KR20200077397A - 도로 소음 상쇄 시스템에서의 센서 소음층의 가청도 감소 - Google Patents

도로 소음 상쇄 시스템에서의 센서 소음층의 가청도 감소 Download PDF

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KR20200077397A
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케빈 제이. 배스티어
제임스 메이
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하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드
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Abstract

도로 소음 상쇄(RNC) 시스템은 시스템의 진동 센서들에 의해 야기되는 소음층의 가청도를 감소시키기 위한 제어기 및 감쇠기를 포함할 수 있다. 센서 소음층에 기인할 수 있는 승객실 내 위치에서의 반대 소음의 레벨이 추산될 수 있다. 승객실 내 실제 소리 레벨(sound level)이 측정 또는 추산될 수 있으며, 센서 소음층 성분이 알고리즘적으로 제거된다. 가청도를 감소시키기 위해 만약에 있다면, 반대 소음 신호에 적용될 감쇠량을 결정하기 위해 미리 결정된 임계치과 레벨들의 차이가 비교될 수 있다.

Description

도로 소음 상쇄 시스템에서의 센서 소음층의 가청도 감소{REDUCING AUDIBILITY OF SENSOR NOISE FLOOR IN A ROAD NOISE CANCELLATION SYSTEM}
본 발명은 도로 소음 상쇄, 더 구체적으로는 도로 소음 상쇄 시스템서 센서 소음층의 가청도를 감소시키는 것에 관한 것이다.
액티브 소음 제어(ANC) 시스템들은 피드포워드 및 피드백 구조들을 사용하여 원치 않는 소음을 감쇠시켜 차량 객실과 같은 청취 환경 내에서 원치 않는 소음을 적응적으로 제거한다. ANC 시스템들은 일반적으로 원치 않는 가청 소음을 소거식으로 방해하기 위해 상쇄 음파들을 생성함으로써 원치 않는 소음을 상쇄 또는 감소시킨다. 소음 및 소음과 대체로 크기는 동일하지만 위상이 반대인 "반대 소음"이 조합되어 일정 위치에서 음압 레벨(SPL, sound pressure level)을 감소시키는 결과로 소거식 방해가 된다. 차량 객실 청취 환경에서, 원치 않는 소음의 잠재적인 원인들은 엔진, 차량의 타이어와 차량이 주행하고 있는 노면 간의 상호 작용 및/또는 차량의 그 외 다른 부분들의 진동에 의해 방출되는 소리에서 비롯된다. 그에 따라, 원치 않는 소음은 속도, 도로 상태들 및 차량의 운행 상태들에 따라 달라진다.
도로 소음 상쇄(RNC, Road Noise Cancellation)은 차량 객실 내부에서 원치 않는 도로 소음을 최소화하기 위해 차량에 구현되는 특수 ANC 시스템이다. RNC 시스템들은 원치 않는 가청 도로 소음을 초래하는 타이어와 도로 경계에서 발생되는 도로 유발 진동들을 감지하기 위해 진동 센서들을 사용한다. 그 다음 차량 내부의 이러한 원치 않는 도로 소음은 하나 이상의 청자의 귀의 통상적인 위치에서 감소될 잡음과 이상적으로 크기는 동일하고 위상이 반대인 음파들을 생성하기 위해 스피커들을 사용함으로써 상쇄되거나, 또는 레벨이 감소된다. 그러한 도로 소음을 상쇄한 결과는 차량 탑승자들에게는 더 즐거운 탑승이고, 그것은 차량 제조사들이 경량의 자재들을 사용할 수 있게 함으로써, 에너지 소비를 감소시키고 방출은 감소시킨다.
RNC 시스템들 통상적으로 차량의 서스펜션 시스템 주변의 다양한 위치에 위치되는 진동 센서들로부터의 가속도 입력들 그리고 차량 객실 내부의 다양한 위치에 위치되는 오차 마이크로폰들의 신호들 양자에 기초하여 W-필터들을 지속적으로 적응시키는 최소 평균 제곱(LMS, Least Mean Square) 적응적 피드포워드 시스템들이다. 차량들에서의 RNC 시스템들은 진동 센서들 또는 마이크로폰들로부터의 소음층에 영향을 받기 쉬워 승객실 내 총 소음에 원치 않게 부가된다. 소음층은 신호에서의 배경 소음 레벨, 또는, 시스템에 의해 도입되는, 그 아래로는 잡히고 있는 신호가 소음과 구분될 수 없는, 소음 레벨이다. 예를 들어, 가속도계와 같은 진동 센서에 대한 소음층은 그것이 어떠한 입력 진동도 받지 않을 때 그것이 갖는 출력 신호이다. 이상적인 가속도계는 제로 도로 입력 진동을 받을 때 진폭이 제로인 출력 신호를 가질 것이다. 이 경우 실제 가속도계 출력 신호는 제로가 아닐 것이나, 매우 작은 진폭을 가질 것이다. 대부분 RNC 시스템이 피드포워드 시스템들이기 때문에, 진동 센서들 및/또는 마이크로폰들로부터의 제로가 아닌 소음층 신호들은 공기 전달 반대 소음(airborne anti-noise)으로서 스피커들에 의해 승객실 내로 증폭 및 방사된다. 특정 도로들 위 특정 속도에서(예를 들어, 부드러운 도로 위 느린 속도에서), 센서 소음층은 낮은 객실 내 소음층으로 차량 내부에서 들릴 수 있어, 탑승자들의 불편이 많아질 수 있다.
본 발명의 다양한 양태는 도로 소음 상쇄(RNC) 시스템에서 센서 소음층의 가청도를 감소시키는 것에 관한 것이다. 하나 이상의 예시적인 실시 예에서, 피드포워드 RNC 시스템에서 센서 소음층의 가청도를 감소시키기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은: 센서 소음층 반대 소음(SNFAN, sensor noise floor anti-noise) 레벨을 추산하는 단계로서, 상기 SNFAN 레벨은 적어도 하나의 센서의 소음층에 기인한 차량의 승객실 내 위치에서의 반대 소음량을 나타내는, 상기 SNFAN 레벨을 추산하는 단계; 상기 승객실에서 객실 내 소리 레벨(sound level)을 결정하는 단계; 및 상기 SNFAN 레벨과 상기 객실 내 소리 레벨의 비교에 기초하여 적어도 하나의 스피커에 의해 상기 승객실 내로 방사될 반대 소음 신호의 감쇠 레벨을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
구현 예들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 SNFAN 레벨 및 상기 객실 내 소리 레벨은 음압 레벨들일 수 있다. 대안적으로, 상기 SNFAN 레벨 및 상기 객실 내 소리 레벨은 하나 이상의 주파수 대역에서 계산되는 소리 파라미터들일 수 있다. 상기 SNFAN 레벨을 추산하는 단계는: 상기 RNC 시스템에서의 적어도 하나의 스피커에 대해, 상기 적어도 하나의 센서의 상기 소음층에 상기 적어도 하나의 스피커와 연관된 W-필터 계수들을 승산하는 단계; 상기 소음층과 상기 W-필터의 곱들을 합산하는 단계; 및 합에 상기 적어도 하나의 스피커와 상기 승객실 내 상기 위치 사이의, 추산된 부가 경로(S'(z))를 승산하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 객실 내 소리 레벨은 상기 승객실 내 마이크로폰에 의한 음압의 직접 측정에 기초할 수 있다. 대안적으로, 상기 객실 내 소리 레벨은 객실 내 소리 발생 시스템들로부터의 입력들에 기초하여 추산될 수 있다.
상기 승객실에서 객실 내 소리 레벨(sound level)을 결정하는 단계는: 상기 승객실 내 마이크로폰을 사용하여 음압 레벨을 측정하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 스피커에 의해 방사되는 반대 소음에 기인하는 상기 음압 레벨의 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 반대 소음 신호의 상기 감쇠 레벨을 조절하는 단계는: 상기 객실 내 소리 레벨과 상기 SNFAN 레벨 간 차이를 계산하는 단계; 및 상기 차이에 기초하여 상기 감쇠 레벨을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 차이에 기초하여 상기 감쇠 레벨을 선택하는 단계는 상기 차이에 기초하여 색인표로부터 상기 감쇠 레벨을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 감쇠 레벨은 상기 차이가 미리 결정된 임계치를 초과할 때 제로로 설정될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시 예에는 차량용 RNC 시스템에 관한 것이다. 상기 RNC 시스템은 입력에 대응하여 소음 신호를 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 센서로서, 상기 센서는 소음층을 갖는, 상기 적어도 하나의 센서, 및 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어기를 포함할 수 있다. 상기 제어기는: 상기 적어도 하나의 센서의 상기 소음층에 기인한 상기 차량의 승객실 내 위치에서의 반대 소음량을 나타내는 센서 소음층 반대 소음(SNFAN) 레벨을 추산하도록; 상기 승객실에서 객실 내 소리 레벨을 결정하도록; 그리고 상기 SNFAN 레벨과 상기 객실 내 소리 레벨의 비교에 기초하여 감쇠 레벨을 설정하도록 프로그램될 수 있다. 상기 RNC 시스템은 제어 가능 필터로부터 반대 소음 신호를 수신하도록 그리고 상기 감쇠 레벨에 기초하여 적어도 하나의 스피커에 의해 반대 소음으로서 상기 승객실로 방사될 감쇠된 반대 소음 신호를 발생시키도록 구성된 감쇠기를 더 포함할 수 있다.
구현 예들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 SNFAN 레벨 및 상기 객실 내 소리 레벨은 음압 레벨들일 수 있다. 대안적으로, 상기 SNFAN 레벨 및 상기 객실 내 소리 레벨은 하나 이상의 주파수 대역에서 계산되는 소리 파라미터들일 수 있다. 상기 SNFAN 레벨을 추산하도록 프로그램된 상기 제어기는: 상기 RNC 시스템에서의 상기 적어도 하나의 스피커에 대해, 상기 적어도 하나의 센서의 상기 소음층에 상기 적어도 하나의 스피커와 연관된 W-필터 계수들을 승산하도록; 상기 소음층과 W-필터 계수들의 곱들을 합산하도록; 그리고 합에 상기 적어도 하나의 스피커와 상기 승객실 내 상기 위치 사이의, 추산된 부가 경로(S'(z))를 승산하도록 프로그램된 상기 제어기를 포함할 수 있다. 상기 소음층은 상기 적어도 하나의 센서로부터의 실제 출력 신호들로부터 얻어질 수 있다. 대안적으로, 상기 소음층은 프로그램된 값일 수 있다. 상기 제어기에 의해 설정되는 상기 감쇠 레벨은 상기 객실 내 소리 레벨과 상기 SNFAN 레벨 간 차이에 기초할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 추가 실시 예는 RNC를 위해 프로그램된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 상기 컴퓨터 프로그램 제품은: 적어도 하나의 센서로부터 소음 신호를 수신하기 위한 명령; 상기 소음 신호를 상기 적어도 하나의 센서에 대한 센서 소음층의 추산을 나타내는 저장된 소음층 값과 비교하기 위한 명령; 및 상기 저장된 소음층 값과 상기 소음 신호의 상기 비교에 기초하여 적어도 하나의 스피커에 의해 상기 승객실 내로 방사될 반대 소음 신호의 감쇠 레벨을 조절하기 위한 명령을 포함할 수 있다.
구현 예들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 소음 신호를 저장된 소음층 값과 비교하기 위한 명령들은 상기 소음 신호와 상기 저장된 소음층 값 간 차이를 계산하는 것 그리고 상기 차이를 미리 결정된 임계치와 비교하는 것을 포함할 수 있다. 반대 소음 신호의 상기 감쇠 레벨을 조절하기 위한 명령들은 상기 차이가 상기 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때 상기 차이에 기초하여 상기 감쇠 레벨을 선택하는 것을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른, 도로 소음 상쇄(RNC) 시스템을 갖는 차량의 블록도이다;
도 2는 R개의 가속도계 신호 및 L개의 스피커 신호를 포함하도록 스케일링된 RNC 시스템의 관련 부분들을 실증하는 샘플 개략도이다;
도 3은 비교적 새롭고 평탄한 포장 도로 상에서 다양한 속도로 주행하는 차량의 서브 프레임 상에 장착된 가속도계에 의해 출력되는 시간 데이터의 스펙트럼을 도시한다;
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른, 제어기 및 감쇠기를 포함하는 RNC 시스템을 나타내는 개략적인 블록도이다;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른, 도 4에서의 제어기의 예시적인 블록도이다; 그리고
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른, RNC 시스템에서의 센서 소음층의 가청도를 감소시키기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
필요에 따라, 본 발명의 상세한 실시 예들이 본원에 개시되나, 개시된 실시 예들은 다양하고 대안적인 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 단지 대표적인 것으로 이해되어야 한다. 도면들은 반드시 일정한 비율인 것은 아니고, 일부 특징이 특정 구성요소들의 세부 사항들을 보이기 위해 확대되거나 최소화될 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 특정 구조적 그리고 기능적 세부사항들은 제한적으로 해석되어서는 안 되고, 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명을 다양하게 채용하도록 교시하기 위해 대표적인 사례가 되는 기준으로만 해석되어야 한다.
본원에 설명되는 제어기들 또는 장치들 중 임의의 하나 이상은 다양한 프로그래밍 언어 및/또는 기술을 사용하여 생성되는 컴퓨터 프로그램들로부터 컴파일링 또는 해석될 수 있는 컴퓨터 실행 가능 명령들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서(이를테면 마이크로 프로세서)는 예를 들어 메모리, 컴퓨터 판독 가능 매체 등으로부터 명령들을 수신하고 명령들을 실행한다. 처리 유닛은 소프트웨어 프로그램의 명령들을 실행할 수 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 전자 저장 장치, 자기 저장 장치, 광학 저장 장치, 전자기 저장 장치, 반도체 저장 장치 또는 이들의 임의의 적절한 조합일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
도 1은 하나 이상의 진동 센서(108)를 갖는 차량(102)용 도로 소음 상쇄(RNC) 시스템(100)을 도시한다. 진동 센서들은 차량의 서스펜션, 서브 프레임, 뿐만 아니라 그 외 다른 차축 및 섀시 구성요소들의 진동 거동을 모니터링하기 위해 차량(102)에 전체에 걸쳐 배치된다. RNC 시스템(100)은 하나 이상의 마이크로폰(112)을 사용하여 진동 센서들(108)로부터의 신호들의 적응적 필터링에 의해 반대 소음을 생성하는 광대역 피드포워드 및 피드백 액티브 소음 제어(ANC) 프레임워크 또는 시스템(104)과 통합될 수 있다. 그 다음 반대 소음 신호는 하나 이상의 스피커(124)를 통해 재생될 수 있다. S(z)는 단일 스피커(124)와 단일 마이크로폰(112) 간 전달 함수를 나타낸다. 도 1은 단지 간단함을 위해 단일 진동 센서(108), 마이크로폰(112) 및 스피커(124)를 도시하지만, 통상적인 RNC 시스템들은 다수의 진동 센서(108)(예를 들어, 10개 이상), 스피커(124)(예를 들어, 4개 내지 8개) 및 마이크로폰(112)(예를 들어, 4개 내지 6개)을 사용한다는 것이 주의되어야 한다.
진동 센서들(108)은 가속도계, 힘 게이지, 지오폰, 선형 가변 차동 변압기, 스트레인 게이지 및 로드 셀을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 가속도계들은 출력 신호 진폭이 가속도에 비례하는 장치들이다. 매우 다양한 가속도계가 RNC들에서의 사용에 이용 가능하다 이것들은 하나, 둘 및 셋의 통상적으로 직교하는 방향의 진동에 민감한 가속도계들을 포함한다. 이러한 다축 가속도계들은 통상적으로 그것들의 X 방향, Y 방향 및 Z 방향에서 감지되는 진동들마다 별개의 전기 출력(또는 채널)을 갖는다. 따라서, 단축 및 다축 가속도계들은 가속도의 크기 및 위상을 검출하기 위한 진동 센서들(108)로서 사용될 수 있고 배향, 모션 및 진동을 감지하기 위해서도 사용될 수 있다.
노면(150)을 이동하는 바퀴(106)에서 비롯되는 소음 및 진동들은 차량(102)의 서스펜션 장치(110) 또는 섀시 구성요소에 기계적으로 결합되는 진동 센서들(108) 중 하나 이상에 의해 감지될 수 있다. 진동 센서(108)는 검출된 도로 유발 진동을 나타내는 진동 신호인 소음 신호(X(n))를 출력할 수 있다. 다수의 진동 센서가 가능하고 그것들의 신호들이 별개로 사용될 수 있거나, 또는 해당 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 알려져 있는 다양한 방식으로 조합될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 특정 실시 예들에서는, 마이크로폰이 진동 센서를 대신해서 바퀴(106) 및 노면(150)의 상호 작용으로부터 발생되는 소음을 나타내는 소음 신호(X(n))를 출력하기 위해 사용될 수 있다. 소음 신호(X(n))는 부가 경로 필터(122)에 의해, 부가 경로를 추산하는 모델링된 전달 특성(S'(z))(즉, 반대 소음 스피커(124)와 오차 마이크로폰(112) 간 전달 함수)으로 필터링될 수 있다.
바퀴(106) 및 노면(150)의 상호 작용에서 비롯되는 도로 소음 또한 기계적으로 그리고/또는 음향적으로, 승객실로 전달되고 차량(102) 내부 하나 이상의 마이크로폰(112)에 의해 수신된다. 하나 이상의 마이크로폰(112)은 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 좌석(116)의 머리 받침대(114)에 위치될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 마이크로폰(112)은 차량(102)의 헤드라이너에 위치될 수 있거나, 또는 차량(102) 내부 사용자들에 의해 들리는 음향 소음장을 감지하기에 적합한 그 외 다른 몇몇 위치에 위치될 수 있다. 바퀴(106) 및 노면(150)의 상호 작용에서 비롯되는 도로 소음은 주 경로를 나타내는 전달 특성(P(z))(즉, 실제 소음원과 오차 마이크로폰 간 전달 함수)에 따라 마이크로폰(112)에 전달된다.
마이크로폰들(112)은 마이크로폰들(112)에 의해 검출될 때 차량(102)의 객실에 있는 소음을 나타내는 오차 신호(e(n))를 출력할 수 있다. RNC 시스템(100)에서, 제어 가능 필터(118)의 적응적 전달 특성(W(z))은 적응적 필터 제어기(120)에 의해 제어될 수 있으며, 이는 필터(122)에 의해 모델링된 전달 특성(S'(z))으로 필터링되는 소음 신호(X(n)) 및 오차 신호(e(n))에 기초하여 알려져 있는 최소 평균 제곱(LMS) 알고리즘에 따라 동작할 수 있다. 제어 가능 필터(118)는 보통 W-필터로 지칭된다. 반대 소음 신호(Y(n))는 식별된 전달 특성(W(z)) 및 진동 신호, 또는 진동 신호들의 조합(X(n))에 기초하여 제어 가능 필터(118)에 의해 형성되는 적응적 필터 및 적응적 필터 제어기(120)에 의해 생성될 수 있다. 반대 소음 신호(Y(n))는 이상적으로 스피커(124)를 통해 재생될 때, 차량 객실의 사용자들에게 들릴 수 있는 도로 소음과 실질적으로 크기는 동일하지만 위상이 반대인 반대 소음이 점유자들의 귀 및 마이크로폰(112) 근처에서 생성되도록 하는 파형을 갖는다. 스피커(124)로부터의 반대 소음은 차량 객실 내 마이크로폰(112) 부근 도로 소음과 조합되어 이러한 위치에서의 도로 소음 유발 음압 레벨(SPL)을 감소시킬 수 있다. 특정 실시 예들에서, RNC 시스템(100)은 음향 에너지 센서, 음향 강도 센서 또는 음향 입자 속도 또는 가속도 센서와 같은 승객실 내 그 외 다른 음향 센서들로부터 센서 신호들을 수신여 오차 신호(e(n))를 생성할 수 있다.
차량(102)이 운행 중일 동안, 프로세서(128)는 진동 센서들(108) 및 마이크로폰들(112)로부터의 데이터를 수집 및 선택적으로 처리하여 차량(102)에 의해 사용될 데이터 및/또는 파라미터들을 함유하는 데이터베이스 또는 맵을 구성할 수 있다. 수집되는 데이터는 차량(102)에 의한 향후 사용을 위해 저장소(130)에 로컬로, 또는 클라우드에 저장될 수 있다. 저장소(130)에 로컬로 저장하는 데 유용할 수 있는 RNC 시스템(100)과 관련된 데이터의 유형들의 예들에는 최적 W-필터들, 가속독계 또는 마이크로폰 스펙트럼 또는 시간 의존적 신호들 및 엔진 SPL 대 토크 및 RPM 및 하나 이상의 가속도계의 소음층이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 하나 이상의 실시 예에서, 프로세서(128) 및 저장소(130)는 적응적 필터 제어기(120)와 같은 하나 이상의 RNC 시스템 제어기와 통합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 통상적인 RNC 시스템들은 수 개의 진동 센서, 마이크로폰 및 스피커를 사용하여 차량의 구조 전달 진동 거동을 감지하고 반대 소음을 생성할 수 있다. 진동 센서는 다수의 출력 채널을 갖는 다축 가속도계들일 수 있다. 예를 들어, 3축 가속도계들은 통상적으로 그것들의 X 방향, Y 방향 및 Z 방향에서 감지되는 진동들마다 별개의 전기 출력을 갖는다. RNC 시스템에 대한 통상적인 구성은 예를 들어, 6개의 오차 마이크로폰, 6개의 스피커, 및 4개의 3축 가속도계 또는 6개의 2축 가속도계로부터 오는 가속도 신호들의 12개의 채널을 가질 수 있다. 그에 따라, RNC 시스템은 또한 다수의 S'(z) 필터(즉, 부가 경로 필터(122)) 및 다수의 W(z) 필터(즉, 제어 가능 필터(118))도 포함할 것이다.
도 1에 도시된 간략화된 RNC 시스템 개략도는 각 스피커(124)와 각 마이크로폰(112) 사이 S(z)로 나타낸 하나의 부가 경로를 도시한다. 전술한 바와 같이, RNC 시스템은 통상적으로 다수의 스피커, 마이크로폰 및 진동 센서를 갖는다. 그에 따라, 6-스피커, 6-마이크로폰 RNC 시스템은 총 36개의 부가 경로(즉, 6 x 6)를 가질 것이다. 상응하여, 6-스피커, 6-마이크로폰 RNC 시스템은 마찬가지로 36개의 S'(z) 필터(즉, 부가 경로 필터(122))를 가질 수 있으며, 이는 각각의 부가 경로에 대한 전달 함수를 추산한다. 도 1에 도시된 바와 같이, RNC 시스템은 또한 진동 센서(즉, 가속도계)(108)로부터의 각각의 소음 신호(X(n))와 각각의 스피커(224) 사이에 하나의 W(z) 필터(즉, 제어 가능 필터(118))를 가질 것이다. 그에 따라, 12-가속도계 신호, 6-스피커 RNC 시스템은 72개의 W(z) 필터를 가질 수 있다. 다수의 가속도계 신호, 스피커 및 W(z) 필터 간 관계는 도 2에 도시되어 있다.
도 2는 가속도계들(208)로부터의 R개의 가속도계 신호 [X1(n), X2(n),...XR(n)] 및 스피커들(224)로부터의 L개의 스피커 신호 [Y1(n), Y2(n),...YL(n)]를 포함하도록 스케일링된 RNC 시스템(200)의 관련 부분들을 실증하는 샘플 개략도이다. 그에 따라, RNC 시스템(200)은 각각의 가속도계 신호들과 각각의 스피커들 사이에 R*L개의 제어 가능 필터(또는 W-필터)(218)를 포함할 수 있다. 일례로서, 12개의 가속도계 출력(즉, R=12)을 갖는 RNC 시스템(12)은 6개의 2축 가속도계 또는 4개의 3축 가속도계를 채용할 수 있다. 따라서, 동일한 예에서, 반대 소음을 재생하기 위해 6개의 스피커(즉, L=6)를 갖는 차량은 총 72개의 W-필터를 사용할 수 있다. 각각의 L개의 스피커에서는, 스피커의 반대 소음 신호(Y(n))를 생성하기 위해 R개의 W-필터 출력이 합산된다. 각각의 L개의 스피커는 증폭기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시 예에서, R개의 W-필터에 의해 필터링되는 R개의 가속도계 신호가 합산되어 증폭기로 공급되는 전기 반대 소음 신호(y(n))를 생성하여 스피커로 보내지는 증폭된 반대 소음 신호(Y(n))를 발생시킨다.
전술한 바와 같이, 차량들에서의 RNC 시스템들은 진동 센서들 또는 마이크로폰들로부터의 소음층에 영향을 받기 쉬워 승객실 내 총 소음에 원치 않게 부가된다. 이는 최저 센서 출력 신호 진폭이 제로가 아니기 때문에 발생한다. 가속도계와 같은 진동 센서의 소음층은 그것이 어떠한 입력 진동도 받지 않을 때 그것이 갖는 출력 신호의 레벨이다. 이상적인 가속도계는 어떠한 진동도 받지 않을 때 제로의 출력 신호 진폭을 가질 것이다. 이 경우 실제 가속도계 출력 신호는 제로가 아닐 것이나, 매우 작은 진폭을 가질 것이다. 또한, 실제 RNC 시스템에서, 특정 극소 진폭의 도로 진동들은 가속도계 소음층보다 더 높은 진폭 신호를 생성하기에 충분한 진폭을 갖지 않는다. 유사하게, 마이크로폰 소음층은 그것이 어떠한 음압도 받지 않을 때 마이크로폰이 출력하는 신호이다.
대부분 RNC 시스템이 피드포워드 시스템들이기 때문에, 소음층을 비롯하여 임의의 소음 신호들은 RNC가 활성일 때 LMS 적응된 W-필터들에 의해 필터링 또는 이퀄라이징되어 반대 소음 신호를 생성한다. 그 다음 반대 소음 신호는 증폭되고 스피커들에 직접 보내지며, 여기서 그것은 공기 전달 반대 소음(airborne anti-noise)이 된다. 센서 소음층이 센서에 의해 감지되는 그 외 다른 입력들에서 가장 클 때, RNC 시스템을 비활성화시키면 센서 소음층이 증폭되어 승객실 내에서 들릴 수 있게 되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 차량이 정지 상태에 있을 때, RNC 시스템을 비활성화시키면 센서 소음층이 승객실 내에서 들릴 수 있는 소음을 발생시키는 것을 방지한다. 센서 소음층은 제로가 아닌 속도에서도, 예를 들어, 차량이 평탄한 포장 도로 상에서 비교적 저속으로 주행하고 있을 때에도 승객실 내에서 여전히 들릴 수 있을 수 있다. 그에 반해, 차량이 고르지 못한 포장 도로 상에서 동일한 저속으로 주행할 때, 센서 배경 소음은 들리지 않을 수 있는데, 이는 도로 유발 진동들이 모든 주파수에서 센서 소음층보다 더 높은 진폭을 갖기 때문이다. 이러한 고르지 못한 도로 상에서는, RNC 시스템을 활성화함으로써 객실 내 더 조용한 경험을 제공 받을 수 있다. 그에 따라, 단지 차량 속도 임계치에 기초하여 RNC를 활성화시키는 것은 증폭된 센서 소음층을 억제하면서 최상의 RNC 경험을 제공하는 것의 부적절한 수단일 수 있다.
소음층이 증폭되어 승객실 내에서 들릴 수 있는 소음으로 방사되는 것을 방지하기 위해, RNC 턴 온을 위한 스마트, 도로 유발 진동 의존 레벨이 채용될 수 있다. 하나 이상의 실시 예에 따르면, 단일 가속도계 출력 신호에 적용되는 크기 임계치가 가능하게는 속도 기반 임계치와 함께, 이용될 수 있다. 일례로서, 고르지 못한 포장 도로 유형들(즉, 비교적 높은 가속도계 출력 신호 진폭을 갖는 것들) 상에서, RNC는 5 mph 미만에서 턴 온될 수 있다. 더 평탄한 포장 도로 유형들(즉, 비교적 낮은 가속도계 출력 신호 진폭을 갖는 것들) 상에서, RNC는 10 내지 20 mph에서 턴 온될 수 있다. 몇몇 RNC 알고리즘은 1.5 kHz 샘플 속도에서 실행되며, 이는 안티 에일리어싱 필터가 주파수 범위를 750 Hz로 제한함을 의미한다. 그것은 통상적으로 특히 차량들에서 들릴 수 있는 이러한 범위(즉, 325 Hz 내지 750 Hz)의 1.2 옥타브 더 위에 있는 센서 소음층이다. 상이한 가속도계들을 갖고 상이한 포장 도로 유형들 상에서 동작하는 상이한 샘플 속도들을 갖는 상이한 RNC 알고리즘들은 피드포워드 센서 소음층이 특정 속도들에서 차량 내부에서 들릴 수 있을 수 있는 그 외 다른 주파수 영역들을 가질 수 있다.
통상적인 경우를 예시하기 위해, 도 3은 비교적 새롭고 평탄한 포장 도로 상에서 다양한 속도로 주행하는 차량의 서브 프레임 상에 장착된 가속도계에 의해 출력되는 시간 데이터의 스펙트럼(300)(이하, 주파수 응답이라 한다)을 도시한다. 신호(305)는 차량이 턴 오프될 때 진동 센서의 주파수 응답을 도시한다. 신호(310)는 차량이 공회전하고 있을 때 주파수 응답을 도시한다. 신호(315)는 차량이 3 mph로 주행하고 있을 때 주파수 응답을 도시한다. 신호(320)는 차량이 5 mph로 주행하고 있을 때 주파수 응답을 도시한다. 신호(325)는 차량이 13 mph로 주행하고 있을 때 주파수 응답을 도시한다. 마지막으로, 신호(330)는 차량이 18 mph로 주행하고 있을 때 주파수 응답을 도시한다. 18 mph에서 가속도 출력 신호(330)는, 가속도계 소음층이 승객실에서 대부분 들릴 수 있는 주파수 범위인, 300-600 Hz 옥타브에서 신호(305)로 표시된 바와 같은, 소음층보다 단지 대략 6 dB 위라는 것이 흥미롭다. 비교를 위해, 통상적인 도로 위 45 mph에서, 도로 유발 가속도 신호는 가속도계 배경 소음 레벨보다 40 dB 이상 위일 수 있다. 이러한 라인들은 몇몇 주파수 범위에서 교차함에 따라, 서로로부터 항상 오프셋되는 것은 아니라는 것을 주의한다. 일 실시 예에서, 주파수 응답의 더 정확한 추산에 이르기 위해 더 긴 시간 평균화가 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른, RNC 시스템(400)을 나타내는 개략적인 블록도이다. RNC 시스템(100)과 유사하게, RNC 시스템(400)은 각각 상술된 요소들(108, 110, 112, 118, 120, 122 및 124)의 동작과 일치하는 요소들(408, 410, 412, 418, 420, 422 및 424)을 포함할 수 있다. 도 4는 또한 도 1에 대하여 설명된 바와 같은 주 경로(P(z)) 및 부가 경로(S(z))를 예시를 위해 블록 형태로 도시한다. 도시된 바와 같이, RNC 시스템(400)은 제어기(438)를 더 포함할 수 있다. 제어기(438)는 센서 소음층이 승객실에서 들릴 수 있을 것을 방지하도록 프로그램된 프로세서 및 메모리(도시되지 않음), 이를테면 프로세서(128) 및 메모리(130)를 포함할 수 있다.
피드포워드 센서의 소음층은 도로 유발 진동과 상관되지 않기 때문에, 소음 신호의 소음층 성분으로부터 생성되는 어떠한 반대 소리 레벨 소음을 상쇄시키지 않을 것이고, 그것은 승객실 내에 추가 소음을 일으킬 것이다. 진동 센서 소음층으로부터 생성되는 반대 소음은 센서 소음층 반대 소음(SNFAN, Sensor Noise Floor Anti-Noise)으로 지칭될 수 있다. SNFAN 레벨은 진동 센서 소음층에 W-필터를 승산함으로써 그리고 그 다음 반대 소음을 생성하는 스피커(예를 들어, 스피커(424))로부터 승객실 내 위치로 부가 경로(S(z))의 추산에 의해 추산될 수 있다. 센서 소음층이 SNFAN을 생성하게 하는 것을 방지하기 위한 일 실시 예는 제어기(438)에 센서 소음층의 추산치를 저장하는 것이다. 소음 신호(X(n))는 하나 이상의 주파수 범위 또는 주파수 빈에서 저장된 소음층 값과 비교될 수 있다. 예를 들어, 소음 신호(X(n))와 저장된 소음층 값 간 차이가 미리 결정된 임계치와 비교될 수 있다. 그 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하면(즉, 소음 신호(X(n))가 저장된 소음층 값보다 크기가 충분히 더 크기 않으면), 승객실 내 이러한 SNFAN의 생성을 방지하기 위해, 또는 그것의 재생 레벨을 감소시키기 위해 RNC 불능 또는 감쇠 접근법이 채용될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 제어기(438)는 진동의 소음층 또는 소음 신호(X(n))를 생성하는 그 외 다른 센서(408)에 기인하여 반대 소음을 계산하도록 구성될 수 있다. RNC 시스템(400)이 비활성화되면, SNFAN 레벨은 하나 이상의 주파수 대역에서 승객실 주위에 배치된 마이크로폰들(412) 중 하나 이상에 의해 측정되는 바와 같이 차량 내 위치에서의 실제 SPL과 비교될 수 있다. SNFAN과 객실 내 SPL 간 레벨 차이들이 미리 결정된 임계치보다 적으면, RNC 시스템은 비활성화된 채로 유지될 수 있다. 대안적으로는, 반대 소음 신호가 감쇠될 수 있다. 이를 위해, RNC 시스템(400)은 센서들(408)로부터의 소음층이 승객실에서 들리는 것을 방지하기 위해 감쇠기(440)를 더 포함할 수 있다. 감쇠기(440)는 진동 센서와 스피커 입력 사이에 적절한 레벨으로 감쇠를 적용하여 증폭된 센서 소음층 미리 결정된 양보다 더 많이 객실 내 SPL을 증가시키지 않게 할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 감쇠기(440)는 제어 가능 필터(418)(즉, W-필터들)로부터 출력되는 반대 소음 신호들(Y(n))을 감쇠시켜 감쇠된 반대 소음 신호(Y'(n))를 생성할 수 있다. 일 실시 예에서는, 감쇠기(440)에 의해 적용되는 동일한 감쇠가 다른 감쇠기(도시되지 않음)에 의한 오차 신호(e(n))에, 그것이 적응적 필터 제어기(420)에 입력되기 전, 적용되어 W-필터들(418)의 최적의 안정된 LMS 적응을 이룰 수 있다. RNC가 활성이면, 오차 마이크로폰들(412)에 의해 반대 소음 신호가 검출되고, 객실 내 음압 레벨(IC SPL, in-cabin sound pressure level)의 정확한 추산에 이르기 위해, 선택적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 오차 신호(e(n))에서 감산될 수 있다.
대안적인 실시 예들에서, 반대 소음 신호(Y(n))를 감쇠시키는 감쇠기(440)는 소음 신호(X(n))를 감쇠시키도록, 또는 직접 필터 계수들(W(z))을 감쇠시키도록 이동될 수 있다. 이러한 신호들 또는 필터들 중 임의의 것의 2 dB만큼의 감소는 차량에서 생성되는 반대 소음에 동일한 순수 효과를 미친다―2 dB SPL의 감소.
이러한 감쇠가 센서(408)의 소음층이 승객실에서 들리는 것을 방지할 수 있지만, 그것은 또한 스피커(424)로 보내지는 반대 소음 신호도 감소시킬 것이다. 결과적으로, 이것은 몇몇 주파수 범위에서 도로 소음 상쇄 효과를 감소시킬 수 있다. 일 실시 예에서, 감쇠는 주파수 범위에서 SNFAN의 추가에 의한 소음 이득을 1.0 dB만큼 제한하도록 선택될 수 있다. SNFAN에 기인한 SPL의 이러한 증가가 하나 이상의 주파수 대역에서 제한될 수 있도록 다중 대역 처리가 적용될 수 있다. 그에 따라, 각각의 주파수 대역은 그 자체의 미리 결정된 가청도 임계치를 가질 수 있다. 다중 대역 처리가 사용되면, 임의의 대역으로부터의 최고 진폭 감쇠가 모든 대역에 대한 감쇠기(440)에서 단일 감쇠 값으로 사용될 수 있다. 대안적인 실시 예에서는, 둘 이상의 대역의 각각에서 상이한 감쇠가 적용되는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 추가 필터링은 레이턴시를 증가시키거나 반대 소음 위상을 변경시킬 수 있고, 그에 따라, RNC 효과를 더 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 300-600 Hz 옥타브 대역에서의 스펙트럼 레벨이배경 소음 레벨과 비교될 수 있고, 감쇠는 이러한 주파수 대역에서 센서 소음층으로부터 생성되는 반대 소음의 존재에 기인하여 SPL이 단지 0.4 dB만큼 증가하도록 적용될 수 있다.
반대 소음 신호(Y(n))에 전술한 방식으로 감쇠는 적용하면 0 mph의 차량 속도 임계치를 사용하는 것에 비해 RNC 시스템(400)의 턴 온 또는 그것의 상응하는 RNC 알고리즘을 효과적으로 지연시킬 수 있다. 유사하게, 이러한 감쇠를 감속하는 차량(즉, 객실 내 SPL과 SNFAN 레벨 간 차이가 임계치를 초과할 때)에 적용하면 RNC를 효과적으로 비활성화시킬 수 있다. 이는 출력 반대 소음 신호를 감쇠시키는 것이 RNC의 양을 감소시킬 수 있기 때문이다. 감쇠기(440)에서의 감쇠 레벨을 지속적으로 증가시키면 결국 RNC 효과를 상쇄가 없는 지점으로 감소시킬 수 있으며, 이는 RNC를 비활성화시키는 가청 효과를 갖는다. 대안적인 실시 예에서, RNC는 미리 결정된 임계치에 접근되고 그것을 넘음에 따라, 감쇠를 감소시키는 것을 사용하여, 천천히 "턴 온"될 수 있다. 이는 이력 현상을 제공하고 RNC 시스템의 바람직하지 않은 갑작스런 온-오프-온 토글링을 방지할 수 있다. 최종 결과는 작은 범위의 속도 증가에 걸쳐, 객실 내 SPL의 진폭이 커져서, 객실 내 SPL과 SNFAN 레벨 간 차이가 미리 결정된 임계치에 접근하거나 그것을 너머 증가하게 됨으로써, W-필터가 적용된 후 감쇠를 점진적으로 감소시킬 수 있다는 것일 수 있다. 일례로서, 차량이 13 mph에서 20 mph로 가속될 때, 객실 내 SPL의 진폭이 증가하여서, 반대 소음 신호에 적용되는 감쇠가 5 dB(즉, 조금 감쇠)에서 0 dB(즉, 감쇠 없음)로 감소되게 될 수 있다. 이는 차량 가속 또는 차량 속도 증가에 기인하여 미리 결정된 임계치에 접근됨에 따라 RNC가 점진적으로 턴 온되는 것으로 인식되는 효과를 가질 수 있다. 그것은 또한 차량 감속에 기인하여 다른 방향으로부터 미리 결정된 임계치에 접근됨에 따라 RNC가 점진적으로 턴 오프되는 것으로 인식되는 효과를 가질 수도 있다.
제1 실시 예에서, 제어기(438)는 센서들(408)의 실제 출력 신호들에 복소 W-필터 계수들(즉, 제어 가능 필터들(418)의 계수들)을 승산함으로써 SNFAN 레벨(예를 들어, SNFAN SPL)을 추산할 수 있다. 승객실 내 위치에서 SPL을 예측하기 위해, 이러한 프로세스의 결과들이 도 2에서의 블록도에 의해 도시된 바와 같이 합산될 수 있고, 그 합에 추산된 부가 경로(S'(z))가 승산될 수 있다. 위치는 임의의 위치, 이를테면 마이크로폰(412)의 위치, 탑승자의 귀의 위치 또는 탑승자의 머리 부근일 수 있다. 제어기(438)는 SNFAN SPL을 객실 내 SPL과 비교할 수 있다. 일 실시 예에서, 객실 내 SPL은 추산된 SNFAN SPL과 동일한 위치에서 마이크로폰(412)에 의해 감지되는 실제 SPL일 수 있다. 대안적인 실시 예들은 대안적인 위치의 객실 내 마이크로폰의 SPL을 이용할 수 있다. RNC가 비활성화될 때, 객실 내 마이크로폰(412)은 RNC 시스템(400)이 반대 소음을 생성하고 있지 않기 때문에 어떠한 음향 반대 소리 레벨 감지하지 않을 것이다.
RNC가 활성화될 때, 객실 내 마이크로폰 출력 신호(즉, 오차 신호(e(n)))의 일 부분이 공기 전달 반대 소음에 기인할 수 있을 것이다. 하나 이상의 실시 예에서, 공기 전달 반대 소음에 기인하는 마이크로폰 오차 신호의 이러한 부분은 그 외 다른 소음원(예를 들어, 도로 소음, 엔진 소음, HVAC 소음, 음악 등)으로부터 기인되는 객실 내 소리 레벨의 더 양호한 추산치를 형성하기 위해 제거될 수 있다. 도시된 바와 같이, RNC가 활성화될 때, 공기 전달 반대 소음에 기인하는 마이크로폰 오차 신호(e(n))의 성분은 객실 내 SPL(IC SPL) 값을 생성하기 위해 선택적으로 제거될 수 있다. 이것은 SNFAN SPL 또는 그 외 다른 반대 소음 SPL의 존재에 영향을 받지 않는 객실 내 SPL을 추산하게 하여, 제어기(438)에 의한 두 개의 값의 더 적절한 비교를 가능하게 한다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, SNFAN을 포함할 수 있는, 공기 전달 반대 소음에 영향을 받지 않는 객실 내 SPL의 추산치를 생성하기 위해 추산된 부가 경로(S'(z))가 마이크로폰 오차 신호(e(n))에서 감산되기 전 감쇠된 반대 소음 신호(Y'(n))에 승산될 수 있다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른, 다양한 가능한 입력 및 출력을 도시하는 제어기(438)의 예시적인 블록도이다. 예를 들어, 제어기(438)는 도 6에 대하여 더 상세하게 후술될 바와 같이, 감쇠기(440)에 의해 반대 소음 신호(Y(n))에 적용될 감쇠 레벨을 결정하기 위해 SNFAN 레벨 추산기(550), 객실 내 소리 레벨 측정기 또는 추산기(552) 및 SNFAN 레벨을 객실 내 소리 레벨과 비교하기 위한 비교기(554)를 포함할 수 있다.
도 6은 RNC 시스템을 이용하여 차량의 승객실에서 센서 소음층이 들리는 것을 방지하기 위한 방법(600)을 도시하는 흐름도이다. 개시된 방법의 다양한 단계는 제어기(438)에 의해, 단독으로 또는 RNC 시스템(400)의 그 외 다른 구성요소들과 함께, 수행될 수 있다. 단계(610)에서, RNC 시스템(400)은 센서 신호들, 이를테면 적어도 하나의 센서(408)로부터의 소음 신호들(X(n)) 및/또는 적어도 하나의 마이크로폰(412)으로부터의 오차 신호들(e(n))을 수신할 수 있다. 예를 들어, 센서(408) 및 마이크로폰(412)의 출력 채널로부터의 시간 데이터의 샘플 그룹이 수신될 수 있다. 시간 데이터의 샘플 그룹은 하나의 디지털 신호 처리(DSP) 프레임을 형성할 수 있다. 일 실시 예에서, 센서(즉, 센서(408) 또는 마이크로폰(412))로부터의 출력의 128개의 시간 샘플이 단일 DSP 프레임을 형성할 수 있다. 대안적인 실시 예들에서는, 더 많거나 더 적은 시간 샘플이 단일 프레임을 구성할 수 있다.
단계(620)에서, 제어기(438)는 예를 들어, SNFAN 레벨 추산기(550)를 사용하여 SNFAN의 레벨을 추산할 수 있다. 전술한 바와 같이, SNFAN 레벨은 승객실 내 위치에서 센서 소음층 반대 소음에 의해 야기되는 SPL의 추산치일 수 있다. SNFAN SPL은 센서 소음층에 W-필터 계수들(418)을 승산하고, 곱들을 합산한(도 2에서의 블록도에 의해 도시된 바와 같이) 다음, 합에 추산된 부가 경로(S'(z))를 승산함으로써 추산될 수 있다. 제어기(438)는 단일 SNFAN SPL이 아니라, 차량 내 상이한 위치들에서 몇몇 주파수 의존적 SNFAN 레벨을 계산할 수 있다. 또한, 예를 들어, W-필터 계수들에 대한 대안적인 값들을 사용하여 SNFAN 레벨의 추산치를 계산하는 다양한 대안적인 방법이 가능하다. 일 실시 예에서, SNFAN SPL을 계산하기 위해 제어기(438)에 의해 사용되는 W-필터 계수들은 RNC 시스템(400)의 턴 온 시 RNC 기능의 초기치를 설정하기 위해 사용되는 저장된 값들일 수 있다. 다른 대안적인 실시 예에서, W-필터 계수들은 RNC 시스템(400)의 이전 동작 동안 적응되었던 W-필터 계수들일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, W-필터들의 계수들은 LMS 적응적 필터 제어기(420)에 의해 능동적으로 업데이트 및 적응되는 과정에 있는 제어 가능 필터(418)에서의 현재 값들일 수 있다. 또한, SNFAN 레벨을 계산하기 위해 사용되는 W-필터 계수들은 엔지니어들이 시스템을 조정함으로써 결정될 수 있는 바와 같이, 특정 도로 유형과 연관되어 저장된 W-필터 값들로부터 선택될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, W-필터 계수들은 알려져 있는 최악의 경우, 최고치 W-필터 값들일 수 있다. 그에 따라 그러한 W-필터 계수들은 오차 마이크로폰에서 SNFAN SPL을 최대로 이룰 수 있게 하는 W-필터 값들을 반영할 수 있다. 그 외 다른 실시 예들에서, W-필터 계수들은 W-필터들의 또는 승산 복소 이득률이 미리 결정되어 가산된 W-필터들의 평균 값들일 수 있다.
W-필터 계수들에 사용될 수 있는 다양한 값에 더하여, SNFAN 레벨의 추산치를 계산하기 위해 사용되는 센서 소음층이 다양한 대안적인 방법을 사용하여 제공될 수 있다. 일 실시 예에서, 소음층은 센서들(408)로부터의 실제 출력 신호들로부터 얻어질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 센서(408)의 소음층은 미리 결정된 시간에 RNC 시스템(400)에 의해 자동으로 측정될 수 있다. 그러한 미리 결정된 시간은 RNC 시스템(400)이 턴 온될 때, 차량에 가속을 유도하는 사용자들 및 이벤트들이 없는 것으로 알려져 있을 때 또는 차량의 엔진의 활성화 직전을 포함할 수 있다. 대안적인 실시 예에서, 하나 이상의 센서(408)의 소음층은 RNC 시스템(400)으로 프로그램될 수 있다.
단계(630)에서, 제어기(438)는 후속하여 SNFAN 레벨과 비교하기 위한 객실 내 소리 레벨을 결정할 수 있다. 객실 내 소리 레벨은 마이크로폰들(412) 중 하나 이상에서의 차량 내 실제 소리를 나타낼 수 있다. 하나 이상의 실시 예에서, 객실 내 소리 레벨은 SNFAN SPL과 비교될 수 있는 객실 내 SPL일 수 있다. 대안적으로, 제어기(438)는 승객실 내 다양한 위치에서의 다수의 주파수 의존적 객실 내 소리 레벨을 결정할 수 있다. 객실 내 소리 레벨을 결정하기 위해 몇몇 방법이 채용될 수 있다. 하나의 그러한 방법은 계산된 SNFAN SPL과 동일한 위치에서 마이크로폰(418)에서 객실 내 SPL을 직접 측정하는 것을 포함한다. 대안적인 실시 예들은 대안적인 위치의 객실 내 마이크로폰을 이용할 수 있다. 객실 내 SPL을 결정하기 위한 다양한 그 외 다른 방법은 객실 내 SPL을 예측 또는 추산함으로써, 마이크로폰을 사용하여 그것을 직접 측정할 필요를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(438)는 차량 속도에 대한 통상적인 객실 내 SPL 값들이 메모리에 저장된 색인표에 액세스하도록 구성될 수 있다. 제어기(438)는 제어기 영역 네트워크(CAN) 버스와 같은 네트워크 버스로부터의 차량 속도를 나타내는 속도 신호를 수신할 수 있다. 차량 속도 대 객실 내 SPL의 색인표는 RNC 알고리즘의 조정 동안 엔지니어들에 의해 프로그램될 수 있다. 또한, 색인표 값들은 주파수 의존적일 수 있다.
다른 실시 예에서, 제어기(438)는 그 외 다른 객실 내 소음 발생 시스템들 이를테면 음악 시스템, HVAC 시스템, 창 상태 및 엔진 토크 및, 또는 엔진 소음을 나타내는 액셀 페달 위치로부터의 입력들을 수신할 수 있다. 제어기(438)는 예를 들어, 객실 내 추산기(552)를 사용하여 객실 내 SPL의 추산치를 생성하기 위해 이러한 객실 내 소리 발생 시스템들 중 하나 이상을 나타내는 신호들을 수신할 수 있다. 일 실시 예에서, 제어기(438)는 차량 내 하나 이상의 창의 현재 설정 또는 상태를 나타내는 WINDOW 신호를 수신할 수 있다(예를 들어, 부분적으로 열림, 완전히 열림 또는 닫힘). 제어기(438)는 또한 HVAC 시스템의 현재 설정을 나타내는 HVAC 신호를 수신할 수 있다(예를 들어, 디프로스트 온/오프 및 팬 속도 등). 제어기(438)는 또한 승객실에서 재생되고 있는 음악을 나타내는 AUDIO 신호, 또는 일부 실시 예에서, 볼륨 및 장르, 이퀄라이제이션, 페이드 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 음악 장르 설정은 음악의 평균 레벨 및 파고율(crest factor), 4-채널 볼륜 설정 및/도는 발란스 및 페이드 설정을 설정할 수 있다. 하나 이상의 실시 예에서, AUDIO 신호는 각각의 주파수 대역에서 그것의 효과적인 신호 진폭 또는 에너지를 결정하기 위해 분석되는 단일 또는 분할 대역일 수 있고 볼륨 노브 설정(volume knob setting)이 추가 가이딩 신호로서 사용될 수 있다. 제어기(438)는 또한 엔진 소음 레벨을 나타내는 액셀 페달 위치 또는 엔진 토크 출력을 나타내는 TORQUE 신호를 수신할 수 있다. 이러한 신호들(WINDOW, HVAC, AUDIO, TORQUE)은 CAN 버스(도시되지 않음)로부터 얻어질 수 있다. 선택적으로 공기 전달 반대 소음 성분이 제거된(즉, IC SPL), 마이크로폰 오차 신호(e(n))에 상응하는, MIC 신호는 상술한 바와 같이, 또한 제어기(438)에 의해 수신될 수 있다. 이러한 신호들(MIC, WINDOW, HVAC, AUDIO, TORQUE, SPEED) 중 하나 이상을 사용하면, 제어기(438)는 객실 내 소리 레벨을 추산할 수 있다.
SNFAN 레벨 및 객실 내 소리 레벨이 추산, 측정 또는 그 외 다르게 결정되면, 단계(640)에서 그것들이 처리 및 비교될 수 있다. 예를 들어, SNFAN 레벨이 객실 내 레벨과 비교될 수 있다. 그 비교는 객실 내 소리 레벨과 SNFAN 레벨 간 차이를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 제어기(438)는 도 5에 도시된 바와 같이, 비교기(554)를 사용하여 이러한 단계를 수행할 수 있다. 단계(640)에서 주파수 의존적 레벨들이 계산 및 비교될 때, 그 비교 프로세스는 하나 이상의 주파수 대역 또는 범위에서 일어날 수 있다. 단계(650)에서, 객실 내 소리 레벨과 SNFAN 레벨 간 계산된 차이(들)는 미리 결정된 임계치와 비교될 수 있다. 레벨 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하지 않는다면, 센서 소음층은 일정한 완화 동작이 없는 승객실에 들릴 수 있다. 최소한도로, 레벨 차이가 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때 RNC 시스템(400)이 턴 오프될 수 있다. 대안적으로, 계산된 차이는 단계(660)에서 제공될 바와 같이, 감쇠기(440)에서 반대 소음 신호(Y(n))에 적용될 감쇠 레벨을 계산하는 데 사용될 수 있다. 감쇠 레벨은 SNFAN 레벨과 객실 내 소리 레벨 간 차이의 크기에 기초하여 달라질 수 있다. 특정 경우들에서, 반대 소음 신호(Y(n))에 적용될 감쇠량은 RNC를 턴 오프하는 것과 같은 효과를 가질 수 있다. 차이가 증가함에 따라, 감쇠 레벨은 감소될 수 있다. 감쇠 레벨은 객실 내 소리 레벨과 SNFAN 레벨 간 계산된 차이에 기초하여 감쇠 값들의 색인표를 사용하여 결정될 수 있다. 다수의 스피커를 갖는 RNC 시스템들에서, 다수의 반대 소음 신호(Y(n))가 존재한다는 것에 주의한다. 다양한 실시 예에서는, SNFAN의 가청도를 감소시키기 위해 이러한 다수의 반대 소음 신호(Y(n))의 각각에 동일한 또는 상이한 감쇠 레벨들이 적용될 수 있다.
일 실시 예에서, 감쇠 레벨은 스피커(424)에 의해 생성되는 반대 소음의 가산이 단지 객실 내 SPL을 0.5 dB만큼 증가시키도록 계산될 수 있다. 음향 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 바와 같이, 상관이 없는 신호들을 가산할 때, 동일한 진폭의 두 신호의 가산은 상관이 없는 신호들의 신호 에너지들의 가산으로 인해 SPL을 3 dB 증가시킨다. 상이한 상관이 없는 신호들의 9 dB SPL만큼의 가산은 SPL을 0.5 dB만큼 증가시킨다는 것이 또한 알려져 있다. 따라서, 예를 들어, 75 dB의 차량 내 SPL에 가산될 때 66 dB의 SNFAN SPL은 75.5 dB 레벨이 된다. 마찬가지로, SNFAN에 기인하여 레벨의 1 dB 증가가 목표인 일 실시 예에서, 75 dB 객실 내 소리 레벨에 가산될 때 69 dB의 SNFAN SPL은 76 dB의 레벨이 된다. 용인 가능한 소음 신장의 그 외 다른 임계치들도 가능하다는 것이 주의된다. 음향 심리학에서는 소음 레벨 증가의 검출능은 레벨 변화 및 신호 대역폭 및 신호 특성 양자에 의존적이라는 것이 잘 알려져 있다.
객실 내 소리 레벨과 SNFAN 레벨 간 계산된 차이(들)가 미리 결정된 임계치를 초과하면, 제어기(438)에 의해 설정되는 감쇠 레벨은 단계(670)에서 제공될 바와 같이, 0 dB일 수 있다. 이는 반대 소음 신호(Y(n))에 어떠한 감쇠도 적용하지 않은 효과를 갖는다. 객실 내 소리 레벨이 SNFAN 레벨보다 충분히 더 클 때 센서 소음층은 들리지 않을 것이기 때문에 어떠한 감쇠도 필요하지 않을 수 있다.
감쇠 레벨을 계산하는 전술한 프로세스가 인입되는 진동 센서 데이터의 모든 DSP 프레임에 대해 수행되면, 감쇠기(440)에 의한 감쇠 레벨의 크기의 급격한 변화에 기인하여 RNC 시스템이 빈번하게 활성화 및 비활성화되는 것처럼 보일 수 있다. 이것이 일어나지 않게 하기 위해, 진동 센서 및 마이크로폰 데이터의 분석에 또는 계산되는 감쇠율에 평활화 또는 평균화가 적용될 수 있다. 또한, 센서 소음층의 가청도를 더 감소시키기 위해서는 감쇠 계수를 빠르게 증가시키거나 느리게 감소시키게 하는 평균화 기술들이 사용될 수 있다. 또한, 제어기(438)는 RNC 시스템의 빈번한 온/오프 토글링을 방지하고 이력 현상을 제공하기 위해 미리 결정된 두 개의 상이한 임계치를 이용할 수 있다. 객실 내 소리 레벨과 SNFAN 레벨 간 계산된 차이는 RNC 시스템을 턴 온시켜야 할 때를 결정하기 위한 제1 임계치 및 RNC 시스템을 턴 오프시켜야 할 때를 결정하기 위한 제2 임계치와 비교될 수 있다.
센서 소음층의 가청도를 감소시키기 위해, RNC 시스템은 제로가 아닌 속도에 깁나한 활성화를 채용하는 시스템들에 비해 차량 가속 시 턴 온을 효과적으로 지연시킬 수 있다. 유사하게, 본 발명의 RNC 시스템은 차량 속도가 제로에 있을 때 단지 턴 오프되는 시스템들에 비해 차량 감속 시 더 빠르게 비활성화될 수 있다.
전술한 명세서에서, 본 발명의 주제가 특정 대표적인 실시 예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 청구항들에 제시될 바와 같이 본 발명의 주제의 범위에서 벗어나지 않고, 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다. 본 명세서 및 도면들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이고, 수정은 본 발명의 주제의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명의 주제의 범위는 단지 설명된 예들이 아니라 청구항들 및 그것들의 법적 등가물들에 의해 결정되어야 한다.
예를 들어, 임의의 방법 또는 프로세스 청구항들에 나열되는 단계들은 임의의 순서로 실행될 수 있거 청구항들에 제시된 특정 순서로 제한되지 않는다. 식들은 신호 소음의 영향을 최소화하기 위해 필터로 구현될 수 있다. 또한, 임의의 장치 청구항들에 나열되는 구성요소들 및/또는 요소들은 다양한 순열로 조립되거나 그 외 동작 가능하게 구성될 수 있고 따라서 청구항들에서 나열되는 특정 구성으로 제한되지 않는다.
해당 기술분야에서의 통상의 기술자들은 기능적으로 등가의 처리 단계들이 시간 또는 주파수 영역 중 어느 하나에서 착수될 수 있음을 이해한다.　 따라서, 도면들에서 각각의 신호 처리 블록에 대해 명시적으로 언급되지 않더라도, 신호 처리는 시간 영역, 주파수 영역 또는 이들의 조합 중 어느 하나에서 발생할 수 있다.　 또한, 다양한 처리 단계가 통상적인 디지털 신호 처리 면에서 설명되었지만, 등가의 단계들이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 아날로그 신호 처리를 사용하여 수행될 수 있다.
문제들에 대한 이점들, 장점들 및 해결책들은 특정 실시 예들에 관하여 상술되었다. 그러나, 임의의 이점, 장점, 문제들에 대한 해결책 또는 특정 이점, 장점 또는 해결책을 발생시키거나 더 두드러지게 만들 수 있는 임의의 요소가 임의의 또는 모든 청구항의 임계적인, 필수적인 또는 본질적인 특징들 또는 구성요소들인 것으로 여겨지지는 않아야 한다.
용어들 "포함하다", "포함한다", "포함하는", "갖는", "포함한", "포함하는" 또는 이들의 임의의 어미 변화는 비배타적인 포함을 언급하는 것으로 의도되며, 그에 따라 요소들의 리스트를 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 조성 또는 장치가 그러한 나열된 요소들을 포함할 뿐만 아니라, 명시적으로 나열되지 않은 또는 그러한 프로세스, 방법, 물품, 조성 또는 장치에 내재되는 그 외 다른 요소들도 포함할 수 있게 된다. 본 발명의 주제의 실시에 사용되는 상술된 구조들, 배열들, 응용 분야들, 비율들, 요소들, 자재들 또는 구성요소들의 그 외 다른 조합들 및/또는 변경들은 그의 일반적인 원리들에서 벗어나지 않고 달라지거나 그 외 특히 특정 환경들, 제조 사양들, 설계 파라미터들 또는 그 외 다른 동작 요건들에 적응될 수 있다.

Claims (20)

  1. 피드포워드 도로 소음 상쇄(RNC, road noise cancellation) 시스템에서 센서 소음층의 가청도를 감소시키기 위한 방법으로서,
    센서 소음층 반대 소음(SNFAN, sensor noise floor anti-noise) 레벨을 추산하는 단계로서, 상기 SNFAN 레벨은 적어도 하나의 센서의 소음층에 기인한 차량의 승객실 내 위치에서의 반대 소음량을 나타내는, 상기 SNFAN 레벨을 추산하는 단계;
    상기 승객실에서 객실 내 소리 레벨(sound level)을 결정하는 단계; 및
    상기 SNFAN 레벨과 상기 객실 내 소리 레벨의 비교에 기초하여 적어도 하나의 스피커에 의해 상기 승객실 내로 방사될 반대 소음 신호의 감쇠 레벨을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 SNFAN 레벨 및 상기 객실 내 소리 레벨은 음압 레벨들인, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 SNFAN 레벨 및 상기 객실 내 소리 레벨은 하나 이상의 주파수 대역에서 계산되는 소리 파라미터들인, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 SNFAN 레벨을 추산하는 단계는:
    상기 RNC 시스템에서의 적어도 하나의 스피커에 대해, 상기 적어도 하나의 센서의 상기 소음층에 상기 적어도 하나의 스피커와 연관된 W-필터 계수들을 승산하는 단계;
    상기 소음층과 상기 W-필터 계수들의 곱들을 합산하는 단계; 및
    합에 상기 적어도 하나의 스피커와 상기 승객실 내 상기 위치 사이의, 추산된 부가 경로(secondary path)(S'(z))를 승산하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 객실 내 소리 레벨은 상기 승객실 내 마이크로폰에 의한 음압의 직접 측정에 기초하는, 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 객실 내 소리 레벨은 객실 내 소리 발생 시스템들로부터의 입력들에 기초하여 추산되는, 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 승객실에서 객실 내 소리 레벨을 결정하는 단계는:
    상기 승객실 내 마이크로폰을 사용하여 음압 레벨을 측정하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 스피커에 의해 방사되는 반대 소음에 기인하는 상기 음압 레벨의 성분을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 반대 소음 신호의 상기 감쇠 레벨을 조절하는 단계는:
    상기 객실 내 소리 레벨과 상기 SNFAN 레벨 간 차이를 계산하는 단계; 및
    상기 차이에 기초하여 상기 감쇠 레벨을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 차이에 기초하여 상기 감쇠 레벨을 선택하는 단계는 상기 차이에 기초하여 색인표로부터 상기 감쇠 레벨을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 감쇠 레벨은 상기 차이가 미리 결정된 임계치를 초과할 때 제로로 설정되는, 방법.
  11. 차량용 도로 소음 상쇄(RNC) 시스템으로서,
    입력에 대응하여 소음 신호를 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 센서로서, 상기 센서는 소음층을 갖는, 상기 적어도 하나의 센서;
    프로세서 및 메모리를 포함하는 제어기로서,
    상기 적어도 하나의 센서의 상기 소음층에 기인한 상기 차량의 승객실 내 위치에서의 반대 소음량을 나타내는 센서 소음층 반대 소음(SNFAN) 레벨을 추산하도록;
    상기 승객실에서 객실 내 소리 레벨을 결정하도록; 그리고
    상기 SNFAN 레벨과 상기 객실 내 소리 레벨의 비교에 기초하여 감쇠 레벨을 설정하도록 프로그램된, 상기 제어기; 및
    제어 가능 필터로부터 반대 소음 신호를 수신하도록 그리고 상기 감쇠 레벨에 기초하여 적어도 하나의 스피커에 의해 반대 소음으로서 상기 승객실로 방사될 감쇠된 반대 소음 신호를 발생시키도록 구성된 감쇠기를 포함하는, RNC 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 SNFAN 레벨 및 상기 객실 내 소리 레벨은 음압 레벨들인, RNC 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 SNFAN 레벨 및 상기 객실 내 소리 레벨은 하나 이상의 주파수 대역에서 계산되는 소리 파라미터들인, RNC 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 SNFAN 레벨을 추산하도록 프로그램된 상기 제어기는:
    상기 RNC 시스템에서의 상기 적어도 하나의 스피커에 대해, 상기 적어도 하나의 센서의 상기 소음층에 상기 적어도 하나의 스피커와 연관된 W-필터 계수들을 승산하도록;
    상기 소음층과 W-필터 계수들의 곱들을 합산하도록; 그리고
    합에 상기 적어도 하나의 스피커와 상기 승객실 내 상기 위치 사이의, 추산된 부가 경로(S'(z))를 승산하도록 프로그램된 상기 제어기를 포함하는, RNC 시스템.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 소음층은 상기 적어도 하나의 센서로부터의 실제 출력 신호들로부터 얻어지는, RNC 시스템.
  16. 청구항 11에 있어서, 상기 소음층은 프로그램된 값인, RNC 시스템.
  17. 청구항 11에 있어서, 상기 제어기에 의해 설정되는 상기 감쇠 레벨은 상기 객실 내 소리 레벨과 상기 SNFAN 레벨 간 차이에 기초하는, RNC 시스템.
  18. 도로 소음 상쇄(RNC)를 위해 프로그램된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    적어도 하나의 센서로부터 소음 신호를 수신하기 위한 명령;
    상기 소음 신호를 상기 적어도 하나의 센서에 대한 센서 소음층의 추산을 나타내는 저장된 소음층 값과 비교하기 위한 명령; 및
    상기 저장된 소음층 값과 상기 소음 신호의 상기 비교에 기초하여 적어도 하나의 스피커에 의해 상기 승객실 내로 방사될 반대 소음 신호의 감쇠 레벨을 조절하기 위한 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 소음 신호를 저장된 소음층 값과 비교하기 위한 명령들은:
    상기 소음 신호와 상기 저장된 소음층 값 간 차이를 계산하는 것; 그리고
    상기 차이를 미리 결정된 임계치와 비교하는 것을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  20. 청구항 19에 있어서, 반대 소음 신호의 상기 감쇠 레벨을 조절하기 위한 명령들은:
    상기 차이가 상기 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때 상기 차이에 기초하여 상기 감쇠 레벨을 선택하는 것을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
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