有源噪聲控制裝置的製作方法

2023-09-19 06:57:55 1

專利名稱：有源噪聲控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有源噪聲控制裝置，由於在車廂等空間內會產生噪聲，該有源噪 聲控制裝置則產生抵消聲波，該抵消聲波的相位與該噪聲的相位相反，而且它們的振幅接 近相等，利用上述抵消聲波和上述噪聲之間的聲音幹涉現象，從而實現降噪。
背景技術：
在現有技術中，有人提出一種有源噪聲控制裝置，S卩，當車輛在行駛時，來自道路 (road)的影響而使車輪振動，該振動經懸掛系統傳到車身，尤其是在車廂等密閉空間內，會 因聲音的共鳴特性受激而產生路面噪聲。該路面噪聲的峰值在頻率40Hz左右並且帶寬在 20 150Hz範圍內(由於其為「嗚嗚」的低頻聲音，所以有時也稱悶雷噪聲)。為降低這種 噪聲在設置有麥克風的測評點(接聽點)用與上述路面噪聲的相位相反的抵消聲波對其進 行抵消(參照日本發明專利公開公報特開2007-25527號)。該有源噪聲控制裝置包括作為噪聲消除器而工作的自適應陷波濾波器(參 M"ADAPTIVE SIGNAL PROCESSING"Bernard ffidrow, Stanford University, Samuel D.Stearns、Sandia National Laboratories、1985 by Prentice-Hall, Inc. , Englewood Cliffs, New Jersey 07632 (Figure 12. 6, Page 317))，通過使該自適應陷波濾波器具有規 定中心頻率(路面噪聲頻率)和通過頻帶並且起到陷波過濾器的作用，從而生成與上述抵 消聲波對應的控制信號。但是，當對路面噪聲等具有規定帶寬的噪聲進行消音控制時，使用反饋型有源噪 聲控制裝置使消音區域與上述帶寬吻合時，在頻率軸上，上述消音區域兩側的頻率區域會 成為擴音區域。即，在圖9中，當自適應陷波濾波器的中心頻率(路面噪聲頻率)為40Hz時，包含 該自適應陷波濾波器在內的控制器的振幅特性90在35Hz 45Hz頻帶為負數而具有良好 的控制性能(消音性能)，但在25Hz 35Hz和45Hz 55Hz頻帶則為正數，成為擴音區域 從而無法有效完成消音控制。其原因在於，在設置有麥克風的測評點，在上述控制器內用相移器(延遲器)調整 抵消信號的相位，以使抵消聲波的相位與路面噪聲的相位相反時，如圖7所示，上述控制器 的相位特性82隨頻率的變化而改變，由於上述相位特性82隨頻率變化(相位滯後)，所以 在想要消音的頻率40Hz周邊(35Hz、45Hz)處，無法確保有效的控制性能。對此，為排除上述擴音的影響，當進一步縮小上述消音區域時，在上述想要消音的 頻率處相位就更加滯後，並且相對於頻率相位的變化率會增加，因此可消音的帶寬會變得 更窄，從而進一步降低了控制性能。

發明內容
鑑於上述情況，本發明的目的是提供一種能夠解決上述技術問題的有源噪聲控制 裝置，其不用相移器(延遲器)來也可調整抵消信號的相位，並遏制抵消信號的相位隨頻率而變化，以確保消音性能(控制性能)，使消音頻率的頻帶可以得到擴大。為了實現上述目的，本發明所述的有源噪聲控制裝置包括抵消聲波發生器，其用 來產生可抵消噪聲的抵消聲波；誤差信號檢測器，其用來檢測基於上述噪聲和上述抵消聲 波差值形成的誤差信號；波形數據表，其存儲有規定的波形數據；基準信號生成器，其依次 從上述波形數據表中讀取上述波形數據，並且生成對應於上述噪聲頻率的基準信號；第1 自適應濾波器，其將上述基準信號與濾波係數相乘而生成控制信號；減法器，其用來從上述 誤差信號中減去上述控制信號而生成修正誤差信號；濾波係數更新器，其根據上述基準信 號和上述修正誤差信號，順次更新上述第1自適應濾波器的上述濾波係數，以使上述修正 誤差信號最小；調整基準信號生成器，其用來從與上述波形數據對應的上述基準信號讀取 位置錯開規定數值的讀取位置，依次讀取上述波形數據生成調整基準信號；第2自適應濾 波器，其將上述調整基準信號與上述濾波係數相乘而生成抵消信號。其中，上述抵消聲波發 生器根據上述抵消信號而產生上述抵消聲波。採用本發明時，從與上述基準信號生成時的讀取位置錯開上述規定數值的讀取位 置讀取並生成上述調整基準信號，進而將上述調整基準信號與上述濾波係數相乘生成上述 抵消信號。即，由於上述調整基準信號生成器用上述波形數據表中的上述波形數據生成上 述調整基準信號，該調整基準信號的相位與上述基準信號的相位錯開對應於上述規定數值 的相位量，所以，上述抵消信號的相位與上述基準信號的相位也錯開該相位量。因此，上述 有源噪聲控制裝置可以不用相移器(延遲器)來調整上述抵消信號的相位。另外，由於無 需上述相移器，所以不僅能遏制抵消信號的相位隨頻率而變化，以確保消音性能(控制性 能)，使消音頻率的頻帶可以得到擴大。此時，優選上述有源噪聲控制裝置還包括振幅調整器，其用來調整上述抵消信號 的振幅，並且將經過調整的上述抵消信號輸出給上述抵消聲波發生器。此時，用上述調整基準信號生成器對用來生成上述抵消聲波的上述抵消信號(對 應於上述調整基準信號)的相位進行調整，以使得在設置有上述誤差信號檢測器的測評 點，上述抵消聲波的相位與上述噪聲的相位相反，而且它們的振幅接近相等。另外，用上述 振幅調整器調整上述抵消信號的振幅。因此，可容易地調整上述抵消信號的相位和振幅，從 而能有效地消除上述測評點的上述噪聲。即，上述調整基準信號生成器，將從上述抵消聲波發生器到上述誤差信號檢測器 的聲音傳遞特性的倒數與 1相乘而得的數值時所對應的相位量，作為上述規定數值而生 成上述調整基準信號，該調整基準信號的相位與上述基準信號的相位錯開上述相位量。因 此，可在上述測評點可靠地產生抵消聲波，從而能夠可靠地降低上述測評點的上述噪聲。其 中，上述抵消聲波的相位與上述噪聲的相位相反，而且它們的振幅接近相等。


圖1是表示本發明一個實施方式中的有源噪聲控制裝置的結構的框圖。圖2是詳細表示圖1中的有源噪聲控制器的結構的框圖。圖3中A和圖3中B是說明波形數據表中波形數據的示意圖。圖4中A 圖4中C是說明使用圖1和圖2中的基準信號生成器生成基準信號的 模擬示意圖。
圖5中A 圖5中C是說明使用圖1和圖2中的調整基準信號生成器生成調整基 準信號的模擬示意圖。圖6是表示對比例中的有源噪聲控制器的結構的框圖。圖7是表示相位·增益調整器的相位特性的特性圖。
圖8是表示ANC裝置的閉環特性(相位特性)的特性圖。圖9是表示ANC裝置的閉環特性(振幅特性)的特性圖。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，本發明一個實施方式中的有源噪聲控制裝置(以下也稱為ANC 裝置)10大體包括揚聲器(抵消聲波發生器)8，由其將振幅(增益)被修正過的控制信 號Scp而得的修正控制信號Sca以抵消聲波的形式輸出；麥克風(誤差信號檢測器)6，通 過其將測評點的路面噪聲(固定頻率的噪聲)和與該路面噪聲抵消(消除)的上述抵消聲 波產生幹涉而殘存的噪聲作為誤差信號el而進行輸出(檢測出)；有源噪聲控制器18，來 自麥克風6的誤差信號el輸入其中，並且由其將修正控制信號Sca輸出給揚聲器8。接收路面噪聲和該路面噪聲的抵消聲波的麥克風6，設置在車廂內空間4內，位於 前後方向上，聲音固有模式下的1階或2階聲波的波腹部分位置上(在帶寬為20 150Hz 的路面噪聲中，40Hz的車廂內共鳴音的駐波聲壓較大的位置)。具體地講，若車輛是轎車， 沿車輛寬度方向的截面為封閉空間，其設置位置例如在前部位置附近，更詳細地講，在前排 座椅的腳底附近、車內後視鏡附近或儀錶板內部等位置。為了提高多個揚聲器8的5聲道環繞音響效果，例如將其設置在車輛前排座椅一 側的左右儀錶板部、或設置在儀錶板的中間下部、或設置在車輛後排座椅一側的立柱C的 下部的左右車身部等位置。另外，由於0. 1聲道的低音揚聲器幾乎不存在方向性，所以能夠 將其設置在車內任意的合適位置上。有源噪聲控制器18中包含電腦，其作為實現功能的機構，根據各輸入信號由CPU 運行存儲在存儲器中的程序而實現各種功能。由有源噪聲控制器18中的A/D轉換器35將麥克風6檢測出的模擬信號的誤差信 號el轉換為數位訊號的誤差信號el，並將其提供給減法器20的相減計算輸入埠。由有 源噪聲控制器18中的D/A轉換器37將數位訊號的修正控制信號Sca轉換為模擬信號的修 正控制信號Sca並將其提供給揚聲器8。有源噪聲控制器18除包括上述A/D轉換器35、D/A轉換器37和減法器20外，還 包括自適應陷波濾波器32和相位·增益調整器46。由減法器20從誤差信號el中減去控制信號&而生成修正誤差信號e2。並將該 修正誤差信號e2輸出給構成自適應陷波濾波器32的1個採樣頻率延時器(Z—1) 36，以使得 在下次採樣時濾波係數更新器(乘法運算器)38能用上該修正誤差信號e2。自適應陷波濾波器32除包括1個採樣頻率延時器36外，還包括基準信號生成器 22、作為第1自適應濾波器的1抽頭自適應濾波器觀(自適應濾波器觀^觀13)、波形數據表 34、濾波係數更新器38 (濾波係數更新器38a、38b)和加法器58。如在後面將要提及的那樣，通過基準信號生成器22依次從波形數據表34中讀取 圖3中A所示的波形數據，並生成具有路面噪聲頻率fd(在本實施方式中，fd = 40Hz)，且均為基準信號Sr的餘弦波信號Src{Src = cosQjifdt)}和正弦波信號Srs {Srs =sin(2 π fdt)}。自適應濾波器28a輸出餘弦波信號Src與濾波係數Wc相乘後的信 號，自適應濾波器28b輸出正弦波信號Srs與濾波係數Ws相乘後的信號，加法器58將 SrcXffc+SrsXffs所得的信號作為控制信號&而輸出。濾波係數更新器38a根據餘弦波信 號Src和修正誤差信號e2更新自適應濾波器28a的濾波係數Wc，更新時採用自適應控制算 法、如採用最速下降法之一的LMS (Least Mean Square最小二乘法)算法，以使修正誤差信 號e2為最小值。另外，濾波係數更新器38b根據正弦波信號Srs和修正誤差信號e2更新 自適應濾波器^b的濾波係數Ws，更新時採用自適應控制算法(LMS算法)，以使得修正誤 差信號e2為最小值。圖3中A 圖4中C是說明使用基準信號生成器22生成基準信號Sr (正弦波信 號Srs和餘弦波信號Src)的示意圖。其中，基準信號生成器22中使用波形數據表34。如圖3中A和圖3中B的模擬示意圖所示，在波形數據表34中存儲有對應於每個 地址的作為波形數據的瞬時值數據，該瞬時值數據由1個周期內的正弦波波形在時間軸方 向上按規定數值(N)等分時的各個瞬時值。另外，上述地址(i)是從0到上述規定數值減 去1的整數(i = 0、1、2、…、N-1)，圖3中A和圖3中B所述的A為1或其他任意正實數。 因此，地址i的波形數據可由算式Asin(360° Xi/N)求出。即，在波形數據表34中，將1 個周期內的正弦波按時間方向分為N等份而進行採樣，再依次將各採樣點作為該波形數據 表34的地址，對各採樣點的正弦波瞬時值進行量化而將所得的數據作為波形數據，存儲在 與之對應的波形數據表34中的地址位置中。構成基準信號生成器22的地址轉換部50 (參照圖2)用來將對應於路面噪聲頻率 fd的地址，確定為對應于波形數據表34的讀取地址。π /4相移部52用來將由地址轉換部 50確定的地址相移1/4周期(90°或π /4rad)而得的地址確定為對應于波形數據表34的 讀取地址。圖4中A 圖4中C是說明使用基準信號生成器22生成基準信號Sr的模擬示意 圖。其中，η為大於0的整數，其為自適應陷波濾波器32的取樣計數值(時序信號計數值)。 圖4中A是表示波形數據表34的地址和波形數據之間的關係的模擬示意圖，圖4中B是表 示生成正弦波信號Srs的模擬示意圖，圖4中C是表示生成餘弦波信號Src的模擬示意圖。其中，是以在一定取樣周期內進行取樣(固定取樣方式)為前提所做的說明。另 外，如圖3中A 圖4中C所示，假定規定數值(N)為3600。因此，地址i = 0、1、2、…、 3599，相當於1/4周期的相移量為N/4 = 900。另外，為便於說明，將取樣間隔(時間)t確 定為 t = 1/N = l/3600s。此時，由於取樣間隔為l/3600s(l/N)，通過地址轉換部50在每個規定取樣時刻， 按照下述公式(1)，再根據路面噪聲頻率fd按地址間隔is確定讀取地址i (η)。Is = NXfdXt = 3600 X fdX 1/3600 = fd (1)因此，某個時刻的地址i (η)則由下述公式(1)求出。i(n) = i (n-1)+is = i(n_l)+fd (2)另外，當i (η) > 3599( = N-1)時，地址i (η)由下述公式(3)求出。i(n) = i(n-l)+fd-3600(3)因此，基準信號生成器22在每次取樣時刻，用相當於路面噪聲頻率的地址間隔is，依次讀取波形數據表34中的波形數據而生成正弦波信號Srs(Ii)。即，當fd = 40Hz時， 控制開始以後，在每次取樣時刻，即，每隔1/3600S，依次讀取相當於地址i(n) = 0、40、80、 120、…、3560、0、…的波形數據，從而生成40Hz的正弦波信號Srs (η)。另外，π/4相移部52由下述公式0)，根據Sin(e+ji/2) = cose，將相移(相 加)了 1/4周期的地址，確定為對應於由地址轉換部50輸出的(由地址轉換部50確定的) 正弦波信號Srs (η)的讀取地址i (η)的讀取地址i 『 (η)。
權利要求
1.一種有源噪聲控制裝置(10)，其特徵在於，包括 抵消聲波發生器(8)，其產生能抵消噪聲的抵消聲波；誤差信號檢測器(6)，其對基於所述噪聲以及所述抵消聲波的差值形成的誤差信號進 行檢測；波形數據表(34)，其內存儲有規定的波形數據；基準信號生成器(22)，其依次從所述波形數據表(34)中讀取所述波形數據而生成基 於所述噪聲頻率的基準信號；第1自適應濾波器( )，其將所述基準信號與濾波係數相乘而生成控制信號； 減法器(20)，其從所述誤差信號減去所述控制信號而生成修正誤差信號； 濾波係數更新器(38)，其根據所述基準信號和所述修正誤差信號，順次更新所述第1 自適應濾波器0 的所述濾波係數，以使所述修正誤差信號最小；調整基準信號生成器(40)，其從與所述基準信號生成時所述波形數據的讀取位置錯開 規定數值的讀取位置，依次讀取所述波形數據而生成調整基準信號；第2自適應濾波器(42)，其將所述調整基準信號與所述濾波係數相乘而生成抵消信號，其中，所述抵消聲波發生器(8)根據所述抵消信號而產生所述抵消聲波。
2.根據權利要求1所述的有源噪聲控制裝置(10)，其特徵在於，還包括振幅調整器 (44)，其對所述抵消信號的振幅進行調整，並且將經過調整的所述抵消信號輸出給所述抵 消聲波發生器(8)。
3.根據權利要求1所述的有源噪聲控制裝置(10)，其特徵在於，所述調整基準信號生 成器GO)將從所述抵消聲波發生器(8)到所述誤差信號檢測器(6)的聲音的傳遞特性的 倒數與-1相乘的數值時所對應的相位量，作為所述規定數值而生成所述調整基準信號，所 述調整基準信號的相位與所述基準信號的相位錯開所述相位量。
全文摘要
本發明提供一種有源噪聲控制裝置(10)，其中，調整基準信號生成器(40)從與基準信號Sr生成時對應於基準信號生成器(22)的波形數據的讀取位置錯開規定數值的讀取位置，依次讀取上述波形數據而生成調整基準信號Sra。由單抽頭自適應濾波器(42)將調整基準信號Sra與濾波係數W相乘而生成控制信號Scp。增益調整器(44)輸出控制信號Scp與增益率G相乘而得的修正控制信號Sca。由揚聲器(8)將修正控制信號Sca作為抵消聲波並進行發聲。
文檔編號B60R11/02GK102046424SQ200980119179
公開日2011年5月4日 申請日期2009年2月19日 優先權日2008年5月29日
發明者井上敏郎, 坂本浩介, 小林康統, 高橋彰 申請人:本田技研工業株式會社