KR20230099614A - 정보량 기반의 참조 센서 선정 및 이를 이용한 능동 소음 제어 - Google Patents

정보량 기반의 참조 센서 선정 및 이를 이용한 능동 소음 제어 Download PDF

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이강덕
오치성
유정근
박윤설
강연준
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 개시는 정보량 기반의 참조 센서 선정 및 이를 이용한 능동 소음 제어에 관한 것이다. 본 개시의 일 측면에 따르면, 능동 소음 제어 시스템은 복수의 가용한 참조 센서들 중에서, 소음 신호와 가장 상관성이 큰 참조 신호를 제공하는 하나의 참조 센서를 참조 센서 세트의 첫 번째 엔트리로 선정한 후, 원하는 센서 개수에 도달할 때까지 혹은 원하는 제어 수준에 도달할 때까지, 남아있는 센서들 중에서 현재의 참조 센서 세트에 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 센서를 참조 센서 세트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 반복한다. 능동 소음 제어 시스템은 참조 센서 세트가 확정되면, 그 세트의 참조 센서들을 이용하여 소음 신호를 상쇄하기에 적합한 소음 제어 신호를 생성한다.

Description

정보량 기반의 참조 센서 선정 및 이를 이용한 능동 소음 제어{Information Quantity-based Reference Sensor Selection and Active Noise Control using the Same}
본 개시는 차량에서 노면소음을 저감하기 위한 능동 소음 제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 능동 소음 제어에 사용할 참조 센서들을 효율적으로 선정하는 것에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
차량이 주행하는 동안 공기나 차량 구조 등에 의해 다양한 소음이 발생한다. 예컨대, 차량의 엔진에 의해 발생하는 소음, 차량과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 소음, 현가장치를 통해 전달되는 진동, 바람에 의해 발생하는 풍절음 등이 차량 객실내로 유입될 수 있다.
이러한 차량 소음을 저감하기 위한 방법으로, 차량 내부에 소음을 흡수하는 흡음재를 설치하는 수동 소음 제어 방법과, 소음의 위상과 반대하는 위상을 가지는 소음 제어 신호를 이용하는 능동 소음 제어(Active Noise Control, ANC) 방법이 있다.
수동 소음 제어 방법은, 주행으로 발생하는 다양한 소음들을 적응적으로 제거하는 데 한계가 있다. 그에 따라, 능동 소음 제어 방법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
능동 소음 제어의 성능은 참조 신호와 소음 신호 간의 상관성이 높을수록 우수하다. 소음 제어를 원하는 차량내 위치, 소음의 종류, 소음을 발생시키는 진동 특성 등에 따라 적절한 참조 신호들의 조합은 달라질 수 있다. 그에 따라, 소음 제어 시스템은 다양한 소음원의 종류 및 소음의 발생 위치를 고려한 참조 신호 후보군으로부터 최적의 참조 신호들의 조합을 선정하여야 한다.
종래의 알려진 참조 신호 선정 기법들은 많은 연산 시간이 소요되거나 최적의 성능을 보장하지 못한다. 예를 들어, 단일상관성(Single Coherence: SCOH) 기법은, 하나의 마이크로폰으로부터 출력되는 소음 신호에 대해, 각 참조 신호 후보와 소음 신호 간의 SCOH 값을 계산하고, 참조 신호 세트를 구성할 원하는 개수의 후보들을 SCOH 값이 큰 순서대로 선정한다. SCOH 기법은 요구되는 계산이 단순하여(예를 들어, 1개의 소음 신호와 18개의 이용 가능한 참조 신호 후보에 대해, 18번의 SCOH 계산이 요구됨) 빠르게 참조 신호 세트를 선정할 수 있지만, 참조 신호들 간의 상호 관계를 너무 단순화 하여, 이 기법으로 선정된 참조 신호 세트는 ANC 시스템에 낮은 제어 성능을 제공한다.
다중상관성(Multiple Coherence: MCOH) 기법은, 하나의 마이크로폰으로부터 출력되는 소음 신호에 대해, 각 참조 신호 후보 세트와 소음 신호 간의 MCOH 값을 계산하고, 가장 큰 MCOH 값을 가지는 후보 세트를 참조 신호 세트로 선정한다. MCOH 기법은 SCOH 기법보다 요구되는 계산량이 많지만(예를 들어, 1개의 소음 신호와 18개의 이용 가능한 참조 신호 후보에 대해, 4개의 참조 신호를 선정할 때, 18C4(=3050) 번의 MCOH 계산이 요구됨), 여전히 허용가능한 시간 내에 참조 신호 세트의 선정이 가능하다. MCOH 기법은 SCOH 기법 보다는 참조 신호들 간의 복잡한 상호 관계를 어느정도 반영하지만 가장 큰 MCOH 값을 가지는 참조 신호 세트가 ANC 시스템에 제공하는 제어 성능은 여전히 낮은 편이다.
최적 필터(Optimal Filter) 기법은 각 참조 신호 후보 세트에 대해 최적 필터를 계산하여, 가장 큰 제어량을 제공하는 최적 필터에 대응하는 후보 세트를 참조 신호 세트로 선정한다. 최적 필터 기법은 가장 정확한 성능 예측 방법이기 때문에 이 기법으로 선정된 참조 신호 세트가 가장 좋은 성능을 보장한다. 그러나 대량의 역행렬 계산이 필요하므로, 최적 필터 기법은 차량에 구현된 ANC 시스템에서 실시간으로 수행하기에는 적합하지 않다.
본 개시는 능동 소음 제어에 이용가능한 참조 신호를 생성하는 차량에 장착된 복수의 참조 센서 중에서 소음 제어 신호의 생성에 이용할 최적의 참조 센서들 혹은 최적의 참조 신호들의 조합을 효율적으로 결정하는 기법을 제시하고자 한다.
또한, 본 개시는 이러한 기법을 이용하여 실시간으로 참조 센서들을 결정하는 차량의 능동 소음 제어를 위한 방법 및 제어 시스템을 제시하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시에 제시된 참조 센서 선정 기법은 복수의 가용한 참조 센서들 중에서, 소음 신호와 가장 상관성이 큰 참조 신호를 제공하는 하나의 참조 센서를 참조 센서 세트의 첫 번째 엔트리로 선정한 후, 원하는 센서 개수에 도달할 때까지 혹은 원하는 제어 수준에 도달할 때까지, 남아있는 센서들 중에서 현재의 참조 센서 세트에 가장 많은 정보량(Quantity of information)을 제공할 수 있는 센서를 참조 센서 세트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 반복한다.
현재의 참조 센서 세트의 정보량을 정량화하기 위해, 피셔 정보 행렬(Fisher Information Matrix, FIM)이 도입된다. 현재 센서 세트의 정보 행렬에 기초하여, i-번째 센서가 현재 센서 세트에 추가했을 때 더해질 새로운 정보량(즉, 추가되는 센서의 새로운 정보량)이 정의된다.
보다 높은 제어 성능을 보장하기 위해, 제안된 기법이 최적 필터 기법과 결합될 수도 있다. 본 개시의 일 측면에 따르면, 능동 소음 제어 시스템은 차량에 배열된 다수의 참조 센서들 중에서 상관성 정보량을 기초로 소수의 참조 센서 후보들을 선정하고, 선정된 참조 센서 후보들에 대해 최적 필터 기법을 적용함으로써, 능동 소음 제어에 이용될 최적의 참조 센서 세트를 신속하게 결정할 수 있다.
예를 들어, 다수의 가용한 참조 센서들 중에서 최종적으로 4개의 참조 센서들을 선정한다면, 제안된 정보량 기반으로 7개의 참조 센서 후보들을 선정하고 나서, 7개의 후보들 중에서 4개를 선택하는 모든 조합들 각각에 대해 최적 필터를 계산해 봄으로써, "7C4" 개의 조합들 중에서 가장 제어 성능이 높은 조합을 최종적으로 최적 참조 센서들로 결정할 수 있다.
참조 센서 후보들을 결정하기 위해, 능동 소음 제어 시스템은 승객의 착석 위치(들)를 타겟 구역(target zone)으로 설정하고, 타겟 구역에 배치된 마이크로폰(들)로부터 소음 신호(들)을 획득하고, 차량에 배열된 복수의 센서들 각각으로부터 노면으로부터 유입되는 진동을 감지한 참조 신호를 획득할 수 있다.
능동 소음 제어 시스템은 SCOH(Single Coherence), MCOH(Multiple Coherence), PCOH(Partial Coherence) 등의 상관성 함수(coherence function)를 이용하여, 각 참조 센서에 대해, 대응하는 참조 신호와 소음 신호 간의 상관성 값(coherence value)을 연산할 수 있다. 능동 소음 제어 시스템은 각 센서에 대해 계산된 상관성 값을 기초로, 참조 센서 후보들의 리스트(간략히, 후보 리스트)에 참조 센서 후보가 추가될 때마다 후보 리스트에 대한 정보 행렬을 구성 또는 갱신할 수 있다. 여기서, 후보 리스트에 대한 정보 행렬은 후보 리스트에 포함된 참조 센서 후보들에 대응하는 참조 신호들과 소음 신호들 간의 상관성 정보량을 나타내는 행렬이다.
능동 소음 제어 시스템은, 차량에서 이용 가능한 참조 센서들 중에서 현재의 후보 리스트에 포함된 후보들을 제외한 나머지 참조 센서들 각각이 현재 후보 리스트에 추가로 제공할 수 있는 정보량을 연산하고, 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 참조 센서를 새로운 참조 센서 후보로서 현재의 후보 리스트에 추가할 수 있다. 이러한 후보들의 추가는 원하는 개수의 참조 센서 후보들이 결정될 때까지 혹은 후보 리스트의 정보량이 원하는 레벨에 도달할 때까지 반복된다.
후보 리스트가 확정되면, 능동 소음 제어 시스템은 후보 리스트에 포함된 참조 센서 후보들의 서브세트들마다 최적 필터를 연산한다. 능동 소음 제어 시스템은 가장 제어 성능이 높은 최적 필터에 대응하는 서브세트를 선택함으로써 최적 참조 센서들을 결정할 수 있다.
능동 소음 제어 시스템은 최적 참조 센서들로부터 수신되는 참조 신호들을 이용하여, 최적의 소음 제어 신호를 생성하는 것을 포함한 능동 소음 제어 프로세스를 수행할 수 있다. 소음 제어 신호는 차량의 객실내 타겟 구역에서 적어도 하나의 스피커에 의해 소음에 대한 상쇄음으로서 발산된다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 차량의 능동 소음 제어를 위한 방법이 제시된다. 상기 방법은, 상기 차량에 배열된 복수의 센서로부터 각각 노면으로부터 유입되는 진동을 나타내는 참조 신호를 획득하고, 상기 차량의 객실내 타겟 구역에 위치한 적어도 하나의 마이크로폰으로부터 실내 소음을 나타내는 소음 신호를 획득하는 단계; 및 상기 복수의 센서 각각에 대해 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 값을 계산하고, 상기 복수의 센서 중에서 상기 상관성 값이 가장 큰 참조 신호에 대응하는 센서를 후보 리스트의 첫 번째 엔트리(entry)로 선정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달할 때까지, 상기 복수의 센서 중에서 현재의 후보 리스트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 현재의 후보 리스트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 반복하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달하면, 상기 후보 리스트에 포함된 센서들을 이용하여 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트를 설정하는 단계; 및 상기 참조 센서 세트에 대응하는 참조 센서들로부터 획득되는 참조 신호들을 기초로 상기 타겟 구역을 위한 소음 제어 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 다른 측면에 의하면, 차량의 능동 소음 제어를 위한 능동 제어 시스템에 포함된 제어 디바이스가 제시된다. 제어 디바이스는 메모리; 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 차량에 배열된 복수의 센서로부터 각각 노면으로부터 유입되는 진동을 나타내는 참조 신호를 획득하고, 상기 차량의 객실내 타겟 구역에 위치한 적어도 하나의 마이크로폰으로부터 실내 소음을 나타내는 소음 신호를 획득하고, 상기 복수의 센서 각각에 대해 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 값을 계산하고, 상기 복수의 센서 중에서 상기 상관성 값이 가장 큰 참조 신호에 대응하는 센서를 후보 리스트의 첫 번째 엔트리(entry)로 선정하도록 구성된다. 상기 프로세서는 상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달할 때까지, 상기 복수의 센서 중에서 현재의 후보 리스트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 현재의 후보 리스트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 반복하도록 더 구성된다. 상기 프로세서는 상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달하면, 상기 후보 리스트에 포함된 센서들을 이용하여 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트를 설정하고, 상기 참조 센서 세트에 대응하는 참조 센서들로부터 획득되는 참조 신호들을 기초로 상기 타겟 구역을 위한 소음 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 능동 소음 제어 시스템은, 차량 내 배열된 참조 센서들로부터 수신한 참조 신호들과 차량 내 타겟 구역으로부터 수신한 소음 신호(들)과의 상관성을 기초로, 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트의 첫 번째 엔트리를 선정하고, 남아있는 참조센서들 중에서 현재의 참조 센서 세트에 가장 많은 상관성 정보량을 제공할 수 있는 참조 센서를 추가하는 프로세스를 반복하여 참조 센서 세트의 엔트리들을 확장하는 참조 센서 선정 방법을 사용한다. 이러한 참조 센서 선정 방법은 능동 소음 제어에 적합한 최적의 참조 센서들의 조합을 효율적으로 결정할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 의하면, 능동 소음 제어 시스템은, 차량 내 배열된 참조 센서들의 세트로부터 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서들의 서브세트를 결정함에 있어서, 참조 센서들의 세트로부터 고려될 수 있는 모든 조합들 혹은 모든 서브세트들에 대해 각각 최적 필터를 생성하는 대신에, 참조 센서들의 세트로부터 소수의 참조 센서 후보들을 먼저 선정한 후 참조 센서 후보들로부터 고려될 수 있는 (원하는 개수의 참조 센서 후보들의) 조합들 혹은 서브세트에 대해 각각 최적 필터를 생성함으로써, 종래의 최적 필터 기법에 비해 최적 참조 센서들을 신속히 결정할 수 있다.
제안된 참조 센서 선정 방법은 승객들의 탑승 상황에 따라 그리고 변화하는 주행도로의 특성에 따라 적절한 능동 소음 제어가 요구되는 차량에 구현된 능동 소음 제어 시스템에서 실시간으로 수행하기에 적합하다.
본 개시의 기술들에 의해 제공되는 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 기술들이 구현될 수 있는 예시적인 차량 환경을 보인다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 능동 소음 제어 시스템의 구성요소들을 나타내는 블록구성도다.
도 3은 본 개시의 일 측면에 따른 참조 센서 선정 기법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는, 종래의 최적 필터 기법을 대비되는, 본 개시의 다른 측면에 따른 참조 센서 선정 기법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른, 차량에 탑재된, 능동 소음 제어 시스템에 의해 수행되는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 능동 소음 제어 시스템에 포함되는 제어기의 기능적인 구성요소들을 보이는 블록구성도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 열람부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부(unit)', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 개시의 기술들의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 개시의 기술들이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
본 개시는, 일반적으로, 차량에서 노면소음을 저감하기 위한 능동 소음 제어에 사용할 참조 센서들을 효율적으로 선정하는 것과 관련되어 있다. 개시된 참조 센서 선정 기법은 복수의 가용한 참조 센서들 중에서, 실내 소음 신호와 가장 유사한 참조 신호를 제공하는 하나의 참조 센서를 선정한 후, 원하는 센서 개수에 도달할 때까지 혹은 원하는 제어 수준에 도달할 때까지, 선정된 참조 센서를 기준으로 가장 적절한 참조 센서를 하나씩 추가로 선정하는 방식이다. 가용한 참조 센서들 중에서 현재 센서 세트에 추가되었을 때 현재 센서 세트에 가장 많은 정보량을 부가해 줄 수 있는 센서가 선정된다.
노면소음(road noise)은 주로 차량의 주행으로 타이어에 발생하는 진동이 차량 서스펜션 구조물을 따라 차체에 전달되어 발생하는 차량 실내 소음을 가리킨다. 다수의 참조 센서가 노면소음을 차량 실내로 전달하는 데에 가장 크게 기여하는 구조 요소들의 상이한 위치에 장착될 수 있다. 이하의 설명은 제어 대상이 되는 소음이 노면소음임을 전제로 기술되지만, 본 개시의 다양한 실시예에 따른 능동 소음 제어 시스템 및 능동 소음 제어 방법에 의해 제어될 수 있는 대상 소음이 노면소음에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 기술들이 구현될 수 있는 예시적인 차량 환경을 보인다. 도 1을 참조하면, 차량(10)은 차륜(100), 현가장치(110), 가속도계(accelerometers, 120), 마이크로폰(130), 제어기(140), 스피커(150) 및 차축(160)를 포함할 수 있다. 도 1에서 복수의 구성요소들의 개수와 배치된 위치는 예시적인 것에 불과하며, 다른 실시예에서는 일부 구성이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있으며, 일부 또는 전체 구성요소들의 개수와 위치 또한 달라질 수 있다.
차량(10)의 차대(chassis)는 차량(10)의 전방의 좌우에 각각 배치된 전륜들과, 차량(10)의 후방의 좌우에 각각 배치된 후륜들을 포함한다. 차량(10)의 차대는 동력 전달 수단으로서 차축(160)을 더 포함한다. 또한, 차량(10)의 차대는 현가장치(110)를 포함한다. 이 외에, 차량(10)은 동력 장치, 조향 장치 또는 제동 장치 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
현가장치(110)는 차량(10)의 진동 또는 충격을 완화시키는 장치이다. 구체적으로, 차량(10)이 주행하는 동안 노면에 의한 진동이 차량(10)에 가해진다. 현가장치(110)는 스프링, 에어 서스펜션(air suspension) 등을 이용하여 차량(10)에 가해지는 진동을 완화시킨다. 현가장치(110)는 충격 완화를 통해 차량(10)에 탑승한 탑승자의 승차감을 개선할 수 있다.
현가장치(110)는 차량(10)에 가해지는 큰 진동을 완화할 수는 있지만, 차륜(100)과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 미세한 진동을 제거하기는 어렵다. 이러한 미세한 진동은 현가장치(110)를 통해 차량(10)의 실내에 소음을 발생시킨다.
나아가, 차륜(100)과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 소음, 동력 장치인 엔진에 의해 발생하는 소음 또는 바람에 의해 발생하는 풍절음 등이 차량(10)의 실내로 유입될 수 있다.
차량(10)의 내부 소음을 제거하기 위해, 차량(10)은 능동 소음 제어 시스템을 포함할 수 있다. 능동 소음 제어 시스템은 차량의 오디오 시스템과 통합될 수 있다.
차량(10)의 능동 소음 제어 시스템은 차량(10)의 진동으로부터 내부 소음을 예측하고, 차량(10)의 내부 소음에 대한 소음 신호의 진폭과 동일한 진폭을 가지되, 소음 신호의 위상에 반대되는 위상(즉, 역위상; anti-phase)을 가지는 상쇄음을 생성하여 차량(10)의 내부 소음을 제거할 수 있다.
능동 소음 제어 시스템은 능동 소음 제어를 위해 가속도계(120), 마이크로폰(130), 제어기(140), 앰프(amplifier, AMP) 및 스피커(150)를 이용할 수 있다. 도 1은 단지 단순성을 위해 하나의 가속도계(120), 하나의 마이크로폰(130), 및 스피커(150)를 보여주지만, 능동 소음 제어 시스템은 일반적으로 복수의 가속도계 (120)(가령, 18개 이상), 복수의 스피커(124)(가령 4 내지 8개) 및 복수의 마이크로폰(130)(가령, 4 내지 8개)를 이용한다.
가속도계(120)는 차량(10)의 가속 또는 진동을 측정하고, 가속 신호를 나타내는 참조 신호를 제어기(140)에게 전송한다. 참조 신호는 소음 제어 신호를 생성하는 데 이용된다.
가속도계(120)는 차륜(100)과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 진동을 측정할 수 있다. 다수의 가속도계(120)들이 노면소음을 차량 실내로 전달하는 데에 가장 크게 기여하는 구조 요소들(예를 들어, 현가장치(110), 혹은 차륜(100)과 차축(160)을 연결하는 연결기구)의 상이한 위치에 장착될 수 있다.
가속도계(120)는 아날로그 신호인 참조 신호를 제어기(140)에게 전송한다. 그렇지 않으면, 가속도계(120)는 참조 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 제어기(140)에 전송할 수 있다.
차량(10)의 진동을 측정하기 위해, 가속도계(120) 대신에, 자이로 센서, 모션 센서, 변위 센서, 토크 센서와 같은 다른 종류의 센서들이 이용될 수도 있다.
마이크로폰(130)은 차량(10) 내 소리를 감지하고, 소리 신호를 제어기(140)에게 전송한다. 예를 들면, 마이크로폰(130)은 차량(10) 내 소음을 감지하고, 소음 신호를 제어기(140)에게 전송할 수 있다.
구체적으로, 마이크로폰(130)은 사람의 가청 주파수 대역인 약 20 내지 20 kHz의 음압을 측정할 수 있다. 마이크로폰(130)의 가청 주파수의 범위는 더 좁아지거나 넓어질 수 있다.
일 실시예에서, 마이크로폰(130)은 차륜(100)과 노면 간 마찰에 의해 발생하는 내부 소음을 측정할 수 있다.
차량(10)의 내부로 소음 제어 신호가 출력되는 경우, 마이크로폰(130)은 소음 제어 신호에 대응하는 상쇄음에 의해 차량(10)의 내부 소음이 적어도 부분적으로 상쇄된 환경에서 차량(10)의 실내에 잔존하는 소음을 나타내는 소음 신호(오차 신호 혹은 잔여 신호로도 지칭됨)를 출력할 수 있다. 오차 신호는 참조 신호와 함께 소음 제어 신호를 생성하는 데에 이용될 수 있다. 그러한 맥락에서, 마이크로폰(130)은 '에러 마이크'로도 지칭된다.
차량(10)의 내부로 오디오 신호가 출력되는 경우, 마이크로폰(130)은 오차 신호와 오디오 신호를 함께 측정할 수 있다.
마이크로폰(130)은 좌석의 헤드레스트, 차량(10)의 헤드라이너, 또는 차량(10) 내부의 탑승자가 들을 소음을 감지하기에 적합한 그 밖의 다른 곳에 위치할 수 있다. 다수의 마이크로폰(130)이 상이한 위치에 배치될 수 있으며, 마이크로폰 어레이(array) 형태로 배치될 수도 있다.
제어기(120)는 당해 분야에 잘 알려진 LMS(least mean square) 혹은 FxLMS(filtered-x least mean square)와 같은 알고리즘에 따라 오차 신호(들) 및 참조 신호(들)을 기초로 적응형 필터(adaptive filter; 종종 W-필터로 지칭됨)의 계수들을 결정할 수 있다. 소음 제어 신호는 참조 신호 혹은 참조 신호들의 조합에 기초하여 적응형 필터에 의해 생성될 수 있다. 소음 제어 신호는 앰프를 거쳐 스피커(150)를 통해 재생될 때 차량 객실내 탑승객에게 들리는 노면소음과 실질적으로 위상은 반대이고 크기는 동일한 상쇄음이 탑승객의 귀 및 마이크로폰(130) 가까운 곳에서 생성되도록 하는 이상적인 파형을 가진다. 스피커(150)로부터의 상쇄음은 차량 객실 내 마이크로폰(130) 근방에서 노면소음과 만나 이 위치에서 노면소음에 기인한 음압 레벨을 낮출 수 있다.
앰프는 제어기(140)로부터 소음 제어 신호를 수신하고, AVN(Audio, Video, Navigation) 장치로부터 오디오 신호를 수신한다.
앰프는 소음 제어 신호와 오디오 신호를 믹싱하고, 믹싱된 신호를 스피커를 통해 출력할 수 있다. 또한, 앰프는 증폭기들을 이용하여 믹싱된 신호의 진폭을 조절할 수 있다. 증폭기들은 믹싱된 신호의 전력을 증폭하기 위한 진공관 또는 트랜지스터 등을 포함할 수 있다.
앰프는 믹싱된 신호를 스피커(150)에게 전송한다.
스피커(150)는 전기적 신호인 믹싱된 신호를 앰프로부터 수신하고, 차량(10)의 내부에 믹싱된 신호를 음파 형태로 출력한다. 차량(10)의 내부에서 소음은 믹싱된 신호의 출력에 의해 감소하거나 제거될 수 있다.
스피커(150)는 차량(10)의 내부에서 복수의 위치에 배치될 수 있다.
스피커(150)는 믹싱된 신호를 필요에 따라 특정 탑승자에게만 출력할 수 있다. 구체적으로, 스피커(150)는 복수의 위치에서 믹싱된 신호들의 위상을 달리 출력함으로써, 특정 탑승자의 귀 위치에서 보강 간섭을 일으킬 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량의 능동 소음 제어 시스템의 구성요소들을 나타내는 블록구성도다.
도 2를 참조하면, 차량의 능동 소음 제어 시스템은 참조 센서(200), 마이크로폰(210), 제어기(220), AVN 장치(230), 앰프(240) 및 스피커(250)를 포함한다. 도 2에서 참조 센서(200), 마이크로폰(210), 제어기(220), AVN 장치(230), 앰프(240) 및 스피커(250)는 도 1을 참조하여 설명한 가속도계(120), 마이크로폰(130), 제어기(140), AVN 장치, 앰프 및 스피커(150)에 각각 대응될 수 있다.
참조 센서(200)는 차량의 내부 소음을 유발하는 진동을 측정하여, 그 진동을 나타내는 참조 신호를 출력한다. 참조 센서(200)는 가속도 센서, 자이로 센서, 모션 센서, 변위 센서 또는 토크 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
마이크로폰(210)은 차량 내부 소음을 측정하여 그 내부 소음을 나타내는 소음 신호를 출력한다. 차량 내부에 소음 제어 신호가 출력되고 있는 경우, 마이크로폰(210)은 차량의 실내에 잔존하는 소음을 나타내는 소음 신호(이는 오차 신호 혹은 잔여 신호로도 지칭됨)를 출력할 수 있다. 차량 내부에 오디오 신호가 출력되고 있는 경우, 마이크로폰(130)은 오차 신호와 오디오 신호를 함께 측정할 수 있다.
제어기(220)는 참조 신호에 따라 소음 제어 신호를 생성한다. 소음 제어 신호는 차량의 내부 소음의 크기와 같은 크기를 가지되, 내부 소음의 위상에 반대되는 위상을 가지는 신호이다. 소음 제어 신호가 출력되고 있는 경우, 제어기(220)는 참조 신호 및 오차 신호에 기초하여 소음 제어 신호를 생성할 수 있다. 오디오 신호가 출력되고 있는 경우, 제어기(220)는 마이크로폰(210)에 의해 측정된 음향 신호로부터 오차 신호를 추출하고, 참조 신호 및 오차 신호에 기초하여 소음 제어 신호를 생성할 수 있다.
제어기(220)는 AVN 장치(230)의 오디오 기능의 동작 여부와 무관하게 독립적으로 소음 제어 신호가 출력되도록 할 수 있다. 즉, 제어기(220)는 차량의 주행 상황에서 상시 동작할 수 있다. 제어기(220)는 AVN 장치(230)의 오디오 기능의 온 동작 시, 소음 제어 신호와 오디오 신호가 함께 출력되도록 할 수 있다. 제어기(220)는 AVN 장치(230)의 오디오 기능의 오프 동작 시, 소음 제어 신호만 출력되도록 할 수 있다.
제어기(220)는 능동 소음 제어 시스템의 다른 구성요소들과 A2B(Automotive Audio Bus) 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.
한편, AVN 장치(230)는 차량에 설치되어 탑승자의 요청에 따라 오디오, 비디오 및 내비게이션 프로그램을 실행한다.
구체적으로, AVN 장치(230)는 오디오 신호 송신부(231)를 이용하여 오디오 신호를 앰프(240)에게 전송할 수 있다. 앰프(240)에 전송된 오디오 신호는 스피커(250)를 통해 차량의 내부로 출력된다. 예를 들면, AVN 장치(230)는 탑승자의 제어에 따라 음악에 관한 오디오 신호를 앰프(240)에게 전송하면, 앰프(240) 및 스피커(250)는 오디오 신호에 따라 음악을 재생할 수 있다. 또한, AVN 장치(230)는 디스플레이와 같은 비디오 출력 장치를 이용하여 차량의 주행 정보, 도로 정보, 또는 내비게이션 정보 등을 탑승자에게 제공할 수 있다.
AVN 장치(230)는 3G(Generation), LTE(Long Term Evolution), 5G 등의 이동 통신 규격을 지원하는 통신망을 이용하여 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. AVN 장치(230)는 통신을 통해 주변 차량의 정보, 인프라 정보, 도로 정보, 교통 정보 등을 수신할 수 있다.
앰프(240)는 소음 제어 신호와 오디오 신호를 믹싱하고, 믹싱된 신호를 가공하며, 가공된 신호를 스피커(250)를 통해 출력한다. 앰프(240)는 소음 제어 신호를 가공하거나 오디오 신호를 가공한 후 믹싱을 수행할 수도 있다.
앰프(240)는 소음 제어 신호의 특성, 오디오 신호의 특성, 또는 스피커(250)의 특성 등을 고려하여 믹싱된 신호에 대해 적절한 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 앰프(240)는 믹싱된 신호의 크기를 조절할 수 있다. 이를 위해, 앰프(240)는 적어도 하나의 증폭기를 포함할 수 있다.
앰프(240)는 가공된 신호를 제어기(220)에게 피드백할 수 있다. 제어기(220)는 가공된 신호를 이용하여 차량 내 다양한 소리 중 오차 신호만 제거하기 위한 소음 제어 신호를 생성할 수 있다.
스피커(250)는 앰프(240)로부터 가공된 신호를 수신하고, 가공된 신호를 차량의 내부로 출력한다. 스피커(250)의 출력에 의해 차량의 내부 소음이 제거되거나 감쇠될 수 있다.
이하에서는, 제어기(220) 및 앰프(240)의 구성요소들을 상세히 설명한다.
제어기(220)는 제1 필터부(221), 제1 ADC(Analog-Digital Converter) 변환부(222), 제2 필터부(223), 제2 ADC 변환부(224), 제어신호 생성부(225) 또는 제어신호 송신부(226) 중 적어도 하나를 포함한다. 제어기(220)는 적어도 하나의 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor, DSP)로 구현될 수 있다.
제1 필터부(221)는 참조 센서(200)의 참조 신호에 대해 필터링을 수행한다. 제1 필터부(221)는 참조 신호의 주파수 대역 중 특정 대역의 신호를 필터링할 수 있다. 예를 들면, 차량 내 주요 소음원인 저주파 대역의 참조 신호를 필터링하기 위해, 제1 필터부(221)는 참조 신호에 저역통과필터(low pass filter)를 적용할 수 있다. 이 외에도, 제1 필터부(221)는 참조 신호에 고역역통과필터(high pass filter)를 적용할 수도 있다.
제1 ADC 변환부(222)는 아날로그 신호인 참조 신호를 디지털 신호로 변환한다. 구체적으로, 제1 ADC 변환부(222)는 제1 필터부(221)에 의해 필터링된 참조 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이를 위해, 제1 ADC 변환부(222)는 참조 신호에 대해 샘플링(sampling)을 수행할 수 있다. 예를 들면, 제1 ADC 변환부(222)는 참조 신호를 2 kHz의 샘플링 비율로 샘플링할 수 있다. 다시 말하면, 제1 ADC 변환부(222)는 소음 제어 신호에 다운 샘플링을 적용할 수 있다. 제1 ADC 변환부(222)는 참조 신호를 적절한 샘플링 비율로 샘플링함으로써, 아날로그 신호인 참조 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
제2 필터부(223)는 마이크로폰(210)의 소음 신호 또는 오차 신호에 대해 필터링을 수행한다. 제2 필터부(223)는 소음 신호 또는 오차 신호의 주파수 대역 중 특정 대역의 신호를 필터링할 수 있다. 예를 들면, 저주파 대역의 오차 신호를 필터링하기 위해, 제2 필터부(223)는 오차 신호에 저역통과필터를 적용할 수 있다. 이 외에도, 제2 필터부(223)는 오차 신호에 고역통과필터 또는 노치 필터(notch filter)를 적용할 수도 있다.
제2 ADC 변환부(224)는 아날로그 신호인 소음 신호 또는 오차 신호를 디지털 신호로 변환한다. 구체적으로, 제2 ADC 변환부(224)는 제2 필터부(223)에 의해 필터링된 소음 신호 또는 오차 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이를 위해, 제2 ADC 변환부(224)는 오차 신호에 대해 샘플링(sampling)을 수행할 수 있다. 예를 들면, 제2 ADC 변환부(224)는 오차 신호를 2 kHz의 샘플링 비율로 샘플링할 수 있다. 다시 말하면, 제2 ADC 변환부(224)는 오차 신호에 다운 샘플링을 적용할 수 있다. 제2 ADC 변환부(224)는 오차 신호를 적절한 샘플링 비율로 샘플링함으로써, 아날로그 신호인 오차 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이후, 디지털 신호로 변환된 오차 신호는 고역통과필터에 의해 필터링될 수 있다.
제어신호 생성부(225)는 디지털 신호로 변환된 참조 신호에 기초하여 소음 제어 신호를 생성한다. 제어신호 생성부(225)는 디지털 신호로 변환된 오차 신호에 더 기초하여, 소음 제어 신호를 생성할 수 있다.
제어신호 생성부(225)는 앰프(240)에 의해 가공된 신호를 피드백 받고, 앰프(240)의 가공된 신호를 고려하여 오디오 신호의 출력에 영향을 주지 않는 소음 제어 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 마이크로폰(210)은 오차 신호와 오디오 신호를 함께 측정할 수 있다. 이때, 제어신호 생성부(225)는 앰프(240)의 가공된 신호를 이용하여 오차 신호를 추출하고, 추출된 오차 신호와 참조 신호에 기초하여 소음 제어 신호를 생성할 수 있다. 생성된 소음 제어 신호는 차량 내 소음을 제거하되, 오디오 신호를 감쇠시키지 않는다.
제어신호 송신부(226)는 제어신호 생성부(225)에 의해 생성된 소음 제어 신호를 앰프(240)에게 전송한다.
앰프(240)는 제어 버퍼(241), 전처리부(242), 제1 감쇠부(243), 오디오 버퍼(244), 이퀄라이저(Equalizer, 245), 연산부(246), 제2 감쇠부(247), 후처리부(248), 또는 DAC(Digital-Analog Converter) 변환부(249) 중 적어도 하나를 포함한다. 앰프(240)는 적어도 하나의 디지털 신호 프로세서를 이용하여 구현될 수 있다.
제어 버퍼(241)는 제어기(220)로부터 수신한 소음 제어 신호를 임시로 저장한다. 제어 버퍼(241)는 소음 제어 신호의 누적 횟수가 소정의 조건을 만족한 경우, 소음 제어 신호를 전송할 수 있다. 그렇지 않으면, 제어 버퍼(241)는 소음 제어 신호를 저장하고, 일정한 시간 간격마다 소음 제어 신호를 전송할 수 있다. 제어 버퍼(241)는 소음 제어 신호를 전처리부(242) 및 연산부(246)로 전달한다.
전처리부(242)는 제어 버퍼(241)로부터 수신한 소음 제어 신호에 대해 업 샘플링(up-sampling) 또는 필터링을 적용한다. 예를 들면, 전처리부(242)는 소음 제어 신호의 샘플링 비율을 48 kHz로 업 샘플링할 수 있다. 전처리부(242)는 업 샘플링을 통해 소음 제어 신호의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제어기(220)으로부터 수신한 소음 제어 신호에 노이즈가 포함된 경우, 전처리부(242)는 주파수 필터링을 통해 소음 제어 신호의 노이즈를 제거할 수 있다. 전처리부(242)는 전처리된 소음 제어 신호를 제1 감쇠부(243)에게 전송한다.
오디오 버퍼(244)는 AVN 장치(230)로부터 수신한 오디오 신호를 임시로 저장한다. 오디오 버퍼(244)는 오디오 신호의 누적 횟수가 소정의 조건을 만족한 경우, 오디오 신호를 전송할 수 있다. 그렇지 않으면, 오디오 버퍼(244)는 오디오 신호를 저장하고, 일정한 시간 간격마다 오디오 신호를 전송할 수 있다. 오디오 버퍼(244)는 오디오 신호를 이퀄라이저(245)로 전달한다.
이퀄라이저(245)는 오디오 신호를 주파수 대역별로 조절한다. 구체적으로, 이퀄라이저(245)는 오디오 신호의 주파수 대역을 복수의 주파수 대역으로 나누고, 각 주파수 대역에 대응하는 오디오 신호들의 진폭 또는 위상을 조절할 수 있다. 예를 들면, 이퀄라이저(245)는 저주파 대역의 오디오 신호를 강조하고, 고주파 대역의 오디오 신호를 약하게 조절할 수 있다. 이퀄라이저(245)는 탑승자의 제어에 따라 오디오 신호를 조절할 수 있다. 이퀄라이저(245)는 조절된 오디오 신호를 연산부(246)에게 전송한다.
연산부(246)는 제어 버퍼(241)로부터 수신한 소음 제어 신호와 이퀄라이저(245)로부터 수신한 오디오 신호에 기초하여 제어 파라미터를 계산한다.
연산부(246)는 소음 제어 신호와 오디오 신호 간 관계, 스피커(250)의 특성, 소음 신호의 특성 또는 오차 신호의 특성 등을 기반으로 제어 파라미터들을 계산할 수 있다.
제어 파라미터들은 소음 제어 신호에 대한 제1 감쇠 계수 또는 오디오 신호에 대한 제2 감쇠 계수를 포함할 수 있다. 또한, 제어 파라미터들은 소음 제어 신호의 범위 또는 오디오 신호의 범위에 대한 경계값들을 포함할 수 있다. 이 외에도, 제어 파라미터들은 능동 소음 제어를 위한 다양한 파라미터 값들을 포함할 수 있다.
제1 감쇠부(243)는 연산부(246)에 의해 계산된 제1 감쇠 계수를 소음 제어 신호에 적용하고, 감쇠된 소음 제어 신호를 후처리부(248)에게 전송한다. 연산부(246)에 의해 제1 감쇠 계수가 계산되지 않은 경우, 제1 감쇠부(243)는 소음 제어 신호를 통과시킨다.
제2 감쇠부(247)는 연산부(246)에 의해 계산된 제2 감쇠 계수를 오디오 신호에 적용하고, 감쇠된 오디오 신호를 후처리부(248)에게 전송한다. 연산부(246)에 의해 제2 감쇠 계수가 계산되지 않은 경우, 제2 감쇠부(247)는 오디오 신호를 통과시킨다.
소음 제어 신호와 오디오 신호는 후처리부(248)로 전송되는 과정에서 믹싱된다. 즉, 믹싱된 신호가 후처리부(248)에 입력된다.
후처리부(248)는 믹싱된 신호에 대해 선형화(linearization) 또는 안정화(stabilization) 중 적어도 하나를 수행한다. 여기서, 선형화 및 안정화는 스피커(250)의 믹싱된 신호와 변위(displacement) 제한에 기초하여, 믹싱된 신호를 후처리하는 것이다.
DAC 변환부(249)는 디지털 신호인 후처리된 신호를 아날로그 신호인 출력 신호로 변환한다. DAC 변환부(249)는 출력 신호를 스피커(250)로 전송한다.
스피커(250)는 DAC 변환부(249)로부터 수신한 출력 신호를 음파 형태로 출력한다. 스피커(250)는 차량 내부로 출력 신호를 출력할 수 있다. 출력 신호는 차량 내부 소음을 제거하되, 오디오 신호에 따른 오디오를 차량의 내부로 출력할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시는 일반적으로 차량에 장착된 복수의 참조 센서들의 세트로부터 능동 소음 제어에 이용할 최적의 참조 센서들의 서브세트(혹은 조합)을 효율적으로 결정하는 기술에 관한 것이다. 따라서, 이하에서 설명되는 기술은 참조 센서들의 조합을 이용하여 능동 소음 제어를 수행하는 도 2와 같은 능동 소음 제어 시스템에서 사용되거나 구현될 수 있다.
능동 소음 제어 시스템은, 차량에 배열된 복수의 참조 센서들로부터 현재의 착석 배치 및/또는 현재 주행하는 도로의 특성에 대응하는 최적의 참조 센서들의 조합을 결정할 수 있다.
능동 소음 제어 시스템은, 차량에 배열된 복수의 참조 센서들로부터 참조 신호들을 획득하고, 차량의 객실내 타겟 구역에 배치된 적어도 하나의 마이크로폰('에러 마이크'로도 지칭됨)로부터 소음 신호를 획득할 수 있다. 노면소음에 대한 능동 소음 제어에서, 참조 센서들은 서스펜션이나 차체 등 노면소음의 발생 특성(예: 진동의 전달 경로 등)이 고려된 위치들에 장착된 것일 수 있다. 객실내 각 좌석의 헤드레이트에는 적어도 하나의 마이크로폰 이 설치되어 있을 수 있으며, 전형적으로, 승객의 왼쪽과 오른쪽 귀 위치에 대응하는 한 쌍의 마이크로폰이 설치되어 있을 수 있다. 따라서 소음 제어가 요구되는 적어도 하나의 타겟 구역("quiet zone"으로도 지칭됨)에 대해 각각 하나 혹은 두 개의 소음 신호가 얻어질 수 있다. 예를 들어, 차량에 4개의 좌석이 존재하는 경우에, 최대 8개의 소음 신호가 얻어질 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 측면에 따른 참조 센서 선정 기법을 설명하기 위한 개념도이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 능동 소음 제어 시스템은 복수의 가용한 참조 센서들 중에서, 소음 신호와 가장 상관성이 큰 참조 신호를 제공하는 하나의 참조 센서를 참조 센서 세트의 첫 번째 엔트리로 선정한 후, 원하는 센서 개수에 도달할 때까지 혹은 원하는 제어 수준에 도달할 때까지, 남아있는 센서들 중에서 현재의 참조 센서 세트에 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 센서를 참조 센서 세트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 반복한다.
능동 소음 제어 시스템은 상관성 함수(coherence function)를 이용하여 참조 신호들 각각에 대해 소음 신호와의 상관성 값을 연산하고, 상관성 값이 제일 큰(즉, 1에 가장 가까운) 참조 신호에 대응하는 센서를 참조 센서 세트의 첫 번째 엔트리(즉, 첫 번째 참조 센서)로 결정할 수 있다. 첫 번째 엔트리만을 가진 참조 센서 세트는 "초기 참조 센서 세트"로 지칭될 수도 있다. 첫 번째 엔트리를 결정하는 데에 사용되는 상관성 함수는 SCOH(Single Coherence) 함수일 수 있다. SCOH 함수는 하나의 입력과 하나의 출력 간의 상관관계(correlation)를 주파수 도메인에서 표현한 것으로, 수학식 1로 표현된다.
Figure pat00001
여기서, x는 단일 입력(즉, 참조 신호)을, y는 단일 출력(즉, 소음 신호)을, 스펙트럼 밀도 함수(spectral density function) Sxx와 Syy는 자기상관함수(auto-correlation function)의 푸리에 변환을, 스펙트럼 밀도 함수 Sxy는 교차상관함수(cross-correlation function)의 푸리에 변환을 나타낸다.
i-번째 입력(즉, i-번째 참조 신호)과 j-번째 출력(즉, j-번째 소음 신호)에 대한 SCOH는 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
복수의 소음 신호들이 획득될 때, i-번째 입력(즉, i-번째 참조 신호)의 최종 SCOH는 수학식 2로부터 얻어진 복수의
Figure pat00003
을 주파수별로 평균함으로써 도출될 수 있다. 예를 들어, 8개의 소음 신호들에 대해 i-번째 참조 신호의 최종 SCOH는 수학식 3으로 표현될 수 있다.
Figure pat00004
전술한 바와 같이, "초기 참조 센서 세트"가 결정된 후, 능동 소음 제어 시스템은 남아있는 센서들 중에서 참조 센서 세트에 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 센서를 참조 센서 세트의 새로운 엔트리로 선정하여 참조 센서 세트의 엔트리들의 수를 증가시키는 프로세스를 반복적으로 수행한다.
참조 센서 세트의 정보량을 정량화하기 위해, 정보 행렬(information matrix) 이 도입된다. 현재의 참조 센서 세트의 정보 행렬에 기초하여, i-번째 센서가 현재의 참조 센서 세트에 추가했을 때 정보 행렬에 더해질 새로운 정보량(즉, i-번째 센서의 새로운 정보량)이 정의된다.
참조 센서 세트의 새로운 엔트리를 선정하는 프로세스를 반복할 때마다, 능동 소음 제어 시스템은 갱신된 참조 센서 세트에 대한 정보 행렬(information matrix)을 구성한다. 초기 참조 센서 세트는 (가장 큰 SCOH 값을 가진 하나의 참조 센서에 해당하는) 오직 하나의 엔트리만을 가지지만, 프로세스가 반복될 때마다 참조 센서 세트의 엔트리가 하나씩 증가하며, 그에 따라 정보 행렬도 갱신된다. 정보 행렬은 참조 센서 세트에 포함된 참조 센서에 대응하는 참조 신호들과 소음 신호 간의 상관성 정보량을 나타낸다.
도 3에 도시된 예에서, 가장 큰 SCOH를 가진 3번 참조 센서가 먼저 선정되고, 참조 센서 세트의 엔트리들의 수를 증가시키는 프로세스를 반복함으로써, 16번, 15번, 6번, ... 의 순으로 새로운 참조센서들이 순차적으로 선정된다. 초기 참조 센서 세트에 대한 정보 행렬은 단지 3번 참조 센서의 상관성 정보량을 나타낸다. 초기 참조 센서 세트에 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 센서인 16번 참조 센서가 다음 번 반복을 위해 선정된다. 두 번째 반복에서, 참조 센서 세트는 3번 참조 센서와 16번 참조센서를 가지며, 따라서 참조 센서 세트에 대한 정보 행렬은 이들 2개의 참조 센서의 상관성 정보량을 나타낸다.
참조 센서 세트에 대한 정보 행렬은 피셔 정보 행렬(Fisher Information Matrix: FIM)에 기초하여 구성될 수 있다. 참조 센서 세트에 대한 피셔 정보 행렬은 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure pat00005
여기서 Q는 피셔 정보 행렬을,
Figure pat00006
는 관심있는 주파수 대역(예컨대, 65~125Hz)에서의 참조 센서 세트에 포함된 각 참조 센서의 참조 신호와 마이크로폰의 소음 신호 간의 상관 함수를 나타낸다. 여기서 상관 함수는 SCOH(Single Coherence), MCOH(Multiple Coherence), PCOH(Partial Coherence)와 같은 상관 함수가 사용될 수 있다. MCOH는 복수의 입력들과 하나의 출력 간의 상관관계를 주파수 도메인에서 표현한 함수이다. PCOH는 입력들간의 상관성분(correlation components)을 제거한, 하나의 입력과 하나의 출력 간의 상관관계를 주파수 도메인에서 표현한 함수이다.
능동 소음 제어 시스템은, 현재의 참조 센서 세트에 아직 포함되지 않은 나머지 참조 센서들 중에서, 현재의 참조 센서 세트에 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 센서를, 현재의 참조 센서 세트에 추가될 새로운 엔트리로 결정할 수 있다. 이를 위해, 능동 소음 제어 시스템은, 나머지 참조 센서들 각각에 대해, 현재의 참조 센서 세트에 새로운 엔트리로 추가될 때 해당 센서가 추가로 제공할 수 있는 부가 정보량(즉, 현재의 참조 센서 세트에 비해 해당 센서가 가진 새로운 정보량)을 연산할 수 있다. 부가 정보량은 새로운 센서의 참조 신호와 소음 신호 간의 상관성 함수와 현재의 참조 센서 세트에 대한 정보 행렬을 이용하여 계산될 수 있다. 예컨대, 부가 정보량은 아래의 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pat00007
여기서
Figure pat00008
는 현재의 참조 센서 세트에 i-번째 참조 센서가 추가됨에 따라, 현재의 참조 센서 세트에 추가되는 부가 정보량(다시 말해, 현재의 후보 리스트에 비해 i-번째 참조 센서가 가진 새로운 정보량)를 의미하며,
Figure pat00009
는, 수학식 3으로 정의되는, i-번째 참조 센서의 참조 신호와 소음 신호(들) 간의 상관성 함수를 의미하며, Q 0 는 현재의 참조 센서 세트에 대한 정보 행렬을 의미한다.
능동 소음 제어 시스템은 현재의 참조 센서 세트에 아직 포함되지 않은 나머지 참조 센서들 각각에 대해 부가 정보량을 계산하고, 부가 정보량을 기준으로 참조 센서들을 내림차순으로 정렬할 수 있다. 능동 소음 제어 시스템은 가장 큰 부가 정보량에 대응하는 참조 센서를 새로운 엔트리로서 참조 센서 세트에 추가할 수 있다.
참조 센서 세트의 엔트리(즉, 선정된 참조 센서의 개수)가 원하는 개수에 도달하면 참조 센서 세트가 확정될 수 있다. 능동 소음 제어 시스템은 확정된 참조 센서 세트의 참조 센서들을 이용하여 소음 신호를 상쇄하기에 적합한 소음 제어 신호를 생성하는 것을 포함하는 능동 소음 제어 프로세스를 개시할 수 있다.
확정된 참조 센서 세트의 참조 센서들을 이용하여 원하는 제어 성능 수준을 달성하지 못하면, 능동 소음 제어 시스템은 확정된 참조 센서 세트에 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 센서를 참조 센서 세트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 추가로 더 수행하여, 참조 센서 세트의 엔트리들의 수를 더 늘릴 수도 있다.
도 4는, 종래의 최적 필터 기법을 대비되는, 본 개시의 다른 측면에 따른 참조 센서 선정 기법을 설명하기 위한 개념도이다.
보다 높은 제어 성능을 보장하기 위해, 전술한 참조 센서 선정 기법은 최적 필터 기법과 결합될 수도 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 능동 소음 제어 시스템은 정보량 기반으로 선정된 참조 센서 후보들로부터 최적 참조 센서들을 결정하기 위해 최적 필터 기법을 사용할 수 있다. 구체적으로, 능동 소음 제어 시스템은 차량에 배열된 다수의 참조 센서들 중에서 상관성 정보량을 기초로 소수의 참조 센서 후보들을 선정하고, 선정된 참조 센서 후보들에 대해 최적 필터 기법을 적용함으로써, 능동 소음 제어에 이용될 최적의 참조 센서 세트를 신속하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 정보량 기반으로 선정된 M개의 참조 센서 후보들로부터, 최적 필터 기법 기반으로 K개의 최적 참조 센서들이 결정될 수 있다.
능동 소음 제어 시스템은 M개의 참조 센서 후보들로부터 고려될 수 있는 K개의 참조 센서들의 서브세트들 또는 조합들 각각에 대해 최적 필터(optimal filter; W-filter)를 계산하는 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 최적 필터는 주어진 참조 센서들의 서브세트와 소음 신호에 대해 최대 능동 소음 제어 성능을 낼 것으로 예측되는 필터값들의 세트이다. 최적 필터는 전술한 바와 같이 FxLMS(filtered-x least mean square)와 같은 알고리즘에 따라 결정될 수 있다.
M개의 참조 센서 후보들로부터 고려될 수 있는 K개의 참조 센서들로 구성된 서브세트들의 수는 MCK 이다. 예를 들어, 7개의 참조 센서 후보들로부터 고려될 수 있는 4개의 참조센서들의 조합의 수는 7C4이다. 능동 소음 제어 시스템은 각 서브세트 혹은 각 조합에 대해 계산된 최적 필터를 기초로, 가장 좋은 성능을 가지는 최적 필터에 대응하는 서브세트를 최적 참조 센서들로 결정할 수 있다.
이러한 실시 형태에서, 능동 소음 제어 시스템은, 다수의 참조 센서들 중에서 정보량 기반으로 소수의 참조 센서 후보들을 먼저 선별한 후, 참조 센서 후보들의 서브세트마다 최적 필터를 계산(혹은 시뮬레이션)하여 참조 센서 후보들 중에서 최적의 제어 성능을 제공할 수 있는 최적 참조 센서들을 결정하므로, 종래의 최적 필터 기법에 비해 최적 참조 센서 선정을 빠르게 완료할 수 있다. 예컨대, 도 4에 예시된 바와 같이, 이용 가능한 센서들의 수가 18 개, 참조 센서 후보들의 수가 7 개, 최적 참조 센서들의 수가 4 개인 경우, 종래의 최적 필터 기법은 18C4 (= 3050) 케이스 각각에 대한 최적 필터 연산이 요구되는 반면, 본 개시에 따른 참조 센서 선정 방법에서는 7C4 (= 35) 케이스 각각에 대한 최적 필터 연산만이 필요하다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른, 차량에 탑재된, 능동 소음 제어 시스템에 의해 수행되는 방법을 나타내는 순서도이다.
능동 소음 제어 기능이 활성화되면, 능동 소음 제어 시스템은 먼저 차량 내 좌석들의 승객 착석 상태를 나타내는 착석 배치를 결정할 수 있다(S510). 이를 위해, 능동 소음 제어 시스템은 좌석들을 캡쳐하는 적어도 하나의 비전 센서 혹은 각 좌석에 장착된 적어도 하나의 압력 센서 등을 이용하여 차량 내 승객의 착석 상태를 탐지할 수 있다.
능동 소음 제어 시스템은 현재의 착석 배치를 기초로, 능동 소음 제어를 위한 이전 설정(previous setting) 혹은 기본 설정(default setting)을 유지할지 여부를 결정할 수 있다(S520). 예를 들어, 현재의 착석 배치가 이전 능동 소음 제어 프로세스에서 탐지된 이전 배치와 동일한 경우에, 능동 소음 제어 시스템은 이전 설정을 유지하도록 결정할 수 있다. 다른 예로, 현재의 착석 배치가 미리 정의된 기본 배치와 동일한 경우에, 능동 소음 제어 시스템은 기본 설정을 유지하도록 결정할 수 있다. 현재의 착석 배치가 이전 배치 혹은 기본 배치와 상이한 경우에, 능동 소음 제어 시스템은 새로운 설정이 요구된다고 결정할 수 있다.
이전 설정 혹은 기본 설정은 능동 소음 제어에 위해 설정된 혹은 사전에 정의된 참조 센서들의 조합 또는 서브세트를 포함할 수 있다. 이전 설정 혹은 기본 설정은 능동 소음 제어 프로세스에 이용되는 다양한 파라미터(예를 들어, 참조신호들의 개수, 타겟 구역, 소음 제어 수준 등)에 관한 설정들을 더 포함할 수도 있다. 기본 설정은 전좌석에 전좌석에 균일한 수준으로 소음 제어를 수행하기 위한 파라미터들 혹은 운전자 좌석에만 최적 수준으로 소음 제어를 수행하기 위한 파라미터들을 포함할 수 있다.
이전 설정 혹은 기본 설정을 유지하기로 것으로 결정한 경우(S510에서 "Yes"), 능동 소음 제어 시스템은, 참조 센서들의 새로운 조합을 결정하는 것 없이, 이전 조합 혹은 기본 조합을 이용하여 능동 소음 제어 프로세스를 개시할 수 있다(S570).
이전 설정을 유지하지 않기로 결정하는 경우(S510에서 "No"), 현재의 착석 배치 혹은 현재의 타겟 구역에 적합한 참조 센서들의 새로운 조합을 결정하는 것이 요구된다.
이를 위해, 능동 소음 제어 시스템은, 승객이 착석한 위치에 대응하는 소음 제어가 요구되는 적어도 하나의 타겟 구역을 설정하고, 차량에 배열된 복수의 참조 센서들로부터 참조 신호들을 획득하고, 차량의 객실내 타겟 구역에 배치된 적어도 하나의 마이크로폰로부터 소음 신호를 획득할 수 있다(S530)
능동 소음 제어 시스템은 상관성 함수(coherence function)를 이용하여 참조 신호들 각각에 대해 소음 신호와의 상관성 값을 연산하고, 상관성 값이 제일 큰(즉, 1에 가장 가까운 상관성 값을 가지는) 참조 신호에 대응하는 센서를 참조 센서 후보 리스트의 첫 번째 엔트리(즉, 첫 번째 참조 센서 후보)로 결정할 수 있다(S540).
후보 리스트의 첫 번째 엔트리를 결정한 후, 능동 소음 제어 시스템은 현재의 후보 리스트에 아직 포함되지 않은 나머지 참조 센서들 중에서 현재의 후보 리스트에 가장 많은 상관성 정보량을 제공할 수 있는 참조 센서를 현재의 후보 리스트에 추가하는 프로세스를 반복하여 후보 리스트의 엔트리들을 확장한다.
이를 위해, 능동 소음 제어 시스템은 현재의 참조 센서 후보 리스트에 대한 정보 행렬(information matrix)을 구성할 수 있다(S550). 능동 소음 제어 시스템은, 나머지 참조 센서들 각각에 대해, 현재의 후보 리스트에 새로운 후보로 추가될 때 해당 센서가 추가로 제공할 수 있는 부가 정보량(즉, 현재의 후보 리스트에 비해 해당 센서가 가진 새로운 정보량)을 계산할 수 있다(S552). 부가 정보량은 새로운 센서의 참조 신호와 소음 신호 간의 상관성 함수와 현재의 후보 리스트에 대한 정보 행렬을 이용하여 계산될 수 있다. 능동 소음 제어 시스템은 부가 정보량을 기준으로 나머지 참조 센서들을 내림차순으로 정렬할 수 있다. 능동 소음 제어 시스템은 가장 큰 부가 정보량에 대응하는 참조 센서를 새로운 참조 센서 후보로서 현재의 후보 리스트에 추가하여 후보 리스트를 갱신할 수 있다(S554).
새로운 참조 센서 후보를 후보 리스트에 추가한 후, 능동 소음 제어 시스템은 현재까지 선정된 참조 센서 후보들의 개수가 미리 설정된 센서 개수(M개)에 도달할 때까지 S550 단계 내지 S554 단계를 반복적으로 수행할 수 있다. 착석 배치에 따라 미리 설정된 센서 개수가 상이할 수도 있다. 예를 들어, 운전자만 탑승한 경우에 비해, 동승자가 존재하는 경우에 더 많은 참조 센서 후보들이 선정될 수도 있다.
능동 소음 제어 시스템은 갱신된 후보 리스트에 포함된 엔트리들(즉, 참조 센서 후보들)의 개수가 미리 설정된 센서 개수에 도달하면(S556에서 'Yes'), 후보 리스트에 포함된 참조 센서 후보들에 대해 최적 필터 기법을 적용함으로써, 능동 소음 제어에 이용될 참조 센서들의 서브세트를 결정할 수 있다(S560~S562). 예를 들어, 후보 리스트에 포함된 M개의 참조 센서 후보들로부터, 최적 필터 기법 기반으로 K개의 참조 센서들이 결정될 수 있다.
능동 소음 제어 시스템은 M개의 참조 센서 후보들로부터 고려될 수 있는 K개의 참조 센서들의 서브세트들 또는 조합들 각각에 대해 최적 필터(optimal filter; W-filter)를 계산하는 시뮬레이션을 수행할 수 있다(S560). 능동 소음 제어 시스템은 각 서브세트 혹은 각 조합에 대해 계산된 최적 필터를 기초로, 가장 좋은 성능을 가지는(예를 들어, 가장 적은 오차 신호가 예측되는) 최적 필터에 대응하는 서브세트를 타겟 구역을 위한 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서들의 서브세트로 결정할 수 있다(S562).
전술한 바와 같이, S560~S562 는 선택적 단계이며, 따라서 일부 실시예에서 후보 리스트의 엔트리들의 개수(즉, 선정된 참조 센서 후보들의 개수)가 미리 설정된 센서 개수에 도달하면, 참조 센서 후보들이 곧바로 능동 소음 제어에 이용될 수도 있다.
능동 소음 제어에 이용할 참조 센서들의 서브세트가 확정되면, 능동 소음 제어 시스템은 확정된 서브세트의 참조 센서들로부터 수신되는 참조 신호들을 이용하여 소음 신호를 상쇄하기에 적합한 소음 제어 신호를 생성하는 것을 포함하는 능동 소음 제어 프로세스를 개시할 수 있다(S570).
능동 소음 제어 프로세스 개시한 이후에, 확정된 서브세트의 참조 센서들을 이용하여 원하는 제어 성능 수준을 달성하지 못하면, 능동 소음 제어 시스템은 확정된 서브세트에 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 센서를 서브세트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스(즉, S540 단계 내지 S544 단계)를 추가로 수행하여, 서브세트의 엔트리들의 수를 더 늘릴 수도 있다. 혹은, S550에서 가장 좋은 성능을 가지는 최적 필터가 원하는 제어 성능 수준을 달성하지 못하면(예를 들어, 예측되는 오차 신호가 미리 설정된 레벨을 초과하면), 프로세스(즉, S540 단계 내지 S544 단계)를 추가로 수행하여, 후보 리스트의 엔트리들의 수를 더 늘릴 수도 있다.
도 5에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 개시의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 개시의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 5에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5의 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 참조 센서 선정을 포함한 전술한 능동 소음 제어 방법은, 도 2의 제어기(220)와 같은, 차량에 탑재된 능동 소음 제어 시스템의 제어기에 의해 수행되거나 구현될 수 있다. 능동 소음 제어 시스템의 제어기는 디지털 전자 회로, 집적 회로, FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processor), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 능동 소음 제어 시스템의 제어기는 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스에 의해 그 기능의 전부 또는 일부가 구현될 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스는, 하나 이상의 프로세서 및 프로세서와 연결되어 내부에 저장된 명령어들을 가지는 컴퓨터 판독가능 스토리지를 포함하고, 명령어들은 프로세서에 의해 수행할 때, 컴퓨팅 디바이스로 하여금 능동 소음 제어 시스템의 기능들을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 능동 소음 제어 시스템에 포함되는 제어 디바이스의 기능적인 구성요소들을 보이는 블록구성도이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 능동 소음 제어 시스템의 제어 디바이스(600)는 타겟 구역 설정부(target zone setting unit, 610), 참조센서 관리부(reference sensor management unit, 620), 및 소음제어신호 생성부(noise canceling signal generation unit, 630)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 6에서 제어 디바이스(600)의 기능적 구성요소들은 그들의 구현 독립성을 강조하기 위해 ...부(unit)로 라벨링되었음을 이해해야 한다. 다른 구현에서 도시된 구성요소들 중 일부가 변경 또는 삭제되거나 새로운 구성요소가 추가될 수 있다. 도 6의 제어 디바이스(600)는 도 2의 제어기(220)에 포함되거나 제어기(220)로 구현될 수 있다.
타겟 구역 설정부(610)는 차량 내 승객의 착석 배치를 탐지하고, 착석 배치를 기초로 소음 제어가 요구되는 적어도 하나의 타겟 구역을 설정하도록 구성된다. 타겟 구역 설정부(610)는 좌석을 캡쳐하는 적어도 하나의 비전 센서 혹은 각 좌석에 장착된 적어도 하나의 압력 센서 등을 이용하여 차량 내 승객의 착석 배치를 결정할 수 있다.
참조센서 관리부(620)는 차량에 배열된 복수의 이용 가능한 참조 센서들의 세트로부터 타겟 구역을 위한 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서들의 서브세트를 결정하도록 구성된다. 참조센서 관리부(620)는 차량에 배열된 다수의 참조 센서들 중에서 상관성 정보량을 기초로 소수의 참조 센서 후보들을 선정하고, 선정된 참조 센서 후보들에 대해 최적 필터 기법을 적용함으로써, 타겟 구역을 위한 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서들의 서브세트를 결정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 참조센서 관리부(620)는 상관성 연산부(621), 정보행렬 연산부(622), 정보량 연산부(623), 후보 선정부(624) 및 최적필터 연산부(625)를 포함한다.
상관성 연산부(621)는 상관성 함수(coherence function)를 이용하여, 복수의 가용한 센서들 각각에 대해, 대응하는 참조 신호와 소음 신호 간의 상관성 값을 산출하도록 구성된다.
정보행렬 연산부(622)는 참조 센서 후보 리스트에 대한 정보 행렬(information matrix)을 구성하도록 구성된다. 정보 행렬은 참조 센서 세트에 포함된 참조 센서에 대응하는 참조 신호들과 실내 소음 신호 간의 상관성 정보량을 나타낸다.
정보량 연산부(623)는 후보 리스트에 아직 포함되지 않은 나머지 참조 센서들 각각에 대해 후보 리스트에 새로운 엔트리로 추가될 때 해당 센서가 추가로 제공할 수 있는 부가 정보량을 연산할 수 있다. 부가 정보량은 해당 센서의 참조 신호와 소음 신호 간의 상관성 값과 후보 리스트에 대한 정보 행렬을 이용하여 계산될 수 있다.
후보 선정부(624)는 차량에 배열된 다수의 참조 센서들 중에서 상관성 값이 제일 큰(즉, 1에 가장 가까운) 참조 신호에 대응하는 센서를 참조 센서 후보 리스트의 첫 번째 엔트리(즉, 첫 번째 참조 센서 후보)로 결정할 수 있다. 참조 센서 후보 리스트의 첫 번째 엔트리로 선정한 후, 후보 선정부(624)는 남아있는 센서들 중에서 현재의 후보 리스트에 가장 큰 정보량을 제공할 수 있는 센서를 후보 리스트의 새로운 엔트리로 추가하는 프로세스를 반복함으로써, 미리 설정된 개수만큼 참조센서 후보들을 선정한다.
최적필터 연산부(625)는 참조 센서 후보들로부터 고려될 수 있는 참조 센서 후보들의 서브세트들 또는 조합들 각각에 대해 최적 필터(optimal filter)를 계산하는 시뮬레이션을 수행하도록 구성된다.
참조센서 관리부(620)는 참조 센서 후보들의 서브세트들 중에서 가장 좋은 제어 성능을 가지는 최적 필터에 대응하는 서브세트를, 타겟 구역을 위한 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서들의 서브세트로 결정할 수 있다.
소음제어신호 생성부(630)는, 참조센서 관리부(620)에 의해 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서들의 서브세트가 결정되면, 결정된 서브세트의 참조 센서들로부터 수신되는 참조 신호들을 이용하여 실내 소음 신호를 상쇄하기에 적합한 소음 제어 신호를 생성하도록 구성된다.
본 명세서에 설명되는 디바이스들, 유닛들, 방법들의 다양한 구현예들은, 디지털 전자 회로, 집적 회로, FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit), 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 이러한 다양한 구현예들은 프로그래밍 가능 시스템상에서 실행 가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로 구현되는 것을 포함할 수 있다. 프로그래밍 가능 시스템은, 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 디바이스, 그리고 적어도 하나의 출력 디바이스로부터 데이터 및 명령을 수신하고 이들에게 데이터 및 명령을 전송하도록 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능 프로세서(이것은 특수 목적 프로세서일 수 있거나 혹은 범용 프로세서일 수 있음)를 포함한다. 컴퓨터 프로그램들(이것은 또한 프로그램들, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션들 혹은 코드로서 알려져 있음)은 프로그래밍 가능 프로세서에 대한 명령어들을 포함하며 "컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체"에 저장된다.
컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 이러한 컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체는 ROM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등의 비휘발성(non-volatile) 또는 비 일시적인(non-transitory) 매체를 더 포함할 수도 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는　기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다.
본 명세서에 설명되는 시스템들 및 기법들의 다양한 구현예들은, 프로그램가능 컴퓨터에 의하여 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 프로그램가능 프로세서, 데이터 저장 시스템(휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 다른 종류의 저장 시스템이거나 이들의 조합을 포함함) 및 적어도 한 개의 커뮤니케이션 인터페이스를 포함한다. 예컨대, 프로그램가능 컴퓨터는 서버, 네트워크 기기, 셋톱박스, 내장형 장치, 컴퓨터 확장 모듈, 개인용 컴퓨터, 랩톱, PDA(Personal Data Assistant), 클라우드 컴퓨팅 시스템 또는 모바일 장치 중 하나일 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 차량의 능동 소음 제어를 위한 방법에 있어서,
    상기 차량에 배열된 복수의 센서로부터 각각 노면으로부터 유입되는 진동을 나타내는 참조 신호를 획득하고, 상기 차량의 객실내 타겟 구역에 위치한 적어도 하나의 마이크로폰으로부터 실내 소음을 나타내는 소음 신호를 획득하는 단계;
    상기 복수의 센서 각각에 대해 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 값을 계산하고, 상기 복수의 센서 중에서 상기 상관성 값이 가장 큰 참조 신호에 대응하는 센서를 후보 리스트의 첫 번째 엔트리(entry)로 선정하는 단계;
    상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달할 때까지, 상기 복수의 센서 중에서 현재의 후보 리스트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 현재의 후보 리스트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 반복하는 단계;
    상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달하면, 상기 후보 리스트에 포함된 센서들을 이용하여 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트를 설정하는 단계; 및
    상기 참조 센서 세트에 대응하는 참조 센서들로부터 획득되는 참조 신호들을 기초로 상기 타겟 구역을 위한 소음 제어 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 현재의 후보 리스트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스는,
    상기 현재의 후보 리스트에 포함된 각 참조 센서에 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 정보량을 나타내는 상기 현재의 후보 리스트에 대한 정보 행렬을 구성하는 단계;
    상기 복수의 센서들 중에서 상기 현재의 후보 리스트에 포함되지 않은 남아있는 센서들 각각에 대해, 상기 현재의 후보 리스트에 새로운 엔트리로 추가될 때 상기 현재의 후보 리스트에 부가되는 상관성 정보량을 산출하는 단계; 및
    상기 현재의 후보 리스트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 현재의 후보 리스트에 추가하여 상기 현재의 후보 리스트를 갱신하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 현재의 후보 리스트에 부가되는 상관성 정보량은
    주어진 센서에 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 값 및 상기 현재 후보 리스트에 대한 정보 행렬을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트는 상기 후보 리스트에 포함된 모든 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트를 설정하는 단계는,
    상기 후보 리스트에 포함된 센서들의 세트로부터 고려될 수 있는 센서들의 서브세트들 각각에 대해 최적 필터를 계산하는 단계; 및
    상기 센서들의 서브세트들 중에서 가장 좋은 제어 성능을 가지는 최적 필터에 대응하는 센서들의 서브세트를 상기 참조 센서 세트로 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 참조 센서 세트를 이용하여 원하는 제어 성능 수준을 달성하지 못하면, 상기 복수의 센서 중에서 상기 참조 센서 세트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 참조 센서 세트의 새로운 엔트리로 선정하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 승객 착석 배치를 결정하기 위해 상기 차량 내 승객의 착석 상태를 탐지하는 단계; 및
    상기 승객 착석 배치를 기초로 상기 타겟 구역을 결정하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  8. 차량의 능동 소음 제어를 위한 제어 디바이스로서,
    메모리; 및
    적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
    상기 차량에 배열된 복수의 센서로부터 각각 노면으로부터 유입되는 진동을 나타내는 참조 신호를 획득하고, 상기 차량의 객실내 타겟 구역에 위치한 적어도 하나의 마이크로폰으로부터 실내 소음을 나타내는 소음 신호를 획득하는 단계;
    상기 복수의 센서 각각에 대해 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 값을 계산하고, 상기 복수의 센서 중에서 상기 상관성 값이 가장 큰 참조 신호에 대응하는 센서를 후보 리스트의 첫 번째 엔트리(entry)로 선정하는 단계;
    상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달할 때까지, 상기 복수의 센서 중에서 현재의 후보 리스트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 현재의 후보 리스트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 반복하는 단계;
    상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달하면, 상기 후보 리스트에 포함된 센서들을 이용하여 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트를 설정하는 단계; 및
    상기 참조 센서 세트에 대응하는 참조 센서들로부터 획득되는 참조 신호들을 기초로 상기 타겟 구역을 위한 소음 제어 신호를 생성하는 단계
    를 수행하도록 구성된, 제어 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 현재의 후보 리스트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스는,
    상기 현재의 후보 리스트에 포함된 각 참조 센서에 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 정보량을 나타내는 상기 현재의 후보 리스트에 대한 정보 행렬을 구성하는 단계;
    상기 복수의 센서들 중에서 상기 현재의 후보 리스트에 포함되지 않은 남아있는 센서들 각각에 대해, 상기 현재의 후보 리스트에 새로운 엔트리로 추가될 때 상기 현재의 후보 리스트에 부가되는 상관성 정보량을 산출하는 단계; 및
    상기 현재의 후보 리스트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 현재의 후보 리스트에 추가하여 상기 현재의 후보 리스트를 갱신하는 단계
    를 포함하는, 제어 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 현재의 후보 리스트에 부가되는 상관성 정보량은,
    주어진 센서에 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 값 및 상기 현재 후보 리스트에 대한 정보 행렬을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 제어 디바이스.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트는 상기 후보 리스트에 포함된 모든 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 디바이스.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트를 설정할 때,
    상기 후보 리스트에 포함된 센서들의 세트로부터 고려될 수 있는 센서들의 서브세트들 각각에 대해 최적 필터를 계산하고, 상기 센서들의 서브세트들 중에서 가장 좋은 제어 성능을 가지는 최적 필터에 대응하는 센서들의 서브세트를 상기 참조 센서 세트로 결정하도록 구성된, 제어 디바이스.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 참조 센서 세트를 이용하여 원하는 제어 성능 수준을 달성하지 못하면, 상기 복수의 센서 중에서 상기 참조 센서 세트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 참조 센서 세트의 새로운 엔트리로 선정하도록 구성된, 제어 디바이스.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 차량의 승객 착석 배치를 결정하기 위해 상기 차량 내 승객의 착석 상태를 탐지하고, 상기 승객 착석 배치를 기초로 상기 타겟 구역을 결정하도록 구성된, 제어 디바이스.
  15. 명령어들이 기록된 컴퓨터 판독가능한 비일시적 기록매체로서, 상기 명령어들은 컴퓨터 디바이스의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터 디바이스로 하여금,
    차량에 배열된 복수의 센서로부터 각각 노면으로부터 유입되는 진동을 나타내는 참조 신호를 획득하고, 상기 차량의 객실내 타겟 구역에 위치한 적어도 하나의 마이크로폰으로부터 실내 소음을 나타내는 소음 신호를 획득하는 단계;
    상기 복수의 센서 각각에 대해 대응하는 참조 신호와 상기 소음 신호 간의 상관성 값을 계산하고, 상기 복수의 센서 중에서 상기 상관성 값이 가장 큰 참조 신호에 대응하는 센서를 후보 리스트의 첫 번째 엔트리(entry)로 선정하는 단계;
    상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달할 때까지, 상기 복수의 센서 중에서 현재의 후보 리스트에 가장 큰 상관성 정보량을 부가하는 센서를 상기 현재의 후보 리스트의 새로운 엔트리로 선정하는 프로세스를 반복하는 단계;
    상기 후보 리스트에 포함된 엔트리들의 개수가 기 설정된 개수에 도달하면, 상기 후보 리스트에 포함된 센서들을 이용하여 능동 소음 제어에 이용할 참조 센서 세트를 설정하는 단계; 및
    상기 참조 센서 세트에 대응하는 참조 센서들로부터 획득되는 참조 신호들을 기초로 상기 타겟 구역을 위한 소음 제어 신호를 생성하는 단계
    를 수행하게 하는, 컴퓨터 판독가능한 비일시적 기록매체.
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