KR20230045016A - 점유 기반 능동형 소음 제거 시스템 - Google Patents

점유 기반 능동형 소음 제거 시스템 Download PDF

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케빈 제이. 바스티르
안토니오 고메즈
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하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드
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Abstract

능동형 소음 제거(ANC) 시스템은 소음 방지 신호 수신에 응답하여 차량의 객실 내에서 소음 방지 사운드를 투사하기 위해 적어도 하나의 라우드스피커와 함께 제공된다. 적어도 하나의 마이크는 객실 내 소음 및 소음 방지 사운드를 나타내는 오류 신호를 제공한다. 점유 제어기는 객실 내 탑승자의 존재를 나타내는 점유 신호에 기초하여 적어도 하나의 마이크와 적어도 하나의 가상 마이크 사이의 전달 함수를 수정하도록 프로그래밍된다. 추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 전달 함수를 사용하여 오류 신호를 필터링하도록 적응형 필터 제어기가 프로그래밍된다. 제어 가능한 필터는 추정된 가상 마이크 오류 신호를 기반으로 소음 방지 신호를 생성한다.

Description

점유 기반 능동형 소음 제거 시스템
본 발명은 능동형 소음 제거(active noise cancellation) 시스템에 관한 것으로, 특히 차량 점유에 기초하여 가상 마이크(virtual microphone)를 포함하는 능동형 소음 제어 프레임워크(framework)를 제어하는 것에 관한 것이다.
능동형 소음 제거(ANC) 시스템은 차량 실내와 같은 청취 환경 내에서 바람직하지 않은 소음을 적응적으로 제거하기 위해 피드포워드(feedforward) 및 피드백(feedback) 구조를 사용하여 바람직하지 않은 소음을 감쇠시킨다. ANC 시스템은 일반적으로 제거 음파(cancellation sound wave)를 생성하여 원하지 않는 가청 소음을 상쇄 간섭함으로써 원하지 않는 소음을 제거하거나 감소시킨다. 크기는 거의 동일하지만 소음과 반대 위상인 "소음 방지"와 소음이 한 위치에서 음압 레벨(SPL)을 낮출 때 상쇄 간섭(destructive interference)이 발생한다. 차량 실내 청취 환경에서, 바람직하지 않은 소음의 잠재적인 원인은 엔진, 배기 시스템, 차량 타이어와 차량이 주행하는 노면 사이의 상호작용 및/또는 차량의 다른 부품의 진동에 의해 방출되는 소리에서 나온다. 따라서 원하지 않는 소음은 차량의 속도, 도로 상태 및 동작 상태에 따라 달라진다.
도로 소음 제거(RNC) 시스템은 차량 객실 내부의 바람직하지 않은 도로 소음을 최소화하기 위해 차량에 구현된 특정 ANC 시스템이다. RNC 시스템은 진동 센서를 사용하여 원치 않는 가청 도로 소음을 유발하는 타이어 및 도로 인터페이스에서 생성된 도로 유도 진동을 감지한다. 그런 다음 스피커를 사용하여 한 명 이상의 청취자의 귀에서 감소될 소음과 이상적으로는 위상이 반대이고 크기가 동일한 음파를 생성하여 실내에서 이러한 원치 않는 도로 소음을 제거하거나 수준을 낮춘다. 이러한 도로 소음을 제거하면 차량 승객의 승차감이 향상되고 차량 제조업체는 경량 소재를 사용하여 에너지 소비를 줄이고 배기 가스를 줄일 수 있다.
엔진 오더 제거(EOC) 시스템은 차량 객실 내부의 바람직하지 않은 엔진 오더를 최소화하기 위해 차량에 구현된 특정 ANC 시스템이다. EOC 시스템은 엔진 속도 센서와 같은 비음향 신호를 사용하여 분당 회전수(RPM) 단위의 엔진 크랭크축 회전 속도를 나타내는 신호를 기준으로 생성한다. 이 기준 신호는 차량 내부에서 들을 수 있는 엔진 소음과 위상이 반대인 음파를 생성하는 데 사용된다. EOC 시스템은 RPM 센서의 신호를 사용하기 때문에 진동 센서가 필요하지 않다.
RNC 시스템은 일반적으로 광대역 신호를 제거하도록 설계된 반면 EOC 시스템은 개별 엔진 오더와 같은 협대역 신호를 제거하도록 설계 및 최적화되었다. 차량 내의 ANC 시스템은 RNC 및 EOC 기술을 모두 제공할 수 있다. 이러한 차량 기반 ANC 시스템은 일반적으로 차량 객실 내부의 다양한 위치들에 있는 물리적 마이크들의 소음 입력(예를 들어, RNC 시스템의 진동 센서로부터의 가속도 입력) 및 신호를 기반으로 W 필터들을 지속적으로 적응시키는 LMS(Least Mean Square) 적응형 피드포워드 시스템이다. LMS 기반 피드포워드 ANC 시스템 및 해당 알고리즘의 피쳐는 임펄스 응답 시스템의 각 물리적 마이크와 각 소음 방지 스피커 사이의 또는 보조 경로를 저장하는 것이다. 보조 경로는 소음 방지 스피커와 물리적 마이크 간의 전달 함수이며, 본질적으로 전기 소음 방지 신호가 스피커에서 방사되는 소리가 되어 차량 실내를 통해 물리적 마이크로 이동하고 마이크 출력 신호가 되는 방식을 특성징으로 한다.
가상 마이크는 ANC 시스템이 하나 이상의 실제 물리적 마이크로부터 수신한 오류 신호를 기반으로 실제 물리적 마이크가 없는 위치에서 상상의 또는 가상의 마이크에 의해 생성된 오류 신호를 추정하는 기술이다. 이 가상 마이크 기술은 물리적 마이크가 실제로 위치하지 않는 경우에도 청취자의 귀에서 소음 제거를 개선할 수 있다.
일 실시예에서 능동형 소음 제거(ANC) 시스템은 소음 방지 신호 수신에 응답하여 차량의 객실 내에서 소음 방지 사운드를 투사하기 위해 적어도 하나의 라우드스피커와 함께 제공된다. 적어도 하나의 마이크는 객실 내 소음 및 소음 방지 사운드를 나타내는 오류 신호를 제공한다. 점유 제어기는 객실 내 탑승자의 존재를 나타내는 점유 신호에 기초하여 적어도 하나의 마이크와 적어도 하나의 가상 마이크 사이의 전달 함수를 수정하도록 프로그래밍된다. 추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 전달 함수를 사용하여 오류 신호를 필터링하도록 적응형 필터 제어기가 프로그래밍된다. 제어 가능한 필터는 추정된 가상 마이크 오류 신호를 기반으로 소음 방지 신호를 생성한다.
다른 실시예에서, 가상 마이크(VM) 능동 소음 제거(ANC) 시스템을 제어하기 위한 방법이 제공된다. 차량 내 소음 및 소음 방지를 나타내는 마이크에서 오류 신호가 수신된다. 차량 내 탑승자의 존재를 나타내는 점유 검출기로부터의 점유 신호가 수신된다. 점유 신호에 기초하여 마이크와 가상 마이크 사이의 전달 함수가 수정된다. 오류 신호는 추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 전달 함수를 사용하여 필터링된다. 추정된 가상 마이크 오류 신호에 기초하여 차량 내 라우드스피커에서 방사될 소음 방지 신호가 생성된다.
또 다른 실시예에서, 능동형 소음 제거(ANC) 시스템에는 차량의 객실 내 탑승자 존재에 기초하여 적어도 하나의 마이크와 적어도 하나의 가상 마이크 사이의 전달 함수를 수정하도록 구성되는 점유 제어기가 제공된다. 적응형 필터 제어기는 추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 전달 함수를 사용하여 객실 내 소음 및 소음 방지 사운드를 나타내는 오류 신호를 필터링하도록 구성된다. ANC 시스템에는 또한 추정된 가상 마이크 오류 신호를 기반으로 소음 방지 신호를 생성하고 차량의 객실 내에서 소음 방지 사운드를 투사하기 위해 적어도 하나의 라우드스피커에 소음 방지 신호를 제공하기 위해 제어 가능한 필터가 제공된다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따라 도로 소음 제거(RNC), 가상 마이크 및 점유 검출기를 포함하는 능동형 소음 제거(ANC) 시스템을 갖는 차량의 환경 블록도이다.
도 2는 R개의 가속도계 신호들 및 L개의 스피커 신호들을 포함하도록 스케일링된 RNC 시스템의 관련 부분들을 나타내는 샘플 개략도이다.
도 3은 엔진 소음 제거(EOC) 시스템 및 RNC 시스템을 포함하는 ANC 시스템의 샘플 개략 블록도이다.
도 4는 상이한 차량 점유 구성들의 표이다.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따라 점유 제어기를 포함하는 가상 마이크 ANC 시스템을 나타내는 개략적인 블록도이다.
도 6은 하나 이상의 실시예에 따라 가상 마이크 ANC 시스템에서 차량 점유에 기초하여 가상 마이크 파라미터를 조정하기 위한 방법을 나타내는 흐름도이다.
필요에 따라, 본 발명의 상세한 실시예가 본 명세서에 개시되지만; 그러나 개시된 실시예는 단지 다양하고 대안적인 형태로 구현될 수 있는 개시의 예시일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 도면이 반드시 비례하지는 않는다; 일부 피쳐는 특정 컴포넌트의 세부 정보를 표시하기 위해 과장되거나 최소화될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 대표적인 근거로 해석되어야 한다.
도 1을 참조하면, 도로 소음 제거(RNC) 시스템이 하나 이상의 실시예에 따라 도시되며 일반적으로 숫자 100으로 표시된다. RNC 시스템(100)은 하나 이상의 진동 센서들(104)을 갖는 차량(102) 내에 도시되어 있다. 진동 센서들(104)은 차량(102) 전체에 배치되어 차량의 서스펜션, 서브프레임은 물론 다른 차축 및 섀시 컴포넌트의 진동 거동을 모니터링한다. RNC 시스템(100)은 하나 이상의 물리적 마이크(108)를 사용하여 진동 센서(104)로부터의 신호를 적응적으로 필터링함으로써 소음 방지를 생성하는 광대역 적응형 피드포워드 및 피드백 능동형 소음 제거(ANC) 시스템(106)과 통합될 수 있다. 소음 방지 신호는 하나 이상의 라우드스피커들 또는 스피커들(110)을 통해 재생되어 사운드가 될 수 있다. S(z)는 단일 스피커(110)와 단일 마이크(108) 사이의 전달 함수를 나타낸다. 도 1은 단순화를 위해 단일 진동 센서(104), 마이크(108) 및 스피커(110)를 도시하지만, 전형적인 RNC 시스템은 다수의 진동 센서들(104)(예를 들어, 10개 이상), 마이크들(108)(예를 들어, 4개 내지 6개) 및 스피커들(110)(예를 들어, 4개 내지 8개)을 사용한다는 점에 유의해야 한다. 도 5를 참조하여 상세히 설명한 바와 같이, ANC 시스템(106)은 또한 하나 이상의 실시예에 따라 주어진 시간에 차량(102)의 탑승자에 대해 최적화된 소음 방지 신호(들)를 적응시키기 위해 사용되는 하나 이상의 가상 마이크들(112, 113) 및 하나 이상의 점유 검출기들(114)을 포함할 수 있다.
진동 센서(104)는 가속도계, 힘 게이지, 지오폰, 선형 가변 차동 변압기, 스트레인 게이지 및 로드 셀을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 가속도계는 출력 신호 진폭이 가속도에 비례하는 디바이스이다. 다양한 가속도계들이 RNC 시스템에서 이용 가능하다. 본 명세서에는 일반적으로 직교 방향들인 1, 2, 3 방향의 진동에 민감한 가속도계들을 포함한다. 이러한 다축 가속도계는 일반적으로 X 방향, Y 방향 및 Z 방향에서 감지된 진동에 대한 별도의 전기 출력(또는 채널)을 갖는다. 따라서 단일 축 및 다축 가속도계는 가속도의 크기 및 위상을 검출하기 위한 진동 센서(104)로 사용될 수 있으며 배향, 동작 및 진동을 감지하는 데 사용될 수도 있다.
노면(118) 상에서 이동하는 휠(116)로부터 발생하는 소음 및 진동은 서스펜션 디바이스(119) 또는 차량(102)의 섀시 컴포넌트에 기계적으로 결합된 하나 이상의 진동 센서들(104)에 의해 감지될 수 있다. 진동 센서(104)는 검출된 노면 진동을 나타내는 진동 신호인 소음 신호 X(n)을 출력할 수 있다. 여러 개의 진동 센서들이 가능하며 그들의 신호들은 개별적으로 사용되거나 결합될 수 있다. 특정 실시예에서, 휠(116)과 노면(118)의 상호작용으로부터 생성된 소음을 나타내는 소음 신호 X(n)을 출력하기 위해 진동 센서 대신에 마이크가 사용될 수 있다. 소음 신호 X(n)은 2차 경로 필터(120)에 의해, 2차 경로를 추정하는(즉, 소음 방지 스피커(110)와 물리적 마이크(108) 사이의 전달 함수), 모델링된 전달 특성 S'(z)로 필터링될 수 있다.
휠(116)과 노면(118)의 상호작용으로부터 발생하는 노면 소음은 또한 기계적으로 및/또는 음향적으로 객실로 전달되고 차량(102) 내부의 하나 이상의 마이크(108)에 의해 수신된다. 하나 이상의 마이크(108)은 예를 들어 차량(102)의 헤드라이너 또는 일부 다른 적절한 위치에 위치하여, 뒷좌석(125)에 앉아 있는 탑승자와 같은 차량(102) 내부의 탑승자에 의해 들리는 음향 소음 필드를 감지할 수 있다. 노면(118)과 휠(116)의 상호작용으로부터 발생하는 노면 소음은, 1차 경로(즉, 실제 소음원과 물리적 마이크 간의 전달 함수)를 나타내는, 전달 특성 P(z)에 따라 마이크(108)로 전달된다.
마이크(108)는 마이크(108)에 의해 검출된 바와 같이 차량(102)의 실내에 존재하는 소음 및 소음 방지를 포함하는 소리를 나타내는 오류 신호 e(n)를 출력할 수 있다. RNC 시스템(100)에서, 제어 가능한 필터(126)의 적응형 전달 특성 W(z)는 적응형 필터 제어기(128)에 의해 제어될 수 있고, 이는 필터(120)에 의해 모델링된 전달 특성 S'(z)로 필터링된 소음 신호 X(n) 및 오류 신호 e(n)에 기초하여 알려진 최소 평균 제곱(LMS) 알고리즘에 따라 동작할 수 있다. 제어 가능한 필터(126)는 종종 W 필터로 지칭된다. 소음 방지 신호 Y(n)은 식별된 전달 특성 W(z) 및 진동 신호 또는 진동 신호들 X(n)의 조합을 기초로 적응 필터 제어기(128)및 제어 가능 필터(126)에 의해 형성된 적응 필터에 의해 생성될 수 있다. 소음 방지 신호 Y(n)은 이상적으로 스피커(110)를 통해 재생될 때 탑승자의 귀 및 차량 객실의 탑승자가 들을 수 있는 도로 소음과 실질적으로 반대 위상이고 크기가 동일한 마이크(108) 근처에서 소음 방지가 생성도록 파형을 갖는다. 스피커(110)로부터의 소음 방지는 마이크(108) 근처의 차량 객실에서 도로 소음과 결합하여 이 위치에서 도로 소음 유도 음압 레벨(SPL)을 감소시킬 수 있다. 특정 실시예에서, RNC 시스템(100)은 음향 에너지 센서, 음향 강도 센서, 또는 음향 입자 속도 또는 가속도 센서와 같은 객실 내의 다른 음향 센서로부터 센서 신호를 수신하여 오류 신호 e(n)을 생성할 수 있다.
차량(102)이 운행 중인 동안, 프로세서(130)는 진동 센서(들)(104) 및 마이크(들)(108)로부터의 데이터를 수집하고 선택적으로 처리하여 차량(102)에 의해 사용될 데이터 및/또는 파라미터를 포함하는 데이터베이스 또는 맵을 구축 및/또는 수정할 수 있다. 수집된 데이터는 차량(102)에 의한 향후 사용을 위해 로컬로 저장소(132)에 또는 클라우드에 저장될 수 있다. 저장소(132)에 로컬로 저장하는 데 유용할 수 있는 RNC 시스템(100)에 관련된 데이터 유형의 예는 2차 경로, 물리적 및 가상 마이크 위치 H(z) 사이의 전달 함수, 선호하는 물리적 마이크 세트 및 선호하는 스피커 세트에 관련된 점유 구성 데이터를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 하나 이상의 실시예에서, 프로세서(130) 및 저장소(132)는 적응형 필터 제어기(128)와 같은 하나 이상의 RNC 시스템 제어기와 통합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전형적인 RNC 시스템은 여러 진동 센서들, 마이크들 및 스피커들을 사용하여 차량의 구조적 진동 거동을 감지하고 소음 방지를 생성할 수 있다. 진동 센서는 다중 출력 채널들을 갖는 다축 가속도계들일 수 있다. 예를 들어, 3축 가속도계들은 일반적으로 X 방향, Y 방향 및 Z 방향에서 감지된 진동에 대한 별도의 전기 출력을 갖는다. RNC 시스템의 일반적인 구성은 예를 들어 6개의 물리적 마이크들, 6개의 스피커들 및 4개의 3축 가속도계들 또는 6개의 이중 축 가속도계들에서 오는 가속 신호들의 12개의 채널들을 가질 수 있다. 따라서, RNC 시스템은 또한 다중 S'(z) 필터들(즉, 2차 경로 필터들(120)) 및 다중 W(z) 필터들(즉, 제어 가능한 필터들(126))을 포함할 것이다.
도 1에 도시된 단순화된 RNC 시스템 개략도는 스피커(110)와 마이크(108) 사이에 S(z)로 표현되는 하나의 2차 경로를 나타낸다. 앞서 언급한 바와 같이 RNC 시스템은 일반적으로 여러 개의 스피커들, 마이크들 및 진동 센서들을 갖는다. 따라서 6-스피커, 6-마이크 RNC 시스템은 총 36개의 2차 경로들(즉, 6 x 6)을 가질 것이다. 상응하게, 6-스피커, 6-마이크 RNC 시스템은 마찬가지로 각각의 2차 경로에 대한 전달 함수를 추정하는 36개의 S'(z) 필터들(즉, 2차 경로 필터들(120))를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, RNC 시스템은 또한 진동 센서(즉, 가속도계)(104)로부터의 각각의 소음 신호 X(n)과 각각의 스피커(110) 사이에 하나의 W(z) 필터(즉, 제어 가능한 필터(126))를 가질 것이다. 따라서 12-가속도계 신호, 6-스피커 RNC 시스템은 72개의 W(z) 필터들을 가질 수 있다. 가속도계 신호들, 스피커들 및 W(z) 필터들의 수 간의 관계는 도 2에 설명되어 있다.
도 2는 가속도계들(204)로부터의 R개의 가속도계 신호들[X1(n), X2(n),...XR(n)] 및 스피커들(210)로부터의 L개의 스피커 신호들[Y1(n), Y2(n),...YL(n)]을 포함하도록 스케일링된 RNC 시스템(200)의 관련 부분을 보여주는 샘플 개략도이다. 따라서, RNC 시스템(200)은 가속도계 신호들 각각과 스피커들의 각각의 사이에 R*L개의 제어 가능 필터들(또는 W 필터들)(226)을 포함할 수 있다. 예로서, 12개의 가속도계 출력들(즉, R=12)을 갖는 RNC 시스템은 6개의 이중 축 가속도계들 또는 4개의 3축 가속도계들을 사용할 수 있다. 같은 예에서 소음 방지 재생을 위한 6개의 스피커들(즉, L=6)을 갖는 차량은 총 72개의 W 필터들을 사용할 수 있다. L개의 스피커들의 각각에서, R개의 W 필터 출력들이 합산되어 스피커의 소음 방지 신호 Y(n)을 생성한다. L개의 스피커들의 각각은 증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, R개의 W 필터들에 의해 필터링된 R개의 가속도계 신호들은 합산되어 전기 소음 방지 신호 y(n)을 생성하고, 이는 스피커로 전달되는 증폭된 소음 방지 신호 Y(n)을 생성하기 위해 증폭기에 공급된다.
도 1에 도시된 ANC 시스템(106)은 또한 엔진 오더 제거(EOC) 시스템을 포함할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이 EOC 기술은 차량 내부에서 들을 수 있는 엔진 소음과 위상이 반대인 소리를 생성하기 위해 엔진 크랭크축 회전 속도를 나타내는 엔진 속도 신호와 같은 비음향 신호를 기준으로 사용한다. EOC 시스템은 협대역 피드포워드 ANC 프레임워크를 활용하여 제거할 엔진 오더와 주파수가 동일한 엔진 오더 신호의 생성을 유도하고 이를 적응적으로 필터링하여 소음 방지 신호를 생성하기 위해 엔진 속도 신호를 사용하여 소음 방지를 생성할 수 있다. 소음 방지 소스로부터 청취 위치 또는 물리적 마이크로 2차 경로를 통해 전달된 후, 소음 방지는 엔진에서 청취 위치까지 그리고 배기 파이프 배출구에서 청취 위치 또는 물리적 또는 가상 마이크 위치까지 연장되는 1차 경로에 의해 필터링된 후 엔진과 배기 파이프에서 생성된 결합된 소리와 같이 이상적으로는 동일한 진폭이지만 반대 위상을 갖는다. 따라서 차량 내부에 물리적인 마이크가 있는 위치(즉, 청취 위치 또는 그 근처에 있을 가능성이 가장 높음)에서 엔진 오더 소음과 소음 방지의 중첩은 이상적으로 0이 되어, 따라서 물리적 마이크에서 수신한 음향 오류 신호는 (이상적으로는 제거된) 엔진 오더 또는 엔진 및 배기에서 생성된 오더 이외의 소리만 녹음한다.
통상적으로, 비음향 센서, 예를 들어 엔진 속도 센서가 기준으로 사용된다. 엔진 속도 센서는 예를 들어 회전하는 강철 디스크에 인접하여 배치되는 홀 효과(Hall Effect) 센서일 수 있다. 광학 센서 또는 유도 센서와 같은 다른 검출 원리가 사용될 수 있다. 엔진 속도 센서로부터의 신호는 각 엔진 오더에 대응하는 임의의 수의 기준 엔진 오더 신호를 생성하기 위한 가이딩 신호로 사용될 수 있다. 기준 엔진 오더는 EOC 시스템을 형성하는 하나 이상의 협대역 적응형 피드포워드 LMS 블록들에 의해 생성된 소음 제거 신호의 기초를 형성한다.
도 3은 RNC 시스템(300) 및 EOC 시스템(340)을 모두 포함하는 ANC 시스템(306)의 예를 예시하는 개략 블록도이다. RNC 시스템(100)과 유사하게, RNC 시스템(300)은 각각 진동 센서(104), 물리적 마이크(108), w 필터(126), 적응형 필터 제어기(128), 2차 경로 필터(120) 및 스피커(110)의 동작과 일치하는 진동 센서(304), 물리적 마이크(308), w 필터(326), 적응형 필터 제어기(328), 2차 경로 필터(320) 및 스피커(310)를 포함할 수 있다.
EOC 시스템(340)은 엔진 크랭크 샤프트 또는 드라이브 샤프트, 하프 샤프트 또는 객실에서 소음을 유발하는 차량 컴포넌트에 결합된 진동과 회전 속도가 일치하는 기타 샤프트와 같은 기타 회전 샤프트의 회전을 나타내는 엔진 속도 신호(344)(예를 들어, 구형파 신호)를 제공할 수 있는 엔진 속도 센서(342)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 엔진 속도 신호(344)는 차량 네트워크 버스(미도시)로부터 획득될 수 있다. 방사된 엔진 오더가 크랭크 샤프트 RPM에 정비례하기 때문에, 엔진 속도 신호(344)는 엔진 및 배기 시스템에 의해 생성된 주파수를 나타낸다. 따라서, 엔진 속도 센서(342)로부터의 신호는 차량에 대한 각각의 엔진 오더에 대응하는 기준 엔진 오더 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 엔진 속도 신호(344)는 엔진 속도(RPM) 대 엔진 오더 주파수의 룩업 테이블(346)과 함께 사용될 수 있으며, 이는 각 엔진 속도에서 방사되는 엔진 오더의 리스트를 제공한다. 적응형 필터 제어기(328)는 엔진 속도(RPM)를 입력으로 취하고 이 룩업 테이블(346)에 기초하여 각각의 오더에 대한 사인파를 생성할 수 있다.
룩업 테이블(346)로부터 검색된 감지된 엔진 속도(RPM)에서의 주어진 엔진 오더의 주파수는 주파수 생성기(348)에 공급될 수 있고, 그에 의해 주어진 주파수에서 사인파를 생성할 수 있다. 이 사인파는 주어진 엔진 오더에 대한 엔진 오더 소음을 나타내는 소음 신호 X(n)을 표현한다. RNC 시스템(300)과 유사하게, 주파수 생성기(348)로부터의 이 소음 신호 X(n)은 적응형 제어 가능 필터(326) 또는 W 필터로 전달될 수 있고, 이는 대응하는 소음 방지 신호 Y(n)을 라우드스피커(310)에 제공한다. 도시된 바와 같이, 이러한 협대역 EOC 시스템(340)의 다양한 컴포넌트들은 물리적 마이크(308), 적응형 필터 제어기(328) 및 2차 경로 필터(320)를 포함하는 광대역 RNC 시스템(300)과 동일할 수 있다. 스피커(310)에 의해 송출되는 소음 방지 신호 Y(n)는 실질적으로 위상이 다르지만 청자의 귀 위치에서 실제 엔진 오더 소음과 크기가 동일한 소음 방지 신호를 생성하고, 이는 물리적 마이크(308)에 매우 근접할 수 있어 엔진 오더의 소리 진폭을 감소시킬 수 있다. 엔진 오더 소음이 협대역이기 때문에, 오류 신호 e(n)은 LMS 기반 적응형 필터 제어기(328)로 전달되기 전에 대역 통과 필터(350)에 의해 필터링될 수 있다. 실시예에서, 주파수 생성기(348)에 의해 출력된 소음 신호 X(n)이 동일한 대역통과 필터 파라미터를 사용하여 대역통과 필터링될 때 LMS 적응형 필터 제어기(328)의 적절한 동작이 달성된다.
다중 엔진 오더들의 진폭을 동시에 감소시키기 위해, EOC 시스템(340)은 엔진 속도(RPM) 신호(344)에 기초하여 각각의 엔진 오더에 대한 소음 신호 X(n)을 생성하기 위한 다중 주파수 생성기들(348)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3은 엔진 속도를 기반으로 각 엔진 오더에 대해 고유한 소음 신호(예를 들어, X1(n), X2(n) 등)를 생성하기 위한 2개의 그러한 주파수 생성기들을 갖는 2 오더 EOC 시스템을 보여준다. 두 엔진 오더들의 주파수가 다르기 때문에, 대역통과 필터(350)(BPF 및 BPF2로 라벨링됨)는 서로 다른 고역 및 저역 통과 필터 코너 주파수를 갖는다. 주파수 생성기들 및 대응하는 소음 제거 컴포넌트들의 수는 차량의 특정 엔진에 대해 제거할 엔진 오더 수에 따라 달라진다. 2-오더 EOC 시스템(340)과 RNC 시스템(300)이 결합되어 ANC 시스템(306)을 형성함에 따라, 3개의 제어 가능한 필터들(326)로부터 출력되는 소음 방지 신호 Y(n)은 합산되어 스피커 신호 S(n)로서 스피커(310)에 발송된다. 유사하게, 물리적 마이크(308)로부터의 오류 신호 e(n)는 3개의 LMS 적응형 필터 제어기들(328)로 발송될 수 있다.
ANC 시스템에 저장된 2차 경로의 추정치를 나타내는 모델링된 전송 특성 S'(z)가 시스템의 실제 2차 경로와 일치하지 않는 경우 소음 제거 성능 저하, 소음 이득 또는 실제 불안정성이 발생할 수 있다. 앞에서 설명한 것처럼 2차 경로는 소음 방지 스피커와 물리적 마이크 간의 전달 함수이다. 따라서 전기 소음 방지 신호 Y(n)가 스피커에서 방사되는 소리가 되어, 자동차 실내를 통해 물리적 마이크로 이동하고, ANC 시스템에서 마이크 출력 또는 오류 신호 e(n)의 일부가 되는 지를 본질적으로 특징으로 한다. 실제 2차 경로 S(z)는 차량이 지오메트리, 승객 수, 수하물 적재 등의 측면에서 기준 차량 또는 시스템과 실질적으로 다른 경우 일반적으로 훈련된 엔지니어에 의해 "골든 시스템(golden system)"에서 측정하는 저장된 2차 경로 모델 S'(z)에서 벗어날 수 있다. 실시예에서, 점유 검출기능이 있는 차량은 소음 제거 시스템 성능을 개선하기 위해 미리 결정된 저장된 데이터베이스로부터 적절한 2차 경로들의 세트를 선택할 수 있다.
ANC 시스템은 한 명 이상의 청취자들의 귀에서 감소될 소음과 이상적으로는 위상이 반대이고 크기가 동일한 소음 방지를 생성한다. 기존 ANC 시스템은 종종 물리적 마이크 위치를 중심으로 소음이 감소된 영역("조용한 영역")을 생성한다. 조용한 구역의 크기는 음향 파장의 약 10분의 1이므로 주파수 증가에 따라 크기가 작아지는 작은 조용한 구역이 생긴다. 차량 애플리케이션에 하나의 물리적 마이크만 사용되는 경우, 특히 귀가 파장의 10분의 1 이상 떨어져 있을 때 마이크에서 귀를 멀리 이동함에 따라 성능의 급격한 기울기(steep gradient)가 발생한다. 또한 하나의 물리적 마이크를 포함하는 시스템의 경우 차량의 다른 모든 위치에서 음압 레벨이 증가할 가능성이 있다. 제1 또는 제2 차량 탑승자의 위치에서 이러한 "소음 증폭"을 방지하기 위해, 4개 또는 6개의 물리적 마이크들을 사용하여 능동형 시스템이 실내 전체에서 소음 필드를 보다 균일하게 줄일 수 있다. 최대의 인지 소음 제거 효과를 얻으려면, 물리적 마이크들이 탑승자의 귀 위치에 장착되는 것이 이상적이다. 그러나 많은 실제 사례에서, 물리적 마이크를 모든 차량 승객의 귀 가까이에 배치할 수는 없다. 이는 컨버터블 탑, 선루프, 좌석에 장착된 마이크 부재와 같은 차량 패키징 제한에 기인하며, 이 모든 것이 차량 승객의 귀 위치에서 가장 중요한 소음 필드 감소를 최대화하는 것을 어렵게 만들 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 차량(102)은 헤드라이너 내에 위치한 물리적 마이크(108)를 포함한다. 물리적 마이크(108)는 뒷좌석(125)에 앉아 있는 탑승자의 귀 근처에 위치하지 않는다. 그러나 ANC 시스템(106)은 뒷좌석(125)에 앉아 있는 탑승자의 귀에 근접하게 위치된 가상 마이크(112)를 포함한다.
가상 마이크는 ANC 시스템이 하나 이상의 물리적 마이크들로부터 수신된 오류 신호를 기반으로 물리적 마이크가 없는 위치의 상상의 또는 가상 마이크에서 생성되는 오류 신호를 추정하는 기술이다. 이 가상 마이크 기술은 물리적 마이크가 없는 경우에도 탑승자의 귀 위치에서 소음 제거를 개선할 수 있다. 추가적인 이점은 이 가상 마이크 기술이 물리적 마이크 장착 위치에 대한 유연한 해결책을 제공한다는 것이다. 기존의 비가상 소음 제거 알고리즘과 비교하여 가상 마이크 알고리즘은 추정된 가상 신호를 오류 신호 ev(n)로 활용한다. 가상 오류 신호 추정을 기반으로, 가상 마이크 알고리즘은 물리적 오류 신호 대신 추정된 가상 오류 신호를 기반으로 W 필터들을 조정한다. 따라서 예를 들어 차량 헤드라이너와 같이 청취자의 귀에서 멀리 떨어져 있을 수 있는 물리적 마이크 위치가 아닌 청취자 귀의 실제 위치에 이상적으로 가까운 이러한 가상 마이크의 위치에서 소음 제거 시스템 성능이 극대화되며, 헤드레스트에 마이크가 장착된 차량은 가상 마이크 기술의 이점을 누릴 수 있으며, 이는 헤드레시트에 장착된 마이크보다 가상 마이크가 탑승자의 귀에 더 가깝게 위치할 수 있기 때문이다.
도 4를 참조하면, 차량은 다수의 상이한 차량 점유 구성들을 허용할 수 있어, ANC 시스템이 차량 탑승자의 귀 위치를 결정하는 것을 어렵게 만든다. 도 4는 운전석(D), 조수석(FP), 제1 뒷좌석(RP1), 제2 뒷좌석(RP2), 제3 뒷좌석(RP3)의 5개의 좌석들을 갖는 차량에 대한 상이한 점유 구성들을 예시하는 테이블(400)이다. 이러한 차량은 한 명의 탑승자가 있는 하나의 제1 구성(1A), 두 명의 탑승자가 있는 다중 제2 구성(2A-2D), 세 명의 탑승자가 있는 다중 제3 구성(3A-3X), 네 명의 탑승자가 있는 다중 제4 구성(4A-4X) 및 다섯 명의 탑승자가 있는 하나의 제5 구성(5A)을 포함할 수 있다. 제1 구성(1A)에서, 운전석(D)은 점유되어 있지만(O) 모든 승객석은 점유되어 있지 않는다(X). 첫 번째 제2 구성(2A)(도 4에 도시됨)에서, 운전석(D)과 조수석(FP)이 점유된다. 세 번째 제2 구성(2C)(미도시)에서는 운전석(D)과 제2 뒷좌석(RP2)이 점유된다. 조수석(FP)에 앉은 동승자의 귀에 위치하는 가상 마이크는 제2 뒷좌석(RP2)에 앉은 동승자에게 최적이 아니며 그 반대도 마찬가지이다.
ANC 시스템은 승객에게 소음 방지를 방사할 수 있는 많은 스피커를 포함할 수 있지만 디지털 신호 프로세서(DSP) 칩 MIPS(million instructions per second) 제한 및 알고리즘 출력 채널 제한과 같은 시스템 하드웨어 또는 소프트웨어 제한으로 인해 한 번에 제한된 수의 소음 방지 신호들만을 생성할 수 있다. 앞좌석 승객에게 근접한 스피커는 앞좌석 탑승자에게 소음 방지를 방사하는 데 더 효과적일 수 있으므로 말단 스피커가 앞좌석 승객에게 소음 방지를 방사하는 경우보다 우수한 소음 제거 효과를 얻을 수 있다. 이 점유의 경우 더 많은 앞좌석 스피커들을 사용하여 소음 방지 기능을 발산할 수 있으며 빈 뒷좌석에 더 가깝게 위치한 적은 수의 스피커들을 사용하여 소음 방지를 발산할 수 있다.
또한, ANC 시스템은 차량에 장착된 많은 물리적 마이크들을 포함할 수 있지만 ADC 또는 증폭기/알고리즘/DSP 칩 MIPS 제한 또는 기타 설계 제약으로 인해 시스템이 동시에 사용할 수 있는 물리적 마이크 채널들의 수에는 제한이 있을 수 있다. 앞좌석만 탑승했을 때, 점유된 좌석에 최적의 소음 제거 기능을 제공하기 위한 노력의 일환으로서 비어 있는 (뒷) 좌석에 더 가까운 하나 이상의 마이크들 대신 앞좌석 승객 근처에 추가 마이크를 선택하여 소음 신호 e(n)을 소음 제거 알고리즘으로 출력할 수 있다.
유사하게, 많은 가속도계(소음) 기준 채널들이 있을 수 있지만, 하드웨어 입력 또는 MIPS 제한으로 인해 더 적은 수만이 소음 제거 시스템에 의해 동시에 사용될 수 있다. 앞좌석만 탑승한 경우, 차량의 뒷 부분에서 발생하는 하나 이상의 기준 신호 대신 차량의 앞 부분에서 추가로 발생하는 기준 신호를 사용할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 착석된 좌석에 대한 그들의 근접성에 관계없이, 착석된 좌석에 가장 가까운 물리적 마이크 또는 가상 마이크와의 가장 높은 일관성을 갖는 센서로부터의 기준 신호가 선택된다.
도 1을 다시 참조하면, 차량(102)은 앞좌석(124)이 점유되었는지 여부를 나타내는 점유 신호(Occ)를 제공하는 점유 검출기(114)를 포함한다. 하나의 점유 검출기(114)가 도 1에 도시되어 있지만, ANC 시스템(106)은 각각의 좌석에 대해 하나의 점유 검출기(114) 또는 다른 수의 점유 검출기를 포함할 수 있다. 점유 검출기(114)는 시트 벨트 센서, 좌석 센서, 근접 센서, 로드셀, 모션 센서, 머신 비전 시스템이 있는 카메라, 안면 인식 또는 적외선(IR) 이미징 기능이 있는 카메라, 수동 적외선(PIR) 센서 또는 열 신호를 검출하는 IR 또는 근적외선(near-IR) 센서와 같은 수많은 센서들 및/또는 기술들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 점유 검출기(114)는 점유 센서로서 작용하도록 적응되고 선택적으로 적응형 빔 형성기와 결합되는 마이크 또는 마이크 어레이를 포함할 수 있다. ANC 시스템(106)은 사용자가 사용자 인터페이스, 예를 들어 버튼 또는 터치스크린 옵션을 통해 점유 정보를 수동으로 입력하도록 할 수 있다.
ANC 시스템(106)은 차량 좌석이 점유된 것을 검출하기 위해 센서, 감각 어레이, 센서 융합, 음성 인식을 포함하는 다양한 방법을 사용할 수 있다. 그런 다음 ANC 시스템(106)은 주어진 점유 구성에 대한 물리적 마이크, 가상 마이크, 가속도계 센서, 물리적 및 가상 2차 경로, 전달 함수, 튜닝 파라미터 및 스피커의 조합을 사용하여 최적의 소음 제거 튜닝을 선택한다. 일 실시예에서, ANC 시스템(106)은 탑승자의 외이도(ear canal) 개구의 위치를 결정하기 위해 머리 추적 기술을 사용하여 가상 마이크 위치를 결정하기 위한 카메라(미도시) 또는 다른 장비를 포함한다.
ANC 시스템은 3차원 공간에서 각 탑승자의 귀 위치가 가상 마이크와 일치할 때 최적의 성능을 달성할 수 있다. ANC 시스템은 가상 마이크의 위치가 물리적 마이크보다 귀 위치에 더 가까울 때 기존의 비가상 마이크 기술보다 향상된 성능을 달성할 수 있다. 가상 마이크 위치 선택을 위한 다른 기술은 좌석 위치 인코더의 사용을 포함한다. ANC 시스템은 예를 들어 앞좌석 위치에 대해 낮은 가상 마이크 위치를 선택하고 뒷좌석 위치에 대해 높은 가상 마이크 위치를 선택함으로써 현재 좌석 위치의 데이터를 사용하여 착석자의 귀 위치를 3차원으로 추정하여 탑승자의 귀에 가장 가까운 가상 마이크 위치를 선택할 수 있다. 가상 마이크 위치는 ANC 시스템 튜닝 시 ANC 시스템 튜닝 엔지니어에 의해 미리 결정될 수 있으며, 따라서 가상 마이크 위치 선택은 3차원 공간에서 귀 위치에 가장 가까운 가상 마이크를 결정하는 것을 포함한다.
도 5는 ANC 시스템 성능을 최적화하기 위해 차량 점유에 기초하여 가상 마이크 오류 신호를 추정하는 데 사용될 수 있는 많은 주요 ANC 시스템 파라미터들을 보여주는 차량 기반 가상 마이크(VM) ANC 시스템(506)의 개략 블록도이다. 설명을 쉽게 하기 위해, 도 5에 도시된 VM ANC 시스템(506)은 RNC 시스템(500) 및 EOC 시스템(540)의 컴포넌트들 및 피쳐들과 함께 도시되어 있다. 따라서, VM ANC 시스템(506)은 가상 마이크(512) 및 점유 검출기(514)를 포함하는 VM ANC 시스템(506)의 추가 시스템 컴포넌트들을 특징으로 하는 도 1 내지 3과 관련하여 설명된 것과 같은 RNC 및/또는 EOC 시스템의 개략적 표현이다. 유사한 컴포넌트는 유사한 규칙을 사용하여 넘버링될 수 있다. 예를 들어, ANC 시스템(106)과 유사하게, ANC 시스템(506)은 앞서 논의된 진동 센서(104), 물리적 마이크(108), w 필터(126), 적응형 필터 제어기(128), 2차 경로 필터(120) 및 스피커(110)의 동작과 각각 일치하는 진동 센서(504), 물리적 마이크(508), w 필터(526), 적응형 필터 제어기(528), 가상 2차 경로 필터(520) 및 스피커(510)를 포함할 수 있다. 도 5는 또한 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이 예시적인 목적을 위해 블록 형태로 1차 경로 P(z) 및 2차 경로 S(z)를 도시한다.
물리적 마이크(508)은 도로 소음, 엔진 및 배기 소음을 포함하는 제거하고자 하는 교란 신호 dp(n), 스피커(510)로부터의 소음 방지, yp(n), 및 마이크 위치에서의 임의의 외부 소리와 같이 그 위치에 존재하는 모든 사운드를 포함하는 오류 신호 ep(n)을 제공한다.
가상 마이크(512)은 도로 소음, 엔진 및 배기 소음을 포함하는 제거될 교란 신호 dv(n), 스피커(510)로부터의 소음 방지, yv(n) 및 외부 소리와 같이 그 위치에서 모든 사운드를 유사하게 검출할 가상 마이크 위치에 위치한 마이크를 나타낸다. 일반적으로 여러 물리적 마이크 위치들과 여러 가상 마이크 위치들이 존재한다. 소음 제거 시스템을 동작할 때, 가상 마이크 위치에 물리적 마이크가 장착되어 있지 않다. 따라서 가상 마이크 기술을 사용하면 가상 마이크 위치의 압력이 물리적 마이크 위치의 압력에서 추정되어 추정 오류 신호 e'v(n)을 형성한다.
물리적 마이크(508)는 1차 경로 P(z)(544)를 따라 이동한 후에 소음원(542)으로부터 그 위치에서 소음 dp(n) 및 2차 경로 Se(z)(546)를 따라 이동한 후 스피커(510)로부터의 그 위치에서 소음 방지 yp(n) 모두를 감지한다. 물리적 마이크(508)는 수학식 1에 나타낸 바와 같이 물리적 오류 신호 ep(n)을 제공한다:
Figure pct00001
(1)
VM ANC 시스템(506)은 블록(548)에서 물리적 마이크 위치에서 제거될 교란 소음 d'p(n)을 추정한다. VM ANC 시스템(506)은 수학식 2에 나타낸 바와 같이 물리적 오류 신호 ep(n)에서 물리적 마이크 위치에서의 소음 방지 추정치 y'p(n)를 차감함으로써 물리적 마이크 위치 d'p(n)에서 교란 소음을 추정한다:
Figure pct00002
(2)
VM ANC 시스템(506)은 그 다음 블록(550)에서 물리적 마이크 위치 d'p(n)에서 추정된 교란 소음을 물리적 마이크 위치와 가상 마이크 위치 H(z) 사이의 전달 함수로 컨볼루션함으로써 가상 마이크 위치 d'v(n)에서 제거될 교란 소음을 추정한다(550). VM ANC 시스템(506)은 점유 검출기(514)로부터 점유 신호(Occ)를 수신하고 차량의 현재 점유 구성을 기반으로 H-필터, 2차 경로, 1차 오류 신호, 가상 오류 신호, 스피커 소음 신호 및 기준 소음 신호와 같은 튜닝 파라미터를 조정하는 점유 제어기(552)를 포함한다. 예를 들어, 비어 있는 좌석 근처의 물리적 또는 가상 오류 신호에 대해, 점유된 좌석 근처에 위치한 물리적 또는 가상 오류 신호에 이득이 추가될 수 있다. 유사하게, VM ANC 시스템(506)은 비어 있는 좌석 또는 좌석 근처의 물리적 또는 가상 오류 신호에 감쇠를 추가할 수 있다. 이는 LMS 시스템(528)이 W 필터(526)를 조정하여 탑승자 근처의 차량 내부 영역에서 소음 제거를 증가시키도록 유도할 것이다.
블록(554)에서, VM ANC 시스템(506)은 수학식 3에 나타낸 바와 같이 가상 마이크 위치에서 제거될 추정된 교란 소음 d'v(n)을 이 위치에서의 소음 방지 추정치 y'v(n)와 추가함으로써 가상 마이크에 존재할 가상 마이크 에러 신호 e'v(n)를 추정한다:
Figure pct00003
(3)
수학식 1, 2 및 3을 결합하면 물리적 오류 신호, 물리적 및 가상 마이크 2차 경로 및 물리적 위치와 가상 위치 간의 전달 함수로부터 가상 오류 마이크 신호의 추정치를 생성한다.
도 1과 유사하게, 진동 센서(504)와 같은 소음 입력으로부터의 소음 신호 X(n)은 필터링된 소음 신호 X'(n)을 획득하기 위해 가상 2차 경로 필터(520)에 의해 전술한 바와 같이 가상 2차 경로의 저장된 추정치를 사용하여 모델링된 전달 특성 S'v(z)로 필터링될 수 있다. 또한, 제어 가능한 필터(526)(예를 들어, W 필터)의 전달 특성 W(z)는 적응형 필터를 제공하기 위해 LMS 적응형 필터 제어기(또는 간단히 LMS 제어기)(528)에 의해 제어될 수 있다. LMS 적응형 필터 제어기(528)는 필터링된 소음 신호 X'(n) 및 추정된 가상 오류 신호 e'v(n)를 수신하여 가상 마이크의 위치에서 최적화된 소음 제거를 생성하도록 W 필터를 적응시킨다. 제어 가능 필터(526)는 LMS 제어기(528)의 출력과 소음 신호 X(n)에 기초하여 소음 방지 신호 Y(n)을 생성한다.
도 2와 유사하게, VM ANC 시스템(506)은 R개의 가속도계 신호들, L개의 라우드스피커 또는 스피커 신호들 및 M개의 마이크 오류 신호들을 포함하도록 스케일링된다. 따라서, VM ANC 시스템(506)은 R*L개의 제어 가능한 필터들(또는 W 필터들)(526) 및 L*M개의 소음 방지 신호들을 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따라 가상 마이크 ANC 시스템에서 차량 점유에 기초하여 가상 마이크 시스템 파라미터를 조정하기 위한 방법(600)을 도시하는 흐름도이다. 개시된 방법의 다양한 단계들은 적응형 필터 제어기(528)에 의해 단독으로 또는 VM ANC 시스템(506)의 다른 컴포넌트들과 조합하여 수행될 수 있다.
단계(602)에서, VM ANC 시스템(506)은 차량의 어느 시트가 점유되었는지를 나타내는 점유 검출기(514)로부터의 입력을 수신한다. 그런 다음 단계(604)에서 점유 제어기(552)는 입력에 기초하여 점유 구성, 예를 들어 도 4에 도시된 구성들 중 하나를 결정한다. 단계(606)에서, VM ANC 시스템(506)은 점유 구성이 변경되었는지를 결정하기 위해 점유 구성을 마지막 저장된 점유 구성과 비교한다. 설정이 변경되지 않은 경우 VM ANC 시스템(506)은 단계(602)로 되돌아간다. 설정이 변경된 경우 VM ANC 시스템(506)은 단계(608)로 진행하여 하나 이상의 VM ANC 시스템 파라미터를 조정한다.
단계(608)에서, VM ANC 시스템(506)은 현재 점유 구성에 기초하여 하나 이상의 스피커(510)에 제공되는 소음 방지 신호 Y(n)을 조정한다. 점유 제어기(552)는 시스템(506)의 하드웨어 및 소프트웨어 제한에 기초한 각각의 점유 구성에 대해 H-필터와 같은 최적의 전달 함수 파라미터를 나타내는 미리 결정된 저장된 데이터를 포함할 수 있다. 전달 함수는 하나 이상의 가상 마이크 전달 함수 H(z)(550), 하나 이상의 물리적 마이크 전달 함수 또는 가상 및 물리적 마이크 전달 함수의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가상 마이크, 물리적 마이크, 스피커, 소음 신호, 가상 2차 경로, 물리적 2차 경로, 물리적 또는 가상 마이크 이득, 가속도계 이득, 기타 LMS 시스템 튜닝 파라미터 및 H(z) 전달 함수의 세트는 각 점유 구성에 대해 데이터베이스에 저장되며, VM ANC 시스템(506)은 단계(608)에서 데이터베이스로부터 파라미터들의 완전한 세트를 선택한다. 다른 실시예에서, 데이터베이스는 전술한 VM ANC 시스템 파라미터들의 서브세트만을 저장한다.
VM ANC 시스템(506)의 많은 파라미터들은 서로 연결되어 있으므로 VM ANC 시스템(506)은 단계(608)에서 동시에 여러 파라미터들을 변경할 수 있다. 일 실시예에서, VM ANC 시스템(506)이 가상 마이크(512)의 구성을 수정하면, 수정된 구성에 따라 가상 2차 경로 S'v(z)(520) 및 마이크 전달 함수 H(z)(550)가 또한 수정된다. 다른 실시예에서, VM ANC 시스템(506)이 물리적 마이크(508)의 구성을 수정하면, 수정된 구성에 따라 물리적 2차 경로 S'p(z)(549) 및 마이크 전달 함수 H(z)(550)가 또한 수정된다. 다른 실시예에서, VM ANC 시스템(506)은 특정한 '비활성화된' 오류 신호 대신에 동일한 물리적 오류 신호 ep(n)의 다중 사본들을 사용한다. 다른 실시예에서, VM ANC 시스템(506)이 스피커(510)의 구성을 수정하면, 수정된 구성에 기초하여 물리적 2차 경로 S'p(z)(549) 및 가상 2차 경로 S'v(z)(520)가 또한 수정된다. 실시예에서, VM ANC 시스템(506)이 소음 신호 X(n)의 구성을 수정하면, 수정된 구성에 기초하여 W 필터(526)가 재설정되거나 수정된다.
하나 이상의 실시예에서, 차량이 완전히 점유되지 않은 구성에 있을 때, VM ANC 시스템(506)은 부분적으로 차량의 비어 있는 영역에서 소음 제거를 제공하도록 시스템을 과도하게 제한하지 않음으로써 점유된 좌석에서의 소음 제거를 개선하기 위해 점유된 좌석 근처에서 더 많은 가상 마이크들을 선택한다. 실시예에서 각 좌석의 헤드레스트 주변의 하나 이상의 가상 마이크 위치가 선택되고 관련 전달 함수 S'v(z) 및 H(z)가 시스템의 각 스피커 및 물리적 마이크에 대해 저장된다. 탑승자가 한 명뿐인 실시예에서, LMS 블록(528)으로 입력되는 모든 8개의 가상 마이크 e'v(n) 신호들은 탑승자의 머리를 둘러싸는 위치에서 운전자에 매우 근접하다.
VM ANC 시스템(506)은 가상 마이크를 참조하여 설명되지만, ANC 시스템의 다른 실시예는 RM ANC 시스템을 제공하기 위해 원격 마이크(RM)를 포함한다. 원격 마이크는 전달 함수 H(z)의 값이 가상 마이크와 다르다. VM ANC 시스템(506)은 통합(unity) 또는 1의 값을 갖는 H(z)를 포함하는데, 이는 물리적 위치와 가상 위치 사이에서 제거될 교란 신호의 차이가 단순히 무시된다는 것을 의미한다. RM ANC 시스템은 통합과 같지 않은 전달 함수 H(z)를 포함하는데, 이는 물리적 위치와 가상 위치 사이에서 제거될 교란 신호의 차이가 고려된다는 것을 의미한다. 가상 마이크 시스템 또는 기술이라는 용어를 사용하여 본 명세서에 기술된 다양한 실시예는 모두 원격 마이크 기술에 적용 가능하며, 하나의 변경사항은 H(z)의 값이다.
ANC 시스템은 차량을 기준으로 설명되지만, 본 명세서에서 설명되는 기술은 비차량 애플리케이션에 적용 가능하다. 예를 들어, 방에는 기준 센서, 오류 센서, 스피커 및 LMS 적응형 시스템을 사용하여 방해되는 소리를 조용하게 하는 청취 위치를 정의하는 고정 좌석이 있을 수 있다. 제거할 교란 소음은 HVAC 소음 또는 인접한 방이나 공간의 소음과 같은 다른 유형일 수 있다. 또한 방에는 시간에 따라 위치가 변하는 탑승자가 있을 수 있으며, 가상 마이크의 3차원 위치가 선택될 수 있도록 본 명세서에서 설명된 좌석 센서 또는 머리 추적 기술은 청취자의 위치를 결정하는 데 의존해야 한다.
도 1, 3 및 5는 각각 LMS 기반 적응형 필터 제어기들(128, 328 및 528)을 나타내지만, 최적의 제어 가능한 W 필터들(126, 326 및 526)을 적응시키거나 생성하는 다른 방법 및 디바이스가 가능하다. 예를 들어, 하나 이상의 실시예에서, LMS 적응형 필터 제어기 대신에 W 필터를 생성하고 최적화하기 위해 신경망이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 머신 러닝 또는 인공 지능이 LMS 적응형 필터 제어기 대신 최적의 W 필터를 생성하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 임의의 하나 이상의 제어기 또는 디바이스는 다양한 프로그래밍 언어 및/또는 기술을 사용하여 생성된 컴퓨터 프로그램으로부터 컴파일링되거나 해석될 수 있는 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함한다. 일반적으로, 프로세서(예를 들어, 마이크로프로세서)는 예를 들어 메모리, 컴퓨터 판독 가능 매체 등으로부터 명령어를 수신하고 명령어를 실행한다. 처리 디바이스는 소프트웨어 프로그램의 명령어를 실행할 수 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 전자 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, 광학 저장 디바이스, 전자기 저장 디바이스, 반도체 저장 디바이스 또는 이들의 임의의 적절한 조합일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 임의의 방법 또는 프로세스 청구범위에 인용된 단계들은 임의의 순서로 실행될 수 있으며 청구범위에 제시된 특정 순서로 제한되지 않는다. 수학식은 신호 소음의 영향을 최소화하기 위해 필터로 구현될 수 있다. 추가로, 임의의 장치 청구항에 인용된 컴포넌트들 및/또는 요소들은 다양한 순열로 조립되거나 달리 동작 가능하게 구성될 수 있으며 따라서 청구범위에 인용된 특정 구성으로 제한되지 않는다.
또한 기능적으로 동등한 처리 단계들이 시간 또는 주파수 영역에서 수행될 수 있다. 따라서, 도면에서 각각의 신호 처리 블록에 대해 명시적으로 언급되지는 않았지만, 신호 처리는 시간 영역, 주파수 영역 또는 이들의 조합에서 발생할 수 있다. 또한, 디지털 신호 처리의 일반적인 용어로 다양한 처리 단계들을 설명하지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 아날로그 신호 처리를 사용하여 동등한 단계들이 수행될 수 있다.
장점, 이점 및 문제점에 대한 해결책은 특정 실시예와 관련하여 위에서 설명되었다. 그러나 어떤 장점, 이점, 문제에 대한 해결책 또는 특정 장점, 이점 또는 해결책이 발생하거나 더 두드러지게 만들 수 있는 임의의 요소는 일부 또는 모든 청구의 중요하거나 필요하거나 필수적인 기능 또는 컴포넌트로 해석되어서는 안 된다.
용어 "포함하다(comprise)", "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)", "갖는(having)", "포함하는(including)", "포함하다(includes)" 또는 이들의 임의의 변형은 비배타적 포함을 지칭하도록 의도되어, 요소들의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 구성 또는 장치가 인용된 요소들만을 포함하는 것이 아니라 그러한 프로세스, 방법, 물품, 구성 또는 장치에 명시적으로 열거되지 않았거나 고유하지 않은 다른 요소도 포함할 수 있도록 한다. 구체적으로 언급되지 않은 것 외에, 본 발명의 실시에 사용되는 상기 구조, 배열, 적용, 비율, 요소, 재료 또는 컴포넌트의 기타 조합 및/또는 수정은 일반 원칙에서 벗어나지 않고 특정 환경, 제조사양, 설계 파라미터 또는 기타 동작 요구 사항에 따라 변경되거나 달리 특별히 조정될 수 있다.
이상에서 예시적인 실시예를 설명했지만, 이들 실시예가 본 발명의 모든 가능한 형태를 설명하는 것은 아니다. 오히려, 본 명세서에서 사용되는 단어는 제한이 아닌 설명을 위한 단어이며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 다양한 구현 실시예의 피쳐들이 조합되어 추가 실시예를 형성할 수 있다.

Claims (20)

  1. 능동형 소음 제거(ANC) 시스템에 있어서,
    소음 방지(anti-noise) 신호를 수신하는 것에 응답하여 차량의 객실 내에서 소음 방지 사운드를 투사하는 적어도 하나의 라우드스피커(loudspeaker);
    상기 객실 내 상기 소음 방지 사운드 및 소음을 나타내는 오류 신호(error signal)를 제공하는 적어도 하나의 마이크(microphone);
    상기 객실 내 탑승자의 존재를 나타내는 점유 신호(occupancy signal)에 기초하여 상기 적어도 하나의 마이크와 적어도 하나의 가상 마이크(virtual microphone) 사이의 전달 함수(transfer function)를 수정하도록 프로그래밍된 점유 제어기;
    추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 상기 전달 함수를 사용하여 상기 오류 신호를 필터링하도록 프로그래밍된 적응형 필터 제어기; 및
    상기 추정된 가상 마이크 오류 신호에 기초하여 상기 소음 방지 신호를 생성하기 위한 제어 가능한(controllable) 필터를 포함하는, ANC 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가상 마이크는 제1 가상 마이크 및 상기 제1 가상 마이크와 이격된 제2 가상 마이크를 포함하고; 및
    상기 점유 제어기는 탑승자가 상기 제1 가상 마이크에 근접한 것에 응답하여 상기 제1 가상 마이크와 연관된 이득(gain)을 증가시킴으로써 상기 전달 함수를 수정하도록 더 프로그래밍되는, ANC 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마이크는 적어도 2개의 마이크들을 포함하고,
    상기 적응형 필터 제어기는:
    상기 점유 신호에 기초하여 상기 적어도 2개의 마이크들 중 하나를 선택하고; 및
    상기 전달 함수를 사용하여 상기 선택된 마이크로부터의 상기 오류 신호를 필터링하여 상기 추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻도록 더 프로그래밍 되는, ANC 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 라우드스피커는 적어도 2개의 라우드스피커들을 포함하고,
    상기 적응형 필터 제어기는:
    상기 점유 신호에 기초하여 상기 적어도 2개의 라우드스피커들 중 하나를 선택하고; 그리고
    상기 추정된 가상 마이크 오류 신호에 기초하여 상기 차량 내의 상기 선택된 스피커로부터 방사될 상기 소음 방지 신호를 생성하도록 더 프로그래밍되는, ANC 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적응형 필터 제어기는 머리 추적 기술(head tracking technique)을 사용하여 상기 적어도 하나의 가상 마이크의 위치를 결정하도록 더 프로그래밍되는, ANC 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적응형 필터 제어기는 좌석 위치에 기초하여 상기 적어도 하나의 가상 마이크의 위치를 결정하도록 더 프로그래밍되는, ANC 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    비음향 소음 신호를 제공하는 적어도 하나의 센서;
    필터링된 소음 신호를 얻기 위해 상기 비음향 소음 신호를 필터링하도록 구성된 제2 2차 경로 필터를 더 포함하고, 상기 제2 2차 경로 필터는 상기 라우드스피커와 상기 마이크 사이의 2차 경로를 추정하는 저장된 전달 특성에 의해 정의되고; 및
    상기 적응형 필터 제어기는 상기 필터링된 소음 신호 및 상기 추정된 가상 마이크 오류 신호에 기초하여 상기 제어 가능한 필터를 제어하도록 더 프로그래밍되는, ANC 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 적어도 2개의 센서들을 포함하고,
    상기 적응형 필터 제어기는:
    상기 적어도 하나의 마이크 및 상기 적어도 하나의 가상 마이크 중 적어도 하나와의 상기 센서의 코히어런스(coherence)에 기초하여 상기 적어도 2개의 센서들 중 하나를 선택하도록 더 프로그래밍되고; 그리고
    상기 제2 2차 경로 필터는 필터링된 소음 신호를 얻기 위해 상기 선택된 센서로부터의 상기 비음향 소음 신호를 필터링하도록 더 구성되는, ANC 시스템.
  9. 가상 마이크(VM) 능동형 소음 제거(ANC) 시스템 제어 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    마이크로부터 차량 내 소음 및 소음 방지를 나타내는 오류 신호를 수신하는 단계;
    상기 차량 내의 탑승자 존재를 나타내는 점유 검출기로부터의 점유 신호를 수신하는 단계;
    상기 점유 신호에 기초하여 상기 마이크와 가상 마이크 사이의 전달 함수를 수정하는 단계;
    추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 상기 전달 함수를 사용하여 상기 오류 신호를 필터링하는 단계; 및
    상기 추정된 가상 마이크 오류 신호에 기초하여 상기 차량 내의 라우드스피커로부터 방사될 소음 방지 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가상 마이크는 제1 가상 마이크 및 상기 제1 가상 마이크와 이격된 제2 가상 마이크를 포함하고,
    상기 전달 함수를 수정하는 단계는:
    상기 제1 가상 마이크에 근접한 탑승자 존재에 응답하여 상기 제1 가상 마이크와 연관된 이득을 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 마이크는 적어도 2개의 마이크들을 더 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 점유 신호에 기초하여 상기 적어도 2개의 마이크들 중 하나를 선택하는 단계; 및
    상기 추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 상기 2차 경로 필터를 사용하여 상기 선택된 마이크로부터의 상기 오류 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 라우드스피커는 적어도 2개의 라우드스피커들을 더 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 점유 신호에 기초하여 상기 적어도 2개의 라우드스피커들 중 하나를 선택하는 단계; 및
    상기 추정된 가상 마이크 오류 신호에 기초하여 상기 차량 내의 상기 선택된 라우드스피커로부터 방사될 상기 소음 방지 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제9항에 있어서, 머리 추적 기술을 사용하여 상기 가상 마이크의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제9항에 있어서, 좌석 위치에 기초하여 상기 가상 마이크의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 능동형 소음 제거(ANC) 시스템에 있어서,
    차량의 객실 내 탑승자 존재에 기초하여 적어도 하나의 마이크와 적어도 하나의 가상 마이크 사이의 전달 함수를 수정하도록 구성된 점유 제어기;
    추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 상기 전달 함수를 사용하여 상기 객실 내 소음 및 소음 방지 사운드를 나타내는 오류 신호를 필터링하도록 구성된 적응형 필터 제어기; 및
    상기 추정된 가상 마이크 오류 신호에 기초하여 소음 방지 신호를 생성하고 적어도 하나의 라우드스피커에 상기 소음 방지 신호를 제공하여 차량의 객실 내에서 소음 방지 사운드를 투사하는 제어 가능한 필터를 포함하는, ANC 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 적응형 필터 제어기는 탑승자가 상기 제1 가상 마이크에 근접한 것에 응답하여 상기 제1 가상 마이크와 연관된 이득을 증가시킴으로써 상기 전달 함수를 수정하도록 더 구성되는, ANC 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    적어도 2개의 마이크들을 더 포함하고; 및
    상기 적응형 필터 제어기는:
    상기 탑승자 존재에 기초하여 상기 적어도 2개의 마이크들 중 하나를 선택하고; 및
    상기 추정된 가상 마이크 오류 신호를 얻기 위해 2차 경로 필터를 사용하여 상기 선택된 마이크로부터의 상기 오류 신호를 필터링하도록 더 구성되는, ANC 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    적어도 2개의 라우드스피커들을 더 포함하고; 그리고
    상기 적응형 필터 제어기는:
    상기 탑승자 존재에 기초하여 상기 적어도 2개의 라우드스피커들 중 하나를 선택하고; 및
    상기 추정된 가상 마이크 오류 신호에 기초하여 상기 차량 내의 상기 선택된 스피커로부터 방사될 상기 소음 방지 신호를 생성하도록 더 구성되는, ANC 시스템.
  19. 제15항에 있어서, 상기 적응형 필터 제어기는 머리 추적 기술을 사용하여 상기 적어도 하나의 가상 마이크의 위치를 결정하도록 더 구성되는, ANC 시스템.
  20. 제15항에 있어서, 상기 적응형 필터 제어기는 좌석 위치에 기초하여 상기 적어도 하나의 가상 마이크의 위치를 결정하도록 더 구성되는, ANC 시스템.
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