DE69119951T2 - Elektronisches Lärmdämpfungsverfahren und Gerät zur Anwendung dieses Verfahrens - Google Patents

Elektronisches Lärmdämpfungsverfahren und Gerät zur Anwendung dieses Verfahrens

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Die Erfindung befaßt sich mit einem elektronischen Schalldämpfungsverfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, und insbesondere befaßt sie sich mit einem solchen elektronischen Schalldämpfungsverfahren, welches elektronisch eine Dämpfung einer Schallwelle erzielt, die sich von einer Schallquelle in einem Bereich ausgebreitet hat, in welchem eine Schallwelle sich in einer dreidimensionalen Richtung ausbreiten kann, indem eine weitere Schallwelle phasenverschoben um etwa 180º erzeugt wird, welche den gleichen Schalldruck wie die ausgebreitete Schallwelle hat, um eine Interferenz zwischen den beiden Schallwellen in einem gegebenen Bereich innerhalb des vorstehend angegebenen Schallausbreitungsbereiches zu bewirken. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur elektronischen Schalldämpfung.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Üblicherweise wird bei einer elektronischen Schalldämpfungsvorrichtung der vorstehend genannten Art in einem gegebenen Bereich, innerhalb welchem ein Schall zu dämpfen ist, eine zusätzliche Schallwelle um etwa 180º phasenverschoben, welche den gleichen Schalldruck wie der zu dämpfende Schall hat, von einem Lautsprecher erzeugt, und ein Treibersignal zum Treiben der Lautsprecher wird durch einen adaptiven Lautsprecher nach Maßgabe der Eingänge von einem Sensormikrophon gebildet, welches zum Detektieren des Schalls und dergleichen dient, sowie nach Maßgabe des Ausgangs eines Fehlersensors, um den Interferenzschall zwischen dem Schall (Geräusch) und dem zusätzlichen Schall in dem gegebenen Schalldämpfungsbereich zu detektieren.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist es als Grundauslegungsform einer üblichen elektronischen Schalldämpfungsvorrichtung der vorstehend genannten Art bekannt, ein adaptives Digitalfilter 1 einzusetzen, welches ein Lautsprechertreibersignal y(n) nach Maßgabe eines Eingangs x(n) erzeugt. In Fig. 4 ist mit d(n) eine gewünschte Ansprechcharakteristik in einem Fehlersensor auf den Eingang x(n) bezeichnet, und e(n) gibt einen Fehlerausgang wieder, welcher mit Hilfe des Fehlersensors zu detektieren ist. Mit C ist eine Übertragungsfunktion von dem Sensor auf den Fehlersensor bezeichnet.
  • Das adaptive Digitalfilter 1 kann von einem FIR-Filter gebildet werden, welches eine variable Abgriffswichtung (Filterkoeffizienten) und einen adaptiven Algorithmus hat, um das FIR-Filter zu steuern. Der adaptive Algorithmus führt nach Maßgabe der Information des Eingangs x(n) und des Fehlerausgangs e(n) den Filterkoeffizienten des adaptiven Digitalfilters derart nach, daß die Energie des Fehlerausgangs e(n) unter gewissen Bewertungsstandardgrößen am kleinsten werden kann.
  • Der Ausgangs y(n) des adaptiven Digitalfilters 1 kann man dadurch erhalten, daß der Eingang x(n) und ein Filterkoeffizient wi konvolviert werden, und somit läßt sich der Ausgang y(n) durch die folgende Gleichung ausdrücken:
  • und der Fehlerausgang e(n) läßt sich durch folgendes ausdrükken:
  • Bei der Gleichung (2) bezeichnet r(n) ein Bezugssignal, welches ausgefiltert worden ist, und dieses läßt sich durch die folgende Gleichung darstellen:
  • Zur Vereinfachung werden folgende Vektorausdrücke R und W genommen:
  • dann läßt sich die vorstehende Gleichung (2) durch folgende Gleichung ausdrücken:
  • e (n) = d (n) + RT · W (4)
  • Wenn hier eine Standardabweichung (M S E: Mittleres Fehlerquadrat) mit (e(n)²) aufgefunden wird, dann erhält man aus der Gleichung (4) folgendes:
  • J = E [e(n)²]
  • = E [e(n)²] + 2 WT E [RT d(n)]
  • + WT E[RTR] W (5)
  • Hierdurch läßt sich zeigen, daß MSE eine quadratische Funktion des Filterkoeffizienten oder eine Funktion zweiten Grades des Filterkoeffizienten ist. Das Differential der quadratischen Funktion ist eine lineare Funktion, und wenn man daher das Differential mit 0 annimmt, läßt sich die Lösung mit dem minimalen Wert Jmin auffinden.
  • Nun wird bei einem FX-Algorithmus (gefilterter x LSM Algorithmus), bei dem es sich um einen Algorithmus in Form der Methode des steilsten Abstiegs handelt, ein momentanes Fehlerquadrat e(n)² selbst als Schätzfunktion von MSE J genommen, um die Schätzfunktion bzw. Schätzvariable des Gradienten ) von J aus der folgenden Gleichung zu erhalten:
  • Wenn man die vorstehende Gleichung nimmt, läßt sich der Filterkoeffizient des adaptiven Digitalfilters rekurrent aus der folgenden Gleichung aktualisieren:
  • wobei µ ein positiver Skalar ist, welcher als ein Parameter dient, um den Wert einer Korrekturgröße bei der jeweiligen Wiederholung zu überwachen. Die vorstehende Gleichung (7) bedeutet, daß die Filterkoeffizienten sequentiell in eine entgegengesetzte Richtung aktualisiert werden (in eine Richtung des steilsten Abstiegs einer Fehlerkurve) zu dem Garantienvektor ( ). Wenn diese sequentielle Aktualisierung fortgesetzt wird, dann nimmt wenigstens MSE einen minimalen Wert Jmin an, so daß der Filterkoeffizient den optimalen Wert haben kann.
  • Während bei dem vorstehenden FX-Algorithmus die Beschreibung für einen Fall vorgenommen wurde, bei dem die Anzahl der Fehlerausgänge e(n) eins ist, wird nunmehr auf einen Fall Bezug genommen, bei dem eine Mehrzahl von Fehlersensoren vorgesehen ist, und somit die Anzahl der Fehlerausgänge e(n) eine Mehrzahl ist, so daß man den gegebenen Bereich für den zu dämpfenden Schall ausweiten kann.
  • Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind zwei Lautsprecher S&sub1;, S&sub2; und zwei Fehlersensoren E&sub1;, E&sub2; angeordnet. Wenn die Filterkoeffizienten eines adaptiven Digitalfilters zur Ausgabe von Treibersignalen jeweils zum Betreiben der Lautsprecher S&sub1;, S&sub2; ausgedrückt werden als W&sub1;, W&sub2; jeweils, und die Fehlerausgänge der Fehlersensoren E&sub1;, E&sub2; ausgedrückt werden als e = (e&sub1;, e&sub2;), dann läßt sich der Gradient von J durch die folgende Gleichung ausdrücken:
  • Wenn eine Steuersystemkommunikationsfunktion zwischen dem Lautsprecher und dem Sensor ausgedrückt wird mit Clm, dann läßt sich ein Bezugssignal rlm (n), gebildet durch die Konvolution des Eingangs x (n) und Clm durch die folgende Gleichung ausdrücken:
  • wobei Clm nach Fig. 5 eine Kommunikationsfunktion zwischen einem Fehlersensor mit l rank und einem Lautsprecher mit m rank ist.
  • Wenn das Bezugssignal rlm durch die folgende Gleichung definiert ist, oder,
  • rlm = [rlm (n), rlm (n-1), . . . rlm (n - j + 1)]
  • dann läßt sich die vorstehend genannte Gleichung (8) durch folgende Gleichung ausdrücken:
  • Folglich lassen sich bei einem MEFX-Algorithmus (oder einem Mehrfachfehlerfilter x-Algorithmus) die Filterkoeffizienten nach Maßgabe der folgenden Gleichung aktualisieren:
  • Wn+1 = Wn - 2 µ RT e(n) (10)
  • Ein Beispiel eines üblichen elektronischen Geräuschdämpfungssystems mit einem derartigen Algorithmus ist in der PCT-Veröffentlichung der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. 1- 501344 (internationale Veröffentlichungs-Nr. W088/02912) angegeben.
  • Wie sich aus dem Vergleich zwischen den vorstehend angegebenen Gleichungen (7) und (10) ergibt, vergrößert sich der Ermittlungsaufwand bei dem MFEX-Algorithmus zum Aktualisieren der Filterkoeffizienten des adaptiven Digitalfilters nahezu proportional zu der Anzahl von Fehlersensoren (das heißt der Anzahl von Fehlerausgängen) und zusätzlich sind entsprechende Ermittlungen nach Maßgabe der Anzahl von Schallquellen und Lautsprechern erforderlich.
  • Aufgrund der vorstehend beschriebenen Verhältnisse sowie infolge der Restriktionen im Hinblick auf Kosten, das Leistungsvermögen der DSP Prozessoren und dergleichen ist der Einsatz des üblichen Geräuschdämpfungssystems im wesentlichen auf das Dämpfen von periodisch wiederkehrenden Schallerscheinungen oder pseudoperiodischen Schallerscheinungen begrenzt.
  • In EP-A-0 333 461 ist ein aktives akustisches Dämpfungssystem für ein nicht gleichmäßiges Schallfeld höherer Ordnung in einer Leitung angegeben. Unterschiedliche Sensorgruppen werden eingesetzt, um die verschiedenen Filter zu aktualisieren, wobei die Information vom jeweiligen Filter nicht optimal genutzt wird, da nur ein Filter berücksichtigt wird.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung zielt darauf ab, die bei elektronischen Geräuschdämpfungssystemen üblicher Art aufgefundenen Nachteile zu eliminieren.
  • Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein elektronisches Geräuschdämpfungsverfahren bereitzustellen, welches in großem Maße den Aufwand der Ermittlung reduzieren kann, welcher zur Aktualisierung der Filterkoeffizienten eines adaptiven Digitalfilters erforderlich sind, wenn eine Mehrzahl von Fehlersensoren eingesetzt wird, sowie eine Vorrichtung zur elektronischen Schalldämpfung bereitzustellen.
  • Gemäß einem Aspekt nach der Erfindung wird hierzu ein elektronisches Schalldämpfungsverfahren nach Anspruch 1 angegeben.
  • Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur elektronischen Schalldämpfung gemäß Anspruch 6 bereitgestellt.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 7 bis 10 beschrieben.
  • Nach der Erfindung wird bei dem Filterkoeffizienten-Aktualisierungsverfahren für jede Abtastung insbesondere der momentane Fehlerausgang eines gewissen Fehlersensors in Betracht gezogen. Da in anderen Worten ausgedrückt alle Informationen bezüglich dieses Fehlerausgangs bekannt sind, da die Information nach Maßgabe der Systemstruktur bestimmt ist, läßt sich der Filterkoeffizient des adaptiven Digitalfilters basierend auf dem Fehlerausgang ermitteln, und der Eingang gibt ein Geräusch bzw. eine Schallerscheinung an, und nach Maßgabe eines gegebenen Algorithmus läßt sich der so ermittelte Filterkoeffizient einsetzen, um den Filterkoeffizienten des adaptiven Digitalfilters zu aktualisieren. Bei der nächsten Abtastung wird dann ein weiterer Fehlersensor berücksichtigt, und ein ähnlicher Algorithmus wie zuvor angegeben wird ausgeführt. Dies bedeutet, daß die Fehlersensoren einzeln abgetastet werden, um hierdurch die Filterkoeffizienten zu aktualisieren (dies wird nachstehend mit "Fehlerabtastung" bezeichnet).
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nähere Einzelheiten, Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen in allen Figuren versehen sind, und in welcher gilt:
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer elektronischen Schalldämpfungsvorrichtung nach der Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Verhaltens der Filterkoeffizienten bei der Aktualisierung durch einen ES-Algorithmus nach der Erfindung;
  • Fig. 3 ist eine Ansicht eines Beispiels von Anordnungen von Fehlersensoren, bei denen eine Fehlerabtastung vorgenommen werden soll;
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Grundausführungsform eines elektronischen Schalldämpfungssystems gemäß üblicher Auslegungsform; und
  • Fig. 5 ist ein Blockdiagramm von Hauptteilen einer elektronischen Schalldämpfungsvorrichtung, welche zwei Lautsprecher und zwei Fehlersensoren umfaßt.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen eines elektronischen Schalldämpfungsverfahrens nach der Erfindung und einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
  • Zuerst unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer elektronischen Schalldämpfungsvorrichtung nach der Erfindung gezeigt, welche eine einzige Schallquelle, zwei Fehlersensoren und zwei sekundäre Schallwellenquellen (oder Lautsprecher) umfaßt.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt die elektronische Schalldämpfungsvorrichtung im wesentlichen ein Sensormikrophon 10, zwei adaptive Digitalfilter 21, 22, zwei Lautsprecher 31, 32, zwei Fehlersensoren 41, 42 und zwei Steuereinrichtungen 51, 52.
  • Das Sensormikrophon 10 wird eingesetzt, um einen Schall (Geräusch) von der Schallquelle zu detektieren und ein Signal auszugeben, welches den detektierten Schall durch einen Verstärker 12 und ein A/D-Wandler 14 wiedergibt, wobei dieses Signal an die adaptiven Digitalfilter 21, 22 und die Steuereinrichtung 51, 52 abgegeben wird.
  • Die Fehlersensoren 41 und 42 sind jeweils in einem gegebenen Bereich für die zu dämpfenden Schallerscheinungen angeordnet, und sie werden jeweils eingesetzt, um eine Schallwelle zu detektieren, die durch die Interferenz zwischen dem Schall von der Schallquelle und den zusätzlichen Schallwellen von den Lautsprechern 31, 32 erzeugt wird, und um ein Fehlersignal auszugeben, welches die Interferenzschallwelle wiedergibt, wobei dieses Fehlersignal über zwei Verstärker 43, 44 und zwei A/D-Wandler an die beiden Steuereinrichtungen 51, 52 abgegeben wird.
  • Die beiden Steuereinrichtungen 51 und 52 werden jeweils eingesetzt, um die Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1; für die jeweilige Abtastung nach Maßgabe eines Fehlerabtast(ES)Algorithmus zu ermitteln und auch die Filterkoeffizienten der adaptiven Digitalfilter 21, 22 mit Hilfe der so ermittelten Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1; jeweils zu aktualisieren. Die Steuereinrichtungen 51 und 52 umfassen jeweils Bezugssignalverarbeitungsteile 51A, 51B, 52, 52B und ES-Algorithmusausführungsteile bzw. ES-Algorithmusverarbeitungsteile 51C, 52C.
  • Die Bezugssignalverarbeitungsteile 51A, 51B, 52A und 52B werden jeweils von FIR-Digitalfiltern gebildet, welche die Filterkoeffizienten C&sub1;&sub1;, C&sub2;&sub1;, C&sub1;&sub2; und C&sub2;&sub2; haben und jeweils Übertragungsfunktionen bzw. Kommunikationsfunktionen zwischen den Lautsprechern 31, 32 und den Fehlersensoren 41, 42 wiedergeben. Auch bilden die Bezugssignalverarbeitungsteile 51A, 51B, 52A und 52B jeweils Bezugssignale R&sub1;&sub1;, R&sub2;&sub1;, R&sub2;&sub1; und R&sub2;&sub2; mit Hilfe von Konvolvierungsverarbeitungen unter Einsatz eines Eingangs X(n), welcher jeweils die Schallerscheinung wiedergibt, die sequentiell in einem gegebenen Zyklus abzutasten sind, und der Filterkoeffizienten C&sub1;&sub1;, C&sub2;&sub1;, C&sub1;&sub2; und C&sub2;&sub2; (siehe Gleichung (3)) und diese Bezugssignale R&sub1;&sub1;, R&sub2;&sub1;, R&sub2;&sub1; und R&sub2;&sub2; werden an die ES-Algorithmusverarbeitungsteile 51C und 52C abgegeben.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Operation führen die Bezugssignalverarbeitungsteile 51A, 52A und 52A, 52B die jeweilige Verarbeitung alternativ für die jeweilige Abtastung durch. Um den Koeffizienten C&sub1;&sub1; zu identifizieren, kann der Lautsprecher 31 zuvor durch ein pseudozufälliges Signal betrieben werden, und der Ausgang des FIR-Digitalfilters, in welchen das pseudozufällige Signal eingegeben wird, wird dann so behandelt, daß er mit dem Filterausgang des Fehlersensors 41 übereinstimmt. Die restlichen Filterkoeffizienten C&sub2;&sub1;, C&sub1;&sub2; und C&sub2;&sub2; werden zuvor auf ähnliche Art und Weise unter Bezugnahme auf den Filterkoeffizienten C&sub1;&sub1; identifiziert.
  • Das ES-Algorithmusverarbeitungsteil 51C wird eingesetzt, um den Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1; des adaptiven Digitalfilters 21 nach Maßgabe eines adaptiven Algorithmus (das heißt ES-Algorithmus) zu ermitteln, welcher in äquivalenter Weise eine Annäherung an den MEFX-Algorithmus darstellt, welcher durch die Gleichung (10) im Anpassungsprozeß hiervon gezeigt ist. Dies bedeutet, daß das ES-Algorithmusverarbeitungsteil 51C einen ES-Algorithmus nach Maßgabe der folgenden Gleichung und nach Maßgabe der vorstehend angegebenen Bezugssignale R&sub1;&sub1;, R&sub2;&sub1; und der Fehlersignale e&sub1;(n), e&sub2;(n) ausführt, welche in einem gegebenen Zyklus abgetastet werden.
  • In anderen Worten bedeutet dies, daß zu einem Zeitpunkt (n) einer gewissen Abtastung, wie dies mit der Gleichung (11) gezeigt ist, der Filterkoeffizient W&sub1;&sub1;(n+1) nach Maßgabe des Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1;(n), des Bezugssignals R&sub1;&sub1; und des Fehlersignals e&sub1;(n) und zu einem Zeitpunkt (n+1) der nächsten Abtastung durch die Gleichung (12) der Filterkoeffizient W&sub1;&sub1;(n+2) nach Maßgabe des Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1;(n+1), des Bezugssignals R&sub2;&sub1; und des Fehlersignals e&sub2;(n+1) ermittelt wird.
  • Wie vorstehend angegeben ist, berücksichtigt der ES-Algorithmus das Fehlersignal eines Fehlersensors für die jeweilige Abtastung und der zugeordnete Filterkoeffizient wird basierend auf dem Bezugssignal unter Zuordnung zu dem Fehlersignal und nach Maßgabe des FX-Algorithmus aktualisiert. Bei der nächsten Abtastung berücksichtigt der ES-Algorithmus dann das Fehlersignal des weiteren Fehlersensors und führt einen ähnlichen Aktualisierungsvorgang gemäß der voranstehenden Beschreibung aus.
  • Für einen MEFX-Algorithmus zur Aktualisierung des Filterkoeffizienten unter Einsatz einer Mehrzahl von Fehlersignalen e&sub1;(n), e&sub2;(n) zu ein und demselben Zeitpunkt wird die folgende Gleichung eingesetzt:
  • wobei der Ermittlungsumfang während einer Abtastperiode nahezu proportional zu der Anzahl von Fehlersensoren größer im Vergleich zu dem ES-Algorithmus wird, welcher durch die vorstehenden Gleichungen (11) oder (12) wiedergegeben ist.
  • Ferner läßt sich bei dem ES-Algorithmusverfahren eine Variable p, welche eine neue Zeit darstellt, durch die folgende Gleichung definieren:p = · n/2 , wobei · einen Integrationsvorgang darstellen. Als Folge hiervon lassen sich die Gleichungen (11) und (12) etwa durch die folgende Gleichung ausdrücken:
  • Es läßt sich leicht hieraus ersehen, daß die vorstehend genannte Gleichung (14) eine gute Annäherungsgleichung ist, um das Verhalten des ES-Algorithmusverfahrens zu verdeutlichen, vorausgesetzt, daß ein Schrittgrößenparameter klein genug gewählt wird. Die Gleichung (14) stimmt mit der MEFX überein, welche mit der Gleichung (13) wiedergegeben ist. Aus diesem Grunde ist unter der Bedingung, daß der Schrittgrößenparameter µ klein genug gewählt ist, zu ersehen, daß die Gleichung (14) sich konvergierend zu dem optimalen Filterkoeffizienten ähnlich wie die MEFX verhält.
  • Das ES-Algorithmusverarbeitungsteil 51C umfaßt Verarbeitungsteile 53, 54, 55 und einen Selektionsteil 56. Das Verarbeitungsteil 53 ermittelt den zweiten Term der rechten Seite der Gleichung (11) nach Maßgabe des Bezugssignals R&sub1;&sub1; und des Fehlersignals e&sub1;(n) zu einer gewissen Zeit (n) und dann gibt dieses Teil das Resultat zu dem Verarbeitungsteil 55 über das Selektionsteil 56 aus. Das Verarbeitungsteil 55 umfaßt ein Speicherteil zum Speichern des Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1;. Das Verarbeitungsteil 55 addiert zu dem Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1;, welcher in dem Speicherteil gespeichert ist, und einen Ausgang von dem Wählteil 56, um die resultierende Summe als einen neuen Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1;(n+1) zu speichern, und dann wird der Filterkoeffizient W&sub1;&sub1;(n+1) als Filterkoeffizient des adaptiven Digitalfilters 21 zum nächsten Zeitpunkt (n+1) übergeben, um hierdurch den Filterkoeffizienten des adaptiven Digitalfilters 21 zu aktualisieren.
  • Das Verarbeitungsteil 54 ermittelt zum nächsten Zeitpunkt (n+1) den zweiten Term der rechten Seite der Gleichung (12) nach Maßgabe folgender R&sub2;&sub1; und des Fehlersignals e&sub2;(n+1), und es gibt das Ergebnis an das Verarbeitungsteil 55 über das Selektionsteil 56 aus. In Abhängigkeit hiervon führt das Verarbeitungsteil 55 eine ähnliche Verarbeitung wie im vorstehend genannten Fall aus, um hierdurch den Filterkoeffizienten des adaptiven Digitalfilters 21 zu aktualisieren.
  • In ähnlicher Weise führt das weitere ES-Algorithmusausführungsteil 52C eine ähnliche Verarbeitung zu dem vorstehend genannten ES-Algorithmusverarbeitungsteil 51C aus, um hierdurch den Filterkoeffizienten des adaptiven Digitalfilters 22 zu aktualisieren.
  • Die adaptiven Digitalfilter 21 und 22 konvolvieren jeweils den Eingang X(n) und die Filterkoeffizienten W&sub1;&sub1; und W&sub2;&sub1;, um hierdurch Treibersignale zu erzeugen, und dann werden die Treibersignale über D/A-Wandler 23, 24 und Verstärker 25, 26 jeweils an die Lautsprecher 31 und 32 abgegeben.
  • Auf diese Weise lassen sich die Lautsprecher 31 und 32 betreiben, und die zusätzlichen Schallwellen, die von den Lautsprechern 31 und 32 erzeugt werden, treten in Interferenz mit dem Schall in einem gegebenen Bereich, in welchem die Fehlersensoren 41 und 42 angeordnet sind, so daß sich die Geräusche bzw. die Schallwellen dämpfen lassen.
  • Nunmehr erfolgt eine Beschreibung eines Konzepts bezüglich des Verhaltens des Filterkoeffizienten bei der Aktualisierung mittels der vorstehend genannten ES-Algorithmusmethode.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine graphische Darstellung gezeigt, um den Zusammenhang zwischen dem Filterkoeffizienten W (Filtergrad = erster Ordnung) zu verdeutlichen. Wie vorstehend angegeben ist, läßt sich MSE durch eine quadratische Funktion des Filterkoeffizienten W bzw. eine Funktion zweiter Ordnung des Filterkoeffizienten W darstellen.
  • Um hierbei den Filterkoeffizienten nach Maßgabe des MEFX-Algorithmus zu aktualisieren, kann der Filterkoeffizient basierend auf der Schätzgröße als örtlichen Gradienten einer Kurve A aktualisiert werden, welche J = E [e&sub1;²2 + e&sub2;²] wiedergibt, wodurch erreicht wird, daß der Filterkoeffizient sich allmählich dem optimalen Wert nach Maßgabe des minimalen Werts Jmin der Kurve A annähert.
  • Um andererseits den Filterkoeffizienten nach Maßgabe des ES- Algorithmus zu einem gewissen Zeitpunkt zu aktualisieren, kann der Filterkoeffizient basierend auf der Schätzgröße eines örtlichen Gradienten einer Kurve B aktualisiert werden, welche J&sub1; = E [e&sub1;²] wiedergibt. Zum nächsten Zeitpunkt kann der Filterkoeffizient basierend auf der Schätzgröße eines örtlichen Gradienten einer Kurve C aktualisiert werden, welche J&sub2; = E [e&sub2;²] wiedergibt. Für den folgenden Zeitpunkt können die Filterkoeffizienten sequentiell basierend auf den Schätzgrößen aktualisiert werden, indem eine Ermittlung durch Umschaltung alternativ zwischen den Kurven B und C erfolgt.
  • Wenn der Filterkoeffizient nach Maßgabe des ES-Algorithmus aktualisiert ist, dann erreicht MSE den minimalen Wert Jmin, und der Filterkoeffizient nimmt den optimalen Wert ähnlich wie bei dem Fall an, bei dem der Filterkoeffizient basierend auf der Kurve A aktualisiert wird.
  • Die Beschreibung erfolgte zuvor an Hand einer bevorzugten Ausführungsform einer elektronischen Geräuschdämpfungsvorrichtung, welche eine Schallquelle, zwei Fehlersensoren und zwei Lautsprecher umfaßt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anzahl der Schallquellen und die Anzahl der Lautsprecher beschränkt, vorausgesetzt, daß die Anzahl der Fehlersensoren zwei oder größer ist.
  • Auch ist die Anzahl der Fehlersensoren, welche für die jeweilige Abtastung eingesetzt werden, nicht auf eins beschränkt, sondern beispielsweise können nach Fig. 3 Fehlersensoren vorgesehen sein, welche in eine erste Fehlersensorgruppe, welche mit O gezeigt ist, und eine zweite Fehlersensorgruppe, welche mit X bezeichnet ist, unterteilt werden, und die ersten und die zweiten Fehlersensorgruppen können sequentiell abgetastet werden, um hierdurch die Filterkoeffizienten zu aktualisieren.
  • Ferner sei beispielsweise angenommen, daß die Anzahl der Fehlersensoren 4 ist (das heißt E1, E2, E3 und E4) und ein DSP-Chip den Filterkoeffizienten basierend auf der Information von zwei Fehlersensoren gleichzeitig nach Maßgabe des ES-Algorithmus nach der Erfindung ermitteln kann, dann lassen sich die vorstehend genannten vier Fehlersensoren in zwei Gruppen unterteilen, das heißt (E1, E2) und (E3, E4), und die unterteilten Fehlersensorgruppen können alternativ abgetastet werden, um hierdurch den Filterkoeffizienten zu aktualisieren.
  • Zusätzlich wird angenommen, daß der DSP-Chip den Filterkoeffizienten basierend auf der Information mit drei Fehlersensoren gleichzeitig nach Maßgabe des ES-Algorithmus nach der Erfindung ermitteln kann, dann können die vier Fehlersensoren auf folgende Weise unterteilt werden, und die unterteilten Fehlersensoren lassen sich sequentiell zur Aktualisierung des Filterkoeffizienten wie folgt abtasten:
  • 1.) (E1, E2, E3), (E4)
  • 2.) (E1, E2, E3) (E4, E1, E2), (E3, E4, E1) (E2, E3, E4)
  • 3.) (E1, E2, E3), (E2, E3, E4)
  • Die vorstehende Unterteilung 1.) verdeutlicht einen Fall, wenn vier Fehlersensoren in drei Fehlersensoren und einen Fehlersensor unterteilt werden. In diesem Fall erfüllt natürlich der DSP- Chip nicht 100% seines Leistungsvermögens, wenn der Filterkoeffizient basierend auf der Information bezüglich eines Fehlersensors ermittelt wird.
  • Die vorstehend genannte Unterteilung 2.) stellt einen Fall dar, wenn drei Fehlersensoren in gleicher Weise aus vier Fehlersensoren ausgewählt werden. In diesem Fall werden die zugeordneten Kombinationen von Fehlersensorgruppen sequentiell abgetastet, um hierdurch den Filterkoeffizienten zu aktualisieren. Vier Abtastungen umfassen eine Gesamtkombination der Fehlersensoren.
  • Die Unterteilung 3.) verdeutlicht den Fall, wenn drei Fehlersensoren in ungleicher Weise aus vier Fehlersensoren ausgewählt werden. In anderen Worten bedeutet dies, daß die Fehlersensoren E2 und E3 jedes Mal abgetastet werden, während die Fehlersensoren E1 und E4 nur bei jedem nächsten Mal abgetastet werden. Als Folge hiervon besitzen die Fehlersensoren E2 und E3 ein größeres Gewicht als die Fehlersensoren E1 und E4.
  • Die Verfahrensweise zur Unterteilung einer Mehrzahl von Fehlersensoren ist nicht auf die dargestellten bevorzugte Ausführungsform beschränkt, sondern es gibt zahlreiche Methoden, welche sich nach Maßgabe der Anzahl von Fehlersensoren, der Anordnung der Fehlersensoren und dem Leistungsvermögen des eingesetzten DSP-Chip einsetzen lassen.
  • Wie voranstehend beschrieben worden ist, läßt sich bei dem elektronischen Schalldämpfungsverfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung, wenn eine Mehrzahl von Fehlersensoren vorgesehen ist, der Ermittlungsaufwand zur Aktualisierung des Filterkoeffizienten eines adaptiven Digitalfilters in großem Ausmaß reduzieren. Daher ist es selbst bei dem Einsatz eines DSP mit ein und demselben Leistungsvermögen möglich, die Anzahl von Schallquellen größer zu wählen, sowie auch die Anzahl von Fehlersensoren und die Anzahl von Sekundärschallwellenquellen, so daß sich die Verarbeitungsbereiche und Einsatzbereich erweitern lassen.

Claims (10)

1. Elektronisches Schalldämpfungsverfahren, welches die Schritte umfaßt, gemäß denen Schallinformationen (x) von einer oder mehreren Schallquellen in einem Bereich für eine auszubreitende Schallwelle in dreidimensionaler Richtung detektiert werden, ein Treibersignal für eine oder mehrere, zusätzliche Schallwellenerzeugungseinrichtungen (31, 32) aus der Schallinformation (x), welche durch adaptive Digitalfilter (21, 22) detektiert wurde, und vorgegebenen Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1;) gebildet wird, und entgegen einer von einer Schallquelle ausgebreiteten Schallwelle von der einen oder den mehreren zusätzlichen Schallwellenerzeugungseinrichtungen (31, 32) eine zusätzliche Schallwelle phasenverschoben um etwa 180º erzeugt wird, welche in etwa den gleichen Schalldruck wie die ausgebreitete Schallwelle hat, wodurch bewirkt wird, daß die ausgebreiteten und die zusätzlichen Schallwellen zu Interferenz miteinander derart gebracht werden, daß die ausgebreitete Schallwelle in einem gegebenen Bereich innerhalb des ausbreitbaren Bereiches gedämpft wird, wobei sich das elektronische Schalldämpfungsverfahren durch folgende Schritte auszeichnet:
(a) Anordnen einer Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) in dem gegebenen Bereich, welche einen Interferenzschall detektieren, welcher durch die Interferenz zwischen der ausgebreiteten Schallwelle von der Schallquelle und der zusätzlichen Schallwelle von den zusätzlichen Schallwellenerzeugungseinrichtungen (31, 32) erzeugt wird;
(b) Unterteilen der Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) in wenigstens eine erste Fehlersensorgruppe (41), bestehend aus einem oder mehreren Sensoren, und in eine zweite Fehlersensorgruppe (42), bestehend aus einem oder mehreren Fehlersensoren;
(c) Ermitteln von Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;(n+1), W&sub2;&sub1;(n+1)), welche ermöglichen, daß ein Ausgangssignal der ersten Fehlersensorgruppe (41) ein Minimum wird, wenn die Schallquelleninformation und die Abgabesignale von der Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) zu einer gewissen Abtastzeit (n) basierend nur auf der Information (e&sub1;(n)) bezüglich der ersten Fehlersensorgruppe (41), und nach Maßgabe eines vorgegebenen Algorithmus abgetastet werden, und Aktualisieren der Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1;) aller adaptiven Digitalfilter (21, 22) durch die Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1; (n+1), W&sub2;&sub1; (n+1));
(d) Ermitteln der Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1; (n+2), W&sub2;&sub1; (n+2)), welche ermöglichen, daß ein Ausgangssignal der zweiten Fehlersensorgruppe (42) ein Minimum wird, wenn in einer nächsten Abtastzeit (n+1) basierend nur auf der Information (e&sub2; (n+1)) bezüglich der zweiten Fehlersensorgruppe (42) und nach Maßgabe eines vorgegebenen Algorithmus diese Ermittlung der Filterkoeffizienten erfolgt, und Aktualisieren der Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1;) aller adaptiver Digitalfilter (21, 22) durch die Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1; (n+2), W212 (n+2)); und
wiederholtes Ausführen der Schritte (c) und (d) sequentiell für die jeweils unterteilte Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42), um hierdurch die Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1;) aller adaptiven Digitalfilter (21, 22) zu aktualisieren.
2. Elektronisches Schalldämpfungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem im adaptiven Digitalfilter (21, 22), wenn eine Abgriffzahl des Adaptiven Digitalfilters I ist, die Schallinformation zum Abtastzeitpunkt n, n-1, . . ., n-I +1, x(n), (x(n-1), . . ., x(n-I+1) ist und die vorgegebenen Filterkoeffizienten (W&sub0; , W&sub1;, . . ., W&sub1;&submin;&sub1; sind, ein Treibersignal y(n) nach Maßgabe der folgenden Gleichung bestimmt wird:
3. Elektronisches Schalldämpfungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Filterkoeffizienten aller adaptiven Digitalfilter (21, 22) sukzessive nach Maßgabe folgender Gleichungen aktualisiert werden können:
wenn das Ausgangssignal des ersten Fehlersensors (41) zur Abtastzeit (n) e&sub1;(n) ist, und das Ausgangssignal des zweiten Fehlersensors (42) in der darauffolgenden Abtastzeit (n+1) e&sub2;(n+1) ist,
wobei µ = ein Schrittgrößenparameter
R&sub1; = ein Bezugssignal, welches die Schallinformation in einem FIR-Filter ausgefiltert hat, welches den Filterkoeffizienten hat, der eine Übertragungsfunktion von der zusätzlichen Schallwellenerzeugungseinrichtung (31, 32) auf den ersten Fehlersensor (41) annimmt, und
R&sub2; = ein Bezugssignal, welches die Schallinformation in dem FIR-Filter ausgefiltert hat, welches den Filterkoeffizienten hat, welcher eine Übertragungsfunktion von der zusätzlichen Schallwellenerzeugungseinrichtung (31, 32) auf den zweiten Fehlersensor (42) annimmt.
4. Elektronisches Schalldämpfungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder der Fehlersensoren (41, 42) dadurch erhalten wird, daß die Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) derart unterteilt wird, daß sich die Filterkoeffizienten aller adaptiven Digitalfilter (21, 22) mit einer einheitlichen Frequenz aktualisieren lassen.
5. Elektronisches Schalldämpfungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder der Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) dadurch erhalten wird, daß die Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) derart unterteilt wird, daß sich die Filterkoeffizienten aller adaptiven Digitalfilter (21, 22) mit einer nicht einheitlichen Frequenz aktualisieren lassen.
6. Elektronische Geräuschdämpfungsvorrichtung zum Erzielen einer Dämpfung einer Schallwelle, welche sich von einer oder mehreren Schallquellen in einem gegebenen Bereich innerhalb eines Bereiches für eine in einem dreidimensionalen Raum auszubreitende Schallwelle ausbreitet, indem eine zusätzliche Schallwelle um etwa 180º phasenverschoben erzeugt wird, welche nahezu den gleichen Schalldruck wie die ausgebreitete Schallwelle hat, um hierdurch eine Schallinterferenz zwischen der ausgebreiteten und der zusätzlichen Schallwelle in dem gegebenen Bereich innerhalb eines ausbreitbaren Bereiches zu erzeugen, wobei sich die Schalldämpfungsvorrichtung durch folgendes auszeichnet:
eine oder mehrere Schallinformationsdetektionseinrichtungen (10) zum Detektieren der Schallinformationen (x) von einer oder mehrerer Schallquellen und zum Umwandeln der Schallinformation (x) in ein elektrisches Signal;
eine oder mehrere Schallwellenerzeugungseinrichtungen (31, 32) zum Erzeugen einer zusätzlichen Schallwelle, wodurch die ausgebreitete Schallwelle von einer Schallquelle in dem gegebenen Bereich aufgehoben wird;
eine Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42), welche in dem gegebenen Bereich zum Detektieren der ausgebreiteten Schallwelle von einer Schallquelle und der zusätzlichen Schallwelle von den zusätzlichen Schallwellenerzeugungseinrichtungen (31, 32) angeordnet ist, und welche die ausgebreiteten und zusätzlichen Schallwellen in elektrische Signale umwandeln;
adaptive Digitalfilter (21, 22), in welche ein Ausgangssignal von den Schallinformationsdetektionseinrichtungen (10) eingegeben wird, und basierend auf gegebenen Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1;) ein Treibersignal für die zusätzlichen Schallwellenerzeugungseinrichtungen (31, 32) gebildet wird; und
Steuereinrichtungen (51, 52) zum Abtasten der Ausgangssignale von den Schallinformationsdetektionseinrichtungen (10) und von der Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) zum Übermitteln der Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1;), welche ermöglichen, daß die Ausgangssignale von der Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) ein Minimum annehmen, basierend auf den Ausgangssignalen, die nach Maßgabe eines vorgegebenen Algorithmus bei jeder Abtastung abgetastet wurden, und zum Aktualisieren der Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1;) aller adaptiven Digitalfilter (21, 22) durch die ermittelten Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1;, W&sub2;&sub1;), und wobei diese Steuereinrichtungen (51, 52) ein Programm umfassen, welches die Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) in wenigstens eine erste Fehlersensorgruppe (41), bestehend aus einem oder mehreren Fehlersensoren, und eine zweite Fehlersensorgruppe (42), bestehend aus einem oder mehreren Fehlersensoren, zur Ermittlung der Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1; (n+1), W&sub2;&sub1; (n+1)) für alle die adaptiven Filter basierend nur auf der Information (e&sub1;(n)) bezüglich der ersten Fehlersensorgruppe (41) zu einer Abtastzeit (n), zum Ermitteln der Filterkoeffizienten (W&sub1;&sub1; (n+2), W&sub2;&sub1; (n+2)) für alle diese adaptiven Filter nur auf der Information (e&sub2;n+1)) bezüglich der zweiten Fehlersensorgruppe (42) zur nächsten Abtastzeit (n+1) und zum wiederholten Ausführen der jeweiligen Abtastung sequentiellerweise unterteilt.
7. Elektronische Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei dem in den adaptiven Digitalfiltern (21, 22) ein Treibersignal y(n) nach Maßgabe der folgenden Gleichung bestimmt wird:
wenn eine Abgriffzahl des adaptiven Digitalfilters I ist, die Schallinformation zu den Abtastzeiten n, n-1, . . ., n-I + 1, x(n), x(n-1), . . ., x(n-I+1) sind, und die vorgegebenen Filterkoeffizienten W&sub0;, W&sub1;, . . ., W&sub1;&submin;&sub1; sind.
8. Elektronische Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der dann, wenn das Ausgangssignal des ersten Fehlersensors (41) zur Abtastzeit (n) e&sub1;(n) ist, und das Ausgangssignal des zweiten Fehlersensors (42) zu einer darauffolgenden-Abtastzeit (n+1) e&sub2; (n+1) ist, sich die Filterkoeffizienten aller adaptiven Digitalfilter (21) sukzessive nach Maßgabe der folgenden Gleichungen aktualisieren lassen:
wobei µ = ein Schrittgrößenparameter,
R&sub1; = ein Bezugssignal, welches die Schallinformation in einem FIR-Filter ausgefiltert hat, welches einen Filterkoeffizienten hat, der eine Übertragungsfunktion von der zusätzlichen Schallwellenerzeugungseinrichtung (31, 32) auf den ersten Fehlersensor (41) annimmt, und
R&sub2; = ein Bezugssignal, welches die Schallinformation in dem FIR-Filter ausgefiltert hat, welches einen Filterkoeffizienten hat, der eine Übertragungsfunktion von der zusätzlichen Schallwellenerzeugungseinrichtung (31, 32) auf den zweiten Fehlersensor (42) annimmt.
9. Elektronische Schalldämpfungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der ein Programm der Steuereinrichtungen derart ausgelegt ist, daß jeder der Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) die Filterkoeffizienten aller adaptiven Digitalfilter (21, 22) mit einer einheitlichen Frequenz aktualisieren kann.
10. Elektronische Geräuschdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der ein Programm der Steuereinrichtung derart ausgelegt ist, daß jeder der Mehrzahl von Fehlersensoren (41, 42) die Filterkoeffizienten aller adaptiven Digitalfilter (21, 22) mit einer nicht einheitlichen Frequenz aktualisieren kann.
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