NO148465B

NO148465B - PROCEDURE AND DEVICE FOR MUTING SOUND IN A ROOM

Info

Publication number: NO148465B
Application number: NO770982A
Authority: NO
Inventors: George Brian Barrie Chaplin; Roderick Alan Smith
Original assignee: Sound Attenuators Ltd
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1977-03-21
Publication date: 1983-07-04
Also published as: NO770982L; NO148465C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning til dempning av lyd i et rom der det ved hjelp av en første transduktor, avledes et første elektrisk signal som representerer på en tidsavhengig måte, en primær-bølge som skal dempes og som kommer inn i det nevnte rom, The present invention relates to a method and a device for dampening sound in a room where, by means of a first transducer, a first electrical signal is derived which represents, in a time-dependent manner, a primary wave which is to be dampened and which enters the aforementioned room,

og der det nevnte første elektriske signal anvendes til frembringelse av et andre elektrisk signal som på sin side benyttes i en andre transduktor til frembringelse av en sekundærbølge i rommet, hvilken sekundærbølge i det minste delvis vil oppheve primærbølgen i det nevnte rom. En slik dempning betegnes som aktiv dempning, f.eks. av luftlyd i en kanal eller i et annet begrenset rom. and where said first electrical signal is used to produce a second electrical signal which is in turn used in a second transducer to produce a secondary wave in the room, which secondary wave will at least partially cancel the primary wave in the said room. Such damping is referred to as active damping, e.g. of airborne sound in a duct or in another confined space.

Da en lydbølge består av en serie kompresjoner og fortynninger har man lenge vært klar over at bølgens energi-innhold kan reduseres ved at primærbølgen kombineres med en spesielt fremkalt sekundærbølge på en slik måte at sekundær-bølgens fortynninger faller sammen med primærbølgens kompresjoner og omvendt. Dette reduserer trykkforandringene i mediet og trekker således energi fra primærbølgen. Fremgangsmåten for "aktiv" lyddempning er i grove trekk beskrevet i US patent nr. 2.043.416, og det er skjedd en betydelig utvikling på dette område i de senere år. As a sound wave consists of a series of compressions and dilutions, it has long been known that the energy content of the wave can be reduced by combining the primary wave with a specially induced secondary wave in such a way that the dilutions of the secondary wave coincide with the compressions of the primary wave and vice versa. This reduces the pressure changes in the medium and thus extracts energy from the primary wave. The procedure for "active" sound attenuation is roughly described in US patent no. 2,043,416, and there has been significant development in this area in recent years.

Sekundærbølgen må fremkalles i et nøyaktig forhold til den primærbølge den skal "oppheve", og selv om det er oppnådd betydelig fremgang ved "aktiv" demping av primær-bølger med enkel sinusform har den hittil oppnådd dempnings-kvaliteten- når primærbølgen er naturlig forekommende "støy" The secondary wave must be induced in a precise ratio to the primary wave it is to "cancel", and although considerable progress has been made in "active" attenuation of primary waves with a simple sinusoidal form, it has so far achieved the attenuation quality - when the primary wave is naturally occurring" noise"

(dvs. hvor primærbølgens amplitude og frekvens varierer på en tilfeldig tidsavhengig måte), vært mindre tilfredsstillende, og av den grunn har man som i norsk patentansøkning nr. 771655, foreslått å dele opp primærbølgen i smale frekvensbånd der hvert bånd blir behandlet for seg for å frembringe en utliknende sekundærbølge. Resultatene av dette har imidlertid ikke vært tilfredsstillende. Årsaken til dette er at for å få til en korrekt sekundærbølge må de opp-delte frekvensbånd gjøres meget smale, noe som byr på prak-tiske vanskeligheter og allikevel har resultatene ikke ført (i.e. where the amplitude and frequency of the primary wave varies in a random time-dependent manner), has been less satisfactory, and for that reason, as in Norwegian patent application no. 771655, it has been proposed to divide the primary wave into narrow frequency bands where each band is treated separately for to produce an equalizing secondary wave. However, the results of this have not been satisfactory. The reason for this is that in order to create a correct secondary wave, the divided frequency bands must be made very narrow, which presents practical difficulties and yet the results have not led

til at utstyr for lyddempning ved frekvensbåndfiltrering har vært på markedet. to the fact that equipment for sound attenuation by frequency band filtering has been on the market.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til en fremgangsmåte og anordning til dempning av lyd der man har en høy dempningsgrad uavhengig av primær-bølgens sammensetning, og der man har en mulighet for selv-korrigering. The purpose of the present invention is therefore to come up with a method and device for dampening sound where you have a high degree of attenuation regardless of the composition of the primary wave, and where you have an option for self-correction.

Hvis f.eks. oppfinnelsen benyttes til dempning av gassbårne lydbølger som forplanter seg i en kanal, kan det første signal som er nevnt i innledningen, utledes fra utgangen av en mikrofon som er anordnet i kanalen på opp.strøm-siden for en høyttaler som sekundærbølgen skal sendes ut fra. Ved denne anordning kan noe energi som genereres av høyt-taleren"tilbakeføres" gjennom kanalen til mikrofonen og gi en falsk gjengivelse av primærbølgen som skal dempes. Eliminasjon av dette "tilbakeførings" signal har skapt problemer og det er foreslått en rekke fremgangsmåter for denne eliminasjon, omfattende foring av kanalen med et lyddempende materiale i området mellom høyttaleren og mikrofonen og anvendelse av en sterk retningsfølsom mikrofon, som med fordel kan være"døv" for tilLbakef øringssignalet. Et annet formål med oppfinnelsen er derfor å gjøre det mulig å utlikne det tilbakeførte signal. If e.g. invention is used for damping gas-borne sound waves propagating in a channel, the first signal mentioned in the introduction can be derived from the output of a microphone which is arranged in the channel on the upstream side of a loudspeaker from which the secondary wave is to be emitted . With this arrangement, some energy generated by the loudspeaker can be "fed back" through the channel to the microphone and give a false reproduction of the primary wave to be attenuated. Elimination of this "feedback" signal has caused problems and a number of methods have been proposed for this elimination, including lining the channel with a sound dampening material in the area between the speaker and the microphone and the use of a strong directional microphone, which can advantageously be "deaf" " for the feedback signal. Another purpose of the invention is therefore to make it possible to equalize the returned signal.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1-6 er skjematiske gjengivelser av det utstyr som benyttes til aktiv lyddempning, The invention is characterized by the features set out in the claims and will be explained in more detail in the following with reference to the drawings where: Fig. 1-6 are schematic representations of the equipment used for active sound attenuation,

fig. 7-8c antyder en fremgangsmåte til oppnåelse av en karakterisering av et system til bruk ved fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen, og fig. 7-8c suggest a method for obtaining a characterization of a system for use with the method and device according to the invention, and

fig. 9-14 viser systemet i bruk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. fig. 9-14 show the system in use with the method according to the invention.

Grunnprisnippene for aktiv lyddempning er illustrert på fig. 1-4. The basic price tips for active noise reduction are illustrated in fig. 1-4.

Fig. 1 viser en kanal 1 med valgfritt tverrsnitt, med en vifte 2 anordnet et sted i kanalens lengderetning. Fig. 1 shows a channel 1 with an optional cross-section, with a fan 2 arranged somewhere in the longitudinal direction of the channel.

Lyd (primærbølgen) fra viften forplanter seg ned langs kanalen 1 og vil påvirke mikrofonen 3. En høyttaler 4 rea-gerer slik at den søker å hindre at mikrofonen aktiviseres og sender derved ut en lydbølgeform i antifase. Banene for denne bølgeform vil avhenge av høyttalersystemets retnings-følsomhet, kanalens 1 art og lydens frekvens. Hovedinteres-sen samler seg om lyden som forplanter seg mot høyre (sekun-dærbølgen) i samme retning som lyden fra viften fordi den er i antifase og går i samme retning. Hvis styrken på denne lyd er korrekt og en plan bølgeform opprettes raskt, vil primær-bølgen fra viften 2 oppheves. Sound (the primary wave) from the fan propagates down channel 1 and will affect the microphone 3. A speaker 4 reacts so that it tries to prevent the microphone from being activated and thereby emits a sound waveform in antiphase. The paths for this waveform will depend on the directional sensitivity of the loudspeaker system, the nature of the channel and the frequency of the sound. The main interest is concentrated on the sound that propagates to the right (the secondary wave) in the same direction as the sound from the fan because it is in antiphase and goes in the same direction. If the strength of this sound is correct and a flat waveform is established quickly, the primary wave from fan 2 will cancel out.

Fig. 1 viser en anordning der mikrofonen og høyt-taleren er svært nær og i det vesentlige i samme avstand fra kilden 2. Prinsippet kan imidlertid utnyttes ved anordninger der transduktorene er anbrakt i avstand i retning av lydforplantningen, som vist på fig. 2-6. Fig. 1 shows a device where the microphone and loudspeaker are very close and essentially at the same distance from the source 2. However, the principle can be utilized with devices where the transducers are placed at a distance in the direction of sound propagation, as shown in fig. 2-6.

Lydstyrken fra høyttaleren 4 på fig. 1 kan varieres ved at den akustiske dempning i lydbanen mellom høyttaleren 4 og mikrofonen 3 varieres slik at økt dempning øker lyd-nivået som sendes ut av høyttaleren 4. Alternativt kan lydstyrken reguleres elektronisk, og fig.2 viser en slik fremgangsmåte . The volume from the speaker 4 in fig. 1 can be varied by varying the acoustic attenuation in the sound path between the speaker 4 and the microphone 3 so that increased attenuation increases the sound level emitted by the speaker 4. Alternatively, the volume can be regulated electronically, and fig.2 shows such a method.

Ved anordningen på fig. 2 er to høyttalere 4a og 4b vist anbrakt slik at utgangen fra 4b kan reguleres ved forsterkning av en forsterker 5. Reguleringen av forsterkningen muliggjør således regulering av opphevelsesgraden på nedstrømsiden. Forskjellige antall høyttalere og en stor mangfoUighet av forskjellige geometriske mønstre kan benyttes for aktiv lyddempning inklusiv høyttalere montert på andre vegger av kanalen, i kanalforgreninger eller inne i kanalens tverrsnitt. In the device in fig. 2, two loudspeakers 4a and 4b are shown arranged so that the output from 4b can be regulated by amplification of an amplifier 5. The regulation of the amplification thus enables regulation of the cancellation degree on the downstream side. Different numbers of speakers and a large variety of different geometric patterns can be used for active sound attenuation, including speakers mounted on other walls of the duct, in duct branches or inside the duct's cross-section.

Graden av opphevelse ved ett punkt på nedstrøm-siden av høyttaleren eller høyttalerne kan også påvirkes av kanalens akustiske egenskaper, men dette kan det tas hensyn til ved anordning av elektroniske kretser 6 i systemet til kompensasjon av kanalegenskapene som vist på fig. 4 og 5. The degree of cancellation at one point on the downstream side of the speaker or speakers can also be affected by the channel's acoustic properties, but this can be taken into account by arranging electronic circuits 6 in the system to compensate for the channel properties as shown in fig. 4 and 5.

En andre mikrofon 7 er vist på nedstrømsiden på' fig. 4 og 5. Ethvert signal fra mikrofonen 7 angir ufull-stendig opphevelse av lydbølgene på dette punkt og kan brukes for å regulere forsterkningen i forsterkeren 5 og den kompen-serende krets 6 manuelt eller automatisk. A second microphone 7 is shown on the downstream side in fig. 4 and 5. Any signal from the microphone 7 indicates incomplete cancellation of the sound waves at this point and can be used to regulate the gain in the amplifier 5 and the compensating circuit 6 manually or automatically.

Forsterkerne kan inneholde kretser for å hindre svingninger forårsaket av forsinkelde i tilbakeføringsbanen. Høyttaleren 4b kan være anbrakt slik at den avbøyer reflek-terte bølger bort fra mikrofonen 3 og/eller kanalen kan være foret med absorberende materiale. The amplifiers may contain circuitry to prevent oscillations caused by delays in the feedback path. The loudspeaker 4b can be positioned so that it deflects reflected waves away from the microphone 3 and/or the channel can be lined with absorbent material.

I tillegg eller som et alternativ kan et liknende aktivt system monteres på motstående vegg eller det kan monteres flere systemer i forskjellige posisjoner og de forskjellige kanalvegger eller på forskjellige steder i kanalens tverrsnitt. Det kan også anvendes flere opphevende mikrofoner 7 i forskjellige posisjoner på nedstrømsiden. In addition or as an alternative, a similar active system can be mounted on the opposite wall or several systems can be mounted in different positions and the different channel walls or in different places in the channel's cross-section. Several canceling microphones 7 can also be used in different positions on the downstream side.

Hvis forsinkelsen av den akustiske bane i tilbake-føringssløyfen mellom høyttaleren eller høyttalerne og mikrofonen ikke er kort sammenliknet med perioden for den høyeste frekvensbølgeform som er av interesse, kan systemet modifiseres f.eks. som på fig. 5. If the delay of the acoustic path in the feedback loop between the speaker or speakers and the microphone is not short compared to the period of the highest frequency waveform of interest, the system can be modified e.g. as in fig. 5.

På fig. 5 ligger den akustiske tilbakeføringsbane mellom 4a og 3, hvorved den sistnevnte produserer et elektrisk signal S. In fig. 5, the acoustic return path lies between 4a and 3, whereby the latter produces an electrical signal S.

Ethvert signal som opptrer ved punktet X har to tilbakeføringsbaner. Den første tilbakeføringsbane går via 4a, 3 og ledningen 8 til et summeringspunkt 9. Den annen bane går via kretsen 10 og en forsinkelsesenhet 11 til summeringspunktet 9. Forsinkelsesenheten 11 og kretsen 10 samvirker for å kompensere tidsforskjellen som skjer mellom 4a og 3 og forsinkelsesenheten 11 og kretsen 10 simulerer sammen høyttalerens 4a,mikrofonens 3 og luftbanens 4a til 3 egenskaper. De to tilbakeføringsbaner summeres i antifase ved 9, og hvis begge har like tidskarakteristika, vil de oppheve hverandre. Any signal appearing at point X has two return paths. The first feedback path goes via 4a, 3 and the line 8 to a summation point 9. The second path goes via the circuit 10 and a delay unit 11 to the summation point 9. The delay unit 11 and the circuit 10 cooperate to compensate the time difference that occurs between 4a and 3 and the delay unit 11 and the circuit 10 together simulates the characteristics of the speaker 4a, the microphone 3 and the air path 4a to 3. The two return paths are summed in antiphase at 9, and if both have the same time characteristics, they will cancel each other out.

Enhetene 5, 6, 10 og 11 kan reguleres manuelt eller automatisk, f.eks. ved den opphevende mikrofon 7. Units 5, 6, 10 and 11 can be regulated manually or automatically, e.g. at the canceling microphone 7.

Som nevnt må mikrofonen 3 ikke anordnes direkte overfor høyttaleren 4a. Den kan befinne seg hvor som helst til høyre for dette punkt og på en hvilken som helst vegg eller på et valgfritt sted i kanalens 1 tverrsnitt,skjønt dette ville medføre ytterligere forsinkelse i linjen mellom punkt-ene 9 og X. As mentioned, the microphone 3 must not be arranged directly opposite the speaker 4a. It can be located anywhere to the right of this point and on any wall or at an optional location in the channel 1 cross-section, although this would cause further delay in the line between points 9 and X.

Høyttalerens eller høyttalernes frekvens og faserespons kan bedres ved bruk av en separat vikling på høyttaleren og innlemmelse av denne i tilbakeføringssløyfen for høyttaler-ens driftsforsterker (ikke vist på skjema). The speaker or speakers' frequency and phase response can be improved by using a separate winding on the speaker and incorporating this in the feedback loop for the speaker's operational amplifier (not shown on diagram).

Et generelt problem som melder seg ved alle hittil omtalte anordninger for aktiv opphevelse av lyd eller vibra-sjon er ønskeligheten av å vite hvorledes en signalbølgeform modifiseres når den krysser banen fra en generator til en føler, inklusive selve transduktorene. Ved foreliggende oppfinnelse er dette problem løst. A general problem that occurs with all devices for active cancellation of sound or vibration discussed so far is the desirability of knowing how a signal waveform is modified when it crosses the path from a generator to a sensor, including the transducers themselves. With the present invention, this problem is solved.

Fig. 6 viser en grunnleggende situasjon i en luftkanal. Fig. 6 shows a basic situation in an air duct.

Hvis et signal SL tilføres høyttaleren 4, vil et signal SM genereres av mikrofonen 3. Imidlertid vil forskjellige frekvenskomponenter utsettes for forskjellige forsinkelser og forskjellig dempning som følge av selve transduktorenes respons, og likeledes vil de ha forskjellige mulige baner i kanalen 1 hvorav to er vist med piler på fig. 6. Signalet SM vil således sannsynligvis ikke bare være en forsinket og dempet versjon av L T og hvis vi ønsker å forutsi LM ute-lukkende ut fra kjennskapet til S er det nødvendig å "karakterisere" banen. If a signal SL is applied to the loudspeaker 4, a signal SM will be generated by the microphone 3. However, different frequency components will be subject to different delays and different attenuation due to the response of the transducers themselves, and likewise they will have different possible paths in the channel 1 of which two are shown with arrows in fig. 6. The signal SM will thus probably not just be a delayed and attenuated version of LT and if we want to predict LM exclusively based on knowledge of S, it is necessary to "characterize" the path.

Dette kan gjøres ved å tilføre passende prøvesignaler som SL og notere hvorledes de endres når de opptrer som S^. En deltafunksjon påført S kan f.eks. modifiseres som vist på fig. 7. En deltafunksjon med avvikende amplitude kunne ventelig modifiseres på tilsvarende måte og frembringe en bølge med samme form, men med avvikende amplitude. This can be done by applying suitable sample signals as SL and noting how they change when they appear as S^. A delta function applied to S can e.g. is modified as shown in fig. 7. A delta function with deviating amplitude could expect to be modified in a similar way and produce a wave with the same shape, but with deviating amplitude.

Kanalens 1 respons på ethvert annet signal (i dette tilfellet støyen fra viften) kan deretter forutsis ved over-lagring av pulsresponsene. Et eksempel på dette er vist i fig. 8a-8c. Channel 1's response to any other signal (in this case the noise from the fan) can then be predicted by over-storing the pulse responses. An example of this is shown in fig. 8a-8c.

Støyen fra viften kan betraktes som sammensatt av summen av en rekke deltafunksjonspulser med forskjellig amplitude, som vist i fig. 8a. Hver av disse pulser vil føre til en tidsrespons med liknende form som prøveresponsen som vist på fig. 7, men med en amplitude som svarer til øyeblikks-amplituden av viftestøyen, som vist ved de forskjellige amp-lituder AA AC på fig. 8a. Fig. 8b viser den respons som skyldes de to pulsresponser AA og AB på fig. 8a. Man ser ^at responsen fra AB har en større amplitude enn responsen fra AA og den er også forsinket med en passende verdi.Responsene kan adderes for forutsigelse av kanalens respons på den totale bølgeform fra viften, fig. 8c. The noise from the fan can be considered as composed of the sum of a number of delta function pulses with different amplitudes, as shown in fig. 8a. Each of these pulses will lead to a time response with a similar shape to the sample response as shown in fig. 7, but with an amplitude corresponding to the instantaneous amplitude of the fan noise, as shown by the different amplitudes AA AC in fig. 8a. Fig. 8b shows the response due to the two pulse responses AA and AB in fig. 8a. It is seen that the response from AB has a larger amplitude than the response from AA and it is also delayed by a suitable value. The responses can be added to predict the channel's response to the total waveform from the fan, fig. 8c.

Ifølge en foretrukket løsning ifølge oppfinnelsen kan den grunnleggende bølgeform som vist ved AA på fig. 8b lagres som en serie vektverdier som representerer bølgeformampli-tuder ved jevnt fordelte intervaller langs tidsaksen for responsen som er vist på fig. 7. Serien av vektverdier utgjør et program av tidsavhengige vektverdier. Hvis dette program konvolveres med et gitt signal S -LJ, vil det angi hva utgangssignalet S m fra mikrofonen vil være, hvis et signal ST L på-føres høyttaleren 4. According to a preferred solution according to the invention, the basic waveform as shown at AA in fig. 8b is stored as a series of weight values representing waveform amplitudes at evenly spaced intervals along the time axis of the response shown in FIG. 7. The series of weight values constitutes a program of time-dependent weight values. If this program is convolved with a given signal S -LJ, it will indicate what the output signal S m from the microphone will be, if a signal ST L is applied to the speaker 4.

Ved en enkel anordning (f.eks. som vist i fig. 2, men med bare en høyttaler) vil programmet som avledes av over-lagring av pulsresponser som beskrevet i forbindelse med fig. 8a-8c, karakterisere tidsresponsen for oppstrøms lydforplant-ning som omfatter høyttaleren (f.eks. 4a) og mikrofonen 3 In the case of a simple device (e.g. as shown in Fig. 2, but with only one loudspeaker), the program derived from over-storage of pulse responses as described in connection with Fig. 8a-8c, characterize the time response for upstream sound propagation comprising the loudspeaker (eg 4a) and the microphone 3

(og således kan benyttes for kompensasjon av tilbakeføringen fra 4a til 3 på ovenfor omtalte måte). (and thus can be used for compensation of the return from 4a to 3 in the manner mentioned above).

En annen "karakterisering" kreves for programmet som skal konvolveres med utgangen fra mikrofonen 3 for at opphevelse skal skje nedstrøms av høyttaleren, men denne kan oppnås ved en tilpasset prosess i likhet med den som benyttes for oppstrøms "karakterisering". Alternativt kan den ned-strøms "karakterisering" utledes empirisk fra den berømte "karakterisering" eller endog beregnes ut fra den oppstrøms "karakterisering" og transduktorenes karakteristika ved en fremgangsmåte for konvolusjonsdeling. A different "characterization" is required for the program to be convolved with the output of the microphone 3 for cancellation to occur downstream of the speaker, but this can be achieved by a custom process similar to that used for upstream "characterization". Alternatively, the downstream "characterization" can be derived empirically from the famous "characterization" or even calculated from the upstream "characterization" and the transducers' characteristics by a convolutional division method.

Fullstendig eliminasjon av tilbakeføringssignalet oppnås som vist i fig. 3 ved elektrisk subtrahering av et signal S^, avledet av den opphevende høyttaler 4 fra signalet S2 fra mikrofonen 3. Avledningen av signalet S, av det opphevende høyttalersignal kan utføres ved en andre kon-volus jon som forklart (som kompenserer høyttalerens, kanalens og mikrofonens respons). Complete elimination of the feedback signal is achieved as shown in fig. 3 by electrically subtracting a signal S^ derived by the canceling speaker 4 from the signal S2 from the microphone 3. The derivation of the signal S from the canceling speaker signal can be performed by a second convolution as explained (compensating the speaker, channel and microphone response).

Forskjellige fremgangsmåter for utførelse av karak-teriseringen og for gjennomføring av konvolusjonene er illustrert i fig. 9-11. Different methods for carrying out the characterization and for carrying out the convolutions are illustrated in fig. 9-11.

I fig. 9 blir inngangssignalet (f.eks. fra mikrofonen In fig. 9 becomes the input signal (e.g. from the microphone

3 i fig. 3 som representerer primærbølgen som skal dempes) matet til en forsinkelsesenhet (f.eks. et skyveregister) 15. Forsinkelsesenheten bør lagre en inngangssignallengde som er 3 in fig. 3 representing the primary wave to be attenuated) fed to a delay device (e.g. a shift register) 15. The delay device should store an input signal length that is

i det vesentlige lik varigheten av den lagrede karakterisering. I det eksempel som er illustrert i fig. 9, er bare tre trinn vist, skjønt det i praksis vil forekomme flere trinn (f.eks. 32 trinn). substantially equal to the duration of the stored characterization. In the example illustrated in fig. 9, only three steps are shown, although in practice there will be more steps (e.g. 32 steps).

En hukommelse for vektkoeffisienter som representerer programmet av trinn som skal konvolveres med inngangssignalet, er vist som , , W., i fig. 9. Etterhvert som inngangssignalet vandrer gjennom registret 15 vil multiplika-torene , M2 og M-. mate sine utganger til en summerer 16 A memory for weight coefficients representing the program of steps to be convolved with the input signal is shown as , , W., in fig. 9. As the input signal travels through the register 15, the multipliers, M2 and M-. feed its outputs to an adder 16

som avgir grunnlaget for signalet til høyttaleren 4b. which emits the basis for the signal to the speaker 4b.

Konvoligeringen kan utføres digitalt eller på basis av analoger og i stedet for en multiplikator for hver vektkoeffi-sient og en summerer kan en enkelt multiplikator M være tids-multipleks, som vist i fig. 10. Avsøkningshastigheten må naturligvis være stor sammenliknet med den hastighet med hvilken inngangssignalet mates gjennom registeret 15. The convolution can be carried out digitally or on the basis of analogues and instead of a multiplier for each weighting coefficient and a summer, a single multiplier M can be time-multiplexed, as shown in fig. 10. The scanning speed must naturally be high compared to the speed at which the input signal is fed through the register 15.

Vektkoeffisientene i hukommelsen kan ganske enkelt være innstilt på basis av systemets respons på passasjen av en enkelt deltafunksjon og kompensasjonen kan forbedres ved empirisk justering for oppnåelse av en karakterisering som nøyaktig opphever ethvert inngangssignal. The weighting coefficients in the memory can simply be tuned based on the system response to the passage of a single delta function and the compensation can be improved by empirical adjustment to achieve a characterization that accurately cancels any input signal.

Fig. 11 viser hvorledes vektkoeffisientene kan lagres Fig. 11 shows how the weight coefficients can be stored

i et resirkulerende register 16 for ajourføring av karakteri-seringen. Som vist i fig. 11 er prøveresponsen som innføres (med jevne eller ujevne mellomrom) via summereren 17 (ca) 10% av inngangen, slik at det bare vil skje gradvis modifikasjon av vektkoeffisientene for at uvedkommende støy skal tas med i betraktningen. in a recirculating register 16 for updating the characterisation. As shown in fig. 11 is the sample response that is introduced (at regular or irregular intervals) via the adder 17 (approx.) 10% of the input, so that there will only be a gradual modification of the weighting coefficients so that extraneous noise is taken into account.

Ettersom uvedkommende støy ikke er korrelert til prøvesignalet eller signalbevegelsen i forsinkelsesenheten vil den tilføye eller trekke fra med like stor sannsynlighet i ethvert punkt i forsinkelsesregisteret og i gjennomsnitt danne null. As extraneous noise is not correlated to the sample signal or the signal motion in the delay unit, it will add or subtract with equal probability at any point in the delay register and average to zero.

Registeret 16 kan være utstyrt som et skyveregister 18 og den avveide summerer 17 som en tids-multiplekser 19, som antydet i fig. 12, hvorved multiplekseren 19 bare koples til prøveresponsinngangen (f.eks. 10% av tiden). The register 16 can be equipped as a shift register 18 and the weighted adder 17 as a time multiplexer 19, as indicated in fig. 12, whereby the multiplexer 19 is only connected to the sample response input (eg 10% of the time).

Ytterligere en utførelsesform av et system ifølge oppfinnelsen består av en enkelt forsinkelsesenhet med ad-skilte trinn, hvor hvert trinn inneholder det siffer som svarer til det relevante mønster av inngangssignalet. Informasjonen i hukommelsen foreligger også i digital form og multi-plikatoren er en digital multiplikator. A further embodiment of a system according to the invention consists of a single delay unit with separate steps, where each step contains the digit corresponding to the relevant pattern of the input signal. The information in the memory is also available in digital form and the multiplier is a digital multiplier.

Forsinkelsesenheten eller hukommelsen (eller begge) The delay unit or the memory (or both)

kan alternativt inneholde analog i stedet for digital informasjon. Forsinkelsesenheten kan f.eks. bestå av et skyveregister koplet til lading eller alternativt en rekke "prøve-og holde"-kretser. may alternatively contain analogue instead of digital information. The delay unit can e.g. consist of a shift register connected to charging or alternatively a series of "try and hold" circuits.

Et eksempel på en analog versjon av hukommelsen for vektkoeffisienten er ganske enkelt en rekke potensiometre, hvorved hvert potensiometer er innstilt ifølge de nødvendige vektkoeffisienter. An example of an analog version of the memory for the weighting coefficient is simply an array of potentiometers, whereby each potentiometer is set according to the required weighting coefficients.

Et spesielt utstyrt apparat ifølge oppfinnelsen omfatter et antall "prøve- og holde" kretser som er kaskade-koplet for opprettelse av et analogt skyveregister, slik at den analoge informasjon som er lagret i et element ledes videre til neste etter mottagelse av et "prøve"-signal. Prøvesignaler påvises etter tur i hvert element med begynnelse i den ende av registeret som inneholder det eldste signal. A specially equipped apparatus according to the invention comprises a number of "sample and hold" circuits which are cascaded to create an analog shift register, so that the analog information stored in one element is passed on to the next after receiving a "sample" -signal. Sample signals are detected in turn in each element starting at the end of the register containing the oldest signal.

På denne måte blir informasjon bare overført etter at den er prøvet. In this way, information is only transferred after it has been tried.

Hver analogverdi kan deretter etter tur sendes til en multipliserende digital/analogomformer ved hjelp av en analog multiplekser, hvis binære adresseinnganger er forbundet med en teller. Telleren er felles for bølgeformgeneratoren, hvorved sikres at hvert element som prøves til enhver tid multipliseres med tilsvarende element som er lagret i lagerenheten med direkte adkomst. Bølgeformen for konvolveringen som er lagret i lagerenheten med direkte adkomst, kan modifiseres på en enkel eller komplisert måte ved hjelp av en behandlingsenhet eller et annet logisk system på en måte som avhenger av en sammenlikning av nivående av signalrestene eller de ikke opphevede signaler, før og etter at bølge-formen er modifisert. Dette restsignal kan overvåkes av en nedstrøms mikrofon og en lydnivådetektor. Each analog value can then in turn be sent to a multiplying digital/analog converter by means of an analog multiplexer, whose binary address inputs are connected to a counter. The counter is common to the waveform generator, thereby ensuring that each element sampled at any time is multiplied by the corresponding element stored in the storage unit with direct access. The waveform of the convolution stored in the direct access storage unit may be modified in a simple or complex manner by means of a processing unit or other logic system in a manner that depends on a comparison of the level ends of the signal residuals or the uncanceled signals, before and after the waveform is modified. This residual signal can be monitored by a downstream microphone and a sound level detector.

Fig. 13 viser en krets som er hensiktsmessig for ut-førelse av den nødvendige konvolusjon og omfatter en analog forsinkelsesledning 40 med uttak, som er konstruert av en rekke på trettito "prøve- og holde"-kretser fra hvilke hver utgang tilføres et etterfølgende, identisk trinn. Utgangene som representerer uttakspunkter langs forsinkelseslinjen 40, summeres av motstand- og potensiometernettverket 41, slik at den sentrale stilling av en potensiometerskyver 42 representerer ingen utgang. En bevegelse av en gitt skyver 42 oppad, som vist i fig. 13, fører til at det lagrede element trekkes fra utgangssignalet og en nedadrettet bevegelse forårsaker en tilsvarende addisjon av en proporsjon av elementet. Fig. 13 shows a circuit which is suitable for performing the necessary convolution and comprises an analog delay line 40 with taps, which is constructed of a series of thirty-two "test and hold" circuits from which each output is fed to a subsequent, identical step. The outputs representing tap points along the delay line 40 are summed by the resistor and potentiometer network 41, so that the central position of a potentiometer slider 42 represents no output. A movement of a given pusher 42 upwards, as shown in fig. 13, causes the stored element to be subtracted from the output signal and a downward movement causes a corresponding addition of a proportion of the element.

I hvert tilfelle representerer verdien av potensio-meterskyverens 42 bevegelse fra midtstillingen en multipliserende faktor med positivt eller negativt fortegn, avhengig av retningen. In each case, the value of the potentiometer slider 42 movement from the center position represents a multiplying factor with a positive or negative sign, depending on the direction.

Prøve- og holdekretsene reguleres av trettito led-ninger fra to 4-lednings til 16-lednings dekodere 43 og 44, av hvilke bare en ledning er "high", tilsvarende tellingen som adresseres til dem av en binær teller 45 som mates med en trettito kH klokkepuls på en ledning 46. En "high" The sample and hold circuits are regulated by thirty-two wires from two 4-wire to 16-wire decoders 43 and 44, of which only one wire is "high", corresponding to the count addressed to them by a binary counter 45 fed with a thirty-two kH clock pulse on a wire 46. A "high"

ledning kopler inn sendeporten, vist som blokk TG og forbinder prøve- og holdekondensatoren med utgangen for foregående trinn. Trettisekunders prøve og holdekretsen adresseres først og sendeporten TG 32 koples inn, slik at prøve- lead connects the transmit port, shown as block TG and connects the test and hold capacitor to the output of the previous stage. The thirty-second sample and hold circuit are addressed first and the transmit port TG 32 is switched on, so that the sample

og holdekondensatoren for trinn trettito (C 32) koples til foregående trinnutgang. TG32 åpnes deretter, når TG 31 sluttes, og C3.1 lades fra sitt foregående trinn inntil inngangen til slutt avsøkes når TG 1 koples inn og lagrer en inngangsprøve på kondensatoren C^. Slik vandrer prøvene langs ledningen 40 fra høyre mot venstre, ett trinn av gangen, inntil serien av 32 prøve- og holdeprosesser er fullført. and the holding capacitor for stage thirty-two (C 32) is connected to the previous stage output. TG32 is then opened, when TG 31 is closed, and C3.1 is charged from its previous stage until the input is finally sampled when TG 1 is switched on and stores an input sample on capacitor C^. In this way, the samples travel along the wire 40 from right to left, one step at a time, until the series of 32 sample and hold processes is completed.

Ved en utvikling av dette system er potensiometrene i nettverket 41 erstattet av en analog multiplekser, som velger hver prøve for etterfølgende multiplikasjon ved en digitalt styrt analog-multiplikator, hvorved multiplikasjons faktoren for hvert element lagres i en hukommelse (som svarer til posisjonene for de trettito potensiometerglidere (42) og for-andres ifølge en ønsket rekkefølge. Videre kan den analoge-forsinkelsesledning 40 erstattes av en integrert kretsversjon som utfører de samme funksjoner eller av likeverdige, full-, stendig digitale kretser. In a development of this system, the potentiometers in the network 41 are replaced by an analog multiplexer, which selects each sample for subsequent multiplication by a digitally controlled analog multiplier, whereby the multiplication factor for each element is stored in a memory (corresponding to the positions of the thirty-two potentiometer sliders (42) and are changed according to a desired order.Furthermore, the analog delay line 40 can be replaced by an integrated circuit version that performs the same functions or by equivalent, fully digital circuits.

Fig. 14 viser en foretrukket anordning av systemer ifølge fig. 10, som har følgende virkemåte: Et analogt inngangssignal som representerer den primær-bølge som skal oppheves, mates til et analogt skyveregister 20, som igjen omfatter 32 prøve- og holdekretser. Utgangene 20a, 20b, 20c osv. avsøkes av en analog multiplekser 21 synkront med avsøkningen av utgangene 22a, 22b, 22c etc. av en 32-trinns hukommelse med direkte adkomst (RAM) 22, som lagrer konvolusjons-bølgeformen i digital form. Bølgeformen som er lagret i TAM 2 2 kan være avledet ved at systemet utsettes for deltafunksjoner på omtalt måte. Fig. 14 shows a preferred arrangement of systems according to fig. 10, which has the following mode of operation: An analogue input signal representing the primary wave to be canceled is fed to an analogue shift register 20, which in turn comprises 32 test and hold circuits. Outputs 20a, 20b, 20c, etc. are scanned by an analog multiplexer 21 synchronously with the scanning of outputs 22a, 22b, 22c, etc. by a 32-level random access memory (RAM) 22, which stores the convolutional waveform in digital form. The waveform stored in TAM 2 2 can be derived by subjecting the system to delta functions in the manner described.

Multiplekseren 21 forbinder utgangene 20a, 22a, deretter 20b, 22b osv. parvis etter tur med en multipliserende digital/analog omformer 23, med en første analog inngang 24, en andre digital inngang 25 og en analog utgang 26. I det spesielle omtalte tilfellet blir passasjen av alle 32 kon-takter for registeret 20 og RAM 22 fullført i løpet av et millisekund og før neste passasje fra kontaktene 20a, 22a, begynner blir registeret 20 ajourført for å reflektere endringer i inngangssignalet, hvorved ajourføring skjer i retning av pilen U. The multiplexer 21 connects the outputs 20a, 22a, then 20b, 22b etc. in pairs in turn with a multiplying digital/analog converter 23, with a first analog input 24, a second digital input 25 and an analog output 26. In the particular case mentioned, the passage of all 32 contacts for the register 20 and RAM 22 completed within a millisecond and before the next passage from the contacts 20a, 22a begins, the register 20 is updated to reflect changes in the input signal, whereby updating occurs in the direction of the arrow U.

Konvolusjonene krever at integralen av bølgeformen The convolutions require that the integral of the waveform

tas over hele passasjen og et lavpassfilter 27 virker som en integrator (hvorved grensefrekvensen for filtret 27 er en funksjon av den resiproke verdi av multiplekserens passerings-tid. is taken over the entire passage and a low-pass filter 27 acts as an integrator (whereby the cut-off frequency of the filter 27 is a function of the reciprocal value of the multiplexer's passage time.

For ytterligere forbedring av systemet er det anordnet en behandlingsenhet 28, som mottar eventuelle restsignaler på en ledning 29 (f.eks. fra nedstrøms mikrofonen 7). Behandlingsenheten 28 er programmert for modifisering av innholdet i RAM 22 på basis av restsignalet. En algoritme som benyttes for modifikasjon av RAM ved hjelp av behandlingsenheten er åpen for vide variasjoner avhengig av omstendighetene. Således kan f.eks. opptreden av et restsignal på ledningen 29 forårsake en tilpassende justering av informasjonen ved hver adresse i RAM etter tur, ved grupper av adresser etter tur eller ved alle adresser samtidig. Enhver endring som gjøres i den bølgeform som er lagret i RAM kan vurderes, slik at det overvåkes, om den har bedret situasjonen (f.eks. ved at det noteres hvorledes signalet på ledningen 29 endres), hvorved bedrende endringer i den lagrede informasjon bibeholdes, mens ikke-bedrende endringer oppheves. Den logikk som benyttes til denne tilpassende strategi kan være utpenslet i en grad hvor algoritmen endres etterhvert som systemet "lærer" hvilke som er de mest følsomme områder av den bølgeform som er lagret i RAM og konsentrerer seg om å modifisere disse, mens'et signal gjenstår på ledningen 29. For further improvement of the system, a processing unit 28 is arranged, which receives any residual signals on a line 29 (eg from the downstream microphone 7). The processing unit 28 is programmed to modify the contents of the RAM 22 on the basis of the residual signal. An algorithm used for modification of RAM by means of the processing unit is open to wide variations depending on the circumstances. Thus, e.g. appearance of a residual signal on line 29 cause an adaptive adjustment of the information at each address in RAM in turn, at groups of addresses in turn or at all addresses simultaneously. Any change made to the waveform stored in RAM can be assessed, so that it is monitored, whether it has improved the situation (e.g. by noting how the signal on wire 29 changes), whereby improving changes in the stored information are retained , while non-improving changes are undone. The logic used for this adaptive strategy can be elaborated to an extent where the algorithm changes as the system "learns" which are the most sensitive areas of the waveform stored in RAM and concentrates on modifying these, while a signal remains on wire 29.

Apparatet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes ved en lang rekke forskjellige industrielle formål, blant hvilke kan nevnes lyddempning i ventilasjonskanal-systemer, eksossystemer og innløps- og utløpskamre for gass-turbiner . The apparatus and method according to the invention can be used for a wide range of different industrial purposes, among which can be mentioned sound reduction in ventilation duct systems, exhaust systems and inlet and outlet chambers for gas turbines.

Ved et eksossystem kan de opphevende transduktorer f.eks. være anordnet utenfor eksosrøret (f.eks. som en ring anbrakt tett rundt røret) med ytterligere en restsignal-transduktor anordnet på et passende sted i avstand fra eksos-røret. På grunn av forskyvningen mellom eksosutløpet og dettes omgivelser vil det uønskede oppstrøms signal bli sterkt dempet,og den eller de opphevende transduktorer kan ved denne anvendelse være forholdsvis svake. In the case of an exhaust system, the canceling transducers can e.g. be arranged outside the exhaust pipe (eg as a ring placed closely around the pipe) with a further residual signal transducer arranged at a suitable location at a distance from the exhaust pipe. Due to the displacement between the exhaust outlet and its surroundings, the unwanted upstream signal will be strongly attenuated, and the canceling transducer(s) may in this application be relatively weak.

Oppfinnelsen kan også benyttes for opprettelse av "stille" områder i et forøvrig støyende miljø. For dette formål kan det brukes et flertall "nedstrøms" mikrofoner 7, fordelt over det ønskede "stille" område og utgangen fra hver mikrofon kan mates til en egen kraftmåleenhet. Utgangene fra de forskjellige kraftmåleenheter kan deretter kombineres på en passende måte og mates (f.eks. til ledningen 29) til en behandlingsenhet for tilpasning av algoritmen som benyttes for konvolusjon. Flere høyttalere kan brukes hvis størrelsen og/eller formen av det ønskede "stille" område krever dette. The invention can also be used to create "quiet" areas in an otherwise noisy environment. For this purpose, a plurality of "downstream" microphones 7 can be used, distributed over the desired "quiet" area and the output from each microphone can be fed to a separate power measuring unit. The outputs from the various force measurement units can then be combined in a suitable manner and fed (eg to line 29) to a processing unit for adapting the algorithm used for convolution. More speakers can be used if the size and/or shape of the desired "quiet" area requires this.

Der de primære lydbølger trer inn i det ønskede "stille" område fra vidt forskjellige retninger, kan det være ønskelig å bruke en registrerende transduktor for hver slik retning, hvorved hver registrerende transduktor har sin egen systemstyresender og utgangene fra de forskjellige systemstyresendere mates til en enkelt høyttaler (eller rekke av høyttalere) i det "stille" område. En restsignalmikrofon i det "stille" område kan benyttes for tilpasningsformål og liknende justeringer kan utføres på algoritmene som benyttes for konvolusjonene i de forskjellige systemstyresendere fra utgangen av den ene restsignalmikrofon. Where the primary sound waves enter the desired "quiet" area from widely different directions, it may be desirable to use a recording transducer for each such direction, whereby each recording transducer has its own system control transmitter and the outputs from the various system control transmitters are fed to a single speaker (or array of speakers) in the "quiet" area. A residual signal microphone in the "quiet" area can be used for adaptation purposes and similar adjustments can be made to the algorithms used for the convolutions in the various system control transmitters from the output of the one residual signal microphone.

Claims

1. Method for attenuating sound in a room (1) where, by means of a first transducer (3), a first signal (S2) is derived which represents, in a time-dependent manner, a primary light wave to be attenuated and which enters it said room and where said first electrical signal is used to produce a second electrical signal, which in turn is used in a second transducer (4,4b) to produce a secondary wave in the room, which secondary wave will at least partially cancel the primary wave in the aforementioned space, characterized in that the second electrical signal is derived from the first by convolution of the first electrical signal with a program of time-dependent weight values (W^ ... W^) which are derived by determining the sensitivity ( SM) the transducers (3,4) in room (1) have opposite delta functions (SL).

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the program is adjusted automatically on the basis of the output from a third transducer (7) in the specific room, in order to improve the degree of attenuation of the primary wave.

3. Device for carrying out a method set forth in claim 1, comprising a first transducer (3) for the derivation of a first signal which represents in a time-dependent manner a primary wave to be attenuated, and a second transducer (4,4b ) for producing a secondary wave on the basis of the second electrical signal, characterized in that it is equipped with a storage device (22) which contains a program of time-dependent weight values and at. that there are devices (20,21,23) for convolving the first electrical signal with the program of weight values to produce the second electrical signal.

4. Device as stated in claim 3, where a third transducer (7) is placed on the downstream side of the first and second transducer in the propagation direction of the primary wave, characterized in that there are devices (28) for, on the basis of the output from the third transducer (7 ) to adjust the program of weight values that take part in the convolution to improve the degree of attenuation of the primary wave obtained by the device.