KR920004775B1 - Active noise control method of duct - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 본 발명장치를 설명하기 위한 전체블럭도.1 is an overall block diagram for explaining the apparatus of the present invention.
제 2 도는 본 발명장치의 각구성 부품의 연결 상태도.2 is a connection state diagram of each component of the apparatus of the present invention.
제 3 도는 본 발명장치에 사용되는 음향 피드백 보상필터 추정 기법을 나타낸 도면.3 is a diagram illustrating an acoustic feedback compensation filter estimation technique used in the present invention.
제 4 도는 본 발명장치에 사용되는 에러경로보상필터 추정기법을 나타낸 도면.4 is a diagram showing an error path compensation filter estimating method used in the apparatus of the present invention.
제 5 도는 본 발명장치 중 에러경로보상필터군과 LMS적응 알고리즘의 상세도.5 is a detailed diagram of an error path compensation filter group and an LMS adaptation algorithm in the present invention.
제 6 도 및 제 7 도는 종래의 능동소음 감쇄방법을 설명하기 위한 블럭도.6 and 7 are block diagrams illustrating a conventional active noise attenuation method.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 적용음향환경 21 : 입력소음10: Applied acoustic environment 21: Input noise
22 : 출력소음 30 : 에러경로보상필터군22: output noise 30: error path compensation filter group
40 : 탐지센서 51,52 : 에러센서40: detection sensor 51,52: error sensor
61,62 : 제 1 및 제 2 상쇄음파발생기 71,72 : 제 1 및 제 2 음향피드백 보상필터61,62: first and second offset generator 71,72: first and second acoustic feedback compensation filter
81,82 : 제 1 및 제 2 주제 어필터 90 : LMS적응 알고리즘81,82: first and second subject filter 90: LMS adaptation algorithm
100 : 제어부100: control unit
140 : 디지탈 신호처리 전문마이크로 프로세서140: Digital Signal Processing Microprocessor
본 발명은 덕트, 파이프, 배기관, 실내공간, 또는 이와 유사한 음향환경(이하 적용음향 환경이라 칭함)에서의 적응필터(Adaptive filter)를 이용한 능동소음 감쇄장치에 관한 것으로서, 특히 한개 또는 다수의 탐지용 신호변환기(마이크로폰, 압력계, 가속계등, 이하 탐지센서라 칭함)와 한개 또는 다수의 에러 검출용 신호변환기(이하 에러센서라 칭함)를 사용하여 능동소음제어계통의 가 관측성(Observability)을 향상시키고, 한개 또는 다수의 소음 상쇄용 음파발생기(스피커, 기진기 등 이하 상쇄음파발생기)를 사용하여 능동소음감쇄계통의 가 제어성(Controllability)을 향상시켜 적용음향 환경내에서 평면파(Plane Wave)로 전달되는 소음의 감소를 증대시킬 뿐만 아니라, 고차모드(Higher Order Mode)로 전달되는 소음의 제어도 가능케한 덕트 및 적용음향 환경에서의 진동소음 감쇄장치에 관한 것이다.The present invention relates to an active noise attenuation device using an adaptive filter in a duct, pipe, exhaust pipe, indoor space, or a similar acoustic environment (hereinafter referred to as an applied acoustic environment). By using a signal converter (microphone, pressure gauge, accelerometer, detection sensor, etc.) and one or more error detection signal converters (hereinafter, referred to as error sensors) to improve the observability of the active noise control system Using one or more noise canceling sound generators (such as loudspeakers and vibration suppressors) to improve the controllability of the active noise attenuation system and transmit it as a plane wave in the applied acoustic environment. Vibration in duct and applied acoustic environments that not only increases the reduction of noise, but also enables the control of noise transmitted in the higher order mode. It relates to a noise damping device.
종래에는 위에서 언급한 음향환경내에서의 소음의 감소를 위하여 주로 흡음재료를 사용하여 왔다.Conventionally, sound absorbing materials have been mainly used to reduce noise in the acoustic environment mentioned above.
그러나 이와 같은 흡음재료를 이용할 경우에는 소음감소대책은 500Hz이상 고주파 영역에서는 효과가 있으나, 500Hz이하 저주파 영역에서는 그 효과가 매우 적다.However, in the case of using such a sound absorbing material, the noise reduction measures are effective in the high frequency region of 500 Hz or more, but the effect is very small in the low frequency region of 500 Hz or less.
이러한 500HZ이하의 저주파 소음은 각종 구조물의 진동을 야기시켜 정밀작업이 요구되는 환경을 파괴하고, 심지어는 구조물에 손상을 입힐 수도 있을 뿐만 아니라, 이러한 소음에 노출된 사람의 심리를 불안케하여 일의 능률을 떨어뜨림은 물론이거니와 청각장애를 일으킬 수도 있다.The low frequency noise below 500HZ causes vibrations of various structures, destroying the environment requiring precise work, and even damaging the structures, and disturbing the psychology of the person exposed to these noises. Of course, it can also cause hearing loss.
또한 청정 환경이 요구되는 곳에서의 소음감소를 위하여 흡음재료를 사용할 경우 흡음재료로부터 떨어져 나오는 미세분에 의해 청정환경의 보존이 어려워지는 문제점이 있었다.In addition, when the sound absorbing material is used to reduce noise in a place where a clean environment is required, there is a problem that it is difficult to preserve the clean environment due to the fine particles falling off from the sound absorbing material.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 흡음재료를 이용하는 수동소음제어(Passive Noise Control)대책 대신 그 소음과 같은 진폭을 갖고 위상차가 180°인 음파를 인위적으로 발생시켜 인위적으로 생성된 음파와 원하지 않는 소음을 서로 상쇄시키는 능동소음제어방법(Active Noise Control)이 개발되어 왔다.In order to solve these problems, instead of passive noise control using sound absorbing materials, sound waves having the same amplitude and phase difference 180 ° are artificially generated to cancel artificially generated sound waves and unwanted noises. Active Noise Control has been developed.
제 6 도와 제 7 도는 대표적인 종래의 능동소음 감쇄방법을 보여주는 것으로 제 6 도의 경우 인위적으로 소정의 음파를 발생시키는 두개의 스피커(61,62)와 ; 상기 스피커(61,62)에서 출력되는 음파간의 차를 주기위한 시간 지연장치(99)를 이용하여 스피커로부터 방사된 상쇄음파가 출력소음(22)진행방향으로만 전파되도록 설치하여 상쇄음파가 입력음파(21)쪽에 설치된 탐지센서(40)에 의해 다시 탐지되지 않도록 하는 방법이다.6 and 7 show typical conventional active noise attenuation methods, and in FIG. 6, two speakers 61 and 62 artificially generating predetermined sound waves; The offset sound waves radiated from the speaker are propagated only in the direction of the output noise 22 by using the time delay device 99 for giving a difference between the sound waves output from the speakers 61 and 62 so that the offset sound waves are input sound waves. It is a method to prevent the detection again by the detection sensor 40 installed on the (21) side.
이와 같이 지향성을 갖는 스피커 배열을 사용할 경우에는 상쇄음파가 탐지센서에 탐지되는 음향 피드백 현상을 감지시켜 피드백 루프에 의한 능동소음감쇄기의 발산현상을 방지할 수 있으나, 요구되는 정밀도의 지향성을 갖는 스피커 배열의 설치가 매우 까다릅고, 설치 및 제작비용이 많이 들어, 설치가 간편하고 제작 및 설치비용이 저렴한 무방향성을 갖는 스피커를 사용하고, 음향 피드백 현상은 능동소음제어 프로그램에서 보상해주는 것이 바람직하다.In the case of using a directional speaker array, an acoustic feedback phenomenon in which offset sound waves are detected by a detection sensor can be detected to prevent divergence of an active noise attenuator due to a feedback loop, but a speaker array having directionality required precision is required. It is preferable to use a non-directional speaker which is very difficult to install and requires a lot of installation and manufacturing costs, and is easy to install and low in manufacturing and installation cost, and the acoustic feedback phenomenon is compensated by an active noise control program.
제 6 도의 능동소음감쇄 방법은 평면파로 진행하는 소음의 제어만이 가능하며 고차모드로 진행하는 소음의 감쇄성능은 미약하다.The active noise attenuation method of FIG. 6 can only control the noise propagating in the plane wave, and the attenuation performance of the noise propagating in the higher order mode is weak.
제 7 도는 무방향성 스피커를 사용하는 능동소음 감쇄방법으로서, 음향 피드백 현상은 피드백 보상필터(71)로 보상하며, IIR(Infinite Impulse Response)필터 형태를 갖는 두개의 주 제어필터(81,82)를 사용한다.7 is an active noise attenuation method using non-directional speakers, and the acoustic feedback phenomenon is compensated by a feedback compensation filter 71, and two main control filters 81 and 82 having an Infinite Impulse Response (IIR) filter form are shown. use.
이 방법 역시 평면파로 진행하는 소음의 제어만이 가능하며, 제어필터가 IIR필터 형태를 갖고 있으므로 IIR필터 특성상 능동 소음 감쇄기의 안정성(Stability)이 보장되지 아니한다.In this method, only the control of the noise propagating through the plane wave is possible, and since the control filter has an IIR filter type, the stability of the active noise attenuator is not guaranteed due to the characteristics of the IIR filter.
제 6 도와 제 7 도에서 보여준 바와같이 종래 능동소음 감쇄방법의 경우 대부분 평면파로 진행되는 소음의 제어에 국한되어 있다.As shown in FIG. 6 and FIG. 7, the conventional active noise attenuation method is limited to the control of noise propagated by plane waves.
고차모드로 진행되는 소음의 제어를 위해 제 7 도의 능동소음 감쇄계통을 병렬로 합성한 방법이 발표되었으나, 이 방법의 경우 동수의 에러센서와 상쇄음파발생기를 짝을지어 사용하며, 각 상쇄음파발생기는 그와 짝이 되는 에러센서 및 탐지센서에 의해서만 제어된다.A method of synthesizing the active noise attenuation system of FIG. 7 in parallel has been published for the control of the noise in the higher order mode. However, this method uses the same number of error sensors and offset generators, and each offset generator. Is controlled only by the error sensor and detection sensor that are paired with it.
이 경우 서로 짝지어지지 않은 에러센서와 상쇄음파발생기 사이에 존재하는 상호연관현상(Cross Coupling)을 해결하기 어려워 능동소음 감쇄성능이 저하된다.In this case, it is difficult to solve cross-coupling between the error sensors and the offset acoustic wave generators that are not paired with each other, thereby degrading active noise attenuation performance.
본 발명의 능동소음 제어방법의 경우 모든 에러센서의 신호가 종합적으로 능동소음 감쇄필터를 제어해주므로서 이러한 상호연관현상에 의한 성능저하가 일어나지 않는다.In the active noise control method of the present invention, since the signals of all the error sensors collectively control the active noise attenuation filter, such performance degradation does not occur.
본 발명의 목적은 위에서 언급된 바와 같은 수동소음 감쇄대책 및 종래의 상쇄적 능동소음 감쇄대책의 문제점을 개선하기 위한 것으로서 한개 또는 다수의 탐지센서, 에러센서 및 상쇄음파발생기를 사용하여 능동소음감쇄계통의 기관측성 및 가제어성을 향상시켜 적용음향환경내에서 평면파 및 고차모드로 전달되는 소음을 제거할 수 있는 덕트 및 적용음향 환경에서의 능동소음 감쇄장치를 제공하는데 있으며, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.An object of the present invention is to improve the problems of passive noise attenuation countermeasures and conventional offset active noise attenuation countermeasures as mentioned above, using one or more detection sensors, error sensors and offset generators. The present invention provides an active noise attenuation device in a duct and an applied acoustic environment that can remove noise transmitted in a plane wave and a higher order mode in an applied acoustic environment by improving the engine measurement and controllability of the present invention. The present invention is described in detail as follows.
제 1 도에 나타낸 바와같이 본 발명장치는 능동소음 감쇄계통의 적용음향환경(10)내에 유입되는 소음원으로부터의 입력소음(21)을 감지하는 탐지센서(40)와 ; 상기 입력소음(21)을 상쇄시켜 출력소음(22)을 최소화시키기 위해 소정의 음파를 출력시켜 주는 제 1 및 제 2 상쇄음파발생기(61,62)와 ; 상기 제 1 및 제 2 상쇄음파발생기 (61,62)에서 발생한 상쇄음파가 탐지센서(40)로 피드백되는 현상을 보상해주는 제 1 및 제 2 음향 피드백 보상필터(71,72)와 ; 상기 탐지센서(40)에서 출력되는 입력소음탐지신호(101)에서 상기 제 1음향 피드백 보상필터(71)에서 출력되는 음향 피드백 보상신호를 감산시켜 주는 제 1 감산기(91)와 ; 상기 제 1 감산기(91)의 출력신호에서 상기 제 2 음향 피드백 보상필터(72)의 출력되는 음향 피드백 보상신호를 감산시켜 주는 제 2 감산기(92)와 ; 상기 제 2 감산기(92)에서 출력되는 소정신호를 각각 입력받아 상쇄음파 신호를 출력시켜 주는 제 1 및 제 2 주 제어필터(81,82)와 ; 상기 제 2 감산기(92)의 출력신호를 입력받아 능동소음 감쇄계통의 적용되는 음향환경을 모델링하는 에러경로보상필터군(37)과 ; 상기 입력소음(21)이 상쇄음파에 의해 상쇄되지 않은 부분을 감지하는 에러센서(51.52)와, 상기 에러경로보상필터군(30)에서 출력되는 소정신호와 상기 에러센서(51,52)에서 출력되는 에러신호를 입력받아 상기 제 1 및 제 2주 제어필터(81,82)를 제어하는 LMS적응 알고리즘(90)과를 상호 연결구성하여서 된 것이다.As shown in FIG. 1, the apparatus includes: a detection sensor 40 for detecting input noise 21 from a noise source flowing into an applied acoustic environment 10 of an active noise attenuation system; First and second offset sound generators 61 and 62 for outputting a predetermined sound wave to cancel the input noise 21 to minimize the output noise 22; First and second acoustic feedback compensation filters (71, 72) for compensating for the phenomenon that the offset sound waves generated by the first and second offset sound generators (61, 62) are fed back to the detection sensor (40); A first subtractor (91) for subtracting the acoustic feedback compensation signal output from the first acoustic feedback compensation filter (71) from the input noise detection signal (101) output from the detection sensor (40); A second subtractor (92) for subtracting the acoustic feedback compensation signal output from the second acoustic feedback compensation filter (72) from the output signal of the first subtractor (91); First and second main control filters 81 and 82 for receiving predetermined signals output from the second subtractor 92 and outputting offset sound signals; An error path compensation filter group 37 for receiving an output signal of the second subtractor 92 and modeling an acoustic environment applied to an active noise attenuation system; An error sensor 51.52 for detecting a portion of the input noise 21 not canceled by offset sound waves, a predetermined signal output from the error path compensation filter group 30, and an output from the error sensors 51 and 52; The LMS adaptation algorithm 90 which controls the first and second main control filters 81 and 82 by receiving the error signal to be inputted is interconnected.
또한, 상기에서의 음향 피드백 보상필터(71,72), 주 제어필터(81,82), 에러경로보상필터군(30), 감산기(91,92) 및 LMS적응 알고리즘(90)은 본 발명장치에 사용되는 디지탈 신호처리 전문 마이크로 프로세서내에 프로그램으로 구현되어 저장되며, 이를 통털어서 능동소음 감쇄장치 제어부(100)라 칭한다.In addition, the acoustic feedback compensation filter (71, 72), the main control filter (81, 82), the error path compensation filter group 30, the subtractor (91, 92) and the LMS adaptation algorithm (90) are the apparatus of the present invention. The program is embodied and stored in a digital signal processing professional microprocessor to be used for, which is collectively referred to as an active noise attenuator controller 100.
이외에도 본 발명장치를 구현하기 위해 사용되는 구성부품은 제 2 도에 나타낸 바와같이 입력소음 탐지센서(40)와 에러센서(51,52)에서 출력되는 미소신호를 각각 증폭시켜 주는 전치중폭기(110)와 ; 상기 전치증폭기(110)의 출력신호중 불필요한 고주파성분을 제거하는 알리아싱(Aliasing)방지필터(120)와 ; 상기 알리아싱 방지필터(120)에서 출력되는 아날로그신호를 소정의 디지탈신호로 변환시켜주는 A/D변환기(130)와 ; 프로그램메모리(150)에 저장된 프로그램과 데이타메모리(160)에 저장되어 있는 입력소음 탐지신호 및 각종 필터계수를 이용하여 상기 A/D변환기(130)에서 출력되는 소정 신호를 분석처리하여 상쇄음파를 발생시키기 위한 소정의 디지탈신호를 출력시키는 디지탈 신호처리 전문 마이크로프로세서(140)와 ; 상기 디지탈 신호처리 전문 마이크로 프로세서(140)에서 출력되는 디지탈 상쇄음파신호를 아날로그신호로 변환시켜주는 D/A변환기(170)와 ; 상기 D/A변환기(170)에서 출력되는 아날로그 상쇄음파내에 포함된 고주파성분을 제거해주는 재생발생(Reconstruction)필터(180)와 ; 상기 재생발생필터(180)에서 출력되는 신호를 증폭시켜 상쇄음파발생기(61,62)를 구동시키는 전력증폭기(190)로 구성되어 있다.In addition to the components used to implement the device of the present invention, as shown in Figure 2 pre-amplifier 110 for amplifying the small signal output from the input noise detection sensor 40 and the error sensor (51, 52), respectively Wow ; An anti-aliasing filter 120 for removing unnecessary high frequency components from the output signal of the preamplifier 110; An A / D converter 130 for converting an analog signal output from the antialiasing filter 120 into a predetermined digital signal; An offset sound wave is generated by analyzing a predetermined signal output from the A / D converter 130 using a program stored in the program memory 150 and an input noise detection signal and various filter coefficients stored in the data memory 160. A digital signal processing specialized microprocessor 140 for outputting a predetermined digital signal for making a digital signal; A D / A converter 170 for converting the digital offset sound signal output from the digital signal processing microprocessor 140 into an analog signal; A reconstruction filter 180 for removing high frequency components included in the analog offset sound waves output from the D / A converter 170; And a power amplifier 190 for driving the offset sound generators 61 and 62 by amplifying the signal output from the regenerative generation filter 180.
한편, 상기 에러경로보상필터군(30)은 제 5 도에 나타낸 바와같이 다수개의 에러경로보상필터(31∼34)를 상호 병렬연결하여서 된 것이고, 상기 LMS적응 알고리즘(90)은 상기 에러경로보상필터군(30)에서 출력되는 출력신호(161-164)와 에러센서(51,52)에 의해 감지되는 에러신호(105,106)를 상호비교하는 다수개의 곱셈기(131~134)와 ; 상기 곱셈기(131~134)의 출력신호를 각각 합해주는 합산기(141,142)와 ; 상기 합산기(141,142)의 출력신호를 증폭시켜 제 1 및 제 2주 제어필터(81,82)의 계수변화율을 제공하는 증폭기(151,152)를 상호연결구성하여서 된 것이다.On the other hand, the error path compensation filter group 30 is made by connecting a plurality of error path compensation filters 31 to 34 in parallel as shown in FIG. 5, and the LMS adaptation algorithm 90 performs the error path compensation. A plurality of multipliers 131 to 134 comparing the output signals 161 to 164 output from the filter group 30 and the error signals 105 and 106 detected by the error sensors 51 and 52; Summers 141 and 142 for summing output signals of the multipliers 131 to 134; The amplifiers 151 and 152 which amplify the output signals of the summers 141 and 142 to provide coefficient change rates of the first and second main control filters 81 and 82 are interconnected.
이와 같은 구성으로 된 본 발명장치의 작용효자를 제 1 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 1 the effect of the device of the present invention having such a configuration as follows.
먼저, 본 발명의 능동소음 감쇄원리는 입력소음(21)과 진폭이 같고 위상차가 180도인 음파를 인위적으로 발생시켜 입력소음을 상쇄시키는 것이므로 입력소음을 정확히 측정해야 한다.First, since the active noise attenuation principle of the present invention cancels the input noise by artificially generating sound waves having the same amplitude as the input noise 21 and having a phase difference of 180 degrees, the input noise must be accurately measured.
따라서 본 발명장치에서는 입력소음(21)의 측정을 위하여 소음원 근처에 설치된 탐지센서(40)를 사용한다. 그러나 능동소음제어장치 작동중 탐지센서(40)에 측정되는 신호내에는 소음원에서 방사된 일력소음(21)성분 뿐만 아니라 무지향성 상쇄음파발생기(61,62)애서 방사된 상쇄용 음파 성분도 포함되어 있다.Therefore, the present invention uses the detection sensor 40 installed near the noise source for the measurement of the input noise (21). However, in the signal measured by the detection sensor 40 during the operation of the active noise control device, not only the components of the day noise 21 radiated from the noise source but also the offset sound components radiated from the omnidirectional offset generators 61 and 62 are included. .
이와 같이 상쇄용 음파가 출력소음(22) 방향으로 전파되어 요구되는 소음상쇄 작용을 하는 외에 탐지센서 방향으로 전파되어 탐지센서에 다시 측정되는 현상을 음향 피드백 현상이라 한다.As described above, a phenomenon in which the offset sound wave propagates in the direction of the output noise 22 and performs the required noise canceling effect is also propagated toward the detection sensor and measured again by the detection sensor.
또한 상기 상쇄 음파발생기에서 방사된 음파성분이 포함된 탐지센서 측정신호를 그대로 능동소음제어 주 제어필터 (81,82)에 일력시킬 경우, 결국 주 제어 필터의 출력신호가 주 제어 필터의 입력으로 되돌아오는 피드백 루프가 형성되어 능동소음 감쇄장치의 성능이 감쇄될 뿐만 아니라 불안정하게 되어 제어계통의 발산이 초래된다.In addition, when the detection sensor measurement signal including the sound wave component emitted from the offset sound generator is directly transmitted to the active noise control main control filters 81 and 82, the output signal of the main control filter returns to the input of the main control filter. A feedback loop is formed that not only attenuates the performance of the active noise attenuator but also becomes unstable, leading to divergence of the control system.
그러므로 본 발명에서는 이러한 음향 피드백 현상을 제거하기 위하여 음향 피드백 현상을 모델링하는 음향피드백 보상 필터(71,72)를 사용하여 탐지센서 측정신호(제 1 도의 101)에서 음향 피드백 성분을 제거하여 제어계통에 피드백 루프가 형성되는 것을 방지하였다.Therefore, in the present invention, the acoustic feedback component is removed from the detection sensor measurement signal (101 in FIG. 1) using the acoustic feedback compensation filters 71 and 72 for modeling the acoustic feedback phenomenon to remove the acoustic feedback phenomenon. The feedback loop was prevented from forming.
즉, 음향 피드백 보상필터(71,72)는 상쇄음파발생기(61,62)와 탐지센서(40)의 전달함수를 모델링하는 필터이므로 감산기(91,92)에서 음향 피드백 성분이 제거된다.That is, since the acoustic feedback compensation filters 71 and 72 are filters for modeling the transfer functions of the offset acoustic generators 61 and 62 and the detection sensor 40, the acoustic feedback components are removed from the subtractors 91 and 92.
다음에 주 제어 필터(81,82)는 상기에서 음향 피드백 성분이 제거된 탐지센서 출력신호(101)를 입력으로 받아들여 입력소음(21)을 상쇄시킬 수 있는 파형의 소정신호(103,104)를 합성하여 상쇄음파발생기(61,62)에 공급한다.The main control filters 81 and 82 then accept the detection sensor output signal 101 from which the acoustic feedback component has been removed as an input and synthesize the predetermined signals 103 and 104 of the waveform capable of canceling the input noise 21. To the offset acoustic generators 61 and 62.
이때, 입력소음(21)을 상쇄시키기 위해 상쇄음파발생기(61,62)에서 출력되어야 하는 음파의 최적상태는 입력소음과 동일한 진폭을 갖고 위상차가 180°인 음파이며, 이와 같이 이상적인 경우 입력소음은 상쇄소음에 의해 완전히 상쇄되어 출력소음이 없어질 것이다.At this time, the optimum state of the sound wave to be output from the offset sound generator (61, 62) in order to cancel the input noise 21 is a sound wave having the same amplitude as the input noise and the phase difference is 180 °, in this case the input noise is It will be completely offset by the offset noise and there will be no output noise.
그러나 주어진 음향환경을 모델링하기 위해 능동쇄음감소 제어부(100)안에 포함되어 있는 각종 필터들(30, 71, 72, 81, 82)이 실제 음향환경을 정확히 표현할 수 없는 등의 이유로 완전한 상쇄가 일어날 수 없고, 또한 많은 실제적용의 경우 음향환경 및 입력소음의 특성이 시간에 따라 변화하므로 본 발명의 능동소음 감쇄장치에서는 이러한 변화에 대처할 수 있도록 입력소음중 상쇄음파에 의해 상쇄되지 않는 부분을 다시 에러센서(51,52)로 탐지하여 이 에러신호를 능동소음 감쇄기내로 피드백(Feedback)시키는 적응 필터기법(Adaptive Filtering)을 사용하여 능동소음 감쇄계통의 성능향상을 기하였다.However, in order to model a given acoustic environment, a complete cancellation may occur because various filters 30, 71, 72, 81, and 82 included in the active attenuation controller 100 cannot accurately represent the actual acoustic environment. In addition, in many practical applications, the acoustic environment and the characteristics of the input noise change over time, so that the active noise attenuation device of the present invention reconstructs the portion of the input noise that is not canceled by the offset sound wave to cope with such a change. The performance improvement of the active noise attenuation system was made by using adaptive filtering which detects (51, 52) and feeds back the error signal into the active noise attenuator.
위에서 언급된 바와같이 상기 주 제어필터(81,82)는 주어진 음향 환경 및 소음원 특성의 시간에 따른 변화에 대처할 수 있도록 적응필터로 구성되어 있으며, 안정성이 보장되는 FIR(Finite Impulse Response)형태를 갖는다.As mentioned above, the main control filters 81 and 82 are configured as adaptive filters to cope with a change in a given acoustic environment and noise source characteristics over time, and have a form of finite impulse response (FIR) that ensures stability. .
이 주 제어 적응필터(81,82)는 에러 경로보상 필터군(30)을 통과한 주 제어 필터의 입력신호(102)와 에러센서(51,52)로부터의 에러신호(105,106)를 이용하여, 각 에러센서 신호(105,106)의 자승의 합이 영으로 접근하도록 하는 상쇄음파발생신호(103,104)를 주 제어 필터가 출력시킬 수 있도록 주 제어필터 계수들이 매 샘플시각마다 적응되도록 설계되어 있다.This main control adaptive filter 81, 82 uses the input signal 102 of the main control filter which has passed through the error path compensation filter group 30 and the error signals 105, 106 from the error sensors 51, 52, The main control filter coefficients are designed to be adapted at every sample time so that the main control filter outputs the offset sound generating signals 103 and 104 which allow the sum of squares of the error sensor signals 105 and 106 to approach zero.
또한 본 발명에서 사용한 적응필터 기법은 Filtered-x LMS적응필터 기법이라 불리우며 제 5 도는 본 발명의 적응필터 기법을 상세히 나타낸 것이다In addition, the adaptive filter technique used in the present invention is called a Filtered-x LMS adaptive filter technique, and FIG. 5 shows the adaptive filter technique of the present invention in detail.
즉, 에러신호(105,106)와 에러 경로보상 필터군 출력신호(161, 162, 163, 164)의 비교는 다수개의 곱셈기(131, 132, 133, 134)에 의해 각각 수행되며, 비교 결과는 합산기(141,142)에 의해 합해진 후 주 제어필터 계수의 변화율을 조정하는 증폭기(151,152)를 통과하여 주 제어필터(81,82)에 인가되므로 주 제어필터(81,82)의 계수들이 매 샘플시각마다 적응 변동하게 된다.That is, the comparison of the error signals 105, 106 and the error path compensation filter group output signals 161, 162, 163, and 164 is performed by a plurality of multipliers 131, 132, 133, and 134, respectively. The coefficients of the main control filters 81 and 82 are adapted every sample time since they are added to the main control filters 81 and 82 through the amplifiers 151 and 152 which adjust the rate of change of the main control filter coefficients after being summed by (141, 142). Will fluctuate.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 적용음향 환경에서 발생되는 소음을 적어도 한개이상의 탐지센서와 적어도 한개이상의 에러센서에서 감지하므로 적용음향 환경내에 존재하는 평면파 및 고차모드 소음의 측정이 가능해지고, 상쇄음파를 적어도 한개이상의 상쇄음파발생기를 이용하여 발사시켜 주므로 평면파 및 고차모드 소음의 방사도 가능하게 되어 능동소음 감쇄계통의 가 관측성 및 가 제어성이 향상되어 적용음향 환경내의 평면과 및 고차모드의 소음을 감쇄시킬 수가 있다As described above, according to the present invention, the noise generated in the applied acoustic environment is detected by at least one or more detection sensors and at least one error sensor, thereby making it possible to measure plane waves and high-order mode noise present in the applied acoustic environment, and offset sound waves. Is fired using at least one offset sonar generator, which enables the emission of plane waves and high-order mode noises, and improves the observability and controllability of the active noise attenuation system. Can attenuate
다시 말해서 상기 탐지센서와 에러센서 및 상쇄음파발생기를 다수개 설치하여 주므로서 적용음향 환경내의 평면파를 포함한 고차모드의 소음도 감쇄시킬 수가 있는 것이다.In other words, by providing a plurality of detection sensors, error sensors, and offset acoustic wave generators, it is possible to attenuate high-order modes including plane waves in an applied acoustic environment.
그리고, 주 제어 필터(81,82)이외의 능동소음 제어부(100)에 포함되어 있는 음향 피드백 보상필터(71,72)와 에러경로보상필터(30)의 필터계수는 능동소음 상쇄장치 작동전에 각각 제 3 도와 제 4 도에 나타낸 바와같이 적응 최소 자승 시스템 추정기법(LMS Adaptive System Identification)을 이용하여 구해지며, 구해진 필터계수는 데이터 메모리(제 2 도의 160)에 저장되어 사용된다.In addition, the filter coefficients of the acoustic feedback compensation filters 71 and 72 and the error path compensation filter 30 included in the active noise control unit 100 other than the main control filters 81 and 82 are respectively determined before the active noise canceller. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, it is obtained by using an LMS adaptive system identification technique, and the obtained filter coefficient is stored and used in the data memory (160 in FIG. 2).
음향 피드백 보상필터는 상쇄음파발생기(61,62)와 탐지센서(40)사이의 음향환경을 모델링하는 전달함수이므로, 잡음신호발생기(제 3 도의 303)를 이용하여 백색 잡음신호(White noise)를 발생시켜 이 백색 잡음신호로 상쇄음파발생기를 구동시키고, 탐지센서(40)에서 음압을 측정하고, 상기에서 측정된 백색 잡음신호와 탐지센서 신호를 이용하여 식(1)에 주어진 적응 최소 자승 시스템 추정 알고리즘에 따라 음향 피드백 보상필터 계수를 구한다.The acoustic feedback compensation filter is a transfer function for modeling the acoustic environment between the offset acoustic wave generators 61 and 62 and the detection sensor 40, and thus a white noise signal is generated using a noise signal generator (303 in FIG. 3). Generate and drive an offset acoustic wave generator with this white noise signal, measure the sound pressure at the detection sensor 40, and estimate the adaptive least-squares system given in equation (1) using the measured white noise signal and the detection sensor signal. Obtain the acoustic feedback compensation filter coefficients according to the algorithm.
f(n+1)=f(n)+μFe(n)x(n) …………………………(1)f (n + 1) = f (n) + μ F e (n) x (n)... … … … … … … … … … (One)
여기서 f(n)=n번째 샘플링 시각에서의 음향 피드백 보상 필터계수Where f (n) = acoustic feedback compensation filter coefficient at the nth sampling time
μF=적응 필터 계수 적응율μ F = adaptive filter coefficient adaptation rate
e(n)=모델링오차신호(제 3 도의 301)e (n) = modeling error signal (301 in FIG. 3)
x(n)=백색잡음신호(제 3 도의 302)x (n) = white noise signal (302 in FIG. 3)
상기 음향 피드백 보상필터는 안정성이 보장되는 FIR필터형태를 갖으며, 데이터 메모리(제 2 도의 160)에 저장되어 있는 필터계수와 상쇄음파발생신호(제 1 도의 103 또는 104)를 이용하여 식(2)에 주어진 계산을 수행하여 음향 피드백 보상신호를 출력시키는 알고리즘으로 이루어져 있다.The acoustic feedback compensation filter has a form of FIR filter which guarantees stability. The acoustic feedback compensation filter uses the filter coefficient stored in the data memory (160 in FIG. 2) and the offset acoustic signal (103 or 104 in FIG. 1). ) And an algorithm for outputting the acoustic feedback compensation signal.
여기서 y(k)=음향 피드백 보상신호(음향 피드백 보상필터의 출력신호)Where y (k) = acoustic feedback compensation signal (output signal of the acoustic feedback compensation filter)
x(k)=상쇄음파발생신호(음향 피드백 보상필터의 입력신호)x (k) = offset sound generation signal (input signal of acoustic feedback compensation filter)
f(i)=음향 피드백 보상필터의 계수f (i) = coefficient of acoustic feedback compensation filter
L=음향 피드백 보상필터의 길이(계수의 갯수)다L = length of the acoustic feedback compensation filter
또한, 에러경로보상필터(30)는 능동소음 감쇄계통이 적용되는 음향환경을 모델링하기 위한 두번째 필터로써, 각 상쇄음파발생기(61,62)에서 각 에러센서(51,52)까지의 음향환경을 모델링하는 디지탈 FIR필터 형태를 갖는다.In addition, the error path compensation filter 30 is a second filter for modeling an acoustic environment to which the active noise attenuation system is applied. The error path compensation filter 30 is used to filter the acoustic environment from each offset generator 61 and 62 to each error sensor 51 and 52. It has a digital FIR filter shape to model.
제 4 도는 에러경로보상필터의 계수 추정방법을 나타내고 있다. 에러경로보상필터는 상쇄음파발생기(61,62)와 에러센서(51,52)사이의 음향환경을 모델링하는 전달함수이므로, 잡음신호 발생기(제 4 도의 403)를 이용하여 백색 잡음 신호를 발생시켜 이 백색 잡음신호로 상쇄음파발생기를 구동시키고, 에러센서(51또는 52)에서 음압을 측정하고, 상기에서 측정된 백색 잡음신호와 에러센서 신호를 이용하여 식(3)에 주어진 적응 최소 자승 시스템 추정 알고리즘에 따라 음향 피드백 보상필터 계수를 구한다.4 shows the coefficient estimation method of the error path compensation filter. The error path compensation filter is a transfer function for modeling an acoustic environment between the offset sound generators 61 and 62 and the error sensors 51 and 52, thereby generating a white noise signal using a noise signal generator (403 in FIG. 4). Drive the offset sonic generator with this white noise signal, measure the sound pressure at the error sensor 51 or 52, and estimate the adaptive least-squares system given in equation (3) using the measured white noise signal and the error sensor signal. Obtain the acoustic feedback compensation filter coefficients according to the algorithm.
c(n+1)=c(n)+μc(e(n)x(n) ……………………………(3)c (n + 1) = c (n) + μ c (e (n) x (n) …………………………… (3)
여기서 c(n)=n번째 샘플링 시각에서의 에러경로보상필터 계수Where c (n) = error path compensation filter coefficient at the nth sampling time
μc=적응필터 계수 적응율μ c = adaptive filter coefficient adaptation rate
e(n)=모델링 오차신호(제 4 도의 401)e (n) = modeling error signal (401 in FIG. 4)
x(n)=백색 잡음신호(제 4 도의 402)x (n) = white noise signal (402 in FIG. 4)
상기 에러경로보상필터는 안정성이 보장되는 FIR 필터형태를 갖으며, 데이터 메모리(제 2 도의 160)에 저장되어 있는 필터계수와 음향 피드백이 제거된 탐지센서 신호(제 1 도의 102)를 이용하여 식(4)에 주어진 계산을 수행하여 음향 피드백 보상신호를 출력시키는 알고리즘으로 이루어져 있다.The error path compensation filter has a form of a FIR filter which guarantees stability, and is formed by using a filter coefficient stored in a data memory (160 in FIG. 2) and a detection sensor signal (102 in FIG. 1) from which acoustic feedback is removed. It consists of an algorithm that outputs the acoustic feedback compensation signal by performing the calculation given in (4).
여기서 g(k)=k번째 샘플링 시각에서의 에러 경로보상 필터출력Where g (k) = error path compensation filter output at the kth sampling time
h(k)=k번째 샘플링 시각에서의 에러 경로보상 필터입력h (k) = Error path compensation filter input at the kth sampling time
(음향 피드백 보상과정을 거친 탐지센서 신호)(Detection sensor signal through sound feedback compensation process)
C(i)=에러경로보상필터의 계수C (i) = coefficient of error path compensation filter
M=에러경로보상필터의 깊이(계수의 갯수)M = depth of error path compensation filter (number of coefficients)
그리고, 제 2 도에서의 전치 증폭기(110)는 탐지센서(40) 및 에러센서(51,52)들로부터의 미세한 신호를 차후 각종 신호처리에 적합한 상태로 증폭시켜 주며, 전치 증폭기(110)를 통과한 아날로그 신호는 A/D변환기(130)를 통해 디지탈 신호로 변환되어 디지탈 신호처리 전문 마이크로 프로세서(140)에 입력되는데, 이때 전치증폭기에서 출력된 아날로그 신호는 A/D변환기(130)에 입력되기 전에 알리아싱(Aliasing)방지필터(120)를 통과하게 되며, 이 알리아싱 방지필터는 A/D변환시 발생하는 알리아싱 현상을 방지한다.In addition, the preamplifier 110 in FIG. 2 amplifies a minute signal from the detection sensor 40 and the error sensors 51 and 52 into a state suitable for various signal processing in the future. The passed analog signal is converted into a digital signal through the A / D converter 130 and input to the digital signal processing microprocessor 140, wherein the analog signal output from the preamplifier is input to the A / D converter 130. Before passing through the anti-aliasing (aliasing) filter 120, the anti-aliasing filter to prevent the aliasing phenomenon occurs during the A / D conversion.
또한, 디지탈 신호처리 전문 마이크로 프로세서 (140)상에 입력된 디지탈 신호는 소정의 프로그램 메모리(150) 및 데이터 메모리(160)에 저장되어 있는 능동소음제어 프로그램에 의해 분석처리되어 상쇄음파발생을 위한 디지탈 신호를 출력한다.In addition, the digital signal input to the digital signal processing professional microprocessor 140 is analyzed by an active noise control program stored in the predetermined program memory 150 and the data memory 160, and then digitally generated for offset sound wave generation. Output the signal.
이후, 디지탈신호처리부(140)에서 출력된 상쇄음파 디지탈 신호는 D/A변환기(170)에 의해 아날로그신호로 변환되며, 디지탈 신호의 아날로그 신호로의 변환시 발생하는 불필요한 고주파성분을 제거하기 위한 재생 발생필터(Reconstruction Filter : 180)를 통과하게 된다.Thereafter, the offset sound digital signal output from the digital signal processing unit 140 is converted into an analog signal by the D / A converter 170, and regeneration is generated to remove unnecessary high frequency components generated when the digital signal is converted into an analog signal. Pass through the filter (Reconstruction Filter: 180).
이 재생필터의 출력은 다시 전력 증폭기(190)에 의해 상쇄음파발생기(60)를 작동할 수 있도록 증폭되어 상쇄음파발생기로 보내진다.The output of this regeneration filter is amplified by the power amplifier 190 so that the offset sonic generator 60 can be operated and sent to the offset sonic generator.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 덕트등 적용음향환경에서 발생되는 소음을 적어도 한개이상의 탐지센서를 통해 감지하여 이와 진폭이 같고 위상이 180°다른 음파를 적어도 한개이상의 상쇄음파발생기를 통해 발생시켜 줌과 동시에 적어도 한개이상의 에러센서에서 검출되는 에러신호를 피드백시켜 재차적어도 한개이상의 상쇄음파발생기에 인가시켜 주므로서 능동소음 감쇄계통의 가 관측성 및 가 제어성이 향상되어 적용음향 환경내의 평면과 및 고차모드로 전달되는 소음까지를 감쇄시킬 수가 있는 유용한 발명인 것이다.As described above, according to the present invention, noise generated in an applied acoustic environment such as a duct is sensed by at least one detection sensor, and generates sound waves having the same amplitude and different phases by 180 ° through at least one offset sound generator. At the same time, the error signal detected by at least one error sensor is fed back and applied to at least one offset acoustic wave generator, thereby improving the observability and controllability of the active noise attenuation system. It is a useful invention that can attenuate even the noise transmitted in the mode.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019900019946A KR920004775B1 (en) | 1990-12-05 | 1990-12-05 | Active noise control method of duct |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019900019946A KR920004775B1 (en) | 1990-12-05 | 1990-12-05 | Active noise control method of duct |
Publications (1)
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KR920004775B1 true KR920004775B1 (en) | 1992-06-15 |
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ID=19307071
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KR1019900019946A KR920004775B1 (en) | 1990-12-05 | 1990-12-05 | Active noise control method of duct |
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KR (1) | KR920004775B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109515359A (en) * | 2017-09-19 | 2019-03-26 | 福特全球技术公司 | Ultrasonic noise in vehicle's passenger compartment is eliminated |
-
1990
- 1990-12-05 KR KR1019900019946A patent/KR920004775B1/en not_active IP Right Cessation
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