KR19990016276A - 능동소음제어에서의 제어신호 합성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 주파수 성분을 가진 소음을 제어하기 위해 복수의 제어신호를 하드웨어적인 방법으로 합성함으로써 하나의 주파수가 아닌 여러 개의 주파수 성분을 가진 소음을 능동소음제어(ANC)로 제거할 수 있도록 한 ANC에서의 제어신호 합성장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 센서부(111)에 의해 소음원으로부터 소음신호가 검출되면 소정의 레벨로 증폭하여 출력하는 신호 증폭부(112)와, 이 신호 증폭부(112)에서 증폭된 소음신호에서 원하는 제어대상 주파수 성분의 소음신호를 검출하는 복수의 대역통과필터(113)와, 이 대역통과필터부(113)에 의해 검출된 복수의 소음신호를 입력받아 출력하되 복수의 소음신호와 후단의 신호 합성기(140)에 의해 발생되는 제어신호사이의 오차를 각각의 주파수에 따라 보정하는 중앙제어부(120)와, 이 중앙제어부(120)가 출력하는 복수의 소음신호에서 고주파 성분의 잡음을 제거하는 복수의 저역통과필터(130)와, 잡음이 제거된 복수의 소음신호를 합성한 후 합성된 신호와 진폭은 같고 위상이 반전된 제어신호를 출력하는 신호 합성기(140)와, 이 신호 합성기(140)를 통해 출력된 제어신호를 전력 증폭하여 출력하는 전력 증폭부(151)와, 이 전력 증폭부(151)에서 증폭된 제어신호를 스피커를 통해 음의 형태로 출력하여 음장 공간을 발생시키는 출력부(152)로 구성된다.

Description

능동소음제어에서의 제어신호 합성장치

본 발명은 능동소음제어(Active Noise Control ; ANC)에서의 제어신호 합성장치에 관한 것으로, 특히 복수의 주파수 성분을 가진 소음을 제어하기 위해 복수의 제어신호를 하드웨어적으로 합성함으로써 하나의 주파수(Single Tone)가 아닌 여러개의 주파수 성분을 가진 소음을 ANC로 제거할 수 있도록 한 ANC에서의 제어신호 합성장치에 관한 것이다.

일반적인 ANC의 기본 원리는 도1에 도시된 바와 같이, 소음원(1)으로부터 발생된 소음신호(1a)와 진폭은 같고 위상은 반대인 제어신호(2a)를 제어용 스피커(2)를 통해 인공적으로 발생시켜 두 신호를 같은 공간내에서 상호 중첩되게 하면 두신호가 상쇄되어 소음이 제거되게 된다.

이러한 원리를 응용한 종래 기술에서는 시간에 따라 소음신호가 바뀌고 여러개의 주파수 성분을 갖는 경우에는 도2에 도시된 바와 같이, 적응능력을 갖게 하기 위해 임펄스 응답(Impulse Response)을 근거로 한 전달함수를 구하고, 이를 실시간으로 처리할 수 있는 빠른 연산 능력을 지닌 하드웨어적 수단인 DSP(Digital Signal Processor) 칩을 이용하여 각각의 주파수 성분에 대한 연산 처리를 행하여 보상 및 합성처리 과정을 거친 후 최종적으로 제어신호를 출력하게 된다.

그러나, 종래 DSP 칩을 이용한 소음제어 장치는 DSP 칩이 마이컴과 병행되어 사용되고 있어 고가인 DSP 칩에 대한 가격부담이 커다란 단점으로 부각되었으며, 이로 인하여 실용화에 있어서 상대적으로 가격이 낮은 가전제품에는 적용할 수가 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안한 것으로서, 비교적으로 DSP 칩에 비해 가격이 상당히 저렴한 범용 마이컴만을 이용하되 현재 제품에 이용되고 있는 범용 마이컴은 처리속도 및 연산능력의 한계로 인하여 복수의 주파수 성분을 한꺼번에 분석 및 연산하지 못하므로 복잡한 연산과정 없이 단순히 소음신호와 제어신호사이의 오차만을 각각의 주파수에 따라 보정해 주고, 이 각각의 주파수 성분별 제어신호들을 합성하여 제어용 스피커로 출력하도록 한 ANC에서의 제어신호 합성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 소음원으로부터 소음신호를 검출하여 소정의 레벨로 증폭한 후 증폭된 소음신호를 필터링하여 원하는 제어대상 주파수 성분의 소음신호를 검출하는 소음신호 검출부와; 이 소음신호 검출부에 의해 검출된 복수의 소음신호를 전달받아 각각 필터링하여 고주파 성분의 잡음을 제거한 후 출력하는 잡음 제거부와; 이 잡음 제거부로부터 출력된 복수의 소음신호를 합성한 후 합성된 신호와 진폭은 같고 위상이 반전된 제어신호를 발생시켜 출력하는 제어신호 발생부와; 이 제어신호 발생부로부터 출력된 제어신호를 전력 증폭한 후 음의 형태로 출력하여 음장 공간을 발생시켜 소음을 제거하는 소음 제거부와; 소음신호 검출부에 의해 검출된 소음신호를 잡음 제거부로 전달하되 검출된 소음신호와 제어신호 발생부에 의해 발생된 제어신호사이의 오차를 각각의 주파수에 따라 보정하는 신호 전달부로 이루어짐을 특징으로 한다.

도1은 일반적인 ANC의 기본 원리도.

도2는 종래 ANC에서의 DSP 칩을 이용한 제어신호 합성장치 블록 구성도.

도3은 본 발명에 의한 ANC에서의 제어신호 합성장치 블록 구성도.

도4는 도3에 도시된 신호 합성기 회로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

111 : 센서부, 112 : 신호 증폭부, 113 : 대역통과필터, 120 : 중앙제어부, 130 : 저역통과필터, 140 : 신호 합성기, 141 : 연산 증폭기, 151 : 전력 증폭부, 152 : 출력부

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명에 의한 ANC에서의 제어신호 합성장치를 블록 구성도를 나타낸 것으로서, 소음원으로부터 소음신호를 검출하는 센서부(111)와, 상기 센서부(111)에서 검출된 소음신호를 소정의 레벨로 증폭하여 출력하는 신호 증폭부(112)와, 상기 신호 증폭부(112)에서 증폭된 소음신호에서 원하는 제어대상 주파수 성분의 소음신호를 검출하는 복수의 대역통과필터(113)와, 상기 대역통과필터부(113)에 의해 검출된 복수의 소음신호를 A/D 변환기를 통해 입력받아 D/A 변환기를 통해 출력하되 복수의 소음신호와 후단의 신호 합성기(140)에 의해 발생되는 제어신호사이의 오차를 각각의 주파수에 따라 보정하는 중앙제어부(120)와, 상기 중앙제어부(120)가 출력하는 복수의 소음신호를 각각 필터링하여 고주파 성분의 잡음을 제거한 후 출력하는 복수의 저역통과필터(130)와, 잡음이 제거된 복수의 소음신호를 합성한 후 합성된 신호와 진폭은 같고 위상이 반전된 제어신호를 출력하는 신호 합성기(140)와, 상기 신호 합성시(140)를 통해 출력된 제어신호를 전력 증폭하여 출력하는 전력 증폭부(151)와, 상기 전력 증폭부(151)에서 증폭된 제어신호를 스피커를 통해 음의 형태로 출력하여 음장 공간을 발생시키는 출력부(152)로 구성되어져 있다.

도4는 도3에 도시된 신호 합성기 회로도를 나타낸 것으로서, 복수의 저역통과필터(130)에 의해 고주파성분이 제거된 복수의 소음신호를 입력받아 이 복수의 소음신호가 가산된 신호와 진폭은 같고 위상이 반전된 신호를 출력하기 위해 단위 이득(이득 = 1)을 갖는 연산 증폭기(141)로 구성되어져 있다.(여기서 R1=R2=R3=…=R4=Rf)

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 ANC에서의 제어신호 합성장치의 동작을 첨부한 도면 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 소음원으로부터 소음이 발생되어 센서부(111)에 의해 소음신호가 검출되면 검출된 소음신호는 신호 증폭부(112)에 의해 소정의 레벨로 증폭되어 복수의 대역 통과필터(113)로 출력되게 된다.

그리고, 복수의 대역통과필터(113)는 각각 입력신호를 필터링하여 원하는 제어대상 주파수 성분의 소음신호를 검출하게 된다. 즉, 예를 들어 120㎐, 240㎐, 360㎐의 주파수 성분을 가지고 있는 소음의 경우 1개의 대역통과필터(113)를 통하여 120㎐ 성분의 신호를 얻어내고, 또 하나의 대역통과필터(113)를 통하여 240㎐성분의 신호를 얻어내며,다른 하나의 대역통과필터(113)를 통하여 360㎐ 성분의 신호를 얻어내게 된다.

다음으로, 이렇게 검출된 복수의 소음신호는 A/D 변환기를 통해 디지털 신호로 변환되어 중앙제어부(120)에 입력되게 되고, 다시 중앙제어부(120)내의 D/A 변환기를 통해 아날로그 신호로 변환되어 복수의 저역통과필터(130)로 각각 출력되게 된다.

그리고, 복수의 소음신호를 입력받은 복수의 저역통과필터(130)는 입력된 각각의 소음신호를 필터링하여 고주파 성분의 잡음을 제거한 후 잡음이 제거된 복수의 소음신호를 신호 합성기(140)로 전달하게 된다. 여기서, 소음신호는 Vi=Aisin(it-θi)이다.(단,i=1,2,3…, A:진폭,=2f,θ : 위상지연)

그러면, 내부 저항과 입력저항의 크기가 같은 반전 연산 증폭기(OP AMP)로 이루어진 신호 합성기(140)는 복수의 소음신호를 합성한 후 합성된 신호와 진폭은 같고 위상이 반전된 제어신호를 발생시켜 출력하게 된다.

이때, 도4에 도시된 바와 같이 연산 증폭기(141)의 입력단자는 가상접지되어 있어 복수의 신호가 입력되어도 각 신호들 간에는 상호 간섭을 주지 않게 되고,입력신호의 수에 관계없이 상호영향 없이 합성되게 된다.

그리고, 내부저항(Rf)과 입력저항(R1,R2,R3)의 크기가 모두 같아 연산 증폭기(141)가 단위 이득(이득 = 1)을 가지므로, ANC의 기본 개념인 진폭은 같고 위상이 반전된 제어신호가 출력되게 된다.

즉, 신호 합성기(140)의 출력은 Vo=-(Rf*V1/R1 + Rf*V2/R2 + Rf*V3/R3 + …)로 표현되는데 Rf=R1=R2=R3이면 최종 출력은 Vo=-(V1+V2+V3+…)가 된다.

(단, 부호-는 위상이 반전된 것을 나타냄)

다음으로, 이와 같이 신호 합성기(140)가 출력한 제어신호를 전력 증폭부(151)가 전력 증폭하게 되고, 증폭된 제어신호를 출력부(152)는 스피커를 통해 음의 형태로 출력하여 음장 공간이 발생되게 된다.

그러면, 소음신호와 제어신호가 같은 공간내에서 상호 중첩되므로 두 신호가 상쇄되어 소음이 제거되게 된다.

한편,중앙제어부(120)는 복수의 대역통과필터(113)를 통해 검출된 소음신호와 신호 합성기(140)에 의해 발생되는 제어신호사이의 오차를 각각의 주파수에 따라 보정하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 범용 마이컴만을 이용하여 복잡한 연산과정 없이 단순히 소음신호와 제어신호사이의 오차만을 각각의 주파수에 따라 보정해주고, 이 각각의 주파수 성분별 제어신호들을 합성한 후 제어용 스피커로 출력시켜 두 신호를 같은 공간내에서 상호 중첩되게 하여 소음을 제거함으로써, 장치의 코스트가 저감되어 실용성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 소음원으로부터 소음신호를 검출하여 소정의 레벨로 증폭한 후 증폭된 소음 신호를 필터링하여 원하는 제어대상 주파수 성분의 소음신호를 검출하는 소음신호 검출부와,

   상기 소음신호 검출부에 의해 검출된 복수의 소음신호를 전달받아 각각 필터링하여 고주파 성분의 잡음을 제거한 후 출력하는 제어신호 발생부와,

   상기 잡음 제거부로부터 출력된 복수의 소음신호를 합성한 후 합성된 신호와 진폭은 같고 위상이 반전된 제어신호를 발생시켜 출력하는 제어신호 발생부와,

   상기 제어신호 발생부로부터 출력된 제어신호를 전력 증폭한 후 음의 형태로 출력하여 음장 공간을 발생시켜 소음을 제거하는 소음 제거부와,

   상기 소음신호 검출부에 의해 검출된 소음신호를 상기 잡음 제거부로 전달하되 검출된 소음신호와 상기 제어신호 발샐부에 의해 발생된 제어신호사이의 오차를 각각의 주파수에 따라 보정하는 신호 전달부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 능동소음제어(ANC)에서의 제어신호 합성장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어신호 발생부는 단위 이득의 가산 증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 능동소음제어(ANC)에서의 제어신호 합성장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 가산 증폭기는 내부저항과 입력자항의 크기가 같은 연산 증폭기(OP AMP)로 구성된 것을 특징으로 하는 능동소음제어(ANC)에서의 제어신호 합성장치.