DE4446816C2 - System und Verfahren zum Unterdrücken von Fahrzeuginnengeräuschen - Google Patents
System und Verfahren zum Unterdrücken von FahrzeuginnengeräuschenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein
Verfahren zum Unterdrücken von Geräuschen im Fahrgastraum
eines Fahrzeugs mit Eigenantrieb, wobei zwangsweise ein Ton
von einer Tonquelle erzeugt wird, um das Fahrzeuginnen
geräusch zu kompensieren, und insbesondere ein Geräusch
unterdrückungssystem zum Unterdrücken eines periodisch er
zeugten Geräuschs.
Es wurden verschiedene Verfahren zum Unterdrücken eines
Rauschtons im Fahrgastraum vorgeschlagen, wobei durch eine
im Fahrgastraum angeordnete Tonquelle ein Kompensationston
mit der gleichen Amplitude wie diejenige des Rauschtons und
mit einer bezüglich des Rauschtons entgegengesetzten Phase
erzeugt wird.
Von diesen herkömmlichen Verfahren wird in der JP-A-3-
178846 das folgende Verfahren beschrieben.
Nachstehend wird Bezug genommen auf die Fig. 9 bis
11, wobei Fig. 9 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Ge
räuschunterdrückungssystems darstellt. Fig. 10 zeigt ein
Blockdiagramm des adaptiven Filterabschnitts und des Ab
griffwertaktualisierungsabschnitts des herkömmlichen Sy
stems. Fig. 11 zeigt ferner ein Blockdiagramm des herkömmli
chen Übertragungskenngrößenkompensationsabschnitts. In Fig.
9 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Geräuschquelle, 11
eine Abtast- oder Aufnahmeschaltung, die Bezugszeichen 12
und 16 bezeichnen Analog/Digital- (A/D-) Wandler, das Be
zugszeichen 13 bezeichnet einen Digital/Analog- (D/A-) Wand
ler, 14 einen Lautsprecher, 7 ein adaptives Filter, 8 einen
Übertragungskenngrößenkompensationsabschnitt und 9 einen Ab
griffwertaktualisierungsabschnitt.
Ein Mikrophon 15 ist an einer Position angeordnet, an
der ein Rauschton unterdrückt werden soll. Das adaptive Fil
ter 7 korrigiert ein Fehlersignal e(t), d. h. eine Differenz
zwischen einem durch die Aufnahmeschaltung 11 aufgenommenen
Rauschsignal und einem dem Mikrophon 15 zugeführten
Rauschton, wobei das korrigierte Signal wird durch den Laut
sprecher 14 übertragen wird. Daraufhin erzeugt das Signal,
das das Mikrophon 15 erreicht, ein Signal mit der gleichen
Amplitude wie der Rauschton von der Geräuschquelle 10 und
mit einer bezüglich des Rauschtons entgegengesetzten Phase.
Das adaptive Filter 7 von Fig. 10 ist ein digitales
Filter, das aus Verzögerungsleitungen mit Abgriffen gebildet
wird. D. h., durch Zuführen eines Ausgangssignals von der Ab
tastschaltung 11 zum adaptiven Filter 7 kann die Übertra
gungskennlinie des Filters derart festgelegt werden, daß ein
Schalldruck und eine Wellenform an der Position des Mikro
phons 15 entgegengesetzt sind. Diese Adaption wird im
Abgriffwertaktualisierungsabschnitt 9 durchgeführt.
Weil die Kompensationsübertragungskenngrößen durch eine
Zeitverzögerung, eine Bandbegrenzung oder ähnliches beein
flußt werden, während ein Signal vom adaptiven Filter 7 er
zeugt wird und über einen D/A-Wandler 13 und den Laut
sprecher 14 das Mikrophon 15 erreicht, wirkt der Übertra
gungskenngrößenkompensationsabschnitt 8 zum Kompensieren
dieser Einflüsse und zum Übertragen eines kompensierten Si
gnals mit der gleichen Amplitude wie das Signal von der Ge
räuschquelle 10 und mit einer bezüglich dieses Signals ent
gegengesetzten Phase zum Abgriffwertaktualisierungsabschnitt
9.
Dieser Übertragungskenngrößenkompensationsabschnitt
kann außerdem aus digitalen Filtern mit Verzögerungsleitun
gen mit Abgriffen gebildet werden. Fig. 11 zeigt ein schema
tisches Diagramm eines Aufbaus des Übertragungskenngrößen
kompensationsabschnitts 8. Die Bezugszeichen 80-1 bis 80-J
bezeichnen Verzögerungselemente zum zeitlichen Steuern von
den A/D-Wandlern 12 und 16 zugeführten Abtastimpulsen. Die
Bezugszeichen 81-0 bis 81-J bezeichnen Abgriffwerte, mit
denen ein Ausgangswert des Verzögerungselements multi
pliziert wird, woraufhin der multiplizierte Ausgangswert
ausgegeben wird.
Wenn der Ausgangswert des A/D-Wandlers 12 zum Zeitpunkt
t = tn x(n) und zum Zeitpunkt t = tn+1 x(n + 1) beträgt und
ferner <i = 1, 3< Σ xi = x1 + x2 + x3 ist, wird das Kompen
sationssignal C(n) vom Übertragungskenngrößenkompen
sationsabschnitt 8 dargestellt durch:
C(n) = <i = 0, J< Σ x(n - i) Ci (1)
Das adaptive Filter 7 weist Verzögerungselemente 70-1
bis 70-Z, Abgriffwerte 71-0 bis 71-Z und ein Addierglied 72
auf, wie in Fig. 10 dargestellt. Das Verzögerungselement 70
steuert zeitlich die dem A/D-Wandler 12 zugeführten Abtast
impulse.
Daher wird das Ausgangssignal y(n) des adaptiven Fil
ters dargestellt durch:
y(n) = <i = 0, Z< Σ x(n - i) Wi(n) (2)
y(n) wird im D/A-Wandler 13 in ein analoges Signal umge
wandelt und an den Lautsprecher 14 übertragen.
Die Abgriffwerte W0(n) bis WZ(n) des adaptiven Filters
7 werden jedesmal, wenn der Abtastimpuls erzeugt wird, im
Abgriffwertaktualisierungsabschnitt 9 aktualisiert. Wie in
Fig. 10 dargestellt, weist der Abgriffwertaktualisierungsab
schnitt 9 Multiplizierer 90, 91 und 92 sowie ein Addierglied
93 auf.
Zunächst wird dem Verzögerungselement 90 das Ausgangs
signal C(n) vom Übertragungskenngrößenkompensationsabschnitt
8 zugeführt und übertragen, nachdem das Signal für eine dem
Abtastimpulsintervall gleiche Zeitdauer verzögert wurde.
Ferner wird das Ausgangssignal e(t) vom Mikrophon 15 im Mul
tiplizierer 91 mit einem Wert α multipliziert, nachdem es im
A/D-Wandler 16 in einen digitalen Wert umgewandelt wurde.
Dieser Wert α ist gemäß einer Schleifenkenngröße des adapti
ven Steuerungssystems vorgegeben.
Anschließend wird der aktualisierte Wert W(n + 1) be
züglich jedem der Abgriffwerte des adaptiven Filters 7 be
rechnet. Nachstehend wird der Fall beschrieben, bei dem der
Abgriffwert W0(n) des Abgriffs 71-0 auf den Wert W0(n + 1)
aktualisiert wird, um die Beschreibung zu vereinfachen. Im
Multiplizierer 92-0 wird das Ausgangssignal des Multiplizie
rers 91 mit dem Ausgangswert C(n) des Übertragungs
kenngrößenkompensationsabschnitts 8 multipliziert. Im Ad
dierglied 93-0 wird der Ausgangswert des Multiplizierers 92-
0 vom Abgriffwert W0(n) zum Zeitpunkt t = tn subtrahiert und
das Ergebnis der Subtraktion wird in einen Abgriffwert W0(n
+ 1) zum nächsten Zeitpunkt t = tn+1 aktualisiert. D. h.:
W0(n + 1) = W0(n) - αC(n)e(n) (3)
Außerdem werden die anderen Abgriffwerte Wi folgender
maßen aktualisiert:
Wi(n + 1) = Wi(n) - αC(n - i)e(n) (4)
Wie vorstehend beschrieben, wird im herkömmlichen Ge
räuschunterdrückungssystem, indem ein von einer Geräusch
quelle aufgenommenes Rauschsignal das adaptive Filter durch
läuft, durch den Lautsprecher 14 ein Ton mit der gleichen
Amplitude wie der Rauschton und mit einer bezüglich des
Rauschtons entgegengesetzten Phase erzeugt, um das Geräusch
in der Nähe des Mikrophons zu unterdrücken.
Daher ist die Anzahl der Multiplikationen, die im adap
tiven Filter ausgeführt werden müssen, und die Anzahl der
Additionen der Anzahl von Abgriffen im Abgriffwertaktuali
sierungsabschnitt gleich.
Wenn diese Multiplikationen und Additionen durch unab
hängige Multiplizierter und Addierglieder ausgeführt werden,
wird der Aufbau des Systems sehr kompliziert, weshalb diese
Berechnungen normalerweise durch einen Prozessor ausgeführt
werden. Wenn ein Prozessor verwendet wird, um in einem In
tervall eines Abtastimpulses eine der Anzahl der Abgriffe
entsprechende Anzahl von Multiplikationen bzw. Additionen
auszuführen, ist jedoch ein teurer Hochgeschwindigkeitspro
zessor erforderlich.
Die DE-A-43 08 998 zeigt ein Geräuschverminderungssystem für
den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges. Das Vibrations
geräuschquellensignal wird als Hauptquellensignal einem
adaptiven Filter und einer LMS-Rechenschaltung über eine
Lautsprecher-Mikrofon-Übertragungscharakteristik-Korrigier
schaltung zugeführt, in ein Löschsignal synthetisiert und
über einen Lautsprecher als Löschton ausgegeben. Der
Löschton wird als Fehlersignal empfangen und der LMS-
Schaltung zugeführt, die dann die Filterkoeffizienten des
adaptiven Filters auf der Grundlage des Hauptquellensignals
(Motorbetriebssignal) und des Fehlersignals aktualisiert, um
das Fehlersignal so klein wie möglich zu halten.
Die WO 88/02912 betrifft eine aktive Geräuschsteuerung für
Fahrgasträume von Kraftfahrzeugen. Zwei Lautsprecher werden
von Signalen gespeist, die von einem Referenzsignal durch
adaptive Filterung, ausgeführt von einem programmierten
Mikroprozessor und einer Speichereinheit, erhalten werden
und wobei die Filterung angepaßt wird in Abhängigkeit von
Fehlersignalen von vier Mikrofonen, die im Fahrgastraum
verteilt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeug-
Innengeräuschunterdrückungssystem und ein Verfahren hierzu mit einem sehr einfachen
Aufbau bzw. sehr einfacher Handhabung bereitzustellen.
Bevor die Einrichtungen beschrieben werden, aus denen
die vorliegende Erfindung aufgebaut ist, wird nachstehend
das Prinzip der Erfindung erläutert.
Herkömmlich wird das dem adaptiven Filter zuzuführende
Signal von der Geräuschquelle aufgenommen, deren Spektrum
einem einem Mikrophon zuzuführenden Rauschton ähnlich ist.
Es ist jedoch nicht notwendig ein Signal zuzuführen, das ein
ähnliches Spektrum aufweist wie der Rauschton. Es kann ein
beliebiges Signal verwendet werden, wenn das Spektrum des
Rauschtons darin enthalten ist. D. h., wenn das Spektrum des
Rauschtons im Signal enthalten ist, kann durch Ändernder
Filterkennlinie die gleiche Wellenform wie diejenige des
Rauschtons erzeugt werden.
Außerdem kann bezüglich des zyklischen (periodischen)
Rauschtons eine geeignete Filterkennlinie erhalten werden,
indem die Gesamtverzögerungszeit der Verzögerungsleitungen
so eingestellt wird, daß sie einer Periode des Rauschtons
gleich ist. D. h., Weil der Rauschton zyklisch ist, ist es
möglich, daß ein Echosignal auf das Rauschsignal eines Zy
klus durch die Periode des Rauschtons dividiert wird, wobei
die dividierten Echosignale einander überlagert werden.
D. h., hierbei kann ein Überlagerungsprinzip verwendet wer
den.
Die vorliegende Erfindung basiert auf diesem Prinzip.
Herkömmlich muß die in Gleichung (2) dargestellte Berechnung
von y(n) für i = 0 bis i = Z ausgeführt werden. Bei der vor
liegenden Erfindung muß andererseits die gleiche Berechnung
bis i = I ("I"-te Abgriffstelle) ausgeführt werden, wobei
die Verzögerungszeitdauer einer Rauschtonperiode gleich ist.
Außerdem kann bezüglich der Aktualisierung des Abgriffwertes
die in Gleichung (4) dargestellte Berechnung von Wi von i =
0 bis i = I ausgeführt werden.
Durch Zuführen eines mit der Periode des Rauschtons von
der Geräuschquelle synchronisierten Impulses zum adaptiven
Filter kann außerdem das Spektrum des Impulses ausreichend
verbreitert werden, so daß es das gesamte Spektrum des
Rauschtons enthält. Wenn die Amplitude x des Impulses auf
"1" normalisiert wird, lautet Gleichung (2):
y(n) = <i = K1, K2< Σ Wi(n) (5)
wobei K1 und K2 Nummern des Verzögerungselements bezeichnen,
wodurch dargestellt wird, daß Impulse vom Verzöge
rungselement Nr. K1 bis zum Verzögerungselement K2 vorhanden
sind.
Durch die vorstehende Gleichung kann, weil die Berech
nung nur durch den Additionsprozeß ausgeführt wird, die Be
rechnung vereinfacht werden. Wenn die Periode des Rauschtons
sich ändert, d. h., wenn die Nummer I des Abgriffelements des
adaptiven Filters geändert wird, können die durch die Ände
rung der Abgriffnummer erzeugten Geräusche eliminiert wer
den, indem für das adaptive Filter eine Filterkennlinie zum
Begrenzen eines Hochfrequenzbereichs verwendet wird.
Es wird ein Fahrzeug-Innengeräuschunterdrückungssystem
bereitgestellt mit: einer Synchronisierungsimpulserzeugungs
einrichtung zum Erzeugen eines mit einer Periode des Ge
räuschs synchronisierten Impulses zum Erzeugen des Signals
vom adaptiven Filter und des Signals zum Kompensieren der
Übertragungskenngröße, einer Impulsintervallerfassungsein
richtung zum Erfassen eines Intervalls des durch die Syn
chronisierungsimpulserzeugungseinrichtung erzeugten Impul
ses, einer auf das Intervall von der Synchronisierungsim
pulserzeugungseinrichtung ansprechenden Abgriffnummern
schalteinrichtung zum Umschalten einer Abgriffnummer des ad
aptiven Filters auf eine Abbruchabgriffnummer, die einer
Verzögerungszeitdauer einer Verzögerungsleitung mit Abgriff
für das adaptive Filter entspricht, um die Rechenzeiten
durch das adaptive Filter zu verkürzen, eine
Filterkoeffizientenspeichereinrichtung zum Speichern eines
Filterkoeffizienten, um einen im Ausgangssignal des adapti
ven Filters enthaltenen Hochfrequenzbereich zu begrenzen,
eine Faltungseinrichtung zum Umwandeln des Filter
koeffizienten durch einen Faltungsprozeß in den Abgriffwert
des adaptiven Filters und eine Steuereinrichtung zum Steuern
der Faltungseinrichtung, wenn die Periode des Rauschtons
sich ändert.
Im derart aufgebauten Fahrzeug-Innengeräuschunter
drückungssystem erzeugt zunächst die Synchronisierungs
impulserzeugungseinrichtung einen mit der Periode des
Rauschtons synchronisierten Impuls und führt den Impuls der
Übertragungskenngrößenkompensationseinrichtung zu. In der
Impulsintervallerfassungseinrichtung wird das Intervall des
durch die Synchronisierungsimpulserzeugungseinrichtung er
zeugten Impulses erfaßt.
Anschließend bricht die Abgriffnummernschalteinrichtung
bei einer Abgriffnummer ab und schaltet auf diese um, wenn
die Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung mit Abgriff dem
durch die Impulsintervallerfassungseinrichtung erfaßten Im
pulsintervall gleich wird. Wenn festgestellt wird, daß das
Intervall des Rauschtons sich verändert hat, weist die
Steuereinrichtung die Faltungseinrichtung an, den in der
Filterkoeffizientenspeichereinrichtung gespeicherten
Filterkoeffizienten zum Begrenzen des Hochfrequenzbereichs
auszulesen und den Filterkoeffizienten durch eine Faltungs
operation in den Abgriffwert des adaptiven Filters umzuwan
deln, wodurch bei der Änderung der Abgriffnummer erzeugte
Geräusche eliminiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann, weil das
erfindungsgemäße Geräuschunterdrückungssystem so aufgebaut
ist, daß ein mit der Periode des Rauschtons synchronisierter
Impuls erzeugt, der Impuls dem adaptiven Filter zugeführt
und die Verzögerungsleitung bei der Abgriffnummer abgegrif
fen wird, die der Periode der zugeführten Impulse gleich
ist, die Anzahl der Berechnungen des adaptiven Filters we
sentlich verringert und der Aufbau des Systems vereinfacht
werden. Wenn die Abgriffnummer des adaptiven Filters gemäß
der Änderung der Periode des Rauschtons geändert wird, kön
nen, weil der Filterkoeffizient zum Begrenzen des Hochfre
quenzbereichs durch eine Faltungsoperation in den Abgriff
wert umgewandelt wird, durch die Änderung der Abgriffnummer
erzeugte Geräuschtöne eliminiert werden, wenn die Ab
griffnummer des adaptiven Filters geändert wird.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform;
Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausfüh
rungsform eines Abgriffnummernschaltabschnitts, eines ad
aptiven Filters, eines Übertragungskenngrößenkompensations
abschnitts und eines Abgriffwertaktualisierungsabschnitts;
Fig. 3 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines Bei
spiels eines Abgriffwertes eines Übertragungskenngrößen
kompensationsabschnitts;
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung eines Verzöge
rungselements bezüglich eines zyklischen Impulses p(t);
Fig. 5 zeigt eine Abbildung zum Darstellen einer Be
rechnung eines Ausgangswertes für ein adaptives Filter;
Fig. 6 zeigt eine Abbildung zum Darstellen einer Aktua
lisierung eines adaptiven Filters;
Fig. 7 zeigt eine Abbildung zum Darstellen eines Fal
tungsabschnitts einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 zeigt eine Abbildung zum Darstellen einer Funk
tion eines Filters für eine Faltungsoperation gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 zeigt ein schematisches Diagramm eines herkömm
lichen Geräuschunterdrückungssystems;
Fig. 10 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines adapti
ven Filters und eines Abgriffwertaktualisierungsabschnitts
bei einem herkömmlichen System; und
Fig. 11 zeigt ein Diagramm eines herkömmlichen Übertra
gungskenngrößenkompensationsabschnitts.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Synchro
nisierungsimpulserzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines mit
einer Periode eines Rauschtons von einer Geräuschquelle 10
synchronisierten Impulses. Bezugszeichen 2 bezeichnet eine
Impulsintervallerfassungsschaltung zum Erfassen eines in der
Synchronisierungsimpulserzeugungseinrichtung 1 erzeugten Im
pulsintervalls. Bei dieser Ausführungsform wird das Impuls
intervall durch Zählen einer Anzahl von Abtastimpulsen eines
A/D-Wandlers 16 bestimmt.
Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Abgriffnummern
schaltabschnitt zum Ausführen einer Schaltfunktion, so daß
erreicht wird, daß die Abgriffnummer des adaptiven Filters 4
und die Anzahl der durch die Impulsintervall
erfassungsschaltung 2 erfaßten Abtastimpulse gleich sind.
Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Übertragungskenngrößen
kompensationsabschnitt, 6 einen Abgriffwertaktualisierungs
abschnitt, 13 einen D/A-Wandler, 14 einen Lautsprecher, 15
ein Mikrophon und 16 einen A/D-Wandler.
Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 17 einen Filter
koeffizientenspeicherabschnitt zum Speichern eines Filterko
effizienten zum Unterdrücken einer Hochfrequenzkomponente
eines durch das adaptive Filter 4 erzeugten Signals und das
Bezugszeichen 18 einen Faltungsabschnitt zum Umwandeln des
im Filterkoeffizientenspeicherabschnitt 17 gespeicherten
Filterkoeffizienten durch einen Faltungsprozeß in den Ab
griffwert des adaptiven Filters 4. Ferner bezeichnet das Be
zugszeichen 19 einen Steuerabschnitt zu Steuern des Fal
tungsabschnitts 18.
Bei der Konstruktion des Systems wird die Frequenz des
Abtastimpulses im voraus so festgelegt, daß sie größer ist
als die doppelte maximale Frequenz, die in den vom Mikrophon
15 ausgegebenen Signalen enthalten ist.
Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird die Impuls
breite des durch die Synthetisierungsimpulserzeugungs
einrichtung 1 erzeugten Synthetisierungsimpulses p(t) so de
finiert, daß sie 3 Abtastzeitdauern entspricht, und das
durch die Impulsintervallerfassungsschaltung 2 erfaßte Im
pulsintervall wird so definiert, daß es I Abtastungen ent
spricht.
Nachstehend wird zunächst der Übertragungskenngrößen
kompensationsabschnitt 5 beschrieben. Der Übertragungskenn
größenkompensationsabschnitt 5 kann so aufgebaut sein, wie
vorstehend unter Bezug auf Fig. 11 als Beispiel eines her
kömmlichen Systems beschrieben, wobei jedoch durch Austau
schen eines Eingangssignals der Geräuschquelle durch ein Im
pulssignal ein einfacherer Aufbau erhalten werden kann.
D. h., wenn die Impulsbreite x auf "1" normalisiert wird,
lautet Gleichung (1), weil nur die im Verzögerungselement
vorhandenen Koeffizienten addiert werden müssen:
C(n) = <i = k, k - 2< Σ Ci (6)
wobei k die Nummer des Verzögerungselements ist, bei dem der
erste Eingangsimpuls vorhanden ist.
Der in Fig. 3 dargestellte Abgriffwert Ci ist bestimmt,
wenn die Position des Lautsprechers 14, die Position des Mi
krophons 15 und die Kenngröße des D/A-Wandlers 13 bestimmt
sind. Wenn der erste Eingangsimpuls bei einer Abgriffnummer
k vorhanden ist, wird die rechte Seite der Gleichung (6) im
voraus berechnet, wobei der "k"-te Abgriffwert C0(k) gegeben
ist durch:
C0(k) = <i = k, k - 2< Σ Ci (7)
wobei Ci = 0 ist, wenn i < 0 und i < J gilt.
Daher ist keine zusätzliche Addition erforderlich, wenn
der Abgriffwert in der "k"-ten Adresse des Speichers gespei
chert wird.
Nachstehend werden unter Bezug auf Fig. 2 die Arbeits
weisen des Abgriffnummernschaltabschnitts 3, des adaptiven
Filters 4, des Übertragungskenngrößenkompensationsabschnitts
5 und des Abgriffwertaktualisierungsabschnitts 6 beschrie
ben.
Der Übertragungskenngrößenkompensationsabschnitt 5 wird
aus einem Speicher 51 gebildet, wobei in der "k"-ten Adresse
des Speichers der Wert C0(k) von Gleichung (7) gespeichert
wird.
Der Abgriffnummernschaltabschnitt 3 wird aus einer
MOD(I)-Schaltung 31 gebildet. Der Abgriffwertaktuali
sierungsabschnitt 6 wird aus einer Adressenerzeugungs
schaltung 61, einem Addierglied 62, einer MOD(I)-Schaltung
63 und Multiplikationsschaltungen 64 und 65 gebildet. Außer
dem wird das adaptive Filter aus einem Zähler 41, einer
Adressenerzeugungsschaltung 43, einem Speicher 44 und einer
Addierschaltung 45 gebildet. Der Zähler wird durch Differen
zieren des in der Synthetisierungsimpulserzeugungsein
richtung 1 erzeugten Impulses in einer Differentialschaltung
42 zurückgesetzt, und anschließend wird der Zählwert von 0
bis I-1 wieder hochgezählt. Die Adressenerzeugungsschaltung
43 erzeugt den Zählwert und Adressenwerte des Zählwertes -1
und -2 im Time-Sharing-Verfahren. Diese drei Adressen ent
sprechen <i = K1, K2< in Gleichung (5).
Die MOD(I)-Schaltung 31 wandelt die in der Adressener
zeugungsschaltung 43 erzeugten Daten in Modulo-I-Daten um
und überträgt diese als eine Adresse des Speichers 44. D. h.,
wenn beispielsweise I = 30 ist, gibt die MOD(I)-Schaltung
den Wert 0 aus, wenn der Datenwert 30 ist, den Wert 1, wenn
der Datenwert 31 ist, den Wert -1, wenn der Datenwert 29
ist, und den Wert -2, wenn der Datenwert 28 ist.
Im Speicher 44 wird der der Adresse entsprechende Da
tenwert (Abgriffwert) ausgelesen und wird ausgegeben, nach
dem er in der Addierschaltung 45 addiert wurde. D. h., in der
Addierschaltung 45 wird eine Addition gemäß Gleichung (5)
ausgeführt, woraufhin y(n) ausgegeben wird.
Bei der Berechnung des Ausgangswertes y(n) im adaptiven
Filter 4 gemäß einem Beispiel des in Fig. 10 dargestellten
herkömmlichen Verfahrens, wird der Synchronisierungsimpuls
p(t) von der Synchronisierungsimpulserzeugungsschaltung 1
dem Verzögerungselement 70 zugeführt. Fig. 4 zeigt einen Zu
stand, bei dem der Synchronisierungsimpuls p(t) das Verzöge
rungselement 70 durchläuft. In der Abbildung bezeichnet die
horizontale Achse Elementnummern, und die vertikale Achse
bezeichnet einen Synchronisierungsimpuls p(t) mit drei Ab
tastbreiten, wie vorstehend beschrieben.
Der Zählwert des in Fig. 2 dargestellten Zählers 41
entspricht der im ersten Impuls des in Fig. 4 dargestellten
Synchronisierungsimpulses p(t) existierenden Elementnummer
k. Die Adressenerzeugungsschaltung 43 erzeugt basierend auf
dem Wert k die Adressenwerte k, k - 1 und k - 2.
Daher wird, wie in Fig. 5 dargestellt, der von der Ad
dierschaltung 45 ausgegebene Ausgangswert y(n) durch Addie
ren der Abgriffwerte von Wk bis Wk-2 gebildet, nachdem die
Berechnung bei WI beendet wurde. Wenn die Addierschaltung 45
die Berechnung von y(n) beendet, wird damit begonnen, die im
Speicher 44 gespeicherten Abgriffwerte zu aktualisieren.
Wenn der vom Zähler 41 ausgegebene Zählwert geändert
wird, erzeugt die Adressenerzeugungsschaltung 61 durch ein
Time-Sharing-Verfahren die der Adresse k entsprechenden
Adressensignale von 0 bis J, wie in Gleichung (7) darge
stellt.
Die Übertragungskenngröße HCk wird durch das von der
Adressenerzeugungsschaltung 61 erzeugte Adressensignal aus
dem Speicher 51 ausgelesen und dem Multiplizierer 65 zuge
führt, wodurch das Ausgangssignal µ . e(n) . C0(k) erhalten
wird.
Andererseits wird das durch die Adressenerzeugungs
schaltung 61 erzeugte Adressensignal im Addierglied 62 vom
Zählwert des Zählers 41 subtrahiert und der MOD(I)-Schaltung
63 zugeführt. Das Ausgangssignal der MOD(I)-Schaltung 63
wird dem Speicher 44 als ein Adressensignal zugeführt. Dar
aufhin wird aus dem Speicher der Abgriffwert Wk(n) ausgele
sen und der Addierschaltung 66 zugeführt.
In der Addierschaltung 66 wird der Abgriffwert Wk(n)
vom Ausgangssignal von der Multiplikationsschaltung 65 sub
trahiert.
Wk(n + 1) = Wk(n) - µ . e(n) . C0(k) (9)
D. h., der Abgriffwert Wk(n + 1) wird im Speicher 44 bei
der Adresse k gespeichert, wodurch der Abgriffwert aktuali
siert wird.
Hinsichtlich der Aktualisierung des Abgriffwertes wer
den, weil in der Adressenerzeugungsschaltung 61 die Adressen
von 0 bis J erzeugt werden, wenn der Zählwert des Zählers 41
k ist, die Daten der Adressen im Speicher 44 aktualisiert,
die den Werten k bis k - J entsprechen. D. h., wie in Fig. 6
dargestellt, die Aktualisierungen der Abgriffe Wk bis Wk-J
des adaptiven Filters werden so ausgeführt, wie im Beispiel
des in Fig. 10 dargestellten herkömmlichen Verfahrens darge
stellt.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch das Aktualisie
ren des Abgriffwertes des adaptiven Filters der durch den
Lautsprecher 14 ausgesendete Ton die gleiche Amplitude wie
der dem Mikrophon 15 zugeführte Rauschton von der Geräusch
quelle und eine bezüglich des Rauschtons entgegengesetzte
Phase aufweisen, wodurch der Rauschton in der Nähe des Mi
krophons gedämpft bzw. unterdrückt wird.
Das Geräuschunterdrückungssystem mit dem vorstehenden
Aufbau arbeitet geeignet, wenn die Periode des Rauschtons
von der Geräuschquelle 10 konstant ist, wenn jedoch die
Motordrehzahl aufgrund einer Beschleunigung oder einer Ver
zögerung des Fahrzeugs geändert wird, tritt in den vom adap
tiven Filter ausgegebenen Signalen eine Diskontinuität bzw.
Unstetigkeit auf. Aufgrund dieser Unstetigkeit werden durch
den Lautsprecher 14 anormale Geräusche wie beispielsweise
"Summgeräusche" erzeugt. Wenn die Motordrehzahl geändert
wird, ändert sich die Periode des Rauschtons ebenfalls, wo
durch sich die Abgriffnummer I des adaptiven Filters 4 än
dert. Wenn die Abgriffnummer des adaptiven Filters geändert
wird, kann ein einzelner Abgriffwert des adaptiven Filters
nicht unmittelbar in einen Abgriffwert des stabilen Zustands
aktualisiert werden, weil mehrere Aktualisierungen erfor
derlich sind, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Dies
ist der Grund, warum die Unstetigkeit auftritt, wenn sich
die Motordrehzahl ändert.
Um die vorstehend erwähnten "Summ"-geräusche zu eli
minieren, sind bei der vorliegenden Erfindung ein Filterko
effizientenspeicherabschnitt 17, ein Faltungsabschnitt 18
und ein Steuerabschnitt 19 vorgesehen.
Bevor die Funktionen dieser Abschnitte erläutert wer
den, wird zunächst das Prinzip zum Eliminieren dieser Geräu
sche beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, treten diese "Summ"-ge
räusche auf, wenn eine Abgriffnummer I des adaptiven Fiters
4 geändert wird. Daher kann in Betracht gezogen werden,
diese Geräusche durch Einfügen eines Filters zu eliminieren,
um die Hochfrequenzkomponente zu entfernen, die diese in den
vom adaptiven Filter 4 ausgegebenen Signalen enthaltenen
Summgeräusche verursacht.
D. h., dieses Filter hat eine derartige Filterkennlinie,
daß ein Hochfrequenzbereich der Frequenzkennlinie für den
Lautsprecher 14 wie in Fig. 8 dargestellt begrenzt wird. An
dererseits muß, wenn ein solches Filter zum Begrenzen des
Hochfrequenzbereichs eingefügt wird, gleichzeitig die Über
tragungskenngröße des Übertragungskenngrößenkompensations
abschnitts 5 geändert werden. Dadurch ergibt sich ein kom
plizierter Aufbau des Systems.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das adaptive Filter
mit einem zusätzlichen Filter zum Begrenzen der Hochfre
quenzbereiche verwendet. D. h., der Aufbau zweier hinter
einander angeordneter Filter als ein Filter kann erreicht
werden, indem ein Faltungsprozesses bezüglich jedes Filter
koeffizienten dieser beiden Filtern ausgeführt und dadurch
ein neuer Filterkoeffizient gebildet wird.
Zu diesem Zweck wurden im Filterkoeffizientenspeicher
abschnitt 17 Filterkoeffizienten des Filters zum Begrenzen
des Hochfrequenzbereichs gespeichert. Im Faltungsabschnitt
18 wird der Abgriffwert des adaptiven Filters 4 durch Falten
eines im Filterkoeffizientenspeicherabschnitt 17 gespeicher
ten Filterkoeffizienten F mit einem im Abgriffwertaktuali
sierungsabschnitt 6 des adaptiven Filters 4 gebildeten Ab
griffwert bestimmt.
D. h., der im Abgriffwertaktualisierungsabschnitt 6 ge
mäß Gleichung (9) gebildete Abgriffwert Wk(n + 1) wird, wenn
die Faltung ausgeführt wird, dargestellt durch:
Wk(n + 1) = <j = 1, m< Σ wt+j(n + 1) Fj (10)
wobei m eine Nummer eines im Filterkoeffizientenspeicherab
schnitt 17 gespeicherten Filterkoeffizienten ist, und wobei
gilt:
t = k - (m + 1)/2 (wobei m eine ungerade Zahl ist) (11),
und t = k - m/2 (wobei m eine gerade Zahl ist) (12).
Der Faltungsprozeß von Gleichung (10) wird nachstehend
unter Bezug auf Fig. 7 für den Fall m = 5 beschrieben.
Im adaptiven Filter 4 existieren, wie in Fig. 10 darge
stellt, Abgriffwerte W0 bis WZ. Außerdem existieren im Ab
griffwertaktualisierungsabschnitt 6 gebildete Abgriffwerte
W0 bis WZ. Weil m = 5 ist, ergibt sich für t gemäß Gleichung
(11):
t = k - 3
Wenn k = 1 ist, ergibt sich für W1 gemäß Gleichung
(10):
W1 = w-1F1 + w0F2 + w1F3 + w2F4 + w3F5 (13)
Ähnlich ergibt sich für W2, wenn k = 2 ist:
W2 = w0F1 + w1F2 + w2F3 + w3F4 + w4F5 (14)
Weil der Wert w-1 in Gleichung (13) im Abgriffwertak
tualisierungsabschnitt 6 nicht gebildet wird, kann die Mul
tiplikation dieses Terms vernachlässigt werden. Fig. 7 zeigt
eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen den Gleichungen
(13) und (14). Wenn Wk der zu berechnende Abgriffwert ist,
wird die Multiplikation von wk mit dem Filterkoeffizient F
so ausgeführt, daß der Mittelwert von F bei F(m+1)/2 fest
gelegt wird, woraufhin jedes Ergebnis der Multiplikation mit
w addiert wird.
Daher wird durch Speichern dieser gefalteten und im
Speicher 71 neu gebildeten Abgriffwerte Wk und durch Verar
beiten dieser Werte das Signal des Hochfrequenzsummgeräusches
abgetrennt und vom adaptiven Filter nicht ausgegeben.
Außerdem ist die durch das adaptive Filter ausgeführte
Faltungsoperation nicht auf die bei dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellte Weise beschränkt.
Der Steuerabschnitt 19 dient zum Steuern des Faltungs
abschnitts 18, wenn die vom Abgriffnummernschaltabschnitt 3
ausgegebene Abgriffnummer I geändert wird. Wenn andererseits
festgestellt wird, daß die Abgriffnummer konstant bleibt,
weist der Steuerabschnitt 19 den Faltungsabschnitt 18 an,
den Faltungsprozeß zu unterbrechen.
Bei dieser Ausführungsform ist das System so aufgebaut,
daß der Steuerabschnitt arbeitet, wenn der Abgriffwert geän
dert wird, wobei das System jedoch auch so aufgebaut sein
kann, daß der Steuerabschnitt arbeitet, wenn die Periode des
Rauschtons von der Geräuschquelle 10 sich ändert, d. h., wenn
das durch die Impulsintervallerfassungsschaltung 2 festge
stellte Impulsintervall sich ändert.
Bei dieser Ausführungsform weist das System ferner
einen Lautsprecher und ein Mikrophon auf, das Prinzip kann
jedoch auch auf ein Geräuschunterdrückungssystem mit mehre
ren Lautsprechern und mehreren Mikrophonen angewendet wer
den.
Erfindungsgemäß wird der mit der Periode des Rauschtons
synchronisierte Impuls erzeugt und dem adaptiven Filter zu
geführt. Andererseits wird der Abgriff der Verzöge
rungsleitung des adaptiven Filters bei der Abgriffnummer
beendet, die dem Intervall des zugeführten Impulses gleich
ist, wodurch die Anzahl der Rechenvorgänge im adaptiven Fil
ter wesentlich verringert und dadurch der Aufbau des Systems
vereinfacht werden kann.
Wenn die Abgriffnummer des adaptiven Filters aufgrund
einer Änderung der Periode des Rauschtons geändert wird,
wird außerdem der Filterkoeffizient zum Begrenzen des Hoch
frequenzbereichs durch einen Faltungsprozeß in den Abgriff
wert des adaptiven Filters umgewandelt, wodurch durch die
Änderung der Abgriffnummer verursachte Geräusche auch dann
eliminiert werden können, wenn die Abgriffnummer des adapti
ven Filters geändert wird.
Claims (2)
1. Fahrzeug-Innengeräuschunterdrückungsvorrichtung zum
Unterdrücken eines durch eine Geräuschquelle (10) er
zeugten Innengeräusches in einem Kraftfahrzeug, wobei
die Vorrichtung aufweist:
ein adaptives Filter (4) zum Erzeugen eines Löschsigna les y(n) basierend auf einem Abgriffwert,
einen auf das Löschsignal ansprechenden Lautsprecher (14) zum Erzeugen eines Kompensationstones y(t), um das Innengeräusch n(t) in einem Fahrgastraum zu kompensie ren,
ein im Fahrgastraum angeordnetes Mikrophon (15) zum Empfangen des Innengeräusches n(t) und des Kompensa tionstons y(t) und zum Ausgeben eines Fehlersignales e(t) als Ergebnis einer Differenz zwischen dem Kompensa tionston y(t) und dem Innengeräusch n(t) und
einen A/D-Wandler (16) zum Umwandeln des Fehlersignales e(t) von einem Analogsignal in ein Digitalsignal und zum Erzeugen eines Ausgangssignales e(n), gekennzeichnet durch:
ein adaptives Filter (4) zum Erzeugen eines Löschsigna les y(n) basierend auf einem Abgriffwert,
einen auf das Löschsignal ansprechenden Lautsprecher (14) zum Erzeugen eines Kompensationstones y(t), um das Innengeräusch n(t) in einem Fahrgastraum zu kompensie ren,
ein im Fahrgastraum angeordnetes Mikrophon (15) zum Empfangen des Innengeräusches n(t) und des Kompensa tionstons y(t) und zum Ausgeben eines Fehlersignales e(t) als Ergebnis einer Differenz zwischen dem Kompensa tionston y(t) und dem Innengeräusch n(t) und
einen A/D-Wandler (16) zum Umwandeln des Fehlersignales e(t) von einem Analogsignal in ein Digitalsignal und zum Erzeugen eines Ausgangssignales e(n), gekennzeichnet durch:
- a) eine auf das Innengeräusch n(t) ansprechende Synchronisierungsimpulserzeugungseinrichtung (1) zum Erzeugen eines mit einer Periode des Innengeräusches n(t) synchronisierten Impulssignales,
- b) eine Impulsintervallerfassungseinrichtung (2) zum Feststellen eines Impulsintervalles basierend auf dem synchronisierten Impulssignal und dem Ausgangs signal e(n) und zum Erzeugen eines Intervallsigna les,
- c) eine auf das Intervallsignal ansprechende Abgriff nummernschalteinrichtung (3) zum Erzeugen einer Ab griffnummer, die der Anzahl von Abtastimpulsen im Impulsintervall gleich ist und zum Erzeugen eines Signales der Abgriffnummer,
- d) eine auf das Signal der Abgriffnummer ansprechende Steuereinrichtung (19) zum Speichern einer Abgriff nummer (I) und Erzeugen eines Steuersignales, wenn sich die gegenwärtige Abgriffnummer (I) von einer vorherigen unterscheidet,
- e) einer Filterkoeffizientenspeichereinrichtung (17) zum Speichern eines Filterkoeffizienten F zum Be grenzen eines im Löschsignal enthaltenen bestimmten Hochfrequenzbereiches und Erzeugen eines Koeffizien tensignales,
- f) einer Faltungseinrichtung (18) zum Ausführen einer Faltungsoperation basierend auf dem Koeffizienten signal und dem Steuersignal und zum Umwandeln des Filterkoeffizienten F in den Abgriffwert durch Be rechneung einer Summe von Faltungsprodukten, um den zu berechnenden Abgriffwert einem Mittelwert F(m+1)/2 der in der Filterkoeffizientenspeicherein richtung (17) gespeicherten Filterkoeffizienten F gleichzusetzten und zum Erzeugen eines Abgriffwert signales,
- g) einen Übertragungskenngrößenkompensationsabschnitt (5) zum Erzeugen eines Kompensationssignals basie rend auf dem synchronisierten Impulssignal und zum Kompensieren einer Übertragungskenngröße eines Über tragungsweges zwischen dem adaptiven Filter (4) und dem Mikrophon (15) und zur Erzeugung eines Kompensa tionssignales C(n),
- h) einen Abgriffwertaktualisierungsabschnitt (6) zum
Aktualisieren des Abgriffwertes entsprechend dem
Fehlersignal e(t) basierend auf dem Ausgangssignal
e(n) und dem Kompensationssignal C(n) und zum Über
tragen des aktualisierten Abgriffwertes zum adapti
ven Filter (4), das
auf das synchronisierte Impulssignal, das Signal der Abgriffnummer und das aktualisierte Abgriffwert signal anspricht zum Bilden eines Abgriffwertes und Erzeugen des Löschsignales y(n) für den Lautsprecher (14).
2. Verfahren zum Unterdrücken eines durch eine Geräusch
quelle (10) erzeugten Innengeräusches in einem Kraft
fahrzeug
mit einem adaptiven Filter (4) zum Erzeugen eines Lösch signales y(n) basierend auf einem Abgriffwert,
einem Lautsprecher (14) zum Erzeugen eines Kompensa tionstones y(t), um das Innengeräusch n(t) in einem Fahrgastraum zu kompensieren,
einem im Fahrgastraum angeordneten Mikrophon (15) zum Empfangen des Innengeräusches n(t) und des Kompensa tionstons y(t) und zum Ausgeben eines Fehlersignales e(t) als Ergebnis einer Differenz zwischen dem Kompensa tionston y(t) und dem Innengeräusch n(t) und
einem A/D-Wandler (16) zum Umwandeln des Fehlersignales e(t) von einem Analogsignal in ein Digitalsignal, und zum Erzeugen eines Ausgangssignales e(n), gekennzeichnet durch die Schritte:
mit einem adaptiven Filter (4) zum Erzeugen eines Lösch signales y(n) basierend auf einem Abgriffwert,
einem Lautsprecher (14) zum Erzeugen eines Kompensa tionstones y(t), um das Innengeräusch n(t) in einem Fahrgastraum zu kompensieren,
einem im Fahrgastraum angeordneten Mikrophon (15) zum Empfangen des Innengeräusches n(t) und des Kompensa tionstons y(t) und zum Ausgeben eines Fehlersignales e(t) als Ergebnis einer Differenz zwischen dem Kompensa tionston y(t) und dem Innengeräusch n(t) und
einem A/D-Wandler (16) zum Umwandeln des Fehlersignales e(t) von einem Analogsignal in ein Digitalsignal, und zum Erzeugen eines Ausgangssignales e(n), gekennzeichnet durch die Schritte:
- a) Erzeugen eines mit einer Periode des Innengeräusches n(t) synchronisierten Impulssignales,
- b) Feststellen eines Impulsintervalls basierend auf dem synchronisierten Impulssignal und dem Ausgangssignal e(n),
- c) Erzeugen einer Abgriffnummer, die der Anzahl von Ab tastimpulsen im Impulsintervall gleich ist, und Er zeugen eines Signales der Abgriffnummer,
- d) Speichern einer Abgriffnummer (I) und Erzeugen eines Steuersignales, wenn sich die gegenwärtige Abgriff nummer (I) von der vorherigen unterscheidet,
- e) Speichern eines Filterkoeffizienten (F) zum Begren zen eines im Löschsignal enthaltenen bestimmten Hochfrequenzbereiches und Erzeugen eines Koeffizien tensignales,
- f) Ausführen einer Faltungsoperation basierend auf dem Koeffizientensignal und dem Steuersignal zum Umwan deln des Filterkoeffizienten (F) in den Abgriffwert durch Berechnung einer Summe von Faltungsprodukten, um dem zu berechnenden Abgriffwert einem Mittelwert F(m+1)/2 der in der Filterkoeffizientenspeicherein richtung (17) gespeicherten Filterkoeffizienten F gleichzusetzen,
- g) Kompensieren einer Übertragungskenngröße eines Über tragungsweges zwischen dem adaptiven Filter (4) und dem Mikrophon (15) auf Basis des synchronisierten Impulssignales und erzeugen eines Kompensations signales C(n),
- h) Aktualisieren des Abgriffwertes, basierend auf dem Ausgangssignal e(n) und dem Kompensationssignal C(n) und Erzeugen eines aktualisierten Abgriffwertsigna les und
- i) Bilden eines Abgriffwertes für das Löschsignal des Lautsprechers (14) auf Basis des synchronisierten Impulssignales des Signales der Abgriffnummer und des aktualisierten Abgriffwertsignales.
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