch die zur Ana­ lyse des Eingangsschalls erforderliche Zeit, weiter bestehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur akti­ ven akustischen Schallkompensation mit einer Adaptiven Digitalen Filtereinheit als Reglersystem zu schaffen, bei dem der durch zu lange Auswertezeiten in der Adapti­ ven Digitalen Filtereinheit bedingte Restschall zwischen dem Eingangsschall und dem Kompensationsschall minimiert wird. Insbesondere soll die Zeitdauer zur Erzeugung ei­ nes zur Auslöschung des Eingangsschalls bzw. Störschalls optimalen Kompensationsschallsignals in der Adaptiven Digitalen Filtereinheit verkürzt werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zwischen dem Ausgang des Sensors, der z. B. die in die Karosserie eingeleiteten Schall-Störungen als Eingangs­ signal erfaßt und ein entsprechendes Sensorsignal ab­ gibt, und dem Eingang des Regelsystems bzw. der Adap­ tiven Digitalen Filtereinheit wird eine Amplituden­ glättungseinheit zwischengeschaltet, die für jeden Frequenzanteil des Eingangssignals bzw. Sensorsignals im wesentlichen die gleiche Amplitude erzeugt.

Hintergrund dieser erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe ist, daß beim Stand der Technik die Adaptive Digitale Filtereinheit Frequenzanteile des Sensorsignals zunächst in Abhängigkeit von ihrer Amplitude bewertet, wenn bei­ spielsweise stochastische Gradientenverfahren als Regelalgorithmen verwendet werden. Dadurch verlängert sich die Auswertezeit zur Erkennung derjenigen Frequenz­ anteile des Sensorsignals, die gegenüber anderen Frequenzanteilen eine geringere Amplitude aufweisen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Sensorsignal derart vorverarbeitet, daß die Adaptive Digitale Fil­ tereinheit, ähnlich einem weißen Rauschen, ein frequenz­ breitbandiges Signal mit im gesamten Frequenzbereich in etwa gleichen Amplituden erhält. Dies ist notwendig, da die im Adaptiven Digitalen Filter üblicherweise verwen­ deten stochastischen Gradientenverfahren (beispielsweise Least-Mean-Square LMS-Verfahren) bei Eingangssignalen, die kein flaches Spektrum besitzen, gewöhnlich nur sehr langsam konvergieren.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist der. Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Erfindungsgemäß bildet die Amplitudenglättungseinheit im wesentlichen die inverse, vorzugsweise zeitabhängige Au­ tokorrelationsfunktion des Sensorsignals.

Beispielsweise bildet die Amplitudenglättungseinheit da­ bei zunächst mittels adaptiver Systemerkennung ein Mo­ dell der aufgrund der möglichen Instationarität zeitabhängigen Autokorrelationsfunktion des Sensorsi­ gnals. Dieses Modell, das die statistischen Signaleigen­ schaften beinhaltet, wird in ein Filter übertragen. Das mit diesem Filter gewichtete Sensorsignal wird von dem momentanen Sensorsignal subtrahiert. Dadurch ergibt sich am Ausgang der Amplitudenglättungseinheit ein Signal, das als Filterung des Sensorsignals mit seiner inversen zeitabhängigen Autokorrelationsfunktion betrachtet wer­ den kann. Die Amplitudenglättungseinheit beinhaltet so­ mit im wesentlichen die Bestimmung der inversen, zeitab­ hängigen Autokorrelationsfunktion. Durch diese erfin­ dungsgemäße Vorrichtung wird eine breitbandige Nivellie­ rung der Frequenzanteile des Sensorsignals besonders einfach erreicht, da dazu bereits bekannte, bei­ spielsweise elektronische Bauteile eingesetzt werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. Sie zeigt eine erfindungsgemäße Vor­ richtung mit der Darstellung einer Amplitudenglättungs­ einheit, die die Invertierung der Autokorrelationsfunk­ tion beinhaltet.

Das Sensorsignal x₁, das beispielsweise durch Uneben­ heiten auf der Fahrbahn 7 entsteht und über Fahrzeug- Schwingungssysteme an Fahrzeughohlräume, wie insbeson­ dere den Kraftfahrzeuginnenraum 6, übertragen wird, führt wie hier dargestellt im Kraftfahrzeuginnenraum 6 zu einem Störschall x₂. Dieser Störschall x₂ soll durch die erfindungsgemäße aktive akustische Schallkompen­ sationsvorrichtung unterdrückt bzw. ausgelöscht werden.

Hierzu wird mittels eines Sensors 51 ein dem Störschall x₂ korreliertes Eingangsstörsignal bzw. Sensorsignal x₁, beispielsweise aus den Beschleunigungssignalen an Achs- oder Karosseriepunkten oder aus am Ort des Störschalls x₂ gemessenen akustischen Signalen, gebildet. Dieses Sensorsignal x₁ ist mit einer Amplitudenglättungseinheit 1 verbunden. Der Ausgang der Amplitudenglättungseinheit 1, der das vorverarbeitete Sensorsignal x′ liefert, führt zu dem Eingang der Adaptiven Digitalen Filterein­ heit 4.

Der Ausgang der Adaptiven Digitalen Filtereinheit 4 führt zu einem Lautsprecher L. Der Lautsprecher L und ein Schallaufnehmer S2, dessen Ausgang an die Adaptive Digitale Filtereinheit 4 zurückgeführt ist, befinden sich im Inneren eines Hohlraumes, hier im Fahrzeuginnen­ raum 6, d. h. innerhalb der Fahrgastzelle eines Fahr­ zeugs.

Zur Kompensation der elektroakustischen Übertra­ gungsstrecke zwischen dem Ausgang der Adaptiven Digi­ talen Filtereinheit 4 und dem Schallaufnehmer S2 kann beispielsweise zusätzlich eine an sich bekannte Fil­ tered-X-Schaltung verwendet werden. Dazu ist das Aus­ gangssignal x′ der Amplitudenglättungseinheit 1 über eine Korrektureinheit 5 mit einer Multiplizierstelle verbun­ den. Der Ausgang der Multiplizierstelle führt an einen Kontrolleingang der Adaptiven Digitalen Filtereinheit 4. Mit der Multiplizierstelle ist weiterhin der Ausgang des Schallaufnehmers S2 verbunden.

Das vom Sensor S1 erfaßte Sensorsignal x₁ wird in der Amplitudenglättungseinheit 1 zunächst bezogen auf die Amplitude invertiert. Dabei wird eine inverse Autokorre­ lationsfunktion gebildet, mit der das Sensorsignal x₁ gewichtet und an die Adaptive Digitale Filtereinheit 4 weitergeleitet wird.

Dazu enthält in diesem Beispiel die Amplitudenglättungs­ einheit 1 eine Erkennungseinheit 3 und eine Modellein­ heit 2. In der Erkennungseinheit 3 wird zunächst die Autokorrelationsfunktion, insbesondere zeitabhängig, er­ kannt und zur Modelleinheit 2 kopiert, woraufhin die Am­ plitudenglättung insbesondere durch die Modelleinheit 2 durchgeführt wird. Die Erkennungseinheit 3 enthält z. B. die statistischen Signaleigenschaften, die an die Modelleinheit 2, das ein Filter sein kann, übertragen werden. Das mit der Modelleinheit 2 gewichtete Sensorsi­ gnal x₁ wird von dem momentanen Sensorsignal x₁ subtra­ hiert, wodurch sich aus dem Sensorsignal x₁ das amplitu­ dengeglättete Ausgangssignal x′ der Amplitudenglättungs­ einheit 1 ergibt.

Das derart vorverarbeitete Sensorsignal x₁ und somit das Ausgangssignal x′ der Amplitudenglättungseinheit 1 zeichnet sich dadurch aus, daß sämtliche Frequenzanteile des Ausgangssignals x′ im wesentlichen dieselbe Ampli­ tude aufweisen. Die Adaptive Digitale Filtereinheit 4 konvergiert auf diese Weise sehr schnell für alle Frequenzanteile des Ausgangssignals der Amplitudenglättungseinheit 1, um damit ein Kompensa­ tionssignal XL zu erzeugen, das über den Lautsprecher L als Kompensationsschall k zur breitbandigen Unter­ drückung des Störschalls x₂ im Hohlraum bzw. Fahr­ zeuginnenraum 6 abgestrahlt wird.

Beispielsweise durch Rundungsfehler oder durch einen sich sehr schnell ändernden Störschall x₂ kann ein Rest­ schall e zwischen dem Kompensationsschall k und dem Störschall x₂ entstehen. Dieser Restschall e wird von dem Schallaufnehmer S2 erfaßt, mit dem über die Korrektureinheit 5 korrigierten Ausgangssignal x′ der Amplitudenglättungseinheit 1 multipliziert und an die Adaptive Digitale Filtereinheit 4 zurückgeführt.

Der Restschall e wird durch die erfindungsgemäße Ampli­ tudenglättungseinheit 1 zur Nivellierung der Amplituden der Frequenzanteile des Sensorsignals x₁ breitbandig minimiert, da durch die schnellere Auswertezeit der Ad­ aptiven Digitalen Filtereinheit 4 auch der Schallanteil des Restschalls e vermindert wird, der bei bekannten Sy­ stemen aufgrund der Konvergenzeigenschaften der Ad­ aptiven Digitalen Filtereinheit 4 und der damit verbundenen längeren Auswertezeit nicht kompensierbar ist.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur aktiven akustischen Schallkompen­ sation eines Störschalls in Hohlräumen eines Kraftfahrzeuges mit einem Sensor, der ein dem Stör­ schall im wesentlichen entsprechendes Sensorsignal liefert und dessen Ausgang mit einem Eingang einer Adaptiven Digitalen Filtereinheit verbunden ist, und mit einem der Adaptiven Digitalen Filtereinheit nachgeschalteten Schallgeber zur Erzeugung eines. Kompensationsschalls, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Sensors (S1) und dem Ein­ gang der Adaptiven Digitalen Filtereinheit (4) eine Amplitudenglättungseinheit (1) zwischengeschaltet ist, die für jede Frequenzkomponente des Sensorsi­ gnals (x₁) im wesentlichen die gleiche Amplitude erzeugt.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Amplitudenglättungseinheit (1) im wesentlichen die inverse Autokorrelationsfunktion des Sensorsignals (x₁) bildet.