專利名稱：有源噪聲控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源噪聲控制裝置，由于在車廂等空間內(nèi)會產(chǎn)生噪聲，該有源噪 聲控制裝置則產(chǎn)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干涉現(xiàn)象，從而實現(xiàn)降噪。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，有人提出一種有源噪聲控制裝置，S卩，當(dāng)車輛在行駛時，來自道路 (road)的影響而使車輪振動，該振動經(jīng)懸掛系統(tǒng)傳到車身，尤其是在車廂等密閉空間內(nèi)，會 因聲音的共鳴特性受激而產(chǎn)生路面噪聲。該路面噪聲的峰值在頻率40Hz左右并且?guī)捲?20 150Hz范圍內(nèi)(由于其為“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(shè)置有麥克風(fēng)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(fā)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(yīng)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(yīng)陷波濾波器具有規(guī) 定中心頻率(路面噪聲頻率)和通過頻帶并且起到陷波過濾器的作用，從而生成與上述抵 消聲波對應(yīng)的控制信號。但是，當(dāng)對路面噪聲等具有規(guī)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(qū)域與上述帶寬吻合時，在頻率軸上，上述消音區(qū)域兩側(cè)的頻率區(qū)域會 成為擴音區(qū)域。即，在圖9中，當(dāng)自適應(yīng)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(yīng)陷波濾波器在內(nèi)的控制器的振幅特性90在35Hz 45Hz頻帶為負(fù)數(shù)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(shù)，成為擴音區(qū)域 從而無法有效完成消音控制。其原因在于，在設(shè)置有麥克風(fēng)的測評點，在上述控制器內(nèi)用相移器(延遲器)調(diào)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，由于上述相位特性82隨頻率變化(相位滯后)，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(dāng)進一步縮小上述消音區(qū)域時，在上述想要消音的 頻率處相位就更加滯后，并且相對于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(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決上述技術(shù)問題的有源噪聲控制 裝置，其不用相移器(延遲器)來也可調(diào)整抵消信號的相位，并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(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的有源噪聲控制裝置包括抵消聲波發(fā)生器，其用 來產(chǎn)生可抵消噪聲的抵消聲波；誤差信號檢測器，其用來檢測基于上述噪聲和上述抵消聲 波差值形成的誤差信號；波形數(shù)據(jù)表，其存儲有規(guī)定的波形數(shù)據(jù)；基準(zhǔn)信號生成器，其依次 從上述波形數(shù)據(jù)表中讀取上述波形數(shù)據(jù)，并且生成對應(yīng)于上述噪聲頻率的基準(zhǔn)信號；第1 自適應(yīng)濾波器，其將上述基準(zhǔn)信號與濾波系數(shù)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；濾波系數(shù)更新器，其根據(jù)上述基準(zhǔn)信 號和上述修正誤差信號，順次更新上述第1自適應(yīng)濾波器的上述濾波系數(shù)，以使上述修正 誤差信號最?。徽{(diào)整基準(zhǔn)信號生成器，其用來從與上述波形數(shù)據(jù)對應(yīng)的上述基準(zhǔn)信號讀取 位置錯開規(guī)定數(shù)值的讀取位置，依次讀取上述波形數(shù)據(jù)生成調(diào)整基準(zhǔn)信號；第2自適應(yīng)濾 波器，其將上述調(diào)整基準(zhǔn)信號與上述濾波系數(shù)相乘而生成抵消信號。其中，上述抵消聲波發(fā) 生器根據(jù)上述抵消信號而產(chǎn)生上述抵消聲波。采用本發(fā)明時，從與上述基準(zhǔn)信號生成時的讀取位置錯開上述規(guī)定數(shù)值的讀取位 置讀取并生成上述調(diào)整基準(zhǔn)信號，進而將上述調(diào)整基準(zhǔn)信號與上述濾波系數(shù)相乘生成上述 抵消信號。即，由于上述調(diào)整基準(zhǔn)信號生成器用上述波形數(shù)據(jù)表中的上述波形數(shù)據(jù)生成上 述調(diào)整基準(zhǔn)信號，該調(diào)整基準(zhǔn)信號的相位與上述基準(zhǔn)信號的相位錯開對應(yīng)于上述規(guī)定數(shù)值 的相位量，所以，上述抵消信號的相位與上述基準(zhǔn)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(diào)整上述抵消信號的相位。另外，由于無 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(yōu)選上述有源噪聲控制裝置還包括振幅調(diào)整器，其用來調(diào)整上述抵消信號 的振幅，并且將經(jīng)過調(diào)整的上述抵消信號輸出給上述抵消聲波發(fā)生器。此時，用上述調(diào)整基準(zhǔn)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(yīng)于上述調(diào)整基準(zhǔn)信號)的相位進行調(diào)整，以使得在設(shè)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(diào)整器調(diào)整上述抵消信號的振幅。因此，可容易地調(diào)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(diào)整基準(zhǔn)信號生成器，將從上述抵消聲波發(fā)生器到上述誤差信號檢測器 的聲音傳遞特性的倒數(shù)與 1相乘而得的數(shù)值時所對應(yīng)的相位量，作為上述規(guī)定數(shù)值而生 成上述調(diào)整基準(zhǔn)信號，該調(diào)整基準(zhǔn)信號的相位與上述基準(zhǔn)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(chǎn)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(fā)明一個實施方式中的有源噪聲控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是詳細(xì)表示圖1中的有源噪聲控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3中A和圖3中B是說明波形數(shù)據(jù)表中波形數(shù)據(jù)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(zhǔn)信號生成器生成基準(zhǔn)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(diào)整基準(zhǔn)信號生成器生成調(diào)整基 準(zhǔn)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(jié)構(gòu)的框圖。圖7是表示相位·增益調(diào)整器的相位特性的特性圖。
圖8是表示ANC裝置的閉環(huán)特性(相位特性)的特性圖。圖9是表示ANC裝置的閉環(huán)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(fā)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(fā)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(fēng)(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(chǎn)生干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(fēng)6的誤差信號el輸入其中，并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(fēng)6，設(shè)置在車廂內(nèi)空間4內(nèi)，位于 前后方向上，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(nèi)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(shè)置位置例如在前部位置附近，更詳細(xì)地講，在前排 座椅的腳底附近、車內(nèi)后視鏡附近或儀表板內(nèi)部等位置。為了提高多個揚聲器8的5聲道環(huán)繞音響效果，例如將其設(shè)置在車輛前排座椅一 側(cè)的左右儀表板部、或設(shè)置在儀表板的中間下部、或設(shè)置在車輛后排座椅一側(cè)的立柱C的 下部的左右車身部等位置。另外，由于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(shè)置在車內(nèi)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(xiàn)功能的機構(gòu)，根據(jù)各輸入信號由CPU 運行存儲在存儲器中的程序而實現(xiàn)各種功能。由有源噪聲控制器18中的A/D轉(zhuǎn)換器35將麥克風(fēng)6檢測出的模擬信號的誤差信 號el轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的誤差信號el，并將其提供給減法器20的相減計算輸入端口。由有 源噪聲控制器18中的D/A轉(zhuǎn)換器37將數(shù)字信號的修正控制信號Sca轉(zhuǎn)換為模擬信號的修 正控制信號Sca并將其提供給揚聲器8。有源噪聲控制器18除包括上述A/D轉(zhuǎn)換器35、D/A轉(zhuǎn)換器37和減法器20外，還 包括自適應(yīng)陷波濾波器32和相位·增益調(diào)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。并將該 修正誤差信號e2輸出給構(gòu)成自適應(yīng)陷波濾波器32的1個采樣頻率延時器(Z—1) 36，以使得 在下次采樣時濾波系數(shù)更新器(乘法運算器)38能用上該修正誤差信號e2。自適應(yīng)陷波濾波器32除包括1個采樣頻率延時器36外，還包括基準(zhǔn)信號生成器 22、作為第1自適應(yīng)濾波器的1抽頭自適應(yīng)濾波器觀(自適應(yīng)濾波器觀^觀13)、波形數(shù)據(jù)表 34、濾波系數(shù)更新器38 (濾波系數(shù)更新器38a、38b)和加法器58。如在后面將要提及的那樣，通過基準(zhǔn)信號生成器22依次從波形數(shù)據(jù)表34中讀取 圖3中A所示的波形數(shù)據(jù)，并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(zhǔn)信號Sr的余弦波信號Src{Src = cosQjifdt)}和正弦波信號Srs {Srs =sin(2 π fdt)}。自適應(yīng)濾波器28a輸出余弦波信號Src與濾波系數(shù)Wc相乘后的信 號，自適應(yīng)濾波器28b輸出正弦波信號Srs與濾波系數(shù)Ws相乘后的信號，加法器58將 SrcXffc+SrsXffs所得的信號作為控制信號&而輸出。濾波系數(shù)更新器38a根據(jù)余弦波信 號Src和修正誤差信號e2更新自適應(yīng)濾波器28a的濾波系數(shù)Wc，更新時采用自適應(yīng)控制算 法、如采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，濾波系數(shù)更新器38b根據(jù)正弦波信號Srs和修正誤差信號e2更新 自適應(yīng)濾波器^b的濾波系數(shù)Ws，更新時采用自適應(yīng)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(zhǔn)信號生成器22生成基準(zhǔn)信號Sr (正弦波信 號Srs和余弦波信號Src)的示意圖。其中，基準(zhǔn)信號生成器22中使用波形數(shù)據(jù)表34。如圖3中A和圖3中B的模擬示意圖所示，在波形數(shù)據(jù)表34中存儲有對應(yīng)于每個 地址的作為波形數(shù)據(jù)的瞬時值數(shù)據(jù)，該瞬時值數(shù)據(jù)由1個周期內(nèi)的正弦波波形在時間軸方 向上按規(guī)定數(shù)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(guī)定數(shù)值減 去1的整數(shù)(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(shù)。 因此，地址i的波形數(shù)據(jù)可由算式Asin(360° Xi/N)求出。即，在波形數(shù)據(jù)表34中，將1 個周期內(nèi)的正弦波按時間方向分為N等份而進行采樣，再依次將各采樣點作為該波形數(shù)據(jù) 表34的地址，對各采樣點的正弦波瞬時值進行量化而將所得的數(shù)據(jù)作為波形數(shù)據(jù)，存儲在 與之對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)表34中的地址位置中。構(gòu)成基準(zhǔn)信號生成器22的地址轉(zhuǎn)換部50 (參照圖2)用來將對應(yīng)于路面噪聲頻率 fd的地址，確定為對應(yīng)于波形數(shù)據(jù)表34的讀取地址。π /4相移部52用來將由地址轉(zhuǎn)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(yīng)于波形數(shù)據(jù)表34的 讀取地址。圖4中A 圖4中C是說明使用基準(zhǔn)信號生成器22生成基準(zhǔn)信號Sr的模擬示意 圖。其中，η為大于0的整數(shù)，其為自適應(yīng)陷波濾波器32的取樣計數(shù)值(時序信號計數(shù)值)。 圖4中A是表示波形數(shù)據(jù)表34的地址和波形數(shù)據(jù)之間的關(guān)系的模擬示意圖，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是表示生成余弦波信號Src的模擬示意圖。其中，是以在一定取樣周期內(nèi)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(guī)定數(shù)值(N)為3600。因此，地址i = 0、1、2、…、 3599，相當(dāng)于1/4周期的相移量為N/4 = 900。另外，為便于說明，將取樣間隔(時間)t確 定為 t = 1/N = l/3600s。此時，由于取樣間隔為l/3600s(l/N)，通過地址轉(zhuǎn)換部50在每個規(guī)定取樣時刻， 按照下述公式(1)，再根據(jù)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(dāng)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(zhǔn)信號生成器22在每次取樣時刻，用相當(dāng)于路面噪聲頻率的地址間隔is，依次讀取波形數(shù)據(jù)表34中的波形數(shù)據(jù)而生成正弦波信號Srs(Ii)。即，當(dāng)fd = 40Hz時， 控制開始以后，在每次取樣時刻，即，每隔1/3600S，依次讀取相當(dāng)于地址i(n) = 0、40、80、 120、…、3560、0、…的波形數(shù)據(jù)，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(jù)Sin(e+ji/2) = cose，將相移(相 加)了 1/4周期的地址，確定為對應(yīng)于由地址轉(zhuǎn)換部50輸出的(由地址轉(zhuǎn)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(quán)利要求
1.一種有源噪聲控制裝置(10)，其特征在于，包括 抵消聲波發(fā)生器(8)，其產(chǎn)生能抵消噪聲的抵消聲波；誤差信號檢測器(6)，其對基于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(shù)據(jù)表(34)，其內(nèi)存儲有規(guī)定的波形數(shù)據(jù)；基準(zhǔn)信號生成器(22)，其依次從所述波形數(shù)據(jù)表(34)中讀取所述波形數(shù)據(jù)而生成基 于所述噪聲頻率的基準(zhǔn)信號；第1自適應(yīng)濾波器( )，其將所述基準(zhǔn)信號與濾波系數(shù)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； 濾波系數(shù)更新器(38)，其根據(jù)所述基準(zhǔn)信號和所述修正誤差信號，順次更新所述第1 自適應(yīng)濾波器0 的所述濾波系數(shù)，以使所述修正誤差信號最?。徽{(diào)整基準(zhǔn)信號生成器(40)，其從與所述基準(zhǔn)信號生成時所述波形數(shù)據(jù)的讀取位置錯開 規(guī)定數(shù)值的讀取位置，依次讀取所述波形數(shù)據(jù)而生成調(diào)整基準(zhǔn)信號；第2自適應(yīng)濾波器(42)，其將所述調(diào)整基準(zhǔn)信號與所述濾波系數(shù)相乘而生成抵消信號，其中，所述抵消聲波發(fā)生器(8)根據(jù)所述抵消信號而產(chǎn)生所述抵消聲波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源噪聲控制裝置(10)，其特征在于，還包括振幅調(diào)整器 (44)，其對所述抵消信號的振幅進行調(diào)整，并且將經(jīng)過調(diào)整的所述抵消信號輸出給所述抵 消聲波發(fā)生器(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源噪聲控制裝置(10)，其特征在于，所述調(diào)整基準(zhǔn)信號生 成器GO)將從所述抵消聲波發(fā)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(shù)與-1相乘的數(shù)值時所對應(yīng)的相位量，作為所述規(guī)定數(shù)值而生成所述調(diào)整基準(zhǔn)信號，所 述調(diào)整基準(zhǔn)信號的相位與所述基準(zhǔn)信號的相位錯開所述相位量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有源噪聲控制裝置(10)，其中，調(diào)整基準(zhǔn)信號生成器(40)從與基準(zhǔn)信號Sr生成時對應(yīng)于基準(zhǔn)信號生成器(22)的波形數(shù)據(jù)的讀取位置錯開規(guī)定數(shù)值的讀取位置，依次讀取上述波形數(shù)據(jù)而生成調(diào)整基準(zhǔn)信號Sra。由單抽頭自適應(yīng)濾波器(42)將調(diào)整基準(zhǔn)信號Sra與濾波系數(shù)W相乘而生成控制信號Scp。增益調(diào)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作為抵消聲波并進行發(fā)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(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者井上敏郎, 坂本浩介, 小林康統(tǒng), 高橋彰 申請人:本田技研工業(yè)株式會社