DE69430775T2 - Aktiver Lärmdämpfer mit vielfachadaptivem Filter - Google Patents

Aktiver Lärmdämpfer mit vielfachadaptivem Filter

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, betrifft aktive Störschallunterdrückungssysteme ("active noise cancellation") und insbesondere Systeme mit erweiterten Frequenzstabilitätsbereichen, um die Unterdrückung von Störungen größerer Bandbreite zu gestatten.
  • Die Zielrichtung der aktiven Schallunterdrückung ist es, eine Schwingungsform zu erzeugen, die eine störende Geräuschquelle invertiert und an bestimmten Punkten im Raum unterdrückt. Bei der aktiven Schallunterdrückung wird eine Schwingungsform für die Subtraktion erzeugt und die Subtraktion akustisch, und nicht etwa elektrisch, vollzogen.
  • In einem grundlegenden aktiven Schallunterdrückungssystem wird eine Schallquelle mit einem lokalen Sensor wie etwa einem Beschleunigungsmesser oder Mikrophon gemessen. Der Störschall breitet sich akustisch über einen akustischen Kanal bis zu einem Punkt im Raum aus, an dem die Schallunterdrückung erwünscht ist und an dem ein anderes Mikrophon plaziert ist. Die Zielstellung ist es, die akustischen Energiekomponenten zu beseitigen, die auf der Geräuschquelle beruhen. Die gemessene Störschall- Schwingungsform von dem lokalen Sensor wird in einen Adaptivfilter eingeleitet, dessen Ausgang einen Lautsprecher antreibt. Die zweite Mikrophonausgabe an dem Punkt, an dem Stille zu erzeugen ist, dient als Fehlerschwingungsform für den Updateprozess (Aktualisierungsprozess) des Adaptivfilters. Der Adaptivfilter ändert mit der Zeit seine Gewichtungen im Zuge seiner Iterationen, um eine Lautsprecherausgabe zu erzeugen, die bei dem Mikrophon so weit wie möglich (also im Sinne eines minimalen mittleren Quadratfehlers) wie das Inverse des Störschalls an diesem Punkt im Raum aussieht. Somit entfernt der Adaptivfilter beim Aussteuern der Fehlerschwingungsform auf eine minimale Leistung den Störschall durch Antreiben der Lautsprecher, um einen invertierten Störschall zu erzeugen, um ihn zu unterdrücken.
  • Viele ältere Aktivschallunterdrückungssysteme verwenden den Filtered-X-LMS- Algorithmus, der einen Trainingsmodus erfordert. Die Funktion des Trainingsmodus besteht darin, die Transferfunktionen des Lautsprechers und der Mikrophone zu erlernen, die in dem System verwendet werden, so dass Kompensationsfilter in die Feedback- Schleife des LMS-Algorithmus eingefügt werden können, um ihn stabil zu halten. Wenn sich die physikalische Situation ändert, muss der Trainingsmodus wieder gestartet werden. Beispielsweise kann es in einer automobilen Anwendung, um Störschall in einer Fahrgastzelle zu unterdrücken, erforderlich sein, dass der Trainingsmodus jedes Mal wieder ausgeführt wird, wenn ein Fenster geöffnet wird, ein anderer Fahrgast den Fahrgastraum betritt oder sich das Automobil im Laufe des Tages aufheizt. Der Trainingsmodus kann für die Fahrgäste in dem Fahrzeug recht unangenehm werden.
  • Die US 5,117,401 beschreibt ein aktives adaptives Störschallunterdrückungssystem, das keinen Trainingsmodus erfordert. Die Einfügung einer Zeitverzögerung in die Berechnung der aktualisierten Gewichtungen modifiziert die Frequenzstabilitätsbereiche des Unterdrückungssystems. Somit stellt das Unterdrückungssystem einen Mechanismus bereit, durch den adaptive Störschallunterdrückung in einfacher Weise angepasst werden kann, um für jede Anwendung, die ansteht, geeignet zu sein, einfach indem der Zeitverzögerungswert angepasst wird, um die gewünschten Frequenzsstabilitätsbereiche zu erreichen. Diese Vorgehensweise ist jedoch dahingegen eingeschränkt, dass die Einfügung einer Verzögerung eine sehr begrenzte Kontrolle über die Bandbreite des Frequenzstabilitätsbereichs ermöglicht.
  • Die GB 2 257 327 A offenbart ein aktives Vibrationssteuersystem zur Unterdrückung von Vibrationen oder Störschall. Um zufriedenstellend Störschallunterdrückungseffekte über den gesamten Frequenzbereich zu bewerkstelligen, umfasst das System eine Vielzahl von Kanälen für verschiedene Frequenzbänder. Jeder Kanal umfasst einen Bandpassfilter und einen adaptiven Steuerschaltkreis. Die Ausgabesignale aller Kanäle werden addiert, um ein Fehlersignal ε zu erzeugen. Das Fehlersignal wird verwendet, um die inverse Transfercharakteristik der Kanäle zu variieren.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein aktives Störschallunterdrückungssystem mit einer erweiterten Störschallunterdrückungsbandbreite bereit zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch 1 beanspruchte Erfindung gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die Erfindung stellt ein aktives Schallunterdrückungssystem bereit, das einen LMS- Filteralgorithmus mit erweiterten Frequenzstabilitätsbereichen anwendet, um die Unterdrückung von Störungen einer breiteren Bandbreite zu gestatten.
  • Erfindungsgemäß wird ein aktives Schallunterdrückungssystem beschrieben, wobei die Schallbandbreite, innerhalb derer die Unterdrückung stattfinden soll, in Frequenzunterbänder aufgeteilt ist und vielfache Adaptivfilterkanäle angewendet werden, die verschiedene Verzögerungen verwenden, um Stabilität in den jeweiligen Unterbändem zu erreichen. Jeder Kanal enthält Bandpassfilter, um den Kanal auf einen Betrieb in nur dem bestimmten Frequenzunterband einzuschränken, und eine Verzögerung wird in den Vorgang der Filtergewichtungsaktualisierung eingefügt. Da jeder Kanal innerhalb seines Frequenzunterbandes stabil ist, arbeitet das Unterdrückungssystem über die erweiterte Schallbandbreite, die durch alle Unterbänder gebildet ist.
  • In einer beispielhaften Ausgestaltung unterdrückt das Unterdrückungssystem Schallsignale von einer Schallquelle und enthält einen Schallsensor zum Erzeugen von Schallsensorsignalen, die die Schallsignale repräsentieren, einen akustischen Sensor und ein akustisches Ausgabegerät. Erste und zweite Kanäle sprechen auf die Schallsensorsignale und die akustischen Sensorsignale an, und Adaptivfilter erzeugen jeweilige Kanalausgabesignale, die kombiniert werden, um das akustische Ausgabegerät anzutreiben. Jeder Kanal enthält jeweilige Bandpassfilter, die den Betrieb des Kanals auf ein bestimmtes Frequenzunterband einschränken, indem das Schallsensorsignal und das akustische Sensorsignal gefiltert werden. Jeder Kanal enthält weiterhin Verzögerungsmittel zum Verzögern des Vorgangs der Filtergewichtungsaktualisierung.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der vorliegenden Beschreibung einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung weiter ersichtlich, wie in den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
  • Fig. 1 zeigt im Frequenzbereich (in der Frequenzdomäne) ein adaptives Schallunterdrückungssystem (ANC, "adaptive noise canceller"), das eine Verzögerung in der Gewichtungsaktualisierung anwendet, um die Notwendigkeit eines Trainingsmodus zu beseitigen.
  • Fig. 2 zeigt für das Unterdrückungssystem von Fig. 1 die Phasenantwort auf das Produkt der Lautsprecher-Mikrophon- und der Zeitverzögerungstransferfunktionen.
  • Fig. 3 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines adaptiven Schallunterdrückungssystems mit parallelen ANC-Verarbeitungskanälen, um die Frequenzstabilitätsbereiche zu erweitern.
  • Fig. 4 ist ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines ANC- Verarbeitungskanals, der das System von Fig. 3 umfasst.
  • Fig. 5 bis 7 zeigen ANC-Systeme zur Verminderung von Elektromotorgeräuschen/Motorgeräuschen, Verminderung von Motorgeräuschen bzw. Verbesserung von Audioprogrammsendungen gemäß der Erfindung.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
  • Fig. 1 zeigt zum Zwecke der Erläuterung das Frequenzbereichsanalogon eines adaptiven Schallunterdrückungssystems (ANC) 50, das in der US 5,117,401 vollständiger beschrieben ist und einen Trainingsmodus nicht erfordert. Das Frequenzbereichsanalogon wird erläutert, um die Frequenzstabilitätsbereiche dieses Unterdrückungssystems zu verdeutlichen. Der Schall x (n) von einer Schallquelle wird durch eine schnelle Fouriertransformationsfunktion (FFT) geschickt und die sich ergebenden FFT-Komponenten xω(n) werden durch den akustischen Kanal geschickt, der als Block 54 dargestellt ist und eine Kanaltransferfunktion P(jω) aufweist. Das ANC-System 50 enthält ein Mikrophon 58 mit seiner Transferfunktion HM(jω) und einen Lautsprecher 60 mit seiner Transferfunktion HS(jω). Der akustische Kanal 54 führt inhärent die Kombinationsfunktion 56 des Addierens der Kanalantwort zu der negativen Lautsprechererregung durch. Das Mikrophon 58 spricht auf das kombinierte Signal von dem Kombinierer 56 an. Die Fourierkomponenten werden auch durch einen adaptiven LMS-Filter 62 mit einer Transferfunktion G(jω) geschickt. Die Filtergewichtungen werden durch die Mikrophonantworten aktualisiert, verzögert um eine Zeitverzögerung Δ (66).
  • Es lässt sich zeigen, dass der Adaptivfilter 62 des ANC-Systems 50 von Fig. 1 in den Frequenzbereichen stabil ist, in denen der Realteil des Produktes der Mikrophon- Lautsprecher- und der Verzögerungsleitungstransferfunktionen positiv ist, also Real{exp(jωΔ)Hm(jω)Hs(jω)} > 0. Ein Folgesatz dieser Ungleichung ist, dass die Phase von {exp(jωΔ)Hm(jω)Hs(jω)} indem Bereich (2nπ - π/2, 2π + π/2) mit n = 1, 2, .... liegen muss, also auf der rechten Seite der komplexen Ebene. Die Phase von {exp(jωΔ)Hm(jω)Hs(Jω)} ist in Fig. 2 aufgetragen, wo Hm(jω) und Hs(jω) durch einen Tchebychev-Filter bzw. einen Butterworth-Filter modelliert sind. In diesem Beispiel können die Stabilitätsbereiche des Adaptivfilters im Falle keiner Verzögerung, d. i. Δ = 0, durch das Auffinden der Phase von {exp(jωΔ)Hm(jω)Hs(jω)} in den punktierten Bändern von Fig. 2 gefunden werden; sie fallen näherungsweise in die Bereiche 1 bis 2 Hz, 17 bis 42 Hz, 70 bis 170 Hz, 1.500 bis 2.900 Hz, und 3.400 bis 5.000 Hz. Bei einer Sampling-Frequenz von 10.000 Hz führt die Einfügung eine Verzögerung von sieben Abtastungen zu einem Aufwärtsbiegen der Phasenkurve für dis Lautsprecher-Mikrophon-Phasenantwortfunktion, so dass die Stabilitätsbereiche sich nun geändert haben auf näherungsweise 1 bis 2 Hz, 17 bis 42 Hz, 70 bis 1.400 Hz und 3.000 bis 5.000 Hz.
  • Der Begriff Frequenzstabilitätsbereich bedeutet im Zusammenhang dieses ANC- Systems, dass der Adaptivfilter stabil ist, wenn er zur Unterdrückung von Störsignalen innerhalb dieses Frequenzbereichs betrieben wird. Umgekehrt kann der Adaptivfilter nicht absolut stabil gehalten werden, wenn er durch Signale angeregt wird, die außerhalb dieses Bereiches liegen.
  • In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel hat die Einfügung einer Verzögerung von sieben Abtastungen basierend auf einer Sampling-Frequenz von 10.000 Hz den Frequenzstabilitätsbereich auf 70 bis 1.400 Hz erweitert, verglichen mit dem Bereich 70 bis 170 Hz ohne Verzögerung. Jedoch kann eine weitere Ausdehnung des Frequenzstabilitätsbereichs über 1.400 Hz hinaus nicht durch eine einzelne Einfügung eine Verzögerung erzielt werden. Dies liegt daran, dass eine große Verzögerung eine Phasenantwort gemäß einer geraden Linie aufweist, deren Steigung proportional zu dem Verzögerungswert ist. Es gibt folglich einen begrenzten Bereich von Frequenzen, für den ein einzelner, großer Verzögerungswert die zusammengesetzte Phasenantwort des Systems stabilisieren kann. Wenn andererseits das Störungssignal gemäß der vorliegenden Erfindung in zwei (oder mehr) separate Frequenzbänder aufgeteilt wird, bevor es in zwei Adaptivfilter eingeleitet wird, die so strukturiert sind, dass sie unabhängig und parallel mit zwei verschiedenen Verzögerungen arbeiten, ist es möglich, ein störendes Signal zu unterdrücken, das Frequenzkomponenten besitzt, die oberhalb von 1.400 Hz liegen.
  • Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines ANC-Systems 100, das in dem Zeitbereich implementiert ist und dieses Schema vielfacher Adaptivfilter ausgestaltet. Das ANC-System 100 arbeitet, um akustische Schallenergie, die durch eine Störschallquelle 90 erzeugt wird, durch die Erzeugung einer akustischen Unterdrückungsenergie mit einem Lautsprecher 152 zu unterdrücken, wobei sich die akustische Störschallenergie über einen akustischen Kanal fortpflanzt, der durch Block 92 angedeutet ist. Der akustische Kanal subtrahiert inhärent die akustische Energie, die vom ANC-Lautsprecher 152 emittiert wird, von der Schallenergie, die von der Quelle 90 emittiert wird. Das System 100 enthält ein Mikrophon 154, das den Fehler detektiert, also die restliche akustische Energie, und koppelt ein elektrisches Fehlersignal an die ANC-Signalverarbeitungskanäle 120 und 140 zurück. Das System 100 enthält ferner einen Sensor 110 zum Aufnehmen der Schallenergie, die von der Quelle 90 emittiert wird. Das Sensorausgabesignal wird an die Kanäle 120 und 140 geleitet, die in verschiedenen Bereichen des Frequenzbandes arbeiten. Die Ausgabesignale der jeweiligen Kanäle 120 und 140 werden im Knoten 150 summiert, um eine Unterdrückung über eine breitere Bandbreite zu bewerkstelligen als die Bandbreite, die jeder Kanal getrennt unterdrücken könnte, und das kombinierte Ausgabesignal treibt den Lautsprecher 152.
  • Das ANC-System 100 von Fig. 3 teilt das Störsignalband effektiv in zwei getrennte Frequenzbänder, wobei ein Adaptivfilter in einem Band und der andere Adaptivfilter in dem zweiten Band arbeitet. Diese Aufteilung wird mit der Verwendung zweier Paare passender Bandpassfilter an den Eingängen der Adaptivfilter und am Ausgang des Fehlermikrophons bewerkstelligt. Diese Paare von Bandpassfiltern sollten Bandpasseigenschaften aufweisen, die in Übereinstimmung mit ihren jeweiligen Frequenzstabilitätsbereichen stehen, so dass die Adaptivfilter durch außerhalb des Bandes liegende Energien nicht angeregt werden, wodurch Filterinstabilitäten erzeugt werden würden.
  • Fig. 4 verdeutlicht den ANC-Signalverarbeitungskanal 120 genauer. Der Kanal 140 ähnelt dem Kanal 120 mit der Ausnahme, dass die Bandpassfilter auf ein verschiedenes Frequenzband abgestimmt sind; der Kanal 140 braucht daher nicht in weiteren Einzelheiten beschrieben zu werden. Der Kanal 120 enthält ein Paar Bandpassfilter, 121 und 130. Der Filter 121 filtert das Signal von dem Schallquellensensor 110 und der Filter 130 filtert das Signal von dem Fehlermikrophon 154. Die Filter sind so konstruiert, dass sie identische Durchlassbänder aufweisen. Die gefilterten Signale werden durch A/D- Konverter (A/D-Wandler) 122 bzw. 131 digitalisiert. Das vom Konverter 122 digitalisierte Signal treibt einen rekursiven LMS-Adaptivfilter 138, der den LMS-Algorithmus anwendet. Der Filter 138 umfasst einen Feed-Forward-Adaptivfilter 123, einen Feed-Backward- Adaptivfilter 132 und einen Summierknoten 124 und wird in einer Weise aktualisiert, wie sie in "An Adaptive Recursive LMS Filter", P. L. Feintuch, IEEE Proceedings, Vol. 64, No. 11, November 1976 beschrieben ist. Das Signal vom Konverter 122 wird auch durch die Verzögerung 125 verzögert und das verzögerte digitalisierte Signal ist ein Eingabesignal für die Gewichtungsaktualisierungslogik 126. Das digitalisierte Signal vom Konverter 131 wird als Eingabesignal an die Gewichtungsaktualisierungslogik 126 und die Gewichtungsaktualisierungslogik 134 geliefert.
  • Die Gewichtungsaktualisierungslogik 123 dient zur Bereitstellung von aktualisierten Gewichtungen für den LMS-Adaptivfilter 123. Das Ausgabesignal des Filters 123 wird am Summierknoten 124 mit dem Ausgabesignal des Adaptivfilters 132 in einem Rekursivverhältnis summiert, wobei das summierte Signal den Filter 132 treibt. Das summierte Signal wird auch durch die Verzögerung 133 verzögert und dann als weiteres Eingabesignal an die Gewichtungsaktualisierungslogik 134 geliefert. Das digitale summierte Signal wird auch durch den Digital-Analog-Konverter (DAC) 135 in ein analoges Signal gewandelt. Das gewandelte Analogsignal wird wiederum mit den Ausgabesignalen des anderen Kanals 140 beim Kombinierer 150 summiert, und das kombinierte Signal von beiden Kanälen treibt den schallunterdrückenden Lautsprecher 152.
  • Der Kanal 120 arbeitet in der gleichen Weise wie das in Fig. 4 von US 5,117,401 gezeigte rekursive Schallunterdrückungssystem 40 der mit der Ausnahme, dass das System 40 keine Bandpassfilter wie im Kanal 120 anwendet.
  • Für die beispielhafte Ausgestaltung in den Fig. 3 und 4 sei nun der Fall betrachtet, dass die Bandbreite der Störung von 70 bis 3.200 Hz geht. Das ANC-System, das einen Adaptivfilter umfasst, wird die Bandbreite nicht abdecken können, da es einen einzelnen Verzögerungswert nicht gibt, der eine genügende Phasenkompensation über eine Bandbreite dieser Größe bereitstellen kann. Wird die hier beschriebene Erfindung angewendet, wird dies nun möglich. Im vorliegenden Beispiel haben die Bandpassfilter 121 und 130 eine Bandbreite von 70 bis 1.300 Hz. Die entsprechenden Bandpassfilter für Kanal 140 haben eine Bandbreite von 1.300 bis 3.200 Hz. Verzögerungsschaltkreise 125 und 133 fügen eine Verzögerung ein, die gleich sieben Abtastungen ist (bei einer Sample- Rate von 10.000 Hz), und die entsprechenden Verzögerungsschaltkreise für Kanal 140 fügen eine zu vier Abtastungen äquivalente Verzögerung ein (siehe Fig. 2 bezüglich der Phasenantwort dieser Verzögerungswerte). Dies wird eine aktive Schallunterdrückung über das gesamte Band von 70 bis 3.200 Hz ermöglichen, ohne dass ein Trainingsmodus erforderlich ist. Die Erfindung kann weiter verallgemeinert werden auf eine Struktur, die mehrfache parallele Adaptivfilter enthält.
  • Fig. 5 verdeutlicht eine erste beispielhafte Anwendung für ein ANC-System 200 gemäß der Erfindung. In dieser Anwendung wird das System 200 verwendet, um Schall einer Schallquelle wie etwa eines Elektromotors oder einer Maschine 190 zu unterdrücken. Hierbei wird ein Referenzsensor 202 verwendet, um die Schallsignale von der Schallquelle 190 zu messen. Das Fehlermikrophon 204 ist an dem Punkt im Raum plaziert, an dem das Schallsignal unterdrückt werden soll. Ein Lautsprecher 206 ist neben der Schallquelle 190 angeordnet und mit dem ANC-Signalverarbeitungsschaltkreis 210 verbunden, der den Lautsprecher mit geeigneten Treibersignalen antreibt, um Unterdrückungssignale zu erzeugen, die den Schall von der Schallquelle 190 unterdrücken.
  • Der ANC-Schaltkreis 210 umfasst den ersten und den zweiten ANC-Kanal 120 und 140 und den Addierer 150 des in Fig. 3 gezeigten Systems. Der Schaltkreis 210 empfängt Eingabesignale von dem Referenzsensor und dem Fehlermikrophon 204.
  • Fig. 6 zeigt eine zweite beispielhafte Anwendung für ein ANC-System 250 gemäß der Erfindung, wobei das System verwendet wird, um das vom Automobilmotor 240 über den Autoauspuff 245 emittierte Motorgeräusch zu vermindern. In diesem System ist der Referenzsensor 252 nahe dem Motor und das Fehlermikrophon nahe dem Auspuff 245 in der Nähe der Auspufföffnung angebracht. Der Lautsprecher 256 liegt in einer Öffnung im Auspuff zwischen dem Motor und dem Fehlermikrophon 254, um eine Antischallwelle zu emittieren, um das Motorgeräusch zu unterdrücken. Der Lautsprecher 256 wird von dem ANC-Signalverarbeitungsschaltkreis 260 angetrieben. Der Schaltkreis 260 empfängt Eingabesignale von dem Referenzsensor 252 und dem Fehlermikrophon 254. Der ANC- Schaltkreis 260 umfasst den ersten und den zweiten ANC-Kanal 120 und 140 und den Addierer 150 des Systems von Fig. 3.
  • Fig. 7 zeigt eine dritte beispielhafte Anwendung für ein ANC-System 300 gemäß der Erfindung, wobei das System in einem Stereokopfhörer 290 verwendet wird, um eine störende Schallwelle auszulöschen. In diesem System werden die Kopfhörer- Lautsprecher 306 verwandet, um die verminderte Schallwelle zu erzeugen. Ein Referenzmikrophon 302 ist an dem Brückenelement des Kopfhörers, das die beiden Ohrteile verbindet, angebracht. Die Fehlermikrophone 304A und 304B sind neben den jeweiligen Lautsprechern 306A und 306B angebracht, um die verminderte Schallwelle aufzunehmen. In diesem System werden die Ausgabesignale der ANC- Signalverarbeitungsschaltkreise 308A bzw. 308B durch die Addierer 300A bzw. 300B zu den linken bzw. rechten Audiodatensignalen addiert, die als eine Kommunikationsnachricht oder Musik von der linken bzw. rechten Quelle 295A bzw. 295B geliefert werden. Das kombinierte Signal in dem jeweiligen Kanal treibt die Kopfhörer-Lautsprecher 306A bzw. 306B. Jeder ANC-Signalverarbeitungsschaltkreis 308A und 308B umfasst wie in den vorhergegangenen Beispielen ANC-Kanäle 120 und 140 und den Addierer 150 von Fig. 3. Die Schaltkreise 308A und 308B empfangen Eingabesignale von dem jeweiligen Referenzsensor 302A oder 302B und dem Fehlermikrophon 304A oder 3048. Die ANC- Schaltkreise erzeugen eine schallunterdrückende Schwingungsform, die einen jeweiligen Lautsprecher 306A oder 306B antreibt, neben der gewünschten Schallschwingungsform der jeweiligen Quelle 295A oder 295B. Natürlich kann dis Erfindung auch mit einem Mono-Kopfhörer verwendet werden, wobei nur ein einzelner ANC- Signalverarbeitungsschaltkreis erforderlich ist.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind als lediglich mögliche spezifische Ausgestaltungen verdeutlichend zu verstehen, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen. Beispielsweise kann eine Rauschunterdrückungseinrichtung gemäß der Erfindung alternativ auch in der Frequenzdomäne implementiert werden. Andere Anordnungen können gemäß diesen Prinzipien durch Fachleute leicht ermittelt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (10)

1. Aktives Schallunterdrückungssystem (100) zum Unterdrücken von Schall über eine vorbestimmte Schallbandbreite, umfassend:
einen Schallsensor (110) zum Erzeugen eines Schallsensorsignales, das den zu unterdrückenden Schall angibt,
einen Fehlersensor (154) zum Erzeugen eines Fehlersignals,
ein akustisches Ausgabegerät (152) zum Erzeugen eines unterdrückenden akustischen Signales,
eine Vielzahl von Adaptivfilterkanälen (120, 140), die auf das Schallsensorsignal und das Fehlersignal ansprechen, wobei jeder Kanal auf einen Betrieb über ein vorbestimmtes Frequenzunterband, das die Schallbandbreite umfasst, eingeschränkt ist, und ein Kanalausgabesignal erzeugt; und
Mittel (150) zum Kombinieren der Vielzahl von Kanalausgabesignalen, um ein kombiniertes Signal zum Treiben des akustischen Ausgabegerätes (152) bereit zu stellen, um das unterdrückende akustische Signal zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Kanal bei der Aktualisierung von Adaptivfiltergewichtungen eine Verzögerung anwendet, um Stabilität im Betrieb in dem Frequenzunterband, in dem der Kanal arbeitet, zu erzielen,
wobei die jeweiligen Verzögerungswerte für die jeweiligen Kanäle verschiedene Verzögerungswerte sind.
2. Unterdrückungssystem nach Anspruch 1, weiterhin
dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Kanal (120, 140) ferner Bandpassfiltermittel (121, 130) umfasst zum Filtern des Schallsensorsignals und des Fehlersignals, um nur Signalfrequenzkomponenten innerhalb des jeweiligen Frequenzunterbandes für den Kanal durchzulassen, wodurch der Kanal auf dem Betrieb in dem Frequenzunterband eingeschränkt wird.
3. Unterdrückungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal (120, 140) rekursive Adaptivfiltermittel (138) umfasst.
4. Unterdrückungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzunterbänder die Schallbandbreite abdecken.
5. Unterdrückungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal (120, 140) ferner Verzögerungsmittel (125) umfasst zum Bereitstellen einer verzögerten Version des Schallsensorsignals, das um eine vorbestimmte Verzögerung verzögert ist, und Adaptivfiltergewichtungsaktualisierungslogikmittel (126), die auf die verzögerte Version des Schallsensorsignals ansprechen, zum Aktualisieren der Adaptivfiltergewichtungseingabesignale für die Adaptivfiltermittel (123), die den Kanal umfassen.
6. Unterdrückungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Adaptivfilterkanälen weiterhin
gekennzeichnet ist durch:
einen ersten Unterdrückungskanal (120), der mit dem Schallsensor (110) und dem akustischen Sensor (154) verbunden ist, wobei der erste Kanal erste Bandpassfiltermittel (121) zum Filtern der Schallsensorsignale umfasst, wobei der erste Filter ein erstes Durchlassband aufweist, wobei der erste Kanal ferner zweite Bandpassfiltermittel (130) umfasst zum Filtern von Signalen, die von dem akustischen Sensor erzeugt sind, wobei der zweite Filter das erste Durchlassband aufweist, wobei der erste Kanal ferner erste Verzögerungsmittel (125) umfasst zum Verzögern der ersten bandpassgefilterten Schallsensorsignale um eine vorausgewählte erste Zeitverzögerung, und wobei der erste Kanal weiterhin erste Adaptivfiltermittel umfasst, die eine Vielzahl von Eingängen aufweisen, die mit den ersten und zweiten Bandpassfiltermitteln (121, 130) und den ersten Verzögerungsmitteln (125) verbunden sind, und ein erstes Filterausgabesignal liefern; und
einen zweiten Unterdrückungskanal, der mit dem Schallsensor und dem akustischen Sensor verbunden ist, wobei der zweite Kanal dritte Bandpassfiltermittel umfasst zum Filtern der Schallsensorsignale, wobei der dritte Filter ein zweites Durchlassband aufweist, wobei der zweite Kanal weiterhin vierte Bandpassfiltermittel zum Filtern der akustischen Sensorsignale umfasst, wobei der vierte Filter das zweite Durchlassband aufweist, wobei der zweite Kanal weiterhin zweite Verzögerungsmittel umfasst zum Verzögern der dritten bandpassgefilterten Schallsensorsignale um eine vorausgewählte zweite Zeitverzögerung, und wobei der zweite Kanal weiterhin zweite Adaptivfiltermittel umfasst, die eine Vielzahl von Eingängen aufweisen, die mit den zweiten Bandpassfiltermitteln, dem akustischen Sensor und den zweiten Verzögerungsmitteln verbunden sind, und ein zweites Filterausgabesignal liefern.
7. Unterdrückungssystem nach Anspruch 6, wobei die ersten Adaptivfiltermittel eine Vielzahl von Filtergewichtungen umfassen sowie erste Gewichtungsaktualisierungslogikmittel (126), die auf die zweiten bandpassgefilterten Signale von dem akustischen Sensor ansprechen, zum Einstellen der ersten Filtergewichtungen, wobei die zweiten Adaptivfiltermittel eine Vielzahl von zweiten Filtergewichtungen umfassen, und zweite Gewichtungsaktualisierungslogikmittel, die auf die vierten bandpassgefilterten Signale von dem akustischen Sensor ansprechen zum Einstellen der zweiten Filtergewichtungen.
8. Unterdrückungssystem nach Anspruch 7, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitverzögerung nicht gleich der zweiten Zeitverzögerung ist.
9. Unterdrückungssystem nach Anspruch 7 oder 8, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Filterausgabesignale digitalisierte Signale sind und die Kombiniermittel (150) digitale Additionsmittel umfassen.
10. Unterdrückungssystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, weiterhin
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Adaptivfiltermittel rekursive Adaptivfiltermittel (138) umfassen, die enthalten:
einen ersten Adaptivfilter (123), der auf die ersten bandpassgefilterten Schallsensorsignale anspricht und eine Vielzahl von ersten Adaptivfiltergewichtungseingängen umfasst, wobei der erste Adaptivfilter ein erstes Adaptivfilterausgabesignal bereitstellt;
erste Gewichtungsaktualisierungslogikmittel (126), die auf die verzögerten ersten bandpassgefilterten Schallsensorsignale und die zweiten bandpassgefilterten Akustiksensorsignale ansprechen zum adaptiven Aktualisieren der ersten Adaptivfiltergewichtungseingangssignale;
einen zweiten Adaptivfilter (132) zum Bereitstellen eines zweiten Adaptivfilterausgabesignales;
Mittel (124) zum Kombinieren der ersten und zweiten Adaptivfilterausgabesignale, um das erste Filterausgabesignal bereitzustellen;
wobei der zweite Adaptivfilter auf das erste Filterausgabesignal anspricht und eine Vielzahl von zweiten Adaptivfiltergewichtungseingängen aufweist;
dritte Verzögerungsmittel (133) zum Bereitstellen einer verzögerten Version des ersten Filterausgabesignals, das um eine dritte vorbestimmte Zeitverzögerung verzögert ist;
zweite Gewichtungsaktualisierungslogikmittel (134), die auf die verzögerte Version des ersten Filterausgabesignals und auf die zweiten bandpassgefilterten Akustiksensorsignale ansprechen, zur adaptiven Aktualisierung der zweiten Adaptivfiltergewichtungseingabesignale.
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