EP0457176A2 - Aktives Geräuschminderungssystem für den Innenraum von Kraftfahrzeugen - Google Patents

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EP0457176A2 EP91107463A EP91107463A EP0457176A2 EP 0457176 A2 EP0457176 A2 EP 0457176A2 EP 91107463 A EP91107463 A EP 91107463A EP 91107463 A EP91107463 A EP 91107463A EP 0457176 A2 EP0457176 A2 EP 0457176A2
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    • G10K2210/32272—Helmholtz resonators

Definitions

  • the invention relates to an active noise reduction system for the interior of motor vehicles and other means of transport with at least one noise sensor or microphone, at least one loudspeaker and at least one control device which receives the output signal of the noise sensor or microphone as an actual variable and emits an actuating signal acting on the loudspeaker, the spatial Distance between speaker and microphone can be relatively small ("near field”) or large (“far field”).
  • a noise reduction system for motor vehicles is known from EP 0 342 353, in which the microphones are arranged in a Helmholtz resonator.
  • the loudspeakers are located at locations of maximum sound pressure such as in the front area of the foot or the parcel shelf.
  • the Helmholtz resonator is tuned to the natural gas frequency to be damped.
  • control devices of the generic type derive a reference signal from the ignition frequency of the internal combustion engine via a sensor, with which a compensation of the sound field structure is to be effected.
  • the known systems have in common that the radiation of very low frequencies requires relatively large loudspeakers, and at higher frequencies (from 150 Hz) a large number of loudspeakers are required or advantageous close to the ears. The cost and computational effort increase accordingly. The electrical stability of the control loop becomes more problematic.
  • This object is achieved in that there are at least two subsystems, each with at least one noise sensor or microphone and a loudspeaker, one for the "near field” and one for the "far field", that the frequencies to be processed by the control device for the near field lie above and for the far field below a characteristic cut-off frequency f g , and that at least one specific interior area is affected both by the near field method and by the far field method.
  • the frequency bands formed by the cut-off frequency f g partially overlap and dominate in the frequency overlap area that system which can work more effectively in accordance with the sound field structure.
  • the frequency band assigned to the far field or near field method can be narrowband or broadband or vice versa.
  • the two subsystems working according to the near field or far field method can either work independently of one another and can only be coupled to one another via the sound field to be reduced, or can use a common control unit or also have their own control units that are coupled to one another.
  • the noise reduction system according to the invention has the significant advantage that it leads to better compensation in terms of control technology and works effectively with fewer components and is less susceptible to faults with regard to the stability of the control loop.
  • the schematic active noise reduction system shown in FIG. 1 is composed of several components: 1a and 2a are microphones or loudspeakers for the far field, while 1b and 2b represent microphones or loudspeakers for the near field.
  • 3 denotes the electronic control unit of the active noise reduction unit ANC (Active Noise Control), which can be arranged, for example, in the housing 4 of a car radio.
  • Reference number 5 denotes a tachometer sensor from which a reference signal proportional to the ignition frequency can be derived in order to generate a reference signal for the ANC (Active Noise Control).
  • the loudspeakers or microphones intended for far-field compensation are spatially relatively far apart, for example in that the loudspeakers are arranged in the lower foot area for the front and rear seats and on the parcel shelf, while the corresponding microphones can be arranged in the upper head area from the dashboard height and above.
  • the loudspeakers and corresponding microphones are spaced relatively close and are arranged in the vicinity of the head of, for example, the driver or front passenger or the rear passengers in the area of the headrests or door pillars. With this arrangement, the upper area of the Passenger space after the far field and the area of the driver or passenger or the area of the rear passengers additionally influenced by the near field method.
  • the active noise reduction system (ANC) for the interior of motor vehicles divides the frequencies to be processed into two frequency bands, which are distinguished from one another by a characteristic cut-off frequency f g .
  • the characteristic for the far field frequency band A0 (Fig. 2) is below, the characteristic for the near field frequency band B0 above a cutoff frequency of 100 to 400 Hz.
  • the two frequency bands A1, B1 (Fig. 3) can partially overlap.
  • the electronic control and regulating unit for the near or far field preferably consists of a signal processor that influences both fields together, the two subsystems being coupled via decentralized interactive logics and both working digitally or analogously or partly digitally and partly analogly.
  • the noise reduction system according to the invention can also be used, for example, in motor vehicles. B. in airplanes and other means of transport, wherever unrolling, strong wind and engine noise occur.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aktives Geräuschminderungssystem für den Innenraum von Kraftfahrzeugen und anderen Verkehrsmitteln mit Geräuschsensoren (Mikrofonen) (1a, 1b), Lautsprechern (2a, 2b) und mindestens einer Regeleinrichtung (3), die als Istgröße das Ausgangssignal der Geräuschsensoren erhält und die Lautsprecher beaufschlagende Stellsignale abgibt, wobei der geräuschreduzierte Raumbereich unter dem Einfluß zweier oder mehrerer unterschiedlich wirkender Teilsysteme steht. Bei diesen Teilsystemen ist der räumliche Abstand zwischen Lautsprecher und Mikrofon relativ klein (1b, 2b) ("Nahfeld") bzw. groß (1a, 2a) ("Fernfeld"). Die von der Regeleinrichtung (3) zu verarbeitenden Frequenzen für das Nahfeld sind oberhalb und die für das Fernfeld unterhalb einer charakteristischen Grenzfrequenz fg. Die beiden Teilsysteme ergänzen sich in ihrer Arbeitsweise entsprechend den Fahrzeugbedingungen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein aktives Geräuschminderungssystem für den Innenraum von Kraftfahrzeugen und anderen Verkehrsmitteln mit mindestens einem Geräuschsensor oder Mikrofon, mindestens einem Lautsprecher und mindestens einer Regeleinrichtung, die als Istgröße das Ausgangssignal des Geräuschsensors oder Mikrofons erhält und ein den Lautsprecher beaufschlagendes Stellsignal abgibt, wobei der räumliche Abstand zwischen Lautsprecher und Mikrofon relativ klein ("Nahfeld") bzw. groß ("Fernfeld") sein kann.
  • Aus der EP 0 342 353 ist ein Geräuschminderungssystem für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem die Mikrofone in einem Helmholtz-Resonator angeordnet sind. Die Lautsprecher befinden sich dabei an Orten maximalen Schalldruckes wie im vorderen Fußbereich oder der Hutablage. Der Helmholtz-Resonator ist dabei auf die zu dämpfende Kohlraumeigenfrequenz abgestimmt.
  • Weitere bekannte Regeleinrichtungen der gattungsmäßigen Art leiten aus der Zündfrequenz der Brennkraftmaschine über einen Sensor ein Referenzsignal ab, mit dem eine Kompensation der Schallfeldstruktur bewirkt werden soll.
  • Den bekannten Systemen ist gemeinsam, daß die Abstrahlung sehr tiefer Frequenzen relativ große Lautsprecher erforderlich macht, und bei höheren Frequenzen (ab 150 Hz) sind sehr viele Lautsprecher erforderlich bzw. in Ohrennähe vorteilhaft. Entsprechend wächst der Kosten- und Rechenaufwand. Die elektrische Stabilität des Regelkreises wird problematischer.
  • Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Frequenzkompensationssystem anzugeben, das kostengünstiger und technisch praktikabler handhabbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Teilsysteme mit jeweils mindestens einem Geräuschsensor oder Mikrofon und einem Lautsprecher, je eines für das "Nahfeld" und eines für das "Fernfeld" vorhanden sind, daß die von der Regeleinrichtung zu verarbeitenden Frequenzen für das Nahfeld oberhalb und für das Fernfeld unterhalb einer charakteristischen Grenzfrequenz fg liegen, und daß auf mindestens einen bestimmten Innenraumbereich sowohl nach dem Nahfeldverfahren als auch nach dem Fernfeldverfahren eingewirkt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die durch die Grenzfrequenz fg gebildeten Frequenzbänder teilweise überlappen und im Frequenzüberlappungsbereich dasjenige System dominiert, das entsprechend der Schallfeldstruktur wirkungsvoller arbeiten kann. Das dem Fernfeld- bzw. Nahfeldverfahren zugeordnete Frequenzband kann schmalbandig bzw. breitbandig sein oder umgekehrt.
  • Dabei können die beiden nach Nah- bzw. Fernfeldverfahren arbeitenden Teilsysteme entweder unabhängig voneinander arbeiten und nur über das zu mindernde Schallfeld miteinander gekoppelt sein oder aber eine gemeinsame Regeleinheit benutzen oder auch jeweils eigene, aber untereinander gekoppelte Regeleinheiten besitzen.
  • Das erfindungsgemäße Geräuschminderungssystem hat den wesentlichen Vorteil, daß es vom regelungstechnischen Aufwand her zu besserer Kompensation führt und mit weniger Komponenten wirkungsvoll arbeitet und weniger störanfällig ist hinsichtlich der Stabilität des Regelkreises.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen und eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
    Es zeigen:
    • Fig. 1
    die Schallbeeinflussung des Fahrgastinnenraumes entsprechend der Ausführung Nahfeld - Fernfeld,
    Fig. 2
    das Frequenzband für Nah- bzw. Fernfeld,
    Fig. 3
    das Frequenzband mit Überlappungsbereich.
  • Das in Figur 1 dargestellte schematische aktive Geräuschminderungssystem setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen: 1a und 2a sind Mikrofone bzw. Lautsprecher für den Fernfeldbereich, während 1b und 2b Mikrofone bzw. Lautsprecher für den Nahfeldbereich darstellen. Mit 3 ist die elektronische Regeleinheit der aktiven Geräuschminderungseinheit ANC (Active Noise Control) gekennzeichnet, die beispielsweise im Gehäuse 4 eines Autoradios angeordnet sein kann. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Tacho-Sensor, aus dem ein Referenzsignal proportional der Zündfrequenz abgeleitet werden kann, um ein Bezugssignal für die ANC (Active Noise Control) zu generieren.
  • Die für die Fernfeldkompensation vorgesehenen Lautsprecher bzw. Mikrofone sind räumlich zueinander relativ weit beabstandet, indem die Lautsprecher beispielsweise im unteren Fußbereich für Vorder- und Rücksitz und auf der Hutablage angeordnet sind, während die korrespondierenden Mikrofone im oberen Kopfbereich ab Armaturentafelhöhe und darüber angeordnet sein können. Für den Nahfeldbereich sind die Lautsprecher und korrespondierenden Mikrofone relativ nah beabstandet und in Kopfnähe von beispielsweise Fahrer bzw. Beifahrer oder den Fondpassagieren im Bereich der Kopfstützen bzw. Türholme angeordnet. Durch diese Anordnung wird der obere Bereich des Passagierraums nach dem Fernfeld- und der Bereich des Fahrers bzw. Beifahrers respektive der Bereich der Fondpassagiere zusätzlich nach dem Nahfeldverfahren beeinflußt.
  • Das erfindungsgemäße aktive Geräuschminderungssystem (ANC) für den Innenraum von Kraftfahrzeugen teilt die zu verarbeitenden Frequenzen in zwei Frequenzbänder ein, die durch eine charakteristische Grenzfrequenz fg voneinander unterschieden werden. Das für das Fernfeld charakteristische Frequenzband A₀ (Fig. 2) liegt unterhalb, das für das Nahfeld charakteristische Frequenzband B₀ oberhalb einer Grenzfrequenz von 100 bis 400 Hz. Im Bereich der Grenzfrequenz fg können die beiden Frequenzbänder A₁, B₁ (Fig. 3) teilweise überlappen.
  • Die elektronische Kontroll- und Regeleinheit für Nah- bzw. Fernfeld besteht vorzugsweise aus einem Signalprozessor, der beide Felder gemeinsam beeinflußt, wobei die beiden Teilsysteme über dezentrale interaktive Logiken gekoppelt sind und beide digital oder analog oder zum Teil digital und zum Teil analog arbeiten.
  • Das erfindungsgemäße Geräuschminderungssystem läßt sich außer in Kraftfahrzeugen auch z. B. in Flugzeugen und anderen Verkehrsmitteln, überall dort, wo Abroll-, starke Wind- und Antriebsmaschinengeräusche entstehen, einsetzen.

Claims (10)

  1. Aktives Geräuschminderungssystem für den Innenraum von Kraftfahrzeugen und anderen Verkehrsmitteln mit mindestens einem Geräuschsensor oder Mikrofon, mindestens einem Lautsprecher und mindestens einer Regeleinrichtung, die als Istgröße das Ausgangssignal des Geräuschsensors oder Mikrofons erhält und ein den Lautsprecher beaufschlagendes Stellsignal abgibt, wobei der räumliche Abstand zwischen Lautsprecher und Mikrofon relativ klein ("Nahfeld") bzw. groß ("Fernfeld") sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Teilsysteme mit jeweils mindestens einem Geräuschsensor oder Mikrofon und einem Lautsprecher, je eines für das "Nahfeld" und eines für das "Fernfeld" vorhanden sind, daß die von der Regeleinrichtung zu verarbeitenden Frequenzen für das Nahfeld oberhalb und für das Fernfeld unterhalb einer charakteristischen Grenzfrequenz (fg) liegen, und daß auf mindestens einen bestimmten Innenraumbereich sowohl nach dem Nahfeldverfahren als auch nach dem Fernfeldverfahren eingewirkt wird.
  2. Aktives Geräuschminderungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenz (fg) zwischen 100 und 400 Hz liegt.
  3. Aktives Geräuschminderungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbereiche von Nah- und Fernfeld teilweise überlappen.
  4. Aktives Geräuschminderungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich des Passagierraums des Kraftfahrzeuges in Kopfhöhe aller Passagiere nach dem Fernfeldverfahren und der Bereich des Fahrers bzw. Beifahrers auf den Vordersitzen zusätzlich nach dem Nahfeldverfahren beeinflußt wird.
  5. Aktives Geräuschminderungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Frequenzüberlappungsbereich dasjenige System dominiert, das entsprechend der Schallfeldstruktur wirkungsvoller arbeiten kann.
  6. Aktives Geräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernfeldverfahren schmalbandig und das Nahfeldverfahren breitbandig wirkt.
  7. Aktives Geräuschminderungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernfeldverfahren breitbandig und das Nahfeldverfahren schmalbandig wirkt.
  8. Aktives Geräuschminderungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide nach Nah- bzw. Fernfeldverfahren arbeitenden Teilsysteme unabhängig voneinander arbeiten und nur über das zu mindernde Schallfeld miteinander gekoppelt sind.
  9. Aktives Geräuschminderungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide nach Nah- bzw. Fernfeldverfahren arbeitenden Teilsysteme über eine gemeinsame Regeleinheit (Signalprozessor) das Schallfeld mindern.
  10. Aktives Geräuschminderungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden nach Fern- bzw. Nahfeldverfahren arbeitenden Teilsysteme über dezentrale, interaktive Logiken gekoppelt sind und beide digital oder analog oder zum Teil digital und zum Teil analog arbeiten.
EP91107463A 1990-05-12 1991-05-08 Aktives Geräuschminderungssystem für den Innenraum von Kraftfahrzeugen Expired - Lifetime EP0457176B1 (de)

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