TW201734298A - 具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置。不同於習知技術的排氣管係利用聲學不連續斷面與吸音棉消除引擎產生的噪音，本發明係直接地設計出與汽、機車排氣管相同形狀大小的殼體，再於殼體尾端及殼體內的一支撐板上分別裝設微型麥克風與擴音裝置；如此一來，根據車輛引擎所產生的主噪音，噪音控制器便可以對應地產生一反噪音訊號以對消除該主噪音；或者，根據該主噪音的頻率與一參考訊號，噪音控制器可於排氣管的殼體內產生具有特定頻率的反噪音訊號，以藉由該反噪音訊號調整該主噪音的頻率。

Description

具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置
本發明係關於消音器之技術領域，尤指一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置。
眾所周知，汽、機車的引擎於排放廢氣之時會產生高噪音，因此汽、機車的引擎的排氣會經由排氣管消除噪音之後再向外排放至大氣中。
請參閱圖1，係顯示習用的一種排氣管的剖視圖。如圖1所示，習知的排氣管1'係由殼體10'搭配入氣管2'、支管3'、出氣管4'、以及螺旋桿5'所組成；其中，入氣管2'之一第一入氣口21'係伸出於殼體10'之外以連接汽、機車的引擎的排氣口，且該出氣管4'之一排氣口42'亦伸出於殼體10'之外。並且，殼體10'內係形成有一第一膨脹室11'，係位於入氣管2'的一第一出氣口22'與支管3'的一第二入氣口31'處。此外，殼體10'內係又形成有一第二膨脹室12'，係位於支管3'的一第二出氣口32'處與出氣管4'的一第三入氣口41'處。再者，殼體10'內更形成有一第三膨脹室，係位於第二膨脹室12'與第一膨脹室11'之間。
為了提升排氣管1'消除噪音的效能，如圖1所示，習知技術特別使用吸音棉30'覆蓋入氣管2'上的複數個氣孔24'以及支管3'上的複數個氣孔34'。如此設置，當車輛排放之廢氣由入氣管2'導入殼體10'之後，該廢氣會進入之第一膨脹室11'做第一次膨脹減壓，且該廢棄會進一步地由支管3'導入第二膨脹室'12'做第二次膨脹減壓；此時，入氣管2'與支管3'內的部份廢氣會透過氣孔(24'、34')進入第三膨脹室之中進行混合減壓。藉由吸音棉30'進行消音減浪與減波吸音之後，完成減壓程序的廢氣會通過中空狀螺旋桿5'及其外緣的螺旋片51'之上的氣孔511'進而通過形成旋渦氣流，加速地被向外排出至大氣中。
雖然圖1所顯示的排氣管1'目前被廣泛地應用於消除汽、機車引擎排放廢氣時所產生的噪音，本案的發明人係於實務中發現該排氣管1'仍具有以下之缺陷:  (1)該排氣管1'主要是利用聲學不連續斷面氣孔(24'、34'、511')來消除噪音，並同時使用吸音棉30'來抵消噪音；並且，經由實際量測可以得知該排氣管1'消除噪音的效能約有6dB。然而，該排氣管1'所採用的消音手段會導致車輛引擎發生排氣背壓升高的問題，進而產生車輛油耗增加以及馬力減弱等問題。 (2)承上述，習知的排氣管1'抵消噪音的方式稱為被動式減噪法，該方法僅能夠對於大約500Hz以上的高頻噪音展現出明顯的減噪效果；相對地，該方法無法有效地消除大約500Hz以下的低頻噪音；然而，汽、機車的引擎排放廢氣之時產生的主噪音成分多為500Hz以下。 (3)更重要的是，由於習知的排氣管1'於結構上包括了殼體10'、入氣管2'、支管3'、出氣管4'、以及螺旋桿5'、以及吸音棉30'，因此該排氣管1'特別具有高重量、大體積、與難以組裝等製造上的問題。
因此，有鑑於習知的具有消除噪音功能的排氣管仍具有諸多之缺陷，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成本發明之一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置。
本發明之主要目的，在於提供一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置。不同於習知技術的排氣管係利用聲學不連續斷面與吸音棉消除引擎產生的噪音，本發明係直接地設計出與據汽、機車排氣管相同形狀大小的殼體，再於殼體尾端及殼體內的一支撐板上分別裝設微型麥克風與擴音裝置；如此一來，根據車輛引擎所產生的主噪音，噪音控制器便可以對應地產生一反噪音訊號以對消除該主噪音；或者，根據該主噪音的頻率與一參考訊號，噪音控制器可於排氣管的殼體內產生具有特定頻率的反噪音訊號，以藉由該反噪音訊號調整該主噪音的頻率。
為了達成上述本發明之主要目的，本案之發明人係提供一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，係包括： 一殼體，其一端係開設有一第一穿口，且其另一端係開設有一第二穿口； 一支撐板，係安裝於該殼體內部，並開設有至少一安裝孔與一貫穿孔； 一排氣管，係藉由貫穿該貫穿孔的方式而容置於該殼體內部；並且，該排氣管之一入氣端與一排氣端係分別透過該第一穿口與該第二穿口而露出於該殼體之外；其中，該入氣端係連接至外部一引擎的一排氣口； 至少一擴音器，係結合至該安裝孔； 一噪音感測模組，係設置於該引擎的該排氣口處，用以感測該引擎運轉所產生的一主噪音訊號或者該引擎之一引擎轉速訊號(engine rpm signal)； 一誤差訊號感測模組，係設置於該殼體內部，並靠近該排氣端以及 一噪音控制器，係至少具有：一第一輸入端，係連接至該噪音感測模組；一輸出端，係電性連接該擴音器；以及一第二輸入端，係電性連接至該誤差訊號感測模組；  其中，該噪音控制器會根據該主噪音訊號而產生一類比反噪音訊號，並透過該擴音器播放該類比反噪音訊號，藉此對該主噪音訊號進行減噪；並且，該誤差訊號感測模組會收集該類比反噪音訊號與該主噪音訊號相抵抵銷後所產生的一殘餘噪音訊號，進而將該殘餘噪音訊號傳送該噪音控制器，該噪音控制器即根據該殘餘噪音訊號而適應性地調整該類比反噪音訊號； 其中，該噪音控制器會根據一參考訊號與該引擎轉速訊號而輸出一類比調整噪音訊號，並透過該擴音器播放該類比調整噪音訊號，藉以將該主噪音訊號調整為該參考訊號。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
第 1 實施例 :
請參閱圖2，係顯示本發明之一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置的第1實施例的立體透視圖；並且，請同時參閱圖3，係顯示本發明之排氣裝置的第1實施例的示意性架構圖。如圖2與圖3所示，本發明之排氣裝置1主要係包括：一殼體10、一支撐板11、一排氣管12、至少一擴音器13、一噪音感測模組、一誤差訊號感測模組14、以及一噪音控制器15。於本發明中，該殼體10係由不鏽鋼材質所製成，且其兩端分別開設有一第一穿口101與一第二穿口102。並且，殼體10的大小與外觀係可以依據不同車輛的排氣管而調整與改變，例如: 殼體10大小與外觀可以設計成類似圖1所示的殼體10'。
繼續地參閱圖2與圖3。支撐板11係安裝於該殼體10內部，並將殼體10內部分隔成一第一空間105與一第二空間106；其中，第一空間105與第二空間106之間具有一特定的長度比。此外，該支撐板11係開設有至少一安裝孔111與一貫穿孔112，使得擴音器13藉由結合至該安裝孔111的方式而被固設於支撐板11之上。另外，該排氣管12係藉由貫穿該貫穿孔112的方式而容置於該殼體10內部；並且，排氣管12的一入氣端121與一排氣端122係分別透過該第一穿口101與該第二穿口102而露出於該殼體10之外。如圖3所示，排氣管12的入氣端121係連接至車輛之引擎M的一排氣口M1；並且，該第一穿口101與該第二穿口102的周圍係形成有用以支撐該排氣管12的複數個支撐肋115。
於第1實施例中，該噪音感測模組係包括至少一微型麥克風14a，且該微型麥克風14a係設置於該引擎M的該排氣口M1處，用以收集該引擎M運轉所產生的一主噪音訊號。不同於該噪音感測模組，該誤差訊號感測模組14係為一誤差麥克風，且所述誤差麥克風係設置於殼體10內部且靠近排氣管12的排氣端122。
本發明之排氣裝置1的第1實施例係利用主動式噪音控制技術(Active Noise Control, ANC)有效率地消除車輛引擎M運轉時所產生的主噪音。因此，圖2與圖3所示的噪音控制器15實際上係為一數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)。然而，必須強調的是，本發明並非限制噪音控制器15必須為數位訊號處理器；在可能的應用中，其他的單晶片處理器，例如可程式邏輯陣列晶片(Field Programmable Gate Array, FPGA)或安謀處理器晶片(ARM processor)都可以應用為所述噪音控制器15。如圖所示，該噪音控制器15的電路結構係至少包括：一主處理模組150、一數位/類比處理模組151、一第一類比/數位處理模組153、以及、一第二類比/數位處理模組152。其中，主處理模組150係透過噪音控制器15的第一輸入端接收主噪音訊號，並對應地產生一數位反噪音訊號。
該數位/類比處理模組151係耦接該主處理模組150以接收該數位反噪音訊號；如此，該數位反噪音訊號係經由該數位/類比處理模組151轉換成類比反噪音訊號，且該類比反噪音訊號係透過該噪音控制器15的該輸出端而輸出至該擴音器13，以令該擴音器13播放一反噪音訊號至第二空間106之中，藉以對流動與該排氣管12之中所帶有的主噪音達到降噪效果。如圖3所示，該數位/類比處理模組151係由一數位/類比轉換單元1511、一重建濾波單元1512、與一訊號放大單元1513所構成。其中，該數位/類比轉換單元1511係用以將該數位反噪音訊號轉換成該類比反噪音訊號，該重建濾波單元(reconstruction filter)1512係用以對該類比反噪音訊號執行一重建濾波處理，且訊號放大單元1513係用以對該類比反噪音訊號執行一訊號功率放大處理。
另一方面，第一類比/數位處理模組153係耦接該主處理模組150與該噪音感測模組，用以將噪音感測模組所傳送的主噪音訊號轉換成一數位主噪音訊號。如圖3所示，第一類比/數位處理模組153係由一第一前置訊號放大單元1531、一第一抗混疊濾波(antialiasing filter)單元1532、與一第一類比/數位轉換單元1533所組成；其中，該第一前置訊號放大單元1531係用以對主噪音訊號對行訊號放大處理，該第一抗混疊濾波單元1532係用以濾除主噪音訊號的高頻雜訊，且該第一類比/數位轉換單元1533係用以將該主噪音訊號轉換成所述數位主噪音訊號。
第二類比/數位處理模組152係耦接該主處理模組150與該誤差訊號感測模組14，用以將該誤差訊號感測模組14所收集的一殘餘噪音訊號轉換成一數位殘餘噪音訊號。於此，必須補充說明的是，所述殘餘噪音訊號係由該類比反噪音訊號與該主噪音訊號相抵抵銷後所產生的。如圖3所示，第二類比/數位處理模組152係由一第二前置訊號放大單元1521、一第二抗混疊濾波(antialiasing filter)單元1522、與一第二類比/數位轉換單元1523所組成；其中，該第二前置訊號放大單元1521係用以對該殘餘噪音訊號對行訊號放大處理，該第二抗混疊濾波(antialiasing filter)單元1522係用以濾除該殘餘噪音訊號的高頻雜訊，且該第二類比/數位轉換單元1523係用以將該殘餘噪音訊號轉換成所述數位殘餘噪音訊號。
繼續地參閱圖2與圖3，並請同時參閱圖4，為主處理模組的內部架構圖。如圖所示，主處理模組150會接收由第一類比/數位處理模組153所輸出的數位主噪音訊號，進而輸出一數位反噪音訊號至該數位/類比處理模組151。繼續地，該數位/類比處理模組151係將該數位反噪音訊號轉換成一類比反噪音訊號，然後透過擴音器13將所述類比反噪音訊號於殼體10之中播放。在理想的狀況下，當類比反噪音訊號的相位與主噪音訊號的相位差180度之時可以達到最佳程度的降噪效果。
必須特別說明的是，在主動式噪音控制的實際運作過程中，主處理模組150所輸出的數位反噪音訊號係必須進一步地經過該數位/類比轉換單元1511、該重建濾波單元1512與該訊號放大單元1513的三次訊號處理之後，才會被轉換成所述的類比反噪音訊號。同樣地，由誤差訊號感測模組14所收集的殘餘噪音訊號也是經由第二前置訊號放大單元1521、第二抗混疊濾波單元1522、與第二類比/數位轉換單元1523的三次訊號處理之後，才被轉換成所述的數位殘餘噪音訊號。
如圖4所示，當主處理模組150輸出白噪音(White noise)或其他適當噪音訊號至數位/類比處理模組151之後，所述噪音訊號會進一步地透過擴音器13而於殼體10之中被播放；接著，該誤差訊號感測模組14收集此噪音訊號之後，該噪音訊號經由第二類比/數位處理模組152處理後再被傳送至主處理模組150；於上述的訊號傳輸路徑中所產生的頻率響應被稱為次級路徑響應S(z)，於數學上表示為S(z)；並且，圖4所述次級路徑響應的第一估測轉移函數單元1501係特別地增設於主處理模組150，並於數學上表示為(z)。
如圖4所示，主處理模組150之內部訊號處理單元係包括：一第一估測轉移函數單元((z))1501、一適應性濾波器1502、及一可適應性演算器1504；其中，該第一估測轉移函數單元1501係用以接收該第一類比/數位轉換單元1533所輸出的該數位主噪音訊號以進行濾波轉換處理，並輸出一濾波後噪音訊號(filtered noise signal)。同時，該適應性濾波器1502係連接至該第一類比/數位處理模組153的該第一類比/數位轉換單元1533以接收該數位主噪音訊號，並對該數位主噪音訊號進行脈衝響應濾波處理。
承上述，該可適應性演算器1504係連接至該適應性濾波器1502，用以同時接收該第二類比/數位處理模組152所輸出的該數位殘餘噪音訊號以及該第一估測轉移函數單元1501所輸出的濾波後噪音訊號(filtered noise signal)，藉此進一步地運算出一調整權重訊號至該適應性濾波器1502，使得該適應性濾波器1502能夠根據該調整權重訊號而輸出一適應性調整之數位反噪音訊號(adaptively-modulated digital anti-noise signal)以消除引擎M運轉產生之主噪音信號。
必須特別說明的是，本發明並未特別限定適應性濾波器1502的類型，因此適應性濾波器1502可以是有限脈衝響應濾波器(Finite Impulse Response Filter, FIR filter)、無限脈衝響應濾波器(Infinite Impulse Response Filter, IIR filter)、或者其他數位濾波器。另外，可適應性演算器1504指的是一演算法函式庫(library)，且該演算法函式庫可以是最小均方根演算法(Least Mean Square, LMS)、正規化最小均方根演算法(Normalized Least Mean Square, NLMS)、或者其他演算法。並且，由於該主處理模組150係特別包括了第一估測轉移函數單元((z))1501，因此，當所述LMS演算法被應用為該可適應性演算器1504之時，此LMS演算法亦被進一步稱為Filtered-x LMS演算法。
第 2 實施例 :
請參閱圖5，係顯示本發明之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置之第2實施例的示意性架構圖。如與圖5所示，本發明之排氣裝置的第2實施例主要包括：一殼體10、一支撐板11、一排氣管12、至少一擴音器13、一噪音感測模組、一誤差訊號感測模組14、以及一噪音控制器15。並且，請同時參閱圖6，為主處理模組的第二內部架構圖。不同於前述之第1實施例，於本發明之排氣裝置的第2實施例之中，該噪音感測模組係為用以感測引擎M的引擎轉速訊號(engine rpm signal)的一轉速計14b。
於第2實施例中，該第一類比/數位處理模組153內部包括有一同步訊號產生器1535，用以接收該轉速計14b所輸出的該引擎轉速訊號，並根據該引擎轉速訊號而同步地產生多個類比主噪音訊號。例如，同步訊號產生器1535透過引擎轉速訊號得知引擎M的主噪音信號包括f1, f2, …, fk等頻率，則同步訊號產生器1535便會對應地產生分別具有頻率f1, f2, …, fk的k個類比主噪音訊號。並且，該第一類比/數位處理模組153內部進一步包括有第一類比/數位轉換單元1533，用以接收該多個類比訊號，並將該多個類比訊號分別轉換成多個數位噪音訊號。
為了同時處理多個數位噪音訊號，如圖5與圖6所示，該主處理模組150內部係包括多個第一估測轉移函數單元1501、多個適應性濾波器1502、多個可適應性演算器1504、以及一加法器1503。並且，如圖5與圖6所示，該多個第一估測轉移函數單元1501皆耦接至該第一類比/數位處理模組153，以分別接收該多個數位噪音訊號，並對該數位噪音訊號進行濾波轉換處理之後輸出濾波後噪音訊號。同時，該多個適應性濾波器1502亦同時耦接至該第一類比/數位處理模組153，並對該數位主噪音訊號進行脈衝響應濾波處理。再者，該多個可適應性演算器1504係分別連接至該多個適應性濾波器1502，用以同時接收該第二類比/數位處理模組152所輸出的該數位殘餘噪音訊號以及該第一估測轉移函數單元1501所輸出的濾波後噪音訊號(filtered noise signal)，藉此進一步地運算出一調整權重訊號至該適應性濾波器1502。如此，適應性濾波器1502便可根據該調整權重訊號而輸出多個適應性調整之數位反噪音訊號，且該多個數位反噪音訊號經由加法器1503合成之後輸出至該數位/類比處理模組151，最終透過該擴音器13播放該類比反噪音訊號，藉此消除引擎M運轉產生之主噪音信號。
繼續地參閱圖5，並請同時參閱圖7，係顯示主處理模組的第三內部架構圖。如圖5與圖7所示，本發明所提供的排氣裝置之第2實施例更同時具有調整噪音之功能。於第2實施例中，噪音控制器15可根據一參考訊號與該引擎轉速訊號而輸出一類比調整噪音訊號，並透過該擴音器13於該殼體10之中播放該類比調整噪音訊號，藉此方式將該主噪音訊號調整為該參考訊號。於實際應用本發明之時，該參考訊號是使用者所預設的。舉例而言，參考訊號可能是BMW汽車的引擎運轉時所產生的噪音訊號；如此一來，當Toyota的汽車配備了本發明之排氣裝置1，則駕駛人便可以透過一人機介面設定所謂的參考訊號，進將Toyota汽車的引擎運轉時所產生的噪音訊號改變為BMW汽車的引擎運轉時所產生的噪音訊號。
為了達成上述噪音調整之功效，必須於第2實施例之主處理模組150增設一些內部單元，如此主處理模組150才能夠調整引擎M的主噪音信號的第i個頻率，i=1,...,k(主噪音信號包括f1, f2, …, fk等頻率)。比較圖6與圖7可以得知，一第一誤差補償器1505被連接至該適應性濾波器1502、一第二估測轉移函數單元((z))1506被連接至該第一誤差補償器1505、一第二誤差補償器1507被連接於該適應性濾波器1502與該數位/類比處理模組151之間、且一減法器1509被連接於該可適應性演算器1504與該第二類比/數位處理模組152之間。
如圖7所示，主處理模組150內部的第一誤差補償器1505係耦接該適應性濾波器1502，用以將該適應性濾波器1502所輸出的該數位反噪音訊號乘以一第一振幅誤差倍率(β)。並且，所述第二估測轉移函數單元1506係耦接至該第一誤差補償器1505，用以對該數位反噪音訊號進行濾波處理，並輸出一濾波後數位反噪音訊號。另，耦接至該適應性濾波器1502的第二誤差補償器1507係用以將該適應性濾波器1502所輸出的數位反噪音訊號乘以一第二振幅誤差倍率(1-β)，以獲得一數位調整噪音訊號。於此，必須特別說明的是，所述第一振幅誤差倍率為β倍且所述第二振幅誤差倍率1-β倍，β介於0與1之間，並且該第二振幅誤差倍率與該第一振幅誤差倍率的總和為1。
如圖7所示，主處理模組150內部的減法器1509係耦接該第二估測轉移函數單元1506、該第二類比/數位處理模組152、與該可適應性演算器1504，用以接收該濾波後調整噪音訊號以及該第二類比/數位處理模組152所輸出的數位殘餘噪音訊號，並輸出一誤差訊號至該可適應性演算器1504。藉由特別設計主處理模組150的內部單元，使得該可適應性演算器1504同時接收該第一估測轉移函數單元1501所輸出的該濾波後噪音訊號以及減法器1509所輸出的誤差訊號，進以運算出一調整權重訊號予該適應性濾波器1502；如此，根據該參考訊號(使用者所預設)、該數位噪音訊號與該調整權重訊號，該適應性濾波器1502會透過該第二誤差補償器1507適應性地輸出數位調整噪音訊號至該數位/類比處理模組151，最終透過該擴音器13播放該數位調整噪音訊號，藉此達到調整該主噪音信號之功效。
同時參考圖6與圖7可以進一步得知的是，圖7所示的主處理模組150的內部單元僅係用以對引擎M的主噪音信號的第i個頻率(主噪音信號包括f1, f2, …, fk等頻率)進行噪音調整作業；因此，當必須同時對主噪音信號的第i個、第j個、第k個等多個頻率進行噪音調整作業之時，則必須將多個第一誤差補償器1505、多個第二估測轉移函數單元1506、多個第二誤差補償器1507、及多個減法器1509增設於圖6所示的主處理模組150的內部單元之中。
如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之優點：
(1)不同於習知技術的排氣管1'(如圖1所示)係利用聲學不連續斷面與吸音棉30'來減低廢氣所帶有的噪音；本發明係直接地設計出與據汽、機車排氣管相同形狀大小的殼體10，然後於殼體10內裝設一支撐板11，再於殼體10內與支撐板11上分別裝設微型麥克風與擴音裝置；如此一來，根據車輛引擎所產生的廢氣所帶有的主噪音，噪音控制器便可以對應地產生一反噪音訊號以對該主噪音進行一降噪處理；或者，根據該主噪音的頻率，噪音控制器可於排氣管的殼體內產生具有特定頻率的反噪音訊號，以藉由該反噪音訊號調整該主噪音的頻率。並且，本發明更於噪音控制器之中設置有適應性濾波模組；如此，根據微型麥克風所收集的殘餘噪音訊號以及訊號產生器所產生的反噪音訊號，適應性濾波模組便可以控制訊號產生器適當地調整所述反噪音訊號的振幅與相位，藉此方式使得本發明之排氣裝置能夠維持最佳降噪表現。
(2)並且，不同於習知技術的排氣管1'(如圖1所示)係利用被動式減噪技術來對廢氣所帶有噪音進行降噪處理，本發明之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置係採用主動式噪音控制技術；因此，當應用本發明之具消音功能的排氣裝置對車輛引擎所產生的廢氣所帶有的主噪音進行降噪處理之時，並不會產生車輛引擎發生排氣背壓升高的問題。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
＜本發明＞
1‧‧‧排氣裝置
10‧‧‧殼體
11‧‧‧支撐板
12‧‧‧排氣管
13‧‧‧擴音器
14‧‧‧誤差訊號感測模組
15‧‧‧噪音控制器
101‧‧‧第一穿口
102‧‧‧第二穿口
105‧‧‧第一空間
106‧‧‧第二空間
111‧‧‧安裝孔
112‧‧‧貫穿孔
121‧‧‧入氣端
122‧‧‧排氣端
M‧‧‧引擎
M1‧‧‧排氣口
115‧‧‧支撐肋
14a‧‧‧微型麥克風
150‧‧‧主處理模組
151‧‧‧數位/類比處理模組
153‧‧‧第一類比/數位處理模組
152‧‧‧第二類比/數位處理模組
1511‧‧‧數位/類比轉換單元
1512‧‧‧重建濾波單元
1513‧‧‧訊號放大單元
1531‧‧‧第一前置訊號放大單元
1532‧‧‧第一抗混疊濾波單元
1533‧‧‧第一類比/數位轉換單元
1521‧‧‧第二前置訊號放大單元
1522‧‧‧第二抗混疊濾波單元
1523‧‧‧第二類比/數位轉換單元
1501‧‧‧第一估測轉移函數單元
1502‧‧‧適應性濾波器
1504‧‧‧可適應性演算器
14b‧‧‧轉速計
1535‧‧‧同步訊號產生器
1503‧‧‧加法器
1505‧‧‧第一誤差補償器
1506‧‧‧第二估測轉移函數單元
1507‧‧‧第二誤差補償器
1509‧‧‧減法器
. ＜習知＞
1’‧‧‧排氣管
10’‧‧‧殼體
2’‧‧‧入氣管
3’‧‧‧支管
4’‧‧‧出氣管
5’‧‧‧螺旋桿
21’‧‧‧第一入氣口
42’‧‧‧排氣口
11’‧‧‧第一膨脹室
22’‧‧‧第一出氣口
31’‧‧‧第二入氣口
12’‧‧‧第二膨脹室
32’‧‧‧第二出氣口
41’‧‧‧第三入氣口
30’‧‧‧吸音棉
24’‧‧‧氣孔
34’‧‧‧氣孔
51’‧‧‧螺旋片
511’‧‧‧氣孔
圖1係顯示習用的一種排氣管的剖視圖； 圖2係顯示本發明之一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置第1實施例的立體透視圖； 圖3係顯示本發明之排氣裝置的第1實施例的示意性架構圖； 圖4係顯示主處理模組的內部架構圖； 圖5係顯示本發明之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置的第2實施例的示意性架構圖； 圖6係顯示主處理模組的第二內部架構圖； 圖7係顯示主處理模組的第三內部架構圖。
1‧‧‧排氣裝置
10‧‧‧殼體
11‧‧‧支撐板
12‧‧‧排氣管
13‧‧‧擴音器
14a‧‧‧微型麥克風
14‧‧‧誤差訊號感測模組
15‧‧‧噪音控制器
101‧‧‧第一穿口
102‧‧‧第二穿口
105‧‧‧第一空間
106‧‧‧第二空間
111‧‧‧安裝孔
112‧‧‧貫穿孔
121‧‧‧入氣端
122‧‧‧排氣端
115‧‧‧支撐肋

Claims (17)

  1. 一種具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，係包括: 一殼體，其一端係開設有一第一穿口，且其另一端係開設有一第二穿口； 一支撐板，係安裝於該殼體內部，並開設有至少一安裝孔與一貫穿孔； 一排氣管，係藉由貫穿該貫穿孔的方式而容置於該殼體內部；並且，該排氣管之一入氣端與一排氣端係分別透過該第一穿口與該第二穿口而露出於該殼體之外；其中，該入氣端係連接至外部一引擎的一排氣口； 至少一擴音器，係結合至該安裝孔； 一噪音感測模組，係設置於該引擎的該排氣口處，用以感測該引擎運轉所排出的一廢氣所產生的一主噪音訊號或者該引擎之一引擎轉速訊號； 一誤差訊號感測模組，係設置於該殼體內部，並靠近該排氣端與該擴音器；以及 一噪音控制器，係至少具有： 一第一輸入端，係連接至該噪音感測模組； 一輸出端，係電性連接該擴音器；以及 一第二輸入端，係電性連接至該誤差訊號感測模組； 其中，該噪音控制器會根據該主噪音訊號而產生一類比反噪音訊號， 並透過該擴音器播放該類比反噪音訊號，藉此對該主噪音訊號進行減噪；並且，該誤差訊號感測模組會收集該類比反噪音訊號與該主噪音訊號相抵抵銷後所產生的一殘餘噪音訊號，進而將該殘餘噪音訊號傳送該噪音控制器，該噪音控制器即根據該殘餘噪音訊號而適應性地調整該類比反噪音訊號； 其中，該噪音控制器會根據一參考訊號與該引擎轉速訊號而輸出一類比調整噪音訊號，並透過該擴音器播放該類比調整噪音訊號，藉以將該主噪音訊號調整為該參考訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，更包括複數個支撐肋，係形成於該殼體內部並位於該第一穿口或該第二穿口之周圍，用以支撐該排氣管。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該殼體係由不銹鋼材質製成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該噪音感測模組包括一微型麥克風與一轉速計。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該誤差訊號感測模組為一誤差麥克風。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該噪音控制器可為下列任一者：數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)或微處理器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該類比反噪音訊號的相位與該主噪音訊號的相位係為相差180度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該噪音控制器更包括： 一主處理模組，係透過該第一輸入端接收該主噪音訊號或該引擎轉速訊號，並對應地產生一數位反噪音訊號或一數位調整噪音訊號； 一數位/類比處理模組，係耦接該主處理模組以接收該數位反噪音訊號或該數位調整噪音訊號，進而將該數位反噪音訊號與該數位調整噪音訊號分別轉換成所述類比反噪音訊號與所述類比調整噪音訊號； 一第一類比/數位處理模組，係耦接該主處理模組與該噪音感測模組；其中，該噪音感測模組所傳送的該主噪音訊號或該引擎轉速訊號係經由該第一類比/數位處理模組轉換成一數位噪音訊號；及 一第二類比/數位處理模組，係耦接該主處理模組與該誤差訊號感測模組；其中，該誤差訊號感測模組所傳送的該殘餘噪音訊號係經由該第二類比/數位處理模組轉換成一數位殘餘噪音訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該第一類比/數位處理模組係包括： 一第一前置訊號放大單元，係用以對該主噪音訊號對行訊號放大處理； 一第一抗混疊濾波單元，係用以濾除該主噪音訊號的高頻雜訊；及 一第一類比/數位轉換單元，係用以將該主噪音訊號轉換成所述數位噪音訊號。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，當該類比/數位處理模組係包括： 一同步訊號產生器，係用以接收該引擎轉速訊號，並根據該引擎轉速訊號而同步地產生多個類比噪音訊號；以及 一第一類比/數位轉換單元，係耦接至該同步訊號產生器； 其中，該第一類比/數位轉換單元係接收該多個類比噪音訊號，並將該多個類比主噪音訊號轉換成多個數位噪音訊號。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該主處理模組係包括: 一第一估測轉移函數單元，係耦接至該第一類比/數位處理模組，用以對該第一類比/數位處理模組所輸出的該數位噪音訊號進行濾波處理，並輸出一濾波後噪音訊號； 一適應性濾波器，係連接至該第一類比/數位處理模組以接收該數位噪音訊號，並對該數位噪音訊號進行脈衝響應濾波處理；及 一可適應性演算器，係連接至該適應性濾波器；其中，該可適應性演算器係同時接收該第二類比/數位處理模組所輸出的該數位殘餘噪音訊號以及該估測轉移函數單元所輸出的該濾波後噪音訊號，進以運算出一調整權重訊號至該適應性濾波器，使得該適應性濾波器基於該調整權重訊號輸出一調整後數位反噪音訊號。
  12. 如申請專利範圍第9項或第10項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該第二類比/數位處理模組係包括： 一第二前置訊號放大單元，係用以對該殘餘噪音訊號對行訊號放大處理； 一第二抗混疊濾波(antialiasing filter)單元，係用以濾除該殘餘噪音訊號的高頻雜訊；及 一第二類比/數位轉換單元，係用以將該殘餘噪音訊號轉換成所述數位殘餘噪音訊號。
  13. 如申請專利範圍第9項或第10項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該數位/類比處理模組係包括： 一數位/類比轉換單元，係用以將該數位反噪音訊號與該數位調整噪音訊號分別轉換成該類比反噪音訊號與該類比調整噪音訊號； 一重建濾波單元，係用以對該類比反噪音訊號與該類比調整噪音訊號執行重建濾波處理；及 一訊號放大單元，係用以對該類比反噪音訊號與該類比調整噪音訊號執行訊號放大處理。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該主處理模組係包括: 複數個第一估測轉移函數單元，係耦接至該第一類比/數位處理模組，用以對該第一類比/數位處理模組所輸出的多個數位噪音訊號進行濾波處理，並對應地輸出多個濾波後噪音訊號； 複數個適應性濾波器，係連接至該第一類比/數位處理模組以接收該數位噪音多個數位噪音訊號，並根據該多個數位噪音訊號而輸出多個數位反噪音訊號； 複數個可適應性演算器，係分別連接至該複數個適應性濾波器與該複數個第一估測轉移函數單元，用以同時接收該第二類比/數位處理模組所輸出的該數位殘餘噪音訊號以及該第一估測轉移函數單元所輸出的濾波後噪音訊號，藉此進一步地運算出一調整權重訊號至該適應性濾波器； 一加法器，係耦接至該複數個適應性濾波器；其中，該多個數位反噪音訊號經由該加法器合成之後輸出至該數位/類比處理模組，最終透過該擴音器播放該類比反噪音訊號，藉此消除該引擎運轉產生之該主噪音信號。
  15. 如申請專利範圍第11項或第14項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該適應性濾波器為一有限脈衝響應濾波器(Finite Impulse Response Filter, FIR filter)、一無限脈衝響應濾波器(Infinite Impulse Response Filter, IIR filter)、或其他濾波器。
  16. 如申請專利範圍第11項或第14項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該可適應性演算器係嵌有下列任一種演算法：最小均方根演算法(Least Mean Square, LMS)、正規化最小均方根演算法(Normalized Least Mean Square, NLMS)、或其他演算法。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之具消除噪音與調整噪音頻率功能的排氣裝置，其中，該主處理模組係更包括: 複數個第一誤差補償器，其中，每個第一誤差補償器係耦接該適應性濾波器，用以將該適應性濾波器所輸出的該數位調整噪音訊號乘以一第一振幅誤差倍率； 複數個第二估測轉移函數單元，其中，每個第二估測轉移函數單元係耦接至該第一誤差補償器，用以對該數位調整噪音訊號進行濾波處理，並輸出一濾波後調整噪音訊號； 複數個第二誤差補償器，其中，每個第二誤差補償器係耦接該適應性濾波器，用以將該適應性濾波器所輸出的該數位調整噪音訊號乘以一第二振幅誤差倍率；其中，該第二振幅誤差倍率與該第一振幅誤差倍率的總和為1；及 複數個減法器，其中，每個減法器係耦接該第二估測轉移函數單元、該第二類比/數位處理模組、與該可適應性演算器，用以接收該濾波後調整噪音訊號以及該第二類比/數位處理模組所輸出的數位殘餘噪音訊號，並輸出一誤差訊號至該可適應性演算器； 其中，該可適應性演算器係同時接收該第一估測轉移函數單元所輸出的該濾波後噪音訊號以及該減法器所輸出的該誤差訊號，進以運算出一調整權重訊號予該適應性濾波器；如此，根據該參考訊號、該數位噪音訊號與該調整權重訊號，該適應性濾波器會適應性地輸出一調整後的數位調整噪音訊號至該數位/類比處理模組。
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