KR20210107996A - Method and system for stabilization of frequency range in active noise controlling by integrating feedback and feedforward block - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피드백 및 피드포워드 통합 능동소음제어의 주파수 영역 안정화 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상쇄신호에 의해 능동소음제거 처리중인 신호에 대하여 발산 현상을 감지한 경우, 상쇄신호의 크기를 일정 수준 이하로 제어함으로써 소음의 발산을 억제하는 피드백 및 피드포워드 통합 능동소음제어의 주파수 영역 안정화 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a frequency domain stabilization method and system for integrated feedback and feedforward active noise control, and more particularly, when a divergence phenomenon is detected with respect to a signal undergoing active noise cancellation by an offset signal, the magnitude of the offset signal is The present invention relates to a frequency domain stabilization method and system for integrated feedback and feedforward active noise control that suppresses noise emission by controlling it below a certain level.
차량 내부에서 발생하는 소음에는, 차체 진동에 의한 소음, 주행중 타이어에서 발생하는 소음, 주행중 풍절음 등의 다양한 원인의 소음을 포함한다. 이와 같은 소음을 억제하기 위하여, 능동적으로 상쇄신호를 발생시키는 방법에 관한 연구가 많이 수행되어 왔다.The noise generated inside the vehicle includes noise from various causes, such as noise caused by vehicle body vibration, noise generated from tires while driving, and wind noise while driving. In order to suppress such noise, many studies have been conducted on a method of actively generating an offset signal.
이를 해결하기 위해 종래 능동소음제어 방식의 일 실시예에서는, 피드포워드 능동소음제어 블럭과 피드백 능동소음제어 블럭을 별도로 구비하여, 각각의 블럭에서 나오는 피드포워드 제어출력신호와 피드백 제어출력신호를 이용하였는데, 이로 인해 제어 시스템의 복잡도가 증가하게 되는 문제점이 있었다.In order to solve this problem, in one embodiment of the conventional active noise control method, a feedforward active noise control block and a feedback active noise control block are separately provided, and a feedforward control output signal and a feedback control output signal from each block were used. , which increases the complexity of the control system.
또한 능동소음제어 방식을 적용하더라도, 다양한 원인으로 발생하는 소음과 능동상쇄신호의 예기치 못한 상호작용으로 인해 어느 순간 소음이 점점 증폭되는 현상, 즉 발산이 일어나는 문제점이 있었다. 이와 같은 발산 현상은 능동소음제거 시스템에 있어서는 치명적인 결함으로서, 자동차의 경우에는 소음 문제로 인한 리콜을 당할 수도 있는 문제점이 되어 왔다.In addition, even when the active noise control method is applied, there is a problem in that the noise is gradually amplified at some point due to the unexpected interaction between the noise and the active cancellation signal from various causes, that is, the divergence occurs. Such a divergence phenomenon is a fatal defect in the active noise canceling system, and in the case of an automobile, it has become a problem that may be recalled due to a noise problem.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 스피커에서 발생시키는 상쇄신호에 의해 능동적으로 소음을 제거하는 시스템에서, 피드포워드 능동소음제어와 피드백 능동소음제어를 하나의 블럭으로 통합하여, 피드포워드 제어출력신호와 피드백 제어출력신호를 별도로 관리할 필요없이 하나의 제어출력신호로 관리함으로써 능동제어 시스템의 복잡도를 감소시킨 효율적인 능동제어 방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve such a problem. In a system that actively removes noise by an offset signal generated from a speaker, the feedforward active noise control and the feedback active noise control are integrated into one block, and the feed An object of the present invention is to provide an efficient active control method and system that reduces the complexity of the active control system by managing the forward control output signal and the feedback control output signal as one control output signal without the need to separately manage them.
또한 능동소음제거 처리 중인, 주파수 영역으로 나타낸 신호의 크기가 일정 수준 이상 값에 이르게 되는 경우 이를 소음의 발산으로 판단하여, 상쇄신호의 크기를 주파수 영역 가중치에 의해 일정 수준 이하로 제어함으로써, 예기치 않은 소음의 발산 현상을 근본적으로 차단하는 능동소음제어 방법 및 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, when the level of the signal expressed in the frequency domain during active noise removal processing reaches a value above a certain level, it is judged as noise divergence and the magnitude of the offset signal is controlled below a certain level by the frequency domain weight. Another object of the present invention is to provide an active noise control method and system that fundamentally blocks the emission phenomenon of noise.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 피드백 및 피드포워드 통합 능동소음제어의 주파수 영역 안정화 시스템은, 모델링된 원소음 신호 및 모델링된 마이크 신호를 생성하고, 상쇄제어출력신호의 산출을 위한 가중치에 대하여, 주파수 영역 신호를 이용하여, 발산이 억제된 새로운 가중치를 업데이트하여 생성하는 발산 억제 장치; 진동을 감지하는 가속도계 출력을 모델링한 값에, 가중치를 적용하여, 능동상쇄신호를 생성하는 스피커의 입력신호인 상쇄제어출력 신호를 산출하는 상쇄제어출력부; 및, 채널 MUX를 포함하고, 상기 발산 억제 장치는, 모델링된 원소음 신호 r(f,n)을 생성하는 원소음 신호 생성부; 모델링된 마이크 신호 e'(f,n)을 생성하는 마이크 신호 생성부; 모델링된 마이크 신호 e'(f,n)을 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(f,n)2]을 최소화하는 어댑티브 필터; 및 상기 어댑티브 필터의 출력신호 fy(f,n)과 마이크 신호 e(f,n)으로부터 모델링된 원소음 신호 r(f,n)과, 마이크 신호 e(f,n)의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교하여, 마이크 신호 e(f,n)가 일정 수준 이상일 경우 가중치 W를 감소시킴으로써, 가중치 W의 발산을 억제하는 가중치 제어 모듈을 포함하고, 상기 어댑티브 필터 중 하나인 T의 입력 x'(f,n)은, 상기 채널 MUX로 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(f,n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(f,n)이 입력되어 상기 채널 MUX로부터 나온 출력이며, 상기 f는 주파수이다.In order to achieve the above object, the frequency domain stabilization system of the integrated feedback and feedforward active noise control according to the present invention generates a modeled elemental sound signal and a modeled microphone signal, and adds a weight for the calculation of the offset control output signal. a divergence suppression device for updating and generating a new weight whose divergence is suppressed by using a frequency domain signal; an offset control output unit for calculating an offset control output signal that is an input signal of a speaker that generates an active cancellation signal by applying a weight to a value modeled by an accelerometer output for sensing vibration; and a channel MUX, wherein the apparatus for suppressing divergence includes: an elemental sound signal generator configured to generate a modeled elemental sound signal r(f,n); a microphone signal generator generating the modeled microphone signal e'(f,n); an adaptive filter that minimizes E[e'(f,n) 2 ] through an LMS update algorithm using the modeled microphone signal e'(f,n); and an elemental sound signal r(f,n) modeled from the output signal fy(f,n) of the adaptive filter and the microphone signal e(f,n) and the power of the microphone signal e(f,n) Comprising a weight control module that suppresses divergence of weight W by reducing the weight W when the microphone signal e(f,n) is equal to or greater than a certain level by comparing the magnitude, the input x' ( f, n) is an output output from the channel MUX by inputting a vibration output signal x(f,n) of the accelerometer as a feedforward signal to the channel MUX and a microphone signal e(f,n) as a feedback signal, f is the frequency.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 피드백 및 피드포워드 통합 능동소음제어의 주파수 영역 안정화 시스템은, 모델링된 원소음 신호 및 모델링된 마이크 신호를 생성하고, 상쇄제어출력신호의 산출을 위한 가중치에 대하여, 주파수 영역 신호를 이용하여, 발산이 억제된 새로운 가중치를 업데이트하여 생성하는 발산 억제 장치; 진동을 감지하는 가속도계 출력을 모델링한 값에, 가중치를 적용하여, 능동상쇄신호를 생성하는 스피커의 입력신호인 상쇄제어출력 신호를 산출하는 상쇄제어출력부; 및, 채널 MUX를 포함하고, 상기 발산 억제 장치는, 모델링된 원소음 신호 r(n)을 생성하는 원소음 신호 생성부; 모델링된 마이크 신호 e'(n)을 생성하는 마이크 신호 생성부; 모델링된 마이크 신호 e'(n)을 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(n)2]을 최소화하는 어댑티브 필터; 및 상기 어댑티브 필터의 출력신호 fy(n)과 마이크 신호 e(n)으로부터 모델링된 원소음 신호 r(n)과, 마이크 신호 e(n)의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교하여, 마이크 신호 e(n)가 일정 수준 이상일 경우 가중치 W를 감소시킴으로써, 가중치 W의 발산을 억제하는 가중치 제어 모듈을 포함하고, 상기 어댑티브 필터 중 하나인 T의 입력 x'(n)은, 상기 채널 MUX로 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(n)이 입력되어 상기 채널 MUX로부터 나온 출력이다.According to another aspect of the present invention, the frequency domain stabilization system of the feedback and feedforward integrated active noise control generates a modeled elemental sound signal and a modeled microphone signal, and with respect to a weight for calculating an offset control output signal, the frequency a divergence suppression device that updates and generates a new weight whose divergence is suppressed by using the area signal; an offset control output unit for calculating an offset control output signal that is an input signal of a speaker that generates an active cancellation signal by applying a weight to a value modeled by an accelerometer output for sensing vibration; and a channel MUX, wherein the apparatus for suppressing divergence includes: an elemental sound signal generator configured to generate a modeled elemental sound signal r(n); a microphone signal generator generating the modeled microphone signal e'(n); an adaptive filter that minimizes E[e'(n) 2 ] through an LMS update algorithm using the modeled microphone signal e'(n); and by monitoring the power of the original sound signal r(n) modeled from the output signal fy(n) of the adaptive filter and the microphone signal e(n) and the microphone signal e(n) and comparing their magnitudes, the microphone signal e and a weight control module that suppresses divergence of weight W by reducing weight W when (n) is equal to or greater than a certain level, wherein input x′(n) of T, which is one of the adaptive filters, is feedforward to the channel MUX. As a signal, the vibration output signal x(n) of the accelerometer and a microphone signal e(n) as a feedback signal are input and output from the channel MUX.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 주파수 영역 안정화 시스템이, 주파수 영역신호를 이용하여 발산 억제를 통해 능동소음제어를 수행하는 방법은, (a) 상쇄제어출력부에 의해 가중치(W)를 1차 업데이트하는 단계; (b) 모델링된 원소음 신호 r(f,n)과, 마이크 신호 e(f,n)의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교하여 발산 여부를 판단하는 단계; (c) 상기 발산 여부 판단 결과에 따라, 상쇄제어출력신호의 산출을 위한 가중치(W)를 2차 업데이트하는 단계; 및 (d) 상기 업데이트된 가중치를 적용하여 상쇄제어출력신호를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 r(f,n)은, 어댑티브 필터 T의 출력과 합해져서 e'(f,n) 신호를 출력하고, 상기 어댑티브 필터 T에는, 상기 e'(f,n); 및, 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(f,n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(f,n)이 채널 MUX로 입력되어 상기 채널 MUX로부터 나온 출력인 x'(f,n)이 입력으로 들어가고, 상기 어댑티브 필터 T는, 상기 e'(f,n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(f,n)2]을 최소화하는 역할을 수행한다.According to another aspect of the present invention, the method for the frequency domain stabilization system to perform active noise control through divergence suppression using a frequency domain signal includes (a) setting the weight (W) to 1 by the offset control output unit car update; (b) monitoring the power of the modeled elemental sound signal r(f,n) and the microphone signal e(f,n) and comparing their magnitudes to determine whether they are emitted; (c) secondly updating the weight (W) for calculating the offset control output signal according to the divergence determination result; and (d) calculating an offset control output signal by applying the updated weight, wherein r(f,n) is summed with an output of the adaptive filter T to output an e'(f,n) signal and, in the adaptive filter T, the e'(f,n); And, the vibration output signal x(f,n) of the accelerometer as a feedforward signal and the microphone signal e(f,n) as a feedback signal are input to the channel MUX, and x'(f,n), which is an output from the channel MUX Entering this input, the adaptive filter T serves to minimize E[e'(f,n) 2 ] through an LMS update algorithm using the e'(f,n) signal.
상기 모델링된 원소음 신호는, 마이크 신호와 어댑티브 필터 C의 출력신호를 이용하여 산출되고, 상기 어댑티브 필터 C는, 상기 e'(f,n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(f,n)2]을 최소화하는 역할을 수행하며, 여기서 e'(f,n) 신호는 모델링 블럭에서의 마이크 출력신호일 수 있다.The modeled elemental sound signal is calculated using a microphone signal and an output signal of the adaptive filter C, and the adaptive filter C uses the e'(f,n) signal to obtain E[e' through an LMS update algorithm. (f,n) 2 ], where the e'(f,n) signal may be a microphone output signal in the modeling block.
상기 단계(b)의 신호 크기 비교는, 에 의해 이루어질 수 있다.The signal magnitude comparison in step (b) is, can be done by
상기 부등식을 만족하지 않으면, 발산하지 않는 것으로 판단하여, 상기 가중치는, 에 의해 업데이트될 수 있고, 상기 부등식을 만족하면, 발산하는 것으로 판단하여, 상기 가중치는, 에 의해 업데이트되 수 있으며, 1 > α1 > α2If the inequality is not satisfied, it is determined that the divergence does not occur, and the weight is can be updated by , and if the inequality is satisfied, it is determined to be divergent, and the weight is can be updated by , 1 > α1 > α2
이고, 상기 α1 및 α2는 각각 가중치 조정 계수이다., and α1 and α2 are weight adjustment coefficients, respectively.
상기 α1은 기 설정된 값을 사용하거나 또는, 에 의해 업데이트될 수 있고, 상기 α2는 기 설정된 값을 사용하거나 또는, 에 의해 업데이트될 수 있다.The α1 uses a preset value, or may be updated by , and α2 uses a preset value, or can be updated by
상기 상쇄제어출력신호는, 오디오 믹서에서 생성된 제어 스피커 출력신호와 합해져서, 스피커에서 능동상쇄신호로 출력될 수 있다.The cancellation control output signal may be combined with a control speaker output signal generated by the audio mixer and output as an active cancellation signal from the speaker.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 주파수 영역 안정화 시스템이, 시간 영역신호를 이용하여 발산 억제를 통해 능동소음제어를 수행하는 방법은, (a) 모델링된 원소음 신호 r(n)과, 마이크 신호 e(n)의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교하여 발산 여부를 판단하는 단계; (b) 상기 발산 여부 판단 결과에 따라, 상쇄제어출력신호의 산출을 위한 가중치(W)를 업데이트하는 단계; 및 (c) 상기 업데이트된 가중치를 적용하여 상쇄제어출력신호를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 r(n)은, 어댑티브 필터 T의 출력과 합해져서 e'(n) 신호를 출력하고, 상기 어댑티브 필터 T에는, 상기 e'(n); 및, 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(n)이 채널 MUX로 입력되어 상기 채널 MUX로부터 나온 출력인 x'(n)이 입력으로 들어가고, 상기 어댑티브 필터 T는, 상기 e'(n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(n)2]을 최소화하는 역할을 수행한다.According to another aspect of the present invention, the method for the frequency domain stabilization system to perform active noise control through divergence suppression using a time domain signal includes (a) a modeled elementary sound signal r(n) and a microphone monitoring the power of the signal e(n) and determining whether the signal e(n) diverges by comparing its magnitude; (b) updating the weight (W) for calculating the offset control output signal according to the divergence determination result; and (c) calculating an offset control output signal by applying the updated weight, wherein r(n) is summed with an output of an adaptive filter T to output an e'(n) signal, and In the filter T, the e'(n); And, a vibration output signal x(n) of the accelerometer as a feedforward signal and a microphone signal e(n) as a feedback signal are input to the channel MUX, and x′(n), an output from the channel MUX, is input, and the The adaptive filter T serves to minimize E[e'(n) 2 ] through an LMS update algorithm using the e'(n) signal.
상기 모델링된 원소음 신호는, 마이크 신호와 어댑티브 필터 C의 출력신호를 이용하여 산출되고, 상기 어댑티브 필터 C는, 상기 e'(n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(n)2]을 최소화하는 역할을 수행하며, 여기서 e'(n) 신호는 모델링 블럭에서의 마이크 출력신호일 수 있다.The modeled elemental sound signal is calculated using a microphone signal and an output signal of the adaptive filter C, and the adaptive filter C uses the e'(n) signal to generate E[e'(n) through an LMS update algorithm. ) 2 ], where the e'(n) signal may be a microphone output signal in the modeling block.
상기 단계(a)의 신호 크기 비교는, The signal magnitude comparison in step (a) is,
에 의해 이루어질 수 있다.can be done by
상기 부등식을 만족하지 않으면, 발산하지 않는 것으로 판단하여, 상기 가중치는, 상쇄제어출력부에 의해 업데이트될 수 있고, 상기 부등식을 만족하면, 발산하는 것으로 판단하여, 상기 가중치는, 에 의해 업데이트될 수 있으며, 상기 α는 가중치 조정 계수이다.If the inequality is not satisfied, it is determined not to diverge, the weight may be updated by the cancellation control output unit, and if the inequality is satisfied, it is determined to be divergent, and the weight is, , where α is a weight adjustment coefficient.
상기 α는 기 설정된 값을 사용하거나 또는, 에 의해 업데이트될 수 있다.The α uses a preset value, or can be updated by
본 발명에 의하면, 스피커에서 발생시키는 상쇄신호에 의해 능동적으로 소음을 제거하는 시스템에서, 피드포워드 능동소음제어와 피드백 능동소음제어를 하나의 블럭으로 통합하여, 피드포워드 제어출력신호와 피드백 제어출력신호를 별도로 관리할 필요없이 하나의 제어출력신호로 관리함으로써 능동제어 시스템의 복잡도를 감소시킨 효율적인 능동제어 방법 및 시스템을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, in a system for actively removing noise by an offset signal generated from a speaker, the feedforward active noise control and the feedback active noise control are integrated into one block, and the feedforward control output signal and the feedback control output signal There is an effect of providing an efficient active control method and system that reduces the complexity of the active control system by managing it as one control output signal without the need to separately manage it.
또한 능동소음제거 처리 중인, 주파수 영역으로 나타낸 신호의 크기가 일정 수준 이상 값에 이르게 되는 경우 이를 소음의 발산으로 판단하여, 상쇄신호의 크기를 주파수 영역 가중치에 의해 일정 수준 이하로 제어함으로써, 예기치 않은 소음의 발산 현상을 근본적으로 차단하는 능동소음제어 방법 및 시스템을 제공하는 효과가 있다.In addition, when the level of the signal expressed in the frequency domain during active noise removal processing reaches a value above a certain level, it is judged as noise divergence and the magnitude of the offset signal is controlled below a certain level by the frequency domain weight. It is effective to provide an active noise control method and system that fundamentally blocks the divergence of noise.
도 1은 종래 피드포워드 능동소음제어 블럭과 피드백 능동소음제어 블럭이 별도로 구비된 능동소음제어 장치를 도시한 도면.
도 2는 피드포워드 능동소음제어와 피드백 능동소음제어를 하나의 블럭으로 통합한 능동소음제어 장치를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 능동소음제어 장치에, 추가적으로 발산을 억제하기 위하여 가중치를 보정하는 블럭을 더 구비하는 능동소음제어 장치를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 능동소음제어 장치를 포함하는 전체 능동소음제어 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 주파수 영역 신호에 대하여 발산 억제 알고리즘이 적용된 능동소음제어 방법의 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 시간 영역 신호에 대하여 발산 억제 알고리즘이 적용된 능동소음제어 방법의 순서도.1 is a view showing an active noise control device in which a conventional feedforward active noise control block and a feedback active noise control block are separately provided.
FIG. 2 is a view showing an active noise control device in which a feedforward active noise control and a feedback active noise control are integrated into one block; FIG.
FIG. 3 is a view showing an active noise control device further comprising a block for correcting a weight in order to suppress divergence in addition to the active noise control device of FIG. 2 .
4 is a view showing the configuration of the entire active noise control system including the active noise control device of FIG.
5 is a flowchart of an active noise control method to which a divergence suppression algorithm is applied to a frequency domain signal according to the present invention.
6 is a flowchart of an active noise control method to which a divergence suppression algorithm is applied to a time domain signal according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 1은 종래 피드포워드 능동소음제어 블럭과 피드백 능동소음제어 블럭이 별도로 구비된 능동소음제어 장치(100)를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an active
차량용 도로부밍소음 저감 응용을 가정하면 위 블록도에서 각 신호와 필터의 의미는 아래와 같다.Assuming a vehicle road booming noise reduction application, the meaning of each signal and filter in the block diagram above is as follows.
x(n) : reference 입력 신호(가속도계 센서의 신호에 해당)x(n) : reference input signal (corresponding to the signal from the accelerometer sensor)
fx(n) : filtered-x 신호 (x 신호를 C(z)로 필터링한 신호)fx(n) : filtered-x signal (x signal filtered by C(z))
fe(n) : filtered-e 신호 (e 신호를 C(z)로 필터링한 신호)fe(n) : filtered-e signal (e signal filtered by C(z))
y(n) : 제어 출력 신호 (스피커로 출력되는 신호, 피드포워드 제어 출력 yFF 와 파드백 제어출력 yFB의 합)y(n): control output signal (signal output to speaker, sum of feedforward control output y FF and podback control output y FB)
d(n) : 원소음 신호 (ref 신호와 관련된 소음신호)d(n) : Elemental sound signal (noise signal related to ref signal)
e(n) : 제어지점에 설치된 마이크의 제어 후 소음신호e(n) : Noise signal after controlling the microphone installed at the control point
P(z) : Primary Path (x로부터 d까지의 전달 시스템)P(z) : Primary Path (transmission system from x to d)
H(z) : Secondary Path (y로부터 e까지의 전달 시스템)H(z) : Secondary Path (transmission system from y to e)
C(z) : 알고리즘에서 사용되는 H(z)의 모델C(z) : The model of H(z) used in the algorithm
WFF(z) : 피드포워드 제어기의 Main FilterW FF (z) : Main Filter of feedforward controller
WFB(z) : 피드포워드 제어기의 Main FilterW FB (z) : Main Filter of feedforward controller
이와 같은 종래 능동소음제어 장치(100)에서는, 도시된 바와 같이 피드포워드 능동소음제어 블럭과 피드백 능동소음제어 블럭을 별도로 구비하여, 각각의 블럭에서 나오는 피드포워드 제어출력신호와 피드백 제어출력신호를 이용하는데, 이로 인해 제어 시스템의 복잡도가 증가하게 되는 문제점이 있게 된다.In such a conventional active
도 2는 피드포워드 능동소음제어와 피드백 능동소음제어를 하나의 블럭으로 통합한 능동소음제어 장치(200)를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an active
도 1과 동일한 기호는 도 1과 같은 의미를 가지며, 도 1에 없는 기호만을 설명하면 다음과 같다.The same symbols as those of FIG. 1 have the same meanings as those of FIG. 1 , and only symbols not shown in FIG. 1 will be described as follows.
x‘(n) : Unified reference 입력 신호 (x 신호와 e 신호를 Mux 한 신호)x‘(n) : Unified reference input signal (Muxed signal x and e signal)
fx’(n) : filtered-x’ 신호 (x’ 신호를 C(z)로 필터링한 신호)fx’(n) : filtered-x’ signal (x’ signal filtered by C(z))
W(z) : 제어기의 Main FilterW(z) : Main Filter of controller
이와 같은 도 2의 능동소음장치는 도 1의 능동소음장치에서 2개의 블럭으로 나누어져 있는 피드포워드 능동소음제어와 피드백 능동소음제어를 채널 MUX를 이용하여 하나의 블럭으로 통합하며, 이에 따라 피드포워드 제어출력신호와 피드백 제어출력신호를 별도로 관리할 필요없이 하나의 제어출력신호로 관리할 수 있게 됨으로써 능동제어 시스템의 복잡도를 감소시킨 효율적인 능동제어 시스템을 구축하게 된다. 또한 W의 normalization 업데이트 구현시 피드백 및 피드포워드 각각에서 별도로 normalization 하는 것이 불필요하게 됨으로써 시스템의 복잡도를 감소시킨 장점이 있다.As such, the active silencer of FIG. 2 integrates the feedforward active noise control and the feedback active noise control, which are divided into two blocks in the active silencer of FIG. 1, into one block using the channel MUX, and thus feedforward It is possible to manage the control output signal and the feedback control output signal as one control output signal without separately managing the control output signal, thereby constructing an efficient active control system that reduces the complexity of the active control system. In addition, when the normalization update of W is implemented, it is unnecessary to perform separate normalization in each of the feedback and feedforward, thereby reducing the complexity of the system.
도 3은 도 2의 능동소음제어 장치(200)에, 추가적으로 발산을 억제하기 위하여 가중치를 보정하는 블럭을 더 구비하는 능동소음제어 장치(300)를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 능동소음제어 장치(300)를 포함하는 전체 능동소음제어 시스템(500)의 구성을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view showing the active
가속도계(accelerometer)는 차체에 설치되어 차체의 진동을 측정한다. 운전자가 착석한 경우 운전자의 귀가 있을 위치에 마이크(520)를 설치한다. 차체 진동에 따라 가속도계(510)를 통하여 출력되는 소음 신호 및 차량 내의 다른 원인들에 의한 소음 신호가 합해져서 원소음 d(n)으로서 마이크에 입력되도록 하고, 차량 스피커(530)를 통하여 소음을 상쇄하기 위한 능동상쇄신호(531)가 마이크에 입력되도록 하여, 운전자의 귀에서 차체 진동에 의한 소음이 상쇄된 상태로 들리도록 하는 시스템이다.An accelerometer is installed on the vehicle body and measures the vibration of the vehicle body. When the driver is seated, the
상쇄제어출력부(550)의 모델 S(551)로는 채널 MUX(570)의 출력신호 x'(n)이 입력되고 이로부터 fx(n) 신호를 출력하며, 이러한 fx(n) 신호와, 전술한 마이크 신호 e(n)이 곱해진 후(552), 여기에 상쇄제어출력 모듈 W(553)에서 생성된 가중치(W)가 적용되어 상쇄제어출력신호 y(n)(554)을 생성하고, 상쇄제어출력신호(554)는 오디오 믹서에서 생성된 제어 스피커 출력신호(501)와 합해져서(502), 스피커(530)에서 능동상쇄신호(531)로 출력되게 된다.The output signal x'(n) of the
채널 MUX(570)로는, 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(n)이 입력되어 이 신호들이 모두 출력신호 x'(n)으로 나오게 된다. 이로써 능동소음제어 방식에 있어서, 제어 결과가 목표치에서 벗어날 것을 예측하고 미리 필요한 조작을 하는 제어인 피드포워드 제어와, 제어량을 검출하여 이것을 목표값과 끊임없이 비교함으로써 오차가 발생할 때마다 그것을 항상 줄이도록 대상에 조작을 가하는 제어인 피드백 제어를 모두 적용하여 더욱 효과적인 능동소음제어를 수행하되, 특히 그와 같은 피드포워드 제어 및 피드백 제어를 채널 MUX(570)를 통하여 하나의 블럭으로 통합함으로써 신호 관리의 복잡도를 줄이고 더욱 효과적인 피드포워드/피드백 통합제어 방식을 구현하였다.To the
이때 fx(n) 신호의 생성식은,At this time, the generation formula of the fx(n) signal is,
[수학식 1][Equation 1]
로 주어지고, 가중치(W) 생성식은is given, and the weight (W) generation formula
[수학식 2][Equation 2]
로 주어지며, 상쇄제어출력신호 y(n)(154)은,is given, and the offset control output signal y(n) (154) is,
[수학식 3][Equation 3]
로 주어진다.is given as
그러나 이와 같이 능동상쇄기능에 의해 마이크에서 출력된 마이크 신호 e(n)은, 예기치 않게 발산하는 경우가 있어, 이에 대한 보완이 필요하게 되는데, 이를 위해 발산 억제 장치(560)가 추가되어, 소음의 발산을 방지한다. However, as described above, the microphone signal e(n) output from the microphone by the active cancellation function may be unexpectedly diverged, and this needs to be supplemented. For this, a
발산 억제 장치(560)의 Adaptive filter T(561)와 C(562)는 이하에서 설명하는 e'(n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(n)2]을 최소화하게 된다. 즉, e'(n)의 사용은 C 및 T의 언바이어스드 업데이트(unbiased update)를 돕는 역할을 한다. C와 T가 도 1을 참조하여 설명한 H 및 P를 모델링하게 되면, 결국 e'(n)은 0이 되게 된다.
본 도면에서 e(n) 신호는 실제 마이크(520)로부터의 출력신호이고, e'(n) 신호는 모델링 블럭(560)에서의 마이크 출력신호를 의미한다. 즉, 실제 마이크(520) 출력신호 e(n)에서 모델링된 스피커 출력신호 fy(n)을 뺀 값(r(n))은(563) W를 통한 제어출력이 배제된 원소음 신호를 추정하고, 이러한 원소음 신호 r(n)에서 가속도계 신호 x(n)을 T(561)에 의해 모델링한 값을 뺀 값은(564) 모델링된 마이크 신호 e'(n)을 생성한다. 이러한 e'(n)을 다시 각각 C(562)와 T(561)에 입력하여 주고, T(561)와 C(562)는 e'(n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(n)2]을 최소화하게 되는 것이다. 이와 같이 모델링된 C(562)는 상쇄제어출력부(550)의 모델 S(551)로 사용되게 된다.In this figure, the e(n) signal is an output signal from the
전술한 동작을 수학식으로 표현하면, 모델링된 마이크 출력신호 e'(n)은,Expressing the above-described operation as an equation, the modeled microphone output signal e'(n) is,
[수학식 4][Equation 4]
와 같이 표현될 수 있으며, 여기서 P는 가속도계 신호 x(n)으로부터 마이크 신호 e(n)까지의 시스템, H는 스피커 신호 y(n)으로부터 마이크 신호 e(n)까지의 시스템(secondary path)을 의미한다. 여기서 r(n)=e(n)-fy(n)은 제어출력이 배제된 원소음 신호를 추정하고, C는 H를 추정하므로 C를 상쇄제어출력부(550)의 모델 S(551), 즉 secondary path의 모델 S(551)로 사용할 수 있다.where P is the system from the accelerometer signal x(n) to the microphone signal e(n), and H is the system (secondary path) from the speaker signal y(n) to the microphone signal e(n). it means. Here, r(n) = e(n)-fy(n) estimates the elemental sound signal from which the control output is excluded, and C estimates H, so C is offset by the model S (551) of the
그러나 이와 같은 발산 억제 장치(560)를 구비한 시스템에서도 예기치 않은 상황에서 소음 출력이 발산하는 상황이 절대적으로 방지되는 것은 아니며, 자동차에서 이와 같은 소음 출력의 발산은 전술한 바와 같이 결정적인 자동차 품질 문제로 판단될 수 있으므로 더욱 신뢰할만하게 소음 발산을 억제하는 장치가 필요하게 된다.However, even in a system having such a
이를 위해 본 발명의 능동소음제어 시스템(500)에는, 발산 억제 장치(560)에, 가중치 제어 모듈(565)을 더 포함한다.To this end, the active
전술한 설명을 주파수 영역신호로 설명하면, Adaptive filter T(561)와 C(562)는 e'(f,n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(f,n)2]을 최소화하게 된다. 즉, e'(f,n)의 사용은 C 및 T의 언바이어스드 업데이트(unbiased update)를 돕는 역할을 한다. C와 T가 도 1을 참조하여 설명한 H 및 P를 모델링하게 되면, 결국 e'(f,n)은 0이 되게 된다.If the above description is described as a frequency domain signal, the adaptive filter T (561) and C (562) use the e'(f,n) signal to perform E[e'(f,n) 2 ] through the LMS update algorithm. will be minimized That is, the use of e'(f,n) serves to help unbiased update of C and T. When C and T model H and P described with reference to FIG. 1, eventually e'(f,n) becomes 0.
도 4에 나타난 MFXLMS(multiple filtered-X LMS) 블럭(550), 즉 상쇄제어출력부(550)의 W 업데이트 과정의 오류로 인해 W, 즉 수학식 2에 의한 W 업데이트 값이 발산하게 되는 경우, 수학식 3에 의한 y(n)이 커지고 e(n)이 증가하게 되면서 수학식 5를 만족, 즉 발산하게 되는 시점이 발생한다.When the W update value according to Equation 2 is emitted due to an error in the W update process of the multiple filtered-X LMS (MFXLMS) block 550, that is, the offset
[수학식 5][Equation 5]
이와 같이 r(n) 신호와 e(n) 신호의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교함으로써 W의 불안정성 여부를 판단할 수 있다. Tth,m은 시스템의 여러 특성들을 고려하여 미리 설정하는 값으로서, Tth,m이 작으면 발산 검출 타이밍이 빨라질 수 있고, Tth,m이 크면 발산 검출 타이밍을 늦출 수 있다. Tth,m의 값을 과도하게 작게하면 오류 검출이 일어날 수 있다.As described above, by monitoring the power of the r(n) signal and the e(n) signal and comparing their magnitudes, it is possible to determine whether W is unstable. T th,m is a value preset in consideration of various characteristics of the system. When T th,m is small, the divergence detection timing may be increased, and if T th,m is large, the divergence detection timing may be delayed. If the value of T th,m is excessively small, error detection may occur.
이하에서는 먼저, 시간영역 신호 레벨의 발산 조건에 따른 W의 감쇠 방법을 설명하고, 그 다음에 주파수영역 신호 레벨의 발산 조건에 따른 W의 감쇠 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of attenuating W according to a divergence condition of a time-domain signal level will be described first, and then a method of attenuating W according to a divergence condition of a frequency-domain signal level will be described.
1. 시간영역1. Time domain
W의 발산이 일어나면서 수학식 5의 조건이 만족되는 경우, 즉, 발산하는 경우 MFXLMS(multiple filtered-X LMS)를 이용한 W의 업데이트 대신, 가중치 제어 모듈(565)에서 수학식 6과 같이 W를 감소시켜 W의 발산을 억제함으로써 소음의 증폭을 차단하게 된다.When the condition of Equation 5 is satisfied while the divergence of W occurs, that is, when the divergence occurs, instead of updating W using multiple filtered-X LMS (MFXLMS), the
[수학식 6][Equation 6]
여기서 α는 가중치 조정 계수로서, 1보다 작은 수로서 고정값을 사용하거나, 또는 E[rm(n)2],E[em(n)2],Tth,m을 이용하여 얻을 수 있고, rm(n)의 power 추정치 E[rm(n)2], em(n)의 power 추정치 E[em(n)2] 또한 알려진 다양한 추정 기법을 통해 얻을 수 있다. 이 경우 α는 수학식 7과 같이 E[rm(n)2], E[em(n)2] 및 Tth,m의 함수로써 구할 수 있다. where α is a weight adjustment coefficient, which can be obtained by using a fixed value as a number less than 1, or by using E[r m (n) 2 ],E[e m (n) 2 ],T th,m , and , power estimate of r m (n) e [r m (n) 2], power estimate of e m (n) e [e m (n) 2] can be obtained through a variety of known estimation techniques. In this case, α can be obtained as a function of E[r m (n) 2 ], E[e m (n) 2 ], and T th,m as shown in Equation (7).
[수학식 7][Equation 7]
여기서 'function of'로 표현한 것과 같이 가중치 조정 계수 α는 다양한 식을 통하여 결정될 수 있으나, E[em(n)2]가 E[rm(n)2]에 비해 클 경우 α는 더욱 작은 값으로 결정되고, [em(n)2]가 E[rm(n)2]에 비해 작을 경우 α<1인 범위에서 α는 상대적으로 큰 값으로 결정되도록 하는 식이 위 'function'으로서 사용된다.Here, as expressed as a 'function of', the weight adjustment coefficient α can be determined through various equations, but when E[e m (n) 2 ] is larger than E[r m (n) 2 ], α is a smaller value. is determined as , and when [e m (n) 2 ] is smaller than E[r m (n) 2 ], the expression is used as the above ‘function’ so that α is determined to be relatively large in the range of α<1 .
지금까지 설명한 시간 영역 신호에 대하여 발산 억제 알고리즘이 적용된 능동소음제어 방법은, 이하 도 6의 순서도를 참조하여 정리하여 설명하기로 한다.The active noise control method to which the divergence suppression algorithm is applied to the time domain signal described so far will be summarized and described with reference to the flowchart of FIG. 6 .
2. 주파수 영역2. Frequency domain
주파수 영역에서 나타낸 수학식 8의 조건이 만족되는 경우, MFXLMS(multiple filtered-X LMS)를 이용한 W의 업데이트 대신, 가중치 제어 모듈(565)에서 수학식 9 및 수학식 10과 같이 W를 감소시켜 W의 발산을 억제함으로써 소음의 증폭을 차단하게 된다. 이 경우, 도 3 및 도 4에서, 별도로 도시하지는 아니하였으나, 각 신호는 주파수 영역에서의 신호를 의미한다. 즉, 예를 들어 e'(n)은 e'(f,n)을 의미하는 것으로 한다. 여기서 f는 주파수를 의미한다. 또한 가중치 제어 모듈(565)이 산출하는 가중치 산출식은, 주파수 영역에서는 이하 수학식 9 및 수학식 10을 사용하게 된다.When the condition of Equation 8 shown in the frequency domain is satisfied, instead of updating W using multiple filtered-X LMS (MFXLMS), the
[수학식 8][Equation 8]
이와 같이 r(f,n) 신호와 e(f,n) 신호의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교함으로써 W의 불안정성 여부를 판단할 수 있다. Tth,m는 시스템의 여러 특성들을 고려하여 미리 설정하는 값으로서, Tth,m이 작으면 발산 검출 타이밍이 빨라질 수 있고, Tth,m이 크면 발산 검출 타이밍을 늦출 수 있다. Tth,m의 값을 과도하게 작게하면 오류 검출이 일어날 수 있다.As described above, by monitoring the power of the r(f,n) signal and the e(f,n) signal and comparing their magnitudes, it is possible to determine whether W is unstable. T th,m is a value preset in consideration of various characteristics of the system. When T th,m is small, the divergence detection timing may be increased, and if T th,m is large, the divergence detection timing may be delayed. If the value of T th,m is excessively small, error detection may occur.
수학식 8의 부등식을 만족하지 않으면, 수학식 9를 통해 W를 구한다.If the inequality of Equation 8 is not satisfied, W is obtained through Equation 9.
[수학식 9][Equation 9]
수학식 8를 만족하면, 수학식 10을 통해 W를 구한다.If Equation (8) is satisfied, W is obtained through Equation (10).
[수학식 10][Equation 10]
여기서 1 > α1 > α2 이며, α1은 발산하지 않는 상태에서 업데이트시 수치적 에러 등으로 인한 누적오차를 제거하도록 하는 포게팅(forgetting) 역할을 하고, 1에 근접한 값이다. α1은 아래 수학식 11과 같은 식에서 구할 수도 있으나, 미리 1에 근접한 상수로 결정한 후 사용할 수도 있다.Here, 1 > α1 > α2, α1 plays a role of forgetting to remove accumulated errors due to numerical errors when updating in a non-divergence state, and is a value close to 1. α1 may be obtained from the same equation as in Equation 11 below, but may be used after determining in advance a constant close to 1 .
α2는 발산이 감지된 상태에서 W(f,n) 성분을 0에 가깝게 수렴하도록 하는 역할을 하고, α1보다 작은 값을 갖는다.α2 serves to converge the W(f,n) component to near zero in a state where divergence is detected, and has a value smaller than α1.
이와 같은 발산 억제 방법은, 전술한 바와 같은 시간영역 신호 레벨의 발산 조건에 따른 W의 전체적 감쇠 방법과 대비하여, 발산 주파수 이외의 주파수 영역에서 성능이 유지되는 장점이 있고, 발산이 감지되지 않았을 경우에도 α1의 도입으로 인해, 누적되는 수치적 에러 등으로 야기되는 W의 오수렴에 의한 제어 불안정성이 억제된다.Such a divergence suppression method has an advantage in that performance is maintained in a frequency domain other than the divergent frequency, compared to the overall attenuation method of W according to the divergence condition of the time domain signal level as described above, and when no divergence is detected With the introduction of Edo α1, control instability due to misconvergence of W caused by accumulated numerical errors and the like is suppressed.
α2 역시 고정값으로 설정할 수도 있으나, 수학식 12와 같이 E[rm(f,n)2], E[em(f,n)2] 및 Tth,m을 이용하여 구할 수 있고, rm(f,n)의 power 추정치인 E[rm(f,n)2], em(f,n)의 power 추정치인 E[em(f,n)2] 또한 알려진 다양한 추정기법을 통해 얻을 수 있다. α2 can also be set to a fixed value, but can be obtained using E[r m (f,n) 2 ], E[e m (f,n) 2 ], and T th,m as in Equation 12, r of e [r m (f, n ) 2], the e power estimate of e m (f, n) power estimates of m (f, n) [e m (f, n) 2] also, a variety of estimation techniques known can be obtained through
[수학식 11][Equation 11]
[수학식 12][Equation 12]
여기서 α1, α2는 전술한 바와 같이 고정값으로 설정될 수도 있으나, 수학식 11 및 수학식 12에 의해 'function of'로 표현한 것과 같이 다양한 식을 통하여 결정될 수도 있다. 또한 α1만 1에 근접한 고정값으로 사용하고 α2는 수학식 12를 이용하여 구할 수도 있다.Here, α1 and α2 may be set to fixed values as described above, but may be determined through various equations as expressed as a 'function of' by Equations 11 and 12. Also, only α1 is used as a fixed value close to 1, and α2 can be obtained using Equation 12.
α1을 수학식 11에 의하여 구할 경우 수학식 11의 'function'은 수학식 8,6를 통하여 전술한 바와 같이 상대적으로 E[em(n)2]가 E[rm(n)2]에 비해 작을 경우에 사용되고, 1보다 작은값의 범위에서 1에 근접한 값으로 결정된다.When α1 is obtained by Equation 11, the 'function' of Equation 11 is relatively E[e m (n) 2 ] to E[r m (n) 2 ] as described above through Equations 8 and 6 It is used when it is smaller than that, and it is determined as a value close to 1 in the range of values less than 1.
α2를 수학식 12에 의하여 구할 경우 수학식 12의 'function'은 수학식 8,7을 통하여 전술한 바와 같이 상대적으로 E[em(n)2]가 E[rm(n)2]에 비해 클 경우에 사용되고, α1보다 작은값으로 결정된다.When α2 is obtained by Equation 12, the 'function' of Equation 12 is relatively E[e m (n) 2 ] to E[r m (n) 2 ] as described above through Equations 8 and 7 It is used when it is larger than that, and is determined to be smaller than α1.
지금까지 설명한 주파수 영역 신호에 대하여 발산 억제 알고리즘이 적용된 능동소음제어 방법은, 이하 도 5의 순서도를 참조하여 정리하여 설명하기로 한다The active noise control method to which the divergence suppression algorithm is applied to the frequency domain signal described so far will be summarized and described with reference to the flowchart of FIG. 5 .
도 5는 본 발명에 따른 주파수 영역 신호에 대하여 발산 억제 알고리즘이 적용된 능동소음제어 방법의 순서도이다.5 is a flowchart of an active noise control method to which a divergence suppression algorithm is applied to a frequency domain signal according to the present invention.
상쇄제어출력부(550)의 모델 S(551)로는 채널 MUX(570)의 출력신호 x'(f,n)이 입력되고 이로부터 fx(f,n) 신호를 출력하며, 이러한 fx(f,n) 신호와, 마이크 신호 e(f,n)로부터 생성된 신호(552)에 대하여 수학식 2를 FFT 등에 의해 주파수 영역으로 변환한 식을 적용하여 상쇄제어출력부(550)에 의한 W 업데이트(이하 '1차 업데이트'라 한다)가 이루어진다(S501).The output signal x' (f, n) of the
이때, 전술한 바와 같이 채널 MUX(570)로는, 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(f,n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(f,n)이 입력되어 이 신호들이 모두 출력신호 x'(f,n)으로 나오게 되며, x'(f,n)은 T(561)로 입력된다. 이로써 능동소음제어 방식에 있어서, 제어 결과가 목표치에서 벗어날 것을 예측하고 미리 필요한 조작을 하는 제어인 피드포워드 제어와, 제어량을 검출하여 이것을 목표값과 끊임없이 비교함으로써 오차가 발생할 때마다 그것을 항상 줄이도록 대상에 조작을 가하는 제어인 피드백 제어를 모두 적용하여 더욱 효과적인 능동소음제어를 수행하되, 특히 그와 같은 피드포워드 제어 및 피드백 제어를 채널 MUX(570)를 통하여 하나의 블럭으로 통합함으로써 신호 관리의 복잡도를 줄이고 더욱 효과적인 피드포워드/피드백 통합제어 방식을 구현하였다.At this time, as described above, the vibration output signal x(f,n) of the accelerometer and the microphone signal e(f,n) as a feedback signal are inputted to the
한편, 마이크 신호 e(f,n) 및 어댑티브 필터 C의 출력신호 fy(f,n)로부터, 제어출력이 배제된 원소음 신호 r(f,n)을 생성하고(S502), 마이크 신호 e(f,n)와 원소음 신호 r(f,n)의 비교를 통하여 발산 여부를 파악한다(S503). 이때 비교는 수학식 8를 이용한다.On the other hand, from the microphone signal e(f,n) and the output signal fy(f,n) of the adaptive filter C, an elemental sound signal r(f,n) from which the control output is excluded is generated (S502), and the microphone signal e( f, n) and the original sound signal r(f, n) are compared to determine whether divergence occurs (S503). In this case, Equation (8) is used for comparison.
수학식 8의 부등식을 만족하지 않으면(S504), 즉 발산하지 않으면, 가중치 조정 계수 α1을 적용한 수학식 9을 통해 W를 업데이트한다(S505). 수학식 8를 만족하면(S504), 즉 발산하면 가중치 조정 계수 α2를 적용한 수학식 10을 통해 W를 업데이트한다. 이와 같이 α1 또는 α2를 이용한 업데이트를 2차 업데이트라 한다(S506).If the inequality of Equation 8 is not satisfied (S504), that is, if it does not diverge, W is updated through Equation 9 to which the weight adjustment coefficient α1 is applied (S505). If Equation 8 is satisfied ( S504 ), that is, if it diverges, W is updated through Equation 10 to which the weight adjustment coefficient α2 is applied. As described above, the update using α1 or α2 is referred to as a secondary update (S506).
이와 같이 업데이트된 W를 수학식 3(수학식 3을 FFT 등에 의하여 주파수 영역으로 변환한 식)에 적용하여 상쇄제어출력신호(554) y(f,n)을 생성한다(S507).By applying the updated W to Equation 3 (the expression obtained by converting Equation 3 into the frequency domain by FFT, etc.), an offset control output signal 554 y(f,n) is generated (S507).
상쇄제어출력신호(554) y(f,n)은 오디오 믹서에서 생성된 제어 스피커 출력신호(501)와 합해져서(502), 스피커(530)에서 능동상쇄신호(531)로 출력되게 된다(S508).The cancellation control output signal 554 y(f, n) is combined with the control
도 6은 본 발명에 따른 시간 영역 신호에 대하여 발산 억제 알고리즘이 적용된 능동소음제어 방법의 순서도이다.6 is a flowchart of an active noise control method to which a divergence suppression algorithm is applied to a time domain signal according to the present invention.
이 경우에도, 전술한 바와 같이 채널 MUX(570)로는, 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(n)이 입력되어 이 신호들이 모두 출력신호 x'(n)으로 나오게 되며, x'(n)은 T(561)로 입력된다. 이로써 능동소음제어 방식에 있어서, 제어 결과가 목표치에서 벗어날 것을 예측하고 미리 필요한 조작을 하는 제어인 피드포워드 제어와, 제어량을 검출하여 이것을 목표값과 끊임없이 비교함으로써 오차가 발생할 때마다 그것을 항상 줄이도록 대상에 조작을 가하는 제어인 피드백 제어를 모두 적용하여 더욱 효과적인 능동소음제어를 수행하되, 특히 그와 같은 피드포워드 제어 및 피드백 제어를 채널 MUX(570)를 통하여 하나의 블럭으로 통합함으로써 신호 관리의 복잡도를 줄이고 더욱 효과적인 피드포워드/피드백 통합제어 방식을 구현하였다.Even in this case, as described above, the vibration output signal x(n) of the accelerometer and the microphone signal e(n) as a feedback signal are inputted to the
마이크 신호 e(n) 및 어댑티브 필터 C의 출력신호 fy(n)로부터 원소음 신호 r(n)을 생성하고(S601), 마이크 신호 e(n)와 원소음 신호 r(f,n)의 비교를 통하여 발산 여부를 파악한다(S602). 이때 비교는 수학식 5를 이용한다.An elemental sound signal r(n) is generated from the microphone signal e(n) and the output signal fy(n) of the adaptive filter C (S601), and the microphone signal e(n) and the elemental sound signal r(f,n) are compared It is determined whether the divergence is through (S602). In this case, Equation 5 is used for comparison.
수학식 5의 부등식을 만족하지 않으면(S603), 즉 발산하지 않으면, 이하와 같이 상쇄제어출력부(550)에 의하여 가중치 W의 업데이트가 이루어진다. 즉, 상쇄제어출력부(550)의, C가 카피된 모델 S(551)로 가속도계의 진동 출력신호 x(n)이 입력되고 이로부터 fx(n) 신호를 출력하며, 이러한 fx(n) 신호와, 전술한 마이크 신호 e(n)로부터 생성된 신호(552)에 대하여 수학식 2에 의하여 W의 업데이트가 이루어지는 것이다(S604).If the inequality of Equation 5 is not satisfied (S603), that is, if it does not diverge, the weight W is updated by the offset
수학식 5의 부등식을 만족하면(S603), 즉 발산하면, 이하와 같이 가중치 조정 계수 α를 이용하여 가중치 W의 업데이트가 이루어진다. 즉, 가중치 조정 계수 α를 이용하여 수학식 6에 의해 가중치 W를 업데이트 하는 것이다(S605).If the inequality of Equation 5 is satisfied ( S603 ), that is, if it diverges, the weight W is updated using the weight adjustment coefficient α as follows. That is, the weight W is updated by Equation 6 using the weight adjustment coefficient α (S605).
이렇게 업데이트된 W를 수학식 3에 적용하여 상쇄제어출력신호(554) y(n)을 생성하며(S606), 상쇄제어출력신호(554) y(n)은 오디오 믹서에서 생성된 제어 스피커 출력신호(501)와 합해져서(502), 스피커(530)에서 능동상쇄신호(531)로 출력되게 된다(S607).By applying this updated W to Equation 3, an offset control output signal 554 y(n) is generated (S606), and the offset control output signal 554 y(n) is a control speaker output signal generated by the audio mixer. In addition to (501) (502), the
100: 종래 피드포워드/피드백 별도 블럭의 능동소음제어 장치
200: 피드포워드/피드백 통합 능동소음제어 장치
300: 피드포워드/피드백 통합 및 W 보정 블럭 추가된 능동소음제어 장치
500: 피드포워드/피드백 통합 및 W 보정 블럭 추가된 능동소음제어 장치를 포함하는 능동소음제어 시스템
500: 종래 능동소음제어 시스템
501: 제어 스피커 출력신호
510: 가속도계(accelerometer)
520: 마이크
530: 스피커
531,532: 능동상쇄신호
550: 상쇄제어출력부
551: 모델 S
553: 상쇄제어출력 모듈
554: 상쇄제어출력 신호
560: 발산억제장치
565: 가중치 제어 모듈
570: 채널 MUX100: Active noise control device of conventional feedforward/feedback separate block
200: feed forward / feedback integrated active noise control device
300: Active noise control device with integrated feedforward/feedback and added W correction block
500: Active noise control system including active noise control device with integrated feedforward/feedback and added W correction block
500: conventional active noise control system
501: control speaker output signal
510: accelerometer (accelerometer)
520: microphone
530: speaker
531,532: active cancellation signal
550: offset control output unit
551: Model S
553: offset control output module
554: offset control output signal
560: divergence suppression device
565: weight control module
570: Channel MUX
Claims (13)
모델링된 원소음 신호 및 모델링된 마이크 신호를 생성하고, 상쇄제어출력신호의 산출을 위한 가중치에 대하여, 주파수 영역 신호를 이용하여, 발산이 억제된 새로운 가중치를 업데이트하여 생성하는 발산 억제 장치;
진동을 감지하는 가속도계 출력을 모델링한 값에, 가중치를 적용하여, 능동상쇄신호를 생성하는 스피커의 입력신호인 상쇄제어출력 신호를 산출하는 상쇄제어출력부; 및,
채널 MUX
를 포함하고,
상기 발산 억제 장치는,
모델링된 원소음 신호 r(f,n)을 생성하는 원소음 신호 생성부;
모델링된 마이크 신호 e'(f,n)을 생성하는 마이크 신호 생성부;
모델링된 마이크 신호 e'(f,n)을 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(f,n)2]을 최소화하는 어댑티브 필터; 및
상기 어댑티브 필터의 출력신호 fy(f,n)과 마이크 신호 e(f,n)으로부터 모델링된 원소음 신호 r(f,n)과, 마이크 신호 e(f,n)의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교하여, 마이크 신호 e(f,n)가 일정 수준 이상일 경우 가중치 W를 감소시킴으로써, 가중치 W의 발산을 억제하는 가중치 제어 모듈
을 포함하고,
상기 어댑티브 필터 중 하나인 T의 입력 x'(f,n)은,
상기 채널 MUX로 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(f,n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(f,n)이 입력되어 상기 채널 MUX로부터 나온 출력이며,
상기 f는 주파수인,
피드백 및 피드포워드 통합 능동소음제어의 주파수 영역 안정화 시스템.A frequency domain stabilization system for integrated feedback and feedforward active noise control, comprising:
a divergence suppression device that generates a modeled elemental sound signal and a modeled microphone signal, and updates and generates a new weight whose divergence is suppressed by using a frequency domain signal with respect to a weight for calculating an offset control output signal;
an offset control output unit for calculating an offset control output signal that is an input signal of a speaker that generates an active cancellation signal by applying a weight to a value modeled by an accelerometer output for sensing vibration; and,
Channel MUX
including,
The divergence suppression device,
an elemental sound signal generator generating the modeled elemental sound signal r(f,n);
a microphone signal generator generating the modeled microphone signal e'(f,n);
an adaptive filter that minimizes E[e'(f,n) 2 ] through an LMS update algorithm using the modeled microphone signal e'(f,n); and
The power of the adaptive filter output signal fy(f,n) and the original sound signal r(f,n) modeled from the microphone signal e(f,n) and the microphone signal e(f,n) are monitored, and the magnitude thereof is monitored. A weight control module that suppresses the divergence of the weight W by reducing the weight W when the microphone signal e(f,n) is above a certain level by comparing the
including,
The input x'(f,n) of T, which is one of the adaptive filters, is,
An accelerometer vibration output signal x(f,n) as a feedforward signal to the channel MUX and a microphone signal e(f,n) as a feedback signal are inputted and output from the channel MUX,
where f is the frequency,
Frequency domain stabilization system of integrated feedback and feedforward active noise control.
모델링된 원소음 신호 및 모델링된 마이크 신호를 생성하고, 상쇄제어출력신호의 산출을 위한 가중치에 대하여, 주파수 영역 신호를 이용하여, 발산이 억제된 새로운 가중치를 업데이트하여 생성하는 발산 억제 장치;
진동을 감지하는 가속도계 출력을 모델링한 값에, 가중치를 적용하여, 능동상쇄신호를 생성하는 스피커의 입력신호인 상쇄제어출력 신호를 산출하는 상쇄제어출력부; 및,
채널 MUX
를 포함하고,
상기 발산 억제 장치는,
모델링된 원소음 신호 r(n)을 생성하는 원소음 신호 생성부;
모델링된 마이크 신호 e'(n)을 생성하는 마이크 신호 생성부;
모델링된 마이크 신호 e'(n)을 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(n)2]을 최소화하는 어댑티브 필터; 및
상기 어댑티브 필터의 출력신호 fy(n)과 마이크 신호 e(n)으로부터 모델링된 원소음 신호 r(n)과, 마이크 신호 e(n)의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교하여, 마이크 신호 e(n)가 일정 수준 이상일 경우 가중치 W를 감소시킴으로써, 가중치 W의 발산을 억제하는 가중치 제어 모듈
을 포함하고,
상기 어댑티브 필터 중 하나인 T의 입력 x'(n)은,
상기 채널 MUX로 피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(n)이 입력되어 상기 채널 MUX로부터 나온 출력인,
피드백 및 피드포워드 통합 능동소음제어의 주파수 영역 안정화 시스템.A frequency domain stabilization system for integrated feedback and feedforward active noise control, comprising:
a divergence suppression device that generates a modeled elemental sound signal and a modeled microphone signal, and updates and generates a new weight whose divergence is suppressed by using a frequency domain signal with respect to a weight for calculating an offset control output signal;
an offset control output unit for calculating an offset control output signal that is an input signal of a speaker that generates an active cancellation signal by applying a weight to a value modeled by an accelerometer output for sensing vibration; and,
Channel MUX
including,
The divergence suppression device,
an elemental sound signal generator generating the modeled elemental sound signal r(n);
a microphone signal generator generating the modeled microphone signal e'(n);
an adaptive filter that minimizes E[e'(n) 2 ] through an LMS update algorithm using the modeled microphone signal e'(n); and
By monitoring the power of the original sound signal r(n) modeled from the output signal fy(n) of the adaptive filter and the microphone signal e(n), and the microphone signal e(n), and comparing the magnitude, the microphone signal e( Weight control module that suppresses divergence of weight W by reducing weight W when n) is above a certain level
including,
The input x'(n) of T, which is one of the adaptive filters, is,
A vibration output signal x(n) of the accelerometer as a feedforward signal to the channel MUX and a microphone signal e(n) as a feedback signal are input and output from the channel MUX,
Frequency domain stabilization system of integrated feedback and feedforward active noise control.
(a) 상쇄제어출력부에 의해 가중치(W)를 1차 업데이트하는 단계;
(b) 모델링된 원소음 신호 r(f,n)과, 마이크 신호 e(f,n)의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교하여 발산 여부를 판단하는 단계;
(c) 상기 발산 여부 판단 결과에 따라, 상쇄제어출력신호의 산출을 위한 가중치(W)를 2차 업데이트하는 단계; 및
(d) 상기 업데이트된 가중치를 적용하여 상쇄제어출력신호를 산출하는 단계
를 포함하고,
상기 r(f,n)은,
어댑티브 필터 T의 출력과 합해져서 e'(f,n) 신호를 출력하고,
상기 어댑티브 필터 T에는,
상기 e'(f,n); 및,
피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(f,n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(f,n)이 채널 MUX로 입력되어 상기 채널 MUX로부터 나온 출력인 x'(f,n)
이 입력으로 들어가고,
상기 어댑티브 필터 T는,
상기 e'(f,n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(f,n)2]을 최소화하는 역할을 수행하는,
발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.The frequency domain stabilization system of claim 1 is a method of performing active noise control through divergence suppression using a frequency domain signal,
(a) first updating the weight (W) by the offset control output unit;
(b) monitoring the power of the modeled elemental sound signal r(f,n) and the microphone signal e(f,n) and comparing their magnitudes to determine whether they are emitted;
(c) secondly updating the weight (W) for calculating the offset control output signal according to the divergence determination result; and
(d) calculating an offset control output signal by applying the updated weight
including,
The r (f, n) is,
summed with the output of the adaptive filter T to output the signal e'(f,n),
In the adaptive filter T,
said e'(f,n); and,
A vibration output signal x(f,n) of the accelerometer as a feedforward signal and a microphone signal e(f,n) as a feedback signal are input to the channel MUX and output from the channel MUX, x'(f,n)
go into this input,
The adaptive filter T is,
Using the e'(f,n) signal to serve to minimize E[e'(f,n) 2 ] through the LMS update algorithm,
Active noise control method through emission suppression.
상기 모델링된 원소음 신호는,
마이크 신호와 어댑티브 필터 C의 출력신호를 이용하여 산출되고,
상기 어댑티브 필터 C는,
상기 e'(f,n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(f,n)2]을 최소화하는 역할을 수행하며, 여기서 e'(f,n) 신호는 모델링 블럭에서의 마이크 출력신호인 것
을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.4. The method according to claim 3,
The modeled elemental sound signal is
It is calculated using the microphone signal and the output signal of the adaptive filter C,
The adaptive filter C,
It serves to minimize E[e'(f,n) 2 ] through the LMS update algorithm using the e'(f,n) signal, where the e'(f,n) signal is the microphone output signal
Active noise control method through emission suppression, characterized in that.
상기 단계(b)의 신호 크기 비교는,
에 의해 이루어지는 것
을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.4. The method according to claim 3,
The signal magnitude comparison in step (b) is,
made by
Active noise control method through emission suppression, characterized in that.
상기 부등식을 만족하지 않으면, 발산하지 않는 것으로 판단하여, 상기 가중치는,
에 의해 업데이트되고,
상기 부등식을 만족하면, 발산하는 것으로 판단하여, 상기 가중치는,
에 의해 업데이트되며,
1 > α1 > α2
이고, 상기 α1 및 α2는 각각 가중치 조정 계수인 것
인 것을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.6. The method of claim 5,
If the inequality is not satisfied, it is determined that the divergence does not occur, and the weight is
updated by
If the inequality is satisfied, it is judged to be divergent, and the weight is
updated by
1 > α1 > α2
, and α1 and α2 are weight adjustment coefficients, respectively.
Active noise control method through emission suppression, characterized in that
상기 α1은 기 설정된 값을 사용하거나 또는,
에 의해 업데이트되고,
상기 α2는 기 설정된 값을 사용하거나 또는,
에 의해 업데이트되는 것을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.7. The method of claim 6,
The α1 uses a preset value, or
updated by
The α2 uses a preset value, or
Active noise control method through divergence suppression, characterized in that it is updated by
상기 상쇄제어출력신호는,
오디오 믹서에서 생성된 제어 스피커 출력신호와 합해져서, 스피커에서 능동상쇄신호로 출력되는 것
을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.4. The method according to claim 3,
The offset control output signal is
It is combined with the control speaker output signal generated by the audio mixer and output as an active cancellation signal from the speaker.
Active noise control method through emission suppression, characterized in that.
(a) 모델링된 원소음 신호 r(n)과, 마이크 신호 e(n)의 파워를 모니터링하고 그 크기를 비교하여 발산 여부를 판단하는 단계;
(b) 상기 발산 여부 판단 결과에 따라, 상쇄제어출력신호의 산출을 위한 가중치(W)를 업데이트하는 단계; 및
(c) 상기 업데이트된 가중치를 적용하여 상쇄제어출력신호를 산출하는 단계
를 포함하고,
상기 r(n)은,
어댑티브 필터 T의 출력과 합해져서 e'(n) 신호를 출력하고,
상기 어댑티브 필터 T에는,
상기 e'(n); 및,
피드포워드 신호로서 가속도계의 진동 출력신호 x(n) 및, 피드백 신호로서 마이크 신호 e(n)이 채널 MUX로 입력되어 상기 채널 MUX로부터 나온 출력인 x'(n)
이 입력으로 들어가고,
상기 어댑티브 필터 T는,
상기 e'(n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(n)2]을 최소화하는 역할을 수행하는,
발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.The frequency domain stabilization system of claim 2 is a method for performing active noise control through divergence suppression using a time domain signal,
(a) monitoring the power of the modeled elemental sound signal r(n) and the microphone signal e(n) and comparing their magnitudes to determine whether they are emitted;
(b) updating the weight (W) for calculating the offset control output signal according to the divergence determination result; and
(c) calculating an offset control output signal by applying the updated weight
including,
The r (n) is,
summed with the output of the adaptive filter T to output a signal e'(n),
In the adaptive filter T,
said e'(n); and,
A vibration output signal x(n) of the accelerometer as a feedforward signal and a microphone signal e(n) as a feedback signal are input to the channel MUX and output from the channel MUX, x'(n)
go into this input,
The adaptive filter T is,
Using the e'(n) signal to serve to minimize E[e'(n) 2 ] through the LMS update algorithm,
Active noise control method through emission suppression.
상기 모델링된 원소음 신호는,
마이크 신호와 어댑티브 필터 C의 출력신호를 이용하여 산출되고,
상기 어댑티브 필터 C는,
상기 e'(n) 신호를 이용하여 LMS 업데이트 알고리즘을 통해 E[e'(n)2]을 최소화하는 역할을 수행하며, 여기서 e'(n) 신호는 모델링 블럭에서의 마이크 출력신호인 것
을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.10. The method of claim 9,
The modeled elemental sound signal is
It is calculated using the microphone signal and the output signal of the adaptive filter C,
The adaptive filter C,
It serves to minimize E[e'(n) 2 ] through the LMS update algorithm using the e'(n) signal, where the e'(n) signal is the microphone output signal in the modeling block.
Active noise control method through emission suppression, characterized in that.
상기 단계(a)의 신호 크기 비교는,
에 의해 이루어지는 것
을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.10. The method of claim 9,
The signal magnitude comparison in step (a) is,
made by
Active noise control method through emission suppression, characterized in that.
상기 부등식을 만족하지 않으면, 발산하지 않는 것으로 판단하여, 상기 가중치는,
상쇄제어출력부에 의해 업데이트되고,
상기 부등식을 만족하면, 발산하는 것으로 판단하여, 상기 가중치는,
에 의해 업데이트되며,
상기 α는 가중치 조정 계수인 것
을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.10. The method of claim 9,
If the inequality is not satisfied, it is determined that the divergence does not occur, and the weight is
updated by the offset control output,
If the inequality is satisfied, it is judged to be divergent, and the weight is
updated by
wherein α is a weight adjustment coefficient
Active noise control method through emission suppression, characterized in that.
상기 α는 기 설정된 값을 사용하거나 또는,
에 의해 업데이트되는 것을 특징으로 하는 발산 억제를 통한 능동소음제어 방법.13. The method of claim 12,
The α uses a preset value, or
Active noise control method through divergence suppression, characterized in that it is updated by
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KR102364070B1 (en) | 2022-02-18 |
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