本發(fā)明涉及一種用于主動聲音影響的系統(tǒng)和方法。待影響的聲音在此例如可以在車輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備中被引導(dǎo)。則內(nèi)燃機(jī)表現(xiàn)為待影響的聲音的噪聲源。

背景技術(shù)：

用于內(nèi)燃機(jī)的排氣設(shè)備通常由無源的組件構(gòu)成，所述無源的組件在所有運(yùn)行情況下總體由排氣流過，且一起形成了排氣設(shè)備。除了一個或多個管線段之外，這些組件例如可以是一個或多個渦輪增壓器、一個或多個催化器和/或一個或多個消聲器。用于內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣設(shè)備相應(yīng)地在所有運(yùn)行情況下由空氣流過且通常具有一個或多個濾波器、閥和壓氣機(jī)。

最近一段時間開始以一種系統(tǒng)補(bǔ)充所述排氣設(shè)備和進(jìn)氣設(shè)備，所述系統(tǒng)用于主動影響在排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備中被引導(dǎo)的、由于內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行而導(dǎo)致的噪聲。這種系統(tǒng)把在排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備中被引導(dǎo)的、主要由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的噪聲與人工產(chǎn)生的聲波相疊加，該聲波抑制或改變在排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備中被引導(dǎo)的噪聲。結(jié)果，向排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備外部排放的聲音應(yīng)該符合相應(yīng)的制造商的形象，使客戶滿意并遵守法定的極限值。

這由下述方式實現(xiàn)，即設(shè)置至少一個聲音產(chǎn)生器，該聲音產(chǎn)生器與排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備流體連接且因此把聲音射入排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備內(nèi)部。這種人工產(chǎn)生的聲音和由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的聲音相疊加并一起從排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備出來。這種系統(tǒng)也能夠用于消聲。為了實現(xiàn)完全破壞在排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備中被引導(dǎo)的噪聲的和由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的聲音的聲波干擾，由揚(yáng)聲器導(dǎo)致的聲波在振幅和頻率上必須與在排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備中被引導(dǎo)的聲波相當(dāng)，同時卻相對于該聲波具有180度的相位移。如果盡管由內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行導(dǎo)致的、在排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備中被引導(dǎo)的聲波和由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲波在頻率上彼此相當(dāng)且相對于彼此具有180度的相位移，然而所述聲波在振幅上彼此不相等，則僅削弱了從排氣設(shè)備或進(jìn)氣設(shè)備輸出的噪聲。

下面參考圖1和2說明來自現(xiàn)有技術(shù)的、具有用于主動影響在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的聲音的系統(tǒng)的排氣設(shè)備：

具有用于主動影響在排氣設(shè)備4中被引導(dǎo)的聲音的系統(tǒng)7的排氣設(shè)備4具有形式為隔音的殼體的聲音產(chǎn)生器3，所述殼體包含揚(yáng)聲器2，并在尾管1的區(qū)域內(nèi)通過聲音管線連接至排氣設(shè)備4。尾管1具有通入口8，該通入口把在排氣設(shè)備4中被引導(dǎo)的排氣和在排氣設(shè)備4中被引導(dǎo)的空氣載聲向外排出。在尾管1上設(shè)置了誤差麥克風(fēng)5。誤差麥克風(fēng)5測量尾管1內(nèi)部的聲音。這種借助于誤差麥克風(fēng)5的測量在一區(qū)域下游的部段中進(jìn)行，在所述區(qū)域中聲音管線通入排氣設(shè)備4中且進(jìn)而提供了排氣設(shè)備4與聲音產(chǎn)生器3之間的流體連接。在此，概念“下游”是相對于排氣設(shè)備4的尾管1中的排氣的流動方向而言。在圖2中通過箭頭示出排氣的流動方向。在排氣設(shè)備4和聲音產(chǎn)生器3之間的流體連接部的區(qū)域與內(nèi)燃機(jī)6之間可以設(shè)置排氣設(shè)備4的其它組件，例如催化器和消聲器(未示出)。揚(yáng)聲器2和誤差麥克風(fēng)5分別與調(diào)節(jié)裝置9連接。此外，調(diào)節(jié)裝置9通過CAN總線與內(nèi)燃機(jī)6的發(fā)動機(jī)控制裝置6'連接。內(nèi)燃機(jī)6還具有進(jìn)氣設(shè)備6”。調(diào)節(jié)裝置9根據(jù)由誤差麥克風(fēng)5測量的聲音和根據(jù)通過CAN總線接收的內(nèi)燃機(jī)6的運(yùn)行參數(shù)為揚(yáng)聲器2計算出一信號，且把該信號輸出至揚(yáng)聲器2，所述信號在與在排氣設(shè)備4的尾管1的內(nèi)部被引導(dǎo)的聲音疊加時產(chǎn)生了所追求的總噪聲。在此，調(diào)節(jié)裝置例如可以使用X濾波最小均方算法(FxLMS)，且嘗試通過經(jīng)由揚(yáng)聲器輸出聲音而把借助于誤差麥克風(fēng)測得的反饋信號/誤差信號調(diào)節(jié)至零(在聲音消除的情況下)或者調(diào)節(jié)至一預(yù)給定的閾值(在聲音影響的情況下)。代替CAN總線也可以使用其它總線系統(tǒng)。

下面參考圖3至5以防噪調(diào)節(jié)裝置(ANC(active noise cancellation(主動消聲))調(diào)節(jié)裝置)為例進(jìn)一步說明調(diào)節(jié)裝置的工作方式。

許多由機(jī)器像例如內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)或者螺旋槳推進(jìn)器引起的噪聲具有周期性的分量。這使得能夠通過利用合適的傳感器(例如轉(zhuǎn)速表)監(jiān)控相應(yīng)的機(jī)器來提供時間相關(guān)的輸入波矢量該輸入波矢量具有與主要由機(jī)器產(chǎn)生的噪聲的基本頻率和諧波的相關(guān)性。例如排氣背壓、排氣的質(zhì)量流量、排氣的溫度等可以進(jìn)入這種相關(guān)性中。許多機(jī)器產(chǎn)生不同基本頻率的噪聲；這些通常稱為發(fā)動機(jī)階次。

像圖3示出的，這些時間相關(guān)的輸入波矢量對由噪聲源根據(jù)噪聲源的首先未知的z變換的傳遞函數(shù)P(z)產(chǎn)生的信號d(n)(對應(yīng)于所產(chǎn)生的噪聲)有影響，且由用于主動影響聲音的系統(tǒng)的控制算法(在圖3、4A、4B和6A中稱為“ANC核心(ANC-Kern)”)用于產(chǎn)生與信號u(n)對應(yīng)的聲音，所述聲音在與對應(yīng)于信號d(n)的聲音疊加時引起了期望的、對應(yīng)于反饋信號e(n)的噪聲。信號u(n)(在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)部)對應(yīng)于聲音產(chǎn)生器的聲壓，所述聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生待疊加的聲音。傳遞函數(shù)P(z)可以根據(jù)經(jīng)驗確定。

在圖3中，疊加通過求和記號Σ表示，且在聲音區(qū)域(例如排氣管線)中進(jìn)行。由疊加得到的反饋信號e(n)例如借助于誤差麥克風(fēng)來檢測且作為反饋信號輸送回控制算法(ANC核心)。

e(n)＝d(n)-u(n)

因此，反饋信號e(n)對應(yīng)于疊加的噪聲的聲壓。

圖3中P(z)是噪聲源的傳遞函數(shù)的z變換。該傳遞函數(shù)P(z)除了產(chǎn)生噪聲的機(jī)器的基本量(在此是代表轉(zhuǎn)速的、時間相關(guān)的輸入波矢量)之外還可以取決于多個物理參數(shù)，例如引導(dǎo)聲音的系統(tǒng)的壓力、質(zhì)量流量和溫度。因此，傳遞函數(shù)P(z)通常不能準(zhǔn)確地已知且通常根據(jù)經(jīng)驗來確定。

已知的是，圖3中示出的ANC調(diào)節(jié)裝置的模型具有不足，這是因為輸送回控制算法的反饋信號e(n)包含不能歸因于噪聲源的傳遞函數(shù)P(z)的分量，其中所述反饋信號e(n)由從噪聲源借助傳遞函數(shù)P(z)產(chǎn)生的信號d(n)和從聲音產(chǎn)生器相應(yīng)于信號u(n)產(chǎn)生的聲音的疊加得到。

因此，像在圖4A、4B中示出的那樣，以第二傳遞函數(shù)S(z)擴(kuò)展了ANC調(diào)節(jié)裝置的模型。

該第二傳遞函數(shù)S(z)一方面考慮了在電學(xué)區(qū)域中所用的數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器、濾波器、放大器、聲音產(chǎn)生器等的不足，然而也考慮了在聲學(xué)區(qū)域中還未被第一傳遞函數(shù)P(z)考慮的從聲音產(chǎn)生/聲音疊加的地點(diǎn)到確定反饋信號e(n)的誤差麥克風(fēng)的地點(diǎn)的路徑的不足，以及最終還有在電學(xué)區(qū)域中與此相連的誤差麥克風(fēng)、前置放大器、抗混疊濾波器和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器等的不足。

因此在圖3的模型的擴(kuò)展中，在圖4A、4B的模型中從ANC核心輸出的信號y(n)考慮了第二傳遞函數(shù)S(z)，該第二傳遞函數(shù)說明了從由ANC核心輸出的信號y(n)向信號u(n)的轉(zhuǎn)換。在此，u(n)對應(yīng)于由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的(以數(shù)學(xué)方式理想化的)振幅。

在此，第二傳遞函數(shù)S(z)考慮了從調(diào)節(jié)裝置的輸出端(y(n))直至調(diào)節(jié)裝置的反饋信號(e(n))的整個區(qū)域。

當(dāng)通過噪聲源產(chǎn)生噪聲時(也就是說，接通了噪聲源)，得到第二傳遞函數(shù)S(z)為，

S(z)＝u(z)/y(z)

且u(n)對應(yīng)于信號s(n)和y(n)的卷積(褶積)

u(n)＝conv[s(n),y(n)],

其中s(n)是第二傳遞函數(shù)S(z)的脈沖響應(yīng)。e(z)、y(z)和u(z)分別是信號e(n)、y(n)和u(n)的Z變換。

圖4B以細(xì)節(jié)放大圖示出了圖4A的模型?？梢钥闯觯葾NC核心輸出的信號y(n)由兩個由正弦發(fā)生器提供的、相對彼此位移了90°的正弦振蕩sin(ω₀n)、cos(ω₀n)組成，所述正弦振蕩之前借助于兩個放大器放大了不同的放大系數(shù)w₁(n)、w₂(n)，以便產(chǎn)生兩個具有不同的振幅的、相對彼此相移了90°的信號y₁(n)、y₂(n)。兩個放大器的放大度在此由適配電路動態(tài)地基于反饋信號e(n)相應(yīng)地匹配。

例如，如果對于內(nèi)燃機(jī)的一定轉(zhuǎn)速RPM來說要消除第i個發(fā)動機(jī)階次EO_i，則得到待消除的基本頻率f₀為

f₀＝EO_i·RPM/60

ω₀＝2πf₀

在圖4B中用于匹配放大度的適配電路以時鐘頻率運(yùn)行，該時鐘頻率決定ANC核心的時鐘頻率。

圖5示意性地示出噪聲的振幅(Magn)在頻率(F_req)上的譜分布。在此，d(n)表示在給出的基本頻率f₀下當(dāng)前的聲壓(單位是帕斯卡)。在此，∥d(f)∥表示對諧波來說，在一確定的時間點(diǎn)上的幅值/振幅大小。

ANC調(diào)節(jié)裝置的輸入波矢量在此被如此定義(矢量以箭頭符號標(biāo)示)：

在Sen M.Kuo和Dennis R.Morgan的論文"Active Noise Control:A tutorial review"(發(fā)表在IEEE會議的論文集中，卷87，第6期，1999年六月)中已經(jīng)指出，在起振時間之后，ANC調(diào)節(jié)裝置使反饋信號e(n)最小化。該論文的內(nèi)容被全文援引且尤其援引其中描述的窄帶前饋調(diào)節(jié)。

在此，表示輸入波矢量的轉(zhuǎn)置，且由輸入波矢量的列和行的互換得到。

在此，由放大系數(shù)形成的矢量被稱作ANC調(diào)節(jié)裝置的相矢量(Phasor-Vektor)。

像在圖4B中示出的，正弦波的放大度借助于相矢量分別通過適配進(jìn)行匹配。

其中μ表示適配速度。

因為對于ANC核心來說不是每時每刻都已知傳遞函數(shù)S(z)，所以取而代之使用了估計從而所述適配應(yīng)為

其中是的脈沖響應(yīng)。

對聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)的估計按已知方式產(chǎn)生。將由聲音產(chǎn)生器輸出的信號與輸入聲音產(chǎn)生器的信號相比較。信號間的每個差通過聲音產(chǎn)生器對輸入信號的調(diào)控而產(chǎn)生。對于不同的運(yùn)行狀態(tài)(即輸入信號)，本發(fā)明對由聲音產(chǎn)生器輸出的信號和由誤差麥克風(fēng)測得的信號與輸入聲音產(chǎn)生器的信號進(jìn)行比較，以得到所謂的對傳遞函數(shù)的估計其也被稱為“最佳的可用的函數(shù)”。所述估計尤其考慮了數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器、重構(gòu)濾波器、放大器、揚(yáng)聲器、揚(yáng)聲器與誤差麥克風(fēng)之間的聲學(xué)路徑、誤差麥克風(fēng)、前置放大器、抗混疊濾波器以及模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的效果。

有若干種方法確定例如通過使用由Isermann和Münchhof所著的書籍“Identification of Dynamic Systems”(Springer出版社，ISBN 978-3-540-78878-2)系統(tǒng)識別方法中的一種。在此作為示例，一真實系統(tǒng)的儲存在ANC算法中作為離散的IIR濾波器：

另一種可選方案是將傳遞函數(shù)存成數(shù)據(jù)表格，其優(yōu)點(diǎn)是，不需要IIR計算和數(shù)據(jù)緩沖。

TF_Amplitude

＝[2043；2069；2070；2070；2068；2075；2075；2074；2077；2076；2056；2073；2074；2077；2073；2098；2094；2095；2090；2087；2068；2085；2082；2079；2077；2077；2071；2066；2063；2059；2039；2051；2047；2041；2037；2032；2054；2051；2040；2034；2013；2026；2020；2014；2007；2005；1998；1990；1988；1981；1960；1970；1964；1959；1955；1949；1944；1950；1943；1935；1920；1926；1921；1917；1912；1906；1901；1896；1891；1883；1870；1874；1871；1867；1860；1858；1850；1845；1840；1832；1823；1823；1819；1812；1809；1802；1796；1792；1782；1775；1763；1764；1756；1749；1742；1738；1727；1720；1711；1698]

TF_Phase＝

[-113；-131；-150；-169；-187；-206；-224；-242；-262；-280；-299；-317；-335；-353；-372；-398；-415；-434；-452；-471；-491；-507；-526；-544；-563；-581；-600；-618；-637；-656；-676；-694；-713；-731；-750；-770；-791；-809；-828；-847；-869；-885；-905；-925；-943；-963；-983；-1002；-1021；-1042；-1064；-1081；-1100；-1120；-1140；-1159；-1179；-1198；-1219；-1239；-1262；-1279；-1299；-1318；-1339；-1359；-1378；-1398；-1418；-1439；-1462；-1478；-1498；-1519；-1539；-1559；-1578；-1598；-1618；-1638；-1662；-1679；-1698；-1718；-1738；-1758；-1778；-1796；-1817；-1837；-1859；-1875；-1895；-1916；-1935；-1955；-1974；-1994；-2013；-2038]

在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)指出，在假設(shè)a)待疊加的信號d(n)是一個簡單波；以及b)所用的執(zhí)行器可以提供振幅||u(n)||≥||d(n)||的情況下，可以實現(xiàn)顯著減小e(n)的平均值(AVG)：

AVG[e(n)_FINAL]～0

要強(qiáng)調(diào)的是，上述實施方案僅是示例性的，本發(fā)明還包括其它已知的用于產(chǎn)生由ANC核心輸出的信號y(n)的可能方案。

在已知的用于主動聲音影響的系統(tǒng)中缺點(diǎn)在于，通常試圖盡可能地或完全地消除由噪聲源產(chǎn)生的噪聲。由此得到了所用的執(zhí)行器的很大的負(fù)荷，且因此出現(xiàn)了所得到的聲壓等級的極不規(guī)律的變化曲線。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種用于主動聲音影響的系統(tǒng)和方法，其提供了在聲音影響時較大的自由度。根據(jù)一實施形式提供了一種用于主動聲音影響的系統(tǒng)和方法，其允許如此抑制或放大待調(diào)控的聲音，使得出現(xiàn)可預(yù)給定的聲壓等級。

用于主動聲音影響的系統(tǒng)的實施形式具有至少各一聲音產(chǎn)生器、誤差傳感器、信號發(fā)生器、調(diào)節(jié)器、加法器和加權(quán)器。在此聲音產(chǎn)生器(其例如可具有揚(yáng)聲器)被設(shè)計為，在加載有音頻信號時產(chǎn)生聲音并把該聲音與待調(diào)控的聲音相疊加。該由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的聲音通常也被稱為“防噪”。誤差傳感器(其例如可以是麥克風(fēng)或壓力傳感器)設(shè)計為，測量經(jīng)疊加的聲音并輸出相應(yīng)的反饋信號，該經(jīng)疊加的聲音由待調(diào)控的聲音與由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的聲音相疊加而得到。信號發(fā)生器(其例如可以是現(xiàn)有技術(shù)中的防噪系統(tǒng))設(shè)計為，產(chǎn)生并輸出聲音信號。調(diào)節(jié)器(其例如可以是在編程技術(shù)上設(shè)置的微處理器)設(shè)計為，產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)信號和第二調(diào)節(jié)信號。加法器設(shè)計為，從反饋信號中減去第二調(diào)節(jié)信號，并把這樣得到的經(jīng)修正的反饋信號輸出至信號發(fā)生器。加權(quán)器設(shè)計為，用由調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的第一調(diào)節(jié)信號對由信號發(fā)生器輸出的聲音信號進(jìn)行加權(quán)，并輸出這樣加權(quán)的聲音信號用以產(chǎn)生音頻信號。在此，信號發(fā)生器設(shè)計為，基于經(jīng)修正的反饋信號產(chǎn)生聲音信號，調(diào)節(jié)器設(shè)計為，如此產(chǎn)生第一、第二調(diào)節(jié)信號，使得反饋信號的幅值相當(dāng)于/等于可預(yù)給定的值。

上述結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了，待調(diào)控的聲音通過疊加了由聲音產(chǎn)生器由于由信號發(fā)生器產(chǎn)生的、基于第一調(diào)節(jié)信號放大或減小的聲音信號而如此增大或減弱，使得由此得到的經(jīng)疊加的聲音具有可通過可預(yù)給定的值調(diào)節(jié)的、在可預(yù)給定的值恒定時同樣也基本恒定的聲壓等級(幅值)。這使得能準(zhǔn)確地遵守法律規(guī)定。在此，用于相應(yīng)的基本頻率的可預(yù)給定的值可以低于、高于或等于在系統(tǒng)關(guān)掉時反饋信號的幅值。

根據(jù)一實施形式，調(diào)節(jié)器設(shè)計為，在使用基本調(diào)節(jié)信號的情況下產(chǎn)生第一、第二調(diào)節(jié)信號。在此，基本調(diào)節(jié)信號代表一大于或等于零的有理數(shù)序列的值。在此，只要由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的幅值大于閾值(該閾值大于零)，則基本調(diào)節(jié)信號相當(dāng)于/等于可預(yù)給定的值與由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的幅值的商。在另一種情況下，如果由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的幅值小于或等于所述閾值，則基本調(diào)節(jié)信號相當(dāng)于/等于預(yù)給定的最大值。這種基本調(diào)節(jié)信號能以簡單的方式得到。因為用于放大或減弱由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的聲音信號的第一調(diào)節(jié)信號和用于調(diào)控反饋信號的第二調(diào)節(jié)信號二者都根據(jù)共同的基本調(diào)節(jié)信號獲得，所以特別簡單地確保了第一調(diào)節(jié)信號和第二調(diào)節(jié)信號之間的協(xié)調(diào)。在此，在產(chǎn)生基本調(diào)節(jié)信號時上述區(qū)分是必需的，以便阻止被零除。因此，閾值可以是非零的任意小的正值。

根據(jù)一實施形式，調(diào)節(jié)器設(shè)計用于，由1和基本調(diào)節(jié)信號的差產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)信號。

根據(jù)一實施形式，調(diào)節(jié)器設(shè)計用于，由基本調(diào)節(jié)信號和由信號發(fā)生器在一較早時間點(diǎn)上產(chǎn)生的信號的乘積產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)信號。因此，第二調(diào)節(jié)信號(以小的時間延遲)跟隨由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的、用于與待調(diào)控的聲音疊加的聲音。該時間延遲是必需的，因為由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號間接地依賴于第二調(diào)節(jié)信號，且否則會得到一個代數(shù)環(huán)。

根據(jù)一實施形式，由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的較早的時間點(diǎn)相對于基本調(diào)節(jié)信號回溯了一倍或多倍的信號發(fā)生器的內(nèi)部時鐘頻率，并進(jìn)而盡可能得短地回溯。由于小的時間間距，在產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)信號時引入的誤差保持在狹窄的范圍內(nèi)。

根據(jù)一實施形式，由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號考慮了聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)，且否則的話則基于由加權(quán)器輸出的經(jīng)加權(quán)的聲音信號。

根據(jù)一實施形式，調(diào)節(jié)器設(shè)計為，通過聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)與由加權(quán)器輸出的經(jīng)加權(quán)的聲音信號的卷積來確定由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號。確定由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號對計算第二調(diào)節(jié)信號來說是必須的。通過信號發(fā)生器產(chǎn)生聲音信號也想要了解聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)。

根據(jù)一實施形式，調(diào)節(jié)器設(shè)計為，取代聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)而使用估計的傳遞函數(shù)，該估計的傳遞函數(shù)存儲在調(diào)節(jié)器中，以便得到用于由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的估計值。為每種可能的運(yùn)行狀態(tài)確定聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)是極為費(fèi)力的。然而通過試驗可以為不同的運(yùn)行狀態(tài)通過經(jīng)驗確定聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)，并例如表格式地或者以函數(shù)的形式存儲在系統(tǒng)中。也可以通過輸入數(shù)據(jù)預(yù)給定估計的傳遞函數(shù)。

根據(jù)一實施形式，信號發(fā)生器進(jìn)一步設(shè)計為，得到與待調(diào)控的聲音有關(guān)的輸入波矢量，且基于輸入波矢量產(chǎn)生聲音信號。輸入波矢量基本上是值的1×N階矩陣(單列矢量)。主動聲音消除具有如下問題，即不能足夠快地通過簡單地測量當(dāng)前排氣噪聲和產(chǎn)生合適的防噪信號來消除排氣噪聲。例如，輸入波矢量(其在Sen M.Kuo和Dennis R.Morgan的論文"Active Noise Control:A tutorial review"(IEEE會議論文集，卷87，第6期，1999年六月)中也稱為“參考輸入矢量”)可以是內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的諧波函數(shù)。例如，如果給定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速RPM和EO_i(＝所期望的發(fā)動機(jī)噪聲或者待消除或改變或降低的發(fā)動機(jī)噪聲)，則應(yīng)對噪聲進(jìn)行影響/改變/降低的頻率f₀(例如對于四沖程發(fā)動機(jī))通過下述公式來計算：

f₀＝EO_i*RPM/60，

相應(yīng)的脈動為ω₀＝2πf₀，如廣泛已知的。

在采樣時間n計算出的輸入波矢量為

在此，輸入波矢量可以是代表產(chǎn)生待調(diào)控的聲音的發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速或發(fā)動機(jī)負(fù)荷。額外地或替代地，輸入波矢量可以是代表油門位置或油門梯度(每單位時間油門位置的變化)，其中，油門控制產(chǎn)生待調(diào)控的聲音的發(fā)動機(jī)。額外地或替代地，輸入波矢量可以是代表離合器或變速器的狀態(tài)，所述離合器或變速器與產(chǎn)生待調(diào)控的聲音的發(fā)動機(jī)相連接。額外地或替代地，輸入波矢量可以是代表產(chǎn)生待調(diào)控的聲音的發(fā)動機(jī)的運(yùn)行模式(例如“運(yùn)動的”或“節(jié)能的”)。額外地或替代地，輸入波矢量可以是代表與產(chǎn)生待調(diào)控的聲音的發(fā)動機(jī)相連接的電池的電壓(因為通常由該電壓可以推斷出發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài))。額外地或替代地，輸入波矢量可以是代表產(chǎn)生待調(diào)控的聲音的發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)(例如，發(fā)動機(jī)準(zhǔn)備好起動/點(diǎn)火裝置接通、發(fā)動機(jī)起動、發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn))。

所述系統(tǒng)根據(jù)一實施形式還可以具有麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)測量待調(diào)控的聲音且輸出與該聲音對應(yīng)的測量信號，其中，信號發(fā)生器進(jìn)一步設(shè)計為，在考慮通過麥克風(fēng)輸出的測量信號的情況下產(chǎn)生聲音信號。替代地或附加地，所述系統(tǒng)根據(jù)一實施形式還可以具有用戶接口，該用戶接口設(shè)計用于，接收用戶輸入，其中，信號發(fā)生器進(jìn)一步設(shè)計為，在考慮測量通過用戶接口接收的用戶輸入的情況下產(chǎn)生聲音信號。替代地或附加地，根據(jù)一實施形式，信號發(fā)生器可以與發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)控制裝置連接，且信號發(fā)生器設(shè)計為，在考慮由發(fā)動機(jī)控制裝置接收到的信號的情況下產(chǎn)生聲音信號。

根據(jù)一實施形式，信號發(fā)生器設(shè)計為，在使用X濾波最小均方算法(FxLMS)的情況下產(chǎn)生聲音信號。

根據(jù)一實施形式，信號發(fā)生器設(shè)計為，為待調(diào)控的聲音的每個階次(如果待調(diào)控的聲音的源是內(nèi)燃機(jī)時，則為每個發(fā)動機(jī)階次)分開地產(chǎn)生聲音信號。

機(jī)動車的實施形式具有一帶有發(fā)動機(jī)控制裝置的內(nèi)燃機(jī)和前述系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)控制裝置與信號發(fā)生器和/或調(diào)節(jié)器連接且被設(shè)計為，確定內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩和/或轉(zhuǎn)速和/或發(fā)動機(jī)負(fù)荷，并把相應(yīng)的輸入波矢量輸出至信號發(fā)生器和/或調(diào)節(jié)器。

用于主動聲音影響的方法的實施形式具有如下步驟：產(chǎn)生聲音信號；測量經(jīng)疊加的聲音，以便得到相應(yīng)的反饋信號，該經(jīng)疊加的聲音由基于聲音信號產(chǎn)生的聲音與待調(diào)控的聲音的疊加而得到；產(chǎn)生基本調(diào)節(jié)信號，其中，基本調(diào)節(jié)信號代表一大于或等于零的有理數(shù)序列的值，其中，只要由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的幅值大于閾值(該閾值大于零)，則基本調(diào)節(jié)信號相當(dāng)于可預(yù)給定的值與由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的幅值的商，其中，如果由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號的幅值小于或等于所述閾值，則基本調(diào)節(jié)信號相當(dāng)于預(yù)給定的最大值；由1和基本調(diào)節(jié)信號的差產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)信號，由基本調(diào)節(jié)信號和一信號的乘積產(chǎn)生第二調(diào)節(jié)信號，該信號與在一較早時間點(diǎn)上基于聲音信號產(chǎn)生的聲音相對應(yīng)；利用第一調(diào)節(jié)信號對聲音信號進(jìn)行加權(quán)，以便得到經(jīng)加權(quán)的信號；從反饋信號中減去第二調(diào)節(jié)信號，以便得到經(jīng)修正的反饋信號，其中，在產(chǎn)生聲音信號的步驟中，在使用經(jīng)修正的反饋信號的情況下產(chǎn)生聲音信號；以及使用經(jīng)加權(quán)的聲音信號以產(chǎn)生基于聲音信號產(chǎn)生的聲音。

在本文中要指出的是，在該說明書和權(quán)利要求中用于列舉特征而使用的術(shù)語“包括”、“具有”、“包含”、“含有”和“帶有”，以及其語法上的變型統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)該理解為對特征、例如方法步驟、設(shè)備、范圍、尺寸大小等的非窮盡的列舉，并不排除存在其它或額外的特征或其他或額外的特征的組合。

附圖說明

由如下對實施例的說明結(jié)合權(quán)利要求以及附圖得到本發(fā)明的其他特征。附圖中相同或相似的元件以相同的或相似的附圖標(biāo)記表示。要指出的是，本發(fā)明并不局限于所述實施例的實施形式，而是由所附的權(quán)利要求的范圍來決定。在根據(jù)本發(fā)明的實施形式中，各個特征尤其能夠以和在下文中給出的例子中不同的數(shù)量和組合實現(xiàn)。參考附圖對本本發(fā)明的實施例進(jìn)行如下描述，其中：

圖1透視地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于主動影響在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的聲音的系統(tǒng)；

圖2示意性地示出根據(jù)圖1的用于主動影響在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的聲音的系統(tǒng)的框圖；

圖3示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于主動影響聲音的系統(tǒng)的信號流程圖；

圖4A、4B示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于主動影響聲音的系統(tǒng)的細(xì)化程度不同的信號流程圖；

圖5示意性地示出待調(diào)控的噪聲的振幅曲線圖；

圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施形式的用于主動影響聲音的系統(tǒng)的信號流程圖；

圖7示意性地示出具有圖6中的系統(tǒng)的、以內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的車輛；

圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的用于主動影響在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的聲音的方法的流程圖；

圖9A示意性地示出在使用根據(jù)圖4A、4B的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)時，聲壓等級的時間曲線圖；

圖9B示意性地示出在使用根據(jù)圖6的系統(tǒng)時，在極限數(shù)據(jù)輸入下聲壓等級的時間曲線圖；

圖10示意性地示出在使用根據(jù)圖6的系統(tǒng)時，聲壓等級的時間曲線圖；

圖11A、11B示意性地示出在使用根據(jù)圖6的系統(tǒng)時，對于不同的可預(yù)給定的值，聲壓等級的時間曲線圖；以及

圖12A、12B、12C示意性地示出，當(dāng)額外地采取了用于聲音影響的被動/無源措施時，在使用根據(jù)圖6的系統(tǒng)時聲壓等級的時間曲線圖。

附圖標(biāo)記列表：

1 尾管

2 揚(yáng)聲器

3 聲音產(chǎn)生器

4 排氣設(shè)備

5 誤差麥克風(fēng)

6 內(nèi)燃機(jī)

6' 發(fā)動機(jī)控制裝置

6” 進(jìn)氣設(shè)備

7 用于主動聲音消除的系統(tǒng)

8 通入口

9 調(diào)節(jié)裝置

20 聲音產(chǎn)生器/執(zhí)行器

40 排氣設(shè)備

41 麥克風(fēng)

50 誤差傳感器

60 發(fā)動機(jī)

80 尾管

91 信號發(fā)生器/ANC核心

92 調(diào)節(jié)器

94 加法器

95 加權(quán)器

96 ANC擴(kuò)展系統(tǒng)

97 輸入接口

d(n)由傳遞函數(shù)P(z)產(chǎn)生的、待疊加的信號(對應(yīng)于由噪聲源產(chǎn)生的噪聲)

e(n)(經(jīng)修正的)反饋信號(對應(yīng)于疊加的噪聲的聲壓)

e'(n)未經(jīng)修正的反饋信號

e(z)信號e(n)的z變換

EO_i第i個發(fā)動機(jī)階次

f₀基本頻率

P(z)噪聲源的傳遞函數(shù)的z變換(對應(yīng)于如下函數(shù)，通過噪聲源的信號產(chǎn)生(以及進(jìn)而聲音產(chǎn)生)以此函數(shù)為基礎(chǔ))

u(n)用于疊加的信號(對應(yīng)于聲音產(chǎn)生器的聲壓，該聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生待疊加的聲音)

u'(n)經(jīng)加權(quán)的、用于疊加的信號

u(n-1)較早的用于疊加的信號

u(z)信號u(n)的z變換

S(z)聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)的z變換(對應(yīng)于信號y(n)向信號u(n)的變換)

s(n)第二傳遞函數(shù)S(z)的脈沖響應(yīng)

對第二傳遞函數(shù)的z變換的估計

第二傳遞函數(shù)的估計的脈沖響應(yīng)

相矢量/放大度

相矢量的轉(zhuǎn)置

w₁(n)，w₂(n)放大系數(shù)

輸入波矢量

輸入波矢量的轉(zhuǎn)置

y(n)由ANC核心輸出的(聲音)信號

y'(n)經(jīng)加權(quán)的、由ANC核心輸出的(聲音)信號

y₁(n)，y₂(n)由ANC核心輸出的、相對彼此位移了90°的信號

y(z)信號y(n)的z變換

ε₁大于零的閾值

μ適配速度

λ基本調(diào)節(jié)信號

λ₁，λ₂第一/第二調(diào)節(jié)信號

Δ用于反饋信號的幅值的預(yù)給定的值

Λ_MAX基本調(diào)節(jié)信號的最大值

具體實施方式

下面參考附圖說明本發(fā)明的優(yōu)選實施形式。

在圖7中示意性示出的機(jī)動車具有形式為內(nèi)燃機(jī)60的發(fā)動機(jī)以及排氣設(shè)備40，在內(nèi)燃機(jī)60中在運(yùn)行中產(chǎn)生的排氣和聲音通過該排氣設(shè)備被引導(dǎo)至尾管80。在排氣和聲音通過尾管80排放到環(huán)境中之前，在排氣設(shè)備40中排氣被清潔/凈化且聲音被減弱。

在示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施形式的用于主動影響聲音的系統(tǒng)的信號流程圖的圖6中，由內(nèi)燃機(jī)60產(chǎn)生的且在排氣設(shè)備40中被引導(dǎo)的噪聲對應(yīng)于待疊加的信號d(n)。在此，與n的相關(guān)性要表達(dá)的是，由內(nèi)燃機(jī)60產(chǎn)生的噪聲與內(nèi)燃機(jī)60的運(yùn)行狀態(tài)(例如內(nèi)燃機(jī)60的轉(zhuǎn)速和/或轉(zhuǎn)矩)相關(guān)，且進(jìn)而以時間曲線變化。然而在此，n的值不是連續(xù)的，而是離散的。

在排氣設(shè)備中，具有揚(yáng)聲器的聲音產(chǎn)生器20(執(zhí)行器)通過Y管線耦聯(lián)至排氣設(shè)備。揚(yáng)聲器被加載聲音信號y'(n)且(在考慮聲音產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)S(z)和所屬分量的情況下)產(chǎn)生一聲音，該聲音對應(yīng)于被加權(quán)的、用于疊加的信號u'(n)，且與在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的噪聲相疊加。

如果與在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的噪聲相對應(yīng)的、待疊加的信號d(n)相對于由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音的被加權(quán)的、用于疊加的信號u'(n)具有90°的相位移，且信號d(n)和u'(n)在振幅方面也相當(dāng)(也就是說d(n)＝-u'(n))，則出現(xiàn)了完全消除在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的噪聲。

通過被設(shè)計為誤差麥克風(fēng)的誤差傳感器50測量通過尾管80輸出的聲音并輸出相應(yīng)的反饋信號e'(n)，所述誤差傳感器相對于排氣設(shè)備中排氣的流動方向設(shè)置于在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的噪聲和由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音的疊加位置的下游。

利用聲音信號y'(n)運(yùn)行揚(yáng)聲器，該聲音信號由包括ANC核心91和ANC擴(kuò)展系統(tǒng)96的防噪系統(tǒng)提供。

ANC核心91具有正弦發(fā)生器，第一放大器、第二放大器和適配電路，且因此形成了一個信號發(fā)生器。參見圖4B的實施方案。

ANC擴(kuò)展系統(tǒng)96具有調(diào)節(jié)器92、加權(quán)器95(在此其通過具有可調(diào)節(jié)的放大度的放大器形成)、輸入接口97(在此其設(shè)計為形式為鍵盤的人機(jī)界面)和加法器94。

在圖6示出的實施形式中，ANC核心91和ANC擴(kuò)展系統(tǒng)96通過分開的微處理器實現(xiàn)。然而可選地，二者也可以通過唯一的微處理器實現(xiàn)。

ANC核心91和ANC擴(kuò)展系統(tǒng)96與內(nèi)燃機(jī)60的發(fā)動機(jī)控制裝置(未特意示出)相連接且由發(fā)動機(jī)控制裝置接收形式為輸入波矢量的控制信號，該輸入波矢量說明了內(nèi)燃機(jī)60的當(dāng)前轉(zhuǎn)速和當(dāng)前轉(zhuǎn)矩。此外，ANC擴(kuò)展系統(tǒng)96的調(diào)節(jié)器92通過輸入接口97接收用戶的輸入。在此，用戶輸入是用于反饋信號幅值的預(yù)給定的值Δ。然而該預(yù)給定的值Δ不必是恒定的，也可以是隨時間變化的。

要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明不局限于使用鍵盤作為輸入接口97?？蛇x地，例如也能夠以表格形式把用于反饋信號幅值的合適的預(yù)給定的值Δ存儲在ANC擴(kuò)展系統(tǒng)96中并在需要時讀取。在此，預(yù)給定的值Δ也可以具有與輸入波矢量的相關(guān)性。

ANC核心91根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過已知的方式(在此是使用FxLMS算法)產(chǎn)生聲音信號y(n)，該聲音信號適用于，當(dāng)揚(yáng)聲器以聲音信號y(n)運(yùn)行時，消除對應(yīng)于在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的聲音的、待疊加的信號d(n)。在此，ANC核心91考慮了聲音產(chǎn)生器20的傳遞函數(shù)S(z)。

進(jìn)一步地，調(diào)節(jié)器92基于接收到的轉(zhuǎn)速、接收到的轉(zhuǎn)矩和通過輸入接口97接收的、用于反饋信號的幅值的值Δ，產(chǎn)生第一調(diào)節(jié)信號λ₁(n)和第二調(diào)節(jié)信號λ₂(n)。

具體地，在該實施形式中，在調(diào)節(jié)器92中，為機(jī)動車的各個轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速確定了基本調(diào)節(jié)信號λ(n)?；菊{(diào)節(jié)信號λ(n)在此分別是大于等于零的有理數(shù)。因此，在時間變化曲線中，通過調(diào)節(jié)器92確定了基本調(diào)節(jié)信號λ(n)序列，所述序列代表一系列大于或等于零的有理數(shù)。

為了確定基本調(diào)節(jié)信號λ(n)，首先檢查，在較早的時間點(diǎn)上由聲音產(chǎn)生器20為了疊加的目的而產(chǎn)生的信號的幅值(∥u(n-1)∥)是否大于事先存儲在調(diào)節(jié)器92中的閾值ε₁。在該示出的實施形式中，事先存儲的閾值ε₁極小，為0.0001。如果大于，則基本調(diào)節(jié)信號λ(n)確定為可預(yù)給定的值Δ與在較早的時間點(diǎn)上由聲音產(chǎn)生器20為了疊加的目的而產(chǎn)生的信號的幅值∥u(n-1)∥的商。否則，如果在較早的時間點(diǎn)上由聲音產(chǎn)生器20為了疊加的目的而產(chǎn)生的信號的幅值∥u(n-1)∥小于或等于的閾值ε₁，則基本調(diào)節(jié)信號λ(n)被設(shè)定為預(yù)給定的最大值Λ_MAX，在此該最大值為值“60”。

要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明不局限于具體的閾值ε₁。閾值ε₁大于零就可以了。同樣地，本發(fā)明也不局限于最大值Λ_MAX“60”。相反，最大值Λ_MAX取決于所用的系統(tǒng)的組件。

在該示出的實施形式中，由聲音產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號u(n-1)的較早的時間點(diǎn)(n-1)相對于當(dāng)前時間點(diǎn)分別回溯了信號發(fā)生器的內(nèi)部時鐘頻率的十倍。然而，本發(fā)明不局限于此；當(dāng)然，應(yīng)該讓較早的時間點(diǎn)盡可能接近當(dāng)前時間點(diǎn)，以便保持小的誤差。

稍后闡述用于確定由聲音產(chǎn)生器20在較早的時間點(diǎn)產(chǎn)生的信號的振幅∥u(n-1)∥的不同的方法。

第一調(diào)節(jié)信號λ₁(n)通過調(diào)節(jié)器92確定為1和基本調(diào)節(jié)信號λ(n)之間的差。

第二調(diào)節(jié)信號λ₂(n)通過調(diào)節(jié)器92確定為基本調(diào)節(jié)信號λ(n)與由聲音產(chǎn)生器20在較早的時間點(diǎn)為了疊加的目的而產(chǎn)生的信號u(n-1)的乘積。

ANC核心91把聲音信號y(n)輸出至加權(quán)器95，而ANC擴(kuò)展系統(tǒng)96的調(diào)節(jié)器92把第一調(diào)節(jié)信號λ₁(n)輸出至加權(quán)器95。

加權(quán)器95利用第一調(diào)節(jié)信號λ₁(n)對聲音信號y(n)進(jìn)行加權(quán)，并把如此加權(quán)的聲音信號y'(n)輸出至聲音產(chǎn)生器20的揚(yáng)聲器。因此，用經(jīng)加權(quán)的聲音信號y'(n)運(yùn)行揚(yáng)聲器。在考慮聲音產(chǎn)生器20的傳遞函數(shù)S(z)的情況下，把與加權(quán)的信號u'(n)相對應(yīng)的聲音與在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的、對應(yīng)于信號d(n)的聲音相疊加。

因為由ANC核心91初始產(chǎn)生的聲音信號y(n)之前已經(jīng)利用第一調(diào)節(jié)信號λ₁(n)被加權(quán)，所以經(jīng)加權(quán)的聲音信號y'(n)通常不再能夠，當(dāng)以聲音信號y'(n)運(yùn)行揚(yáng)聲器時，完全消除在排氣設(shè)備40中被引導(dǎo)的聲音。而是，在排氣設(shè)備中被引導(dǎo)的聲音通常僅一定部分被消除或者還被放大。這取決于在確定基本調(diào)節(jié)信號λ(n)時所用的預(yù)給定的值Δ。

由加法器94從由誤差傳感器50接收的反饋信號e'(n)中減去第二調(diào)節(jié)信號λ₂(n)，以便得到經(jīng)修正的反饋信號e(n)。

ANC核心91得到經(jīng)修正的反饋信號e(n)，并在產(chǎn)生聲音信號y(n)時以已知的方式考慮該反饋信號，當(dāng)揚(yáng)聲器以聲音信號y(n)運(yùn)行時，該聲音信號適用于，消除在排氣設(shè)備40中被引導(dǎo)的聲音d(n)。

在此在ANC核心91和ANC擴(kuò)展系統(tǒng)中執(zhí)行的算法基于如下考慮(所述考慮對于內(nèi)燃機(jī)60的每個發(fā)動機(jī)階次來說單獨(dú)進(jìn)行)：

對于確定的發(fā)動機(jī)階次和轉(zhuǎn)速以及進(jìn)而對于確定的輸入波矢量(以及進(jìn)而頻率f₀)來說，待消除的、在排氣設(shè)備40中被引導(dǎo)的聲音d(n)可以表示為具有隨時間改變的相位和振幅的基本上的諧波信號

d(n)＝D(n)sin(ω₀n+φ_d(n))ω₀＝2πf₀

其中，在此“n”表示時間變化(離散時間序列的時間指數(shù))。φ_d(n)稱為“系統(tǒng)相位”且僅取決于噪聲源。

相應(yīng)地，為了消除/疊加而待由揚(yáng)聲器發(fā)射的聲音必須同樣對應(yīng)于具有隨時間改變的相位和振幅的諧波信號u(n)：

u(n)＝U(n)sin(ω₀n+φ_u(n))

在此，D(n)和φ_d(n)首先不是已知的。然而一旦ANC控制裝置收斂，則允許如下近似：

φ_u(n)≈φ_d(n)(u(n)和d(n)同相)

因此u(n)可以改寫為：

u(n)＝U(n)sin(ω₀n+φ_d(n))

在通過與由揚(yáng)聲器發(fā)射的聲音相應(yīng)的信號u(n)疊加了與在排氣設(shè)備40中被引導(dǎo)的聲音相應(yīng)的信號d(n)之后，對于頻率f₀得到了在尾管80處保留的聲音e(n)：

e(n)＝d(n)–u(n)

因此，e(n)同樣是諧波信號的線性組合且因此也同樣可以表達(dá)為“系統(tǒng)相位”φ_d(n)的函數(shù):

e(n)＝E(n)sin(ω₀n+φ_d(n))

現(xiàn)在應(yīng)該利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法控制振幅E(n)。

在成功地聲音消除中，在若干時間之后，對相應(yīng)的基本頻率f₀來說e(n)向著零收斂，從而在成功地聲音消除中有：

e(n)＝d(n)–u(n)→0≈d(n)–u(n)

該公式可以改寫為：

d(n)–λu(n)+λu(n)–u(n)≈0

以及進(jìn)一步為

d(n)–(1-λ)u(n)-λu(n)≈0

在此，λ是實數(shù)。

引入同樣也在圖6中使用的如下新的變量e'(n)，u'(n)和y'(n)：

e'(n)＝d(n)–(1-λ)u(n)→e(n)＝e'(n)–λu(n)

u'(n)＝(1-λ)u(n)＝(1-λ)conv[s(n),y(n)]＝conv[s(n),(1-λ)y(n)]

(其中conv是兩個時間序列的卷積)

y'(n)＝(1-λ)y(n)

如上所述，借助于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法不應(yīng)追求完全的聲音消除，而是追求與預(yù)給定的值Δ相當(dāng)?shù)姆答佇盘柕姆?。該預(yù)給定的值可以低于、高于或等于在系統(tǒng)關(guān)掉時對于反饋信號的振幅所得到的值。因此在疊加之后得到所追求的信號(FINAL)為：

e’(n)_FINAL≈λu(n)

根據(jù)本發(fā)明，該值應(yīng)該相應(yīng)于預(yù)給定的值Δ：

∥e’(n)_FINAL∥＝Δ→λ∥u(n)∥＝Δ

其中Δ是可預(yù)給定的值且進(jìn)而是期望的聲壓等級水平。

因為u(n)不是恒定的，而是在n上時間變化的信號，所以λ也必須是時間變化的。

該公式不能直接用在ANC擴(kuò)展系統(tǒng)中，因為代數(shù)環(huán)的問題在于：u(n)依賴于λ(n)，而λ(n)依賴于u(n)。該問題可以由下述方式回避，即：使用在時間上略微回溯的u(n)的值(這些在時間上回溯的值稱為“n-1”)。在此，時間間距應(yīng)該選擇得盡可能的小，從而有：

∥u(n)∥≈∥u(n-1)∥

還必須避免被“零”除。

現(xiàn)在，要通過調(diào)節(jié)器92計算出∥u(n)∥或∥u(n-1)∥。如在說明圖4A和4B時已經(jīng)闡述的那樣，u(n)對應(yīng)于信號s(n)和y(n)的卷積(褶積)

u(n)＝conv[s(n),y(n)]，

其中s(n)是聲音產(chǎn)生器20以及與聲音產(chǎn)生器相連接的組件的傳遞函數(shù)S(z)的脈沖響應(yīng)。s(n)是未知的。然而可以按經(jīng)驗確定用于聲音產(chǎn)生的組件的傳遞函數(shù)以及脈沖響應(yīng)并如此估計。

因此允許如下估計：

其中估計了代表由聲音產(chǎn)生器20輸出的聲音的信號。

如果卷積運(yùn)算符conv[.]用于諧波信號，則該信號可以在給定的基本頻率f₀下簡單地通過相位延遲TF_PHASE和振幅衰減TF_AMP來表示：

在給定的基本頻率f₀下，振幅衰減：

在給定的基本頻率f₀下，相位延遲：

因此，可以用如下的偽代碼計算所尋找的信號：

function Estimate_Actuator()

{

}

然后得到了經(jīng)修正的反饋信號e(n)為

以及經(jīng)加權(quán)的聲音信號y'(n)為

y'(n)＝[1-λ(n)]y(n)＝λ₁(n)y(n)

為了計算第一和第二調(diào)節(jié)信號λ₁(n)、λ₂(n)可以使用如下偽代碼：

在此，和分別利用“0”初始化，并在每次計算λ₁(n)和λ₂(n)之后更新，從而不出現(xiàn)代數(shù)環(huán)。值Λ_MAX和ε₁是常量，其可以取決于在ANC核心和ANC擴(kuò)展系統(tǒng)中所用的微處理器(或者數(shù)字信號處理器)、聲音產(chǎn)生器的功率等并按經(jīng)驗確定。

幅值始終變化，因此應(yīng)該利用系統(tǒng)的每個時鐘頻率更新。

建議了如下四種用于計算的方法：

1)長度法("Magnitude method(幅值法)")

可以視作兩個正交矢量的和；因此，所述幅值可以利用如下偽代碼通過矢量長度來計算：

function Estimate_ActuatorWaveAmplitude()/*Magnitude method*/

{

}

其中SQRT是平方根。其可以作為特征曲線族存儲在調(diào)節(jié)器92中，從而該方法在計算能力方面可以是極其高效的。

2)解析法("Analytical method")

可以如下地表示：

[cos(ω₀n)cos(TF_PHASE)-sin(ω₀n)sin(TF_PHASE)]}

如果在此定義

sin(τ)＝sin(ω₀n)cos(TF_PHASE)+cos(ω₀n)sin(TF_PHASE)

cos(τ)＝cos(ω₀n)cos(TF_PHASE)-sin(ω₀n)sin(TF_PHASE)

k₁(n)＝TF_AMP(ω₀)w₁(n)

k₂(n)＝TF_AMP(ω₀)w₂(n)

則可以得到用于的更簡單的表達(dá)：

振幅是上述諧波函數(shù)的局部最大值MAX_LOCAL，其中找出下述點(diǎn)，在所述點(diǎn)處的一階導(dǎo)數(shù)等于零(因為信號是正弦振蕩，因此有abs(MIN_LOCAL)＝MAX_LOCAL)。函數(shù)“abs(.)”在此提供絕對值。

因此，可以利用如下偽代碼計算：

在此，arctg是反正切函數(shù)。ε₀是一小的值，所述小的值取決于算法的解以及所用的微處理器(或者數(shù)字信號處理器)，且典型地為0.001。反正切函數(shù)可以作為特征曲線族存儲在調(diào)節(jié)器92中，從而該方法在計算能力方面可以特別高效。此外，當(dāng)w₂(n)＝0時，反正切函數(shù)的奇點(diǎn)被正確地處理。

上述兩種方法實現(xiàn)了，準(zhǔn)確地計算

因為與噪聲d(n)相應(yīng)的信號的振幅與頻率相比變化極其緩慢，所以可以比時鐘頻率慢地更新(例如以1：2至1：20的比例)，從而減少了所需的計算功率。

3)具有減少的采樣的解析方法("Under-sampled analytical method")由得出，可以視作相矢量的線性函數(shù)。當(dāng)相矢量平行于X軸或者Y軸時，幅值簡單地就是相量的一個或另一個分量w₁(n)或w₂(n)的一部分。在該方法中，對于每個周期1/f₀更新兩次或四次。像已經(jīng)描述的，不需要以每個時鐘頻率更新

因此，可以利用如下偽代碼計算

或者

在此，ε₀是個小的值，所述小的值取決于算法的解以及所用的微處理器(或者數(shù)字信號處理器)，且典型地為0.01。這種計算方式是特別高效的。

4)比較法("Compare method")

對于波形信號來說還存在一種不那么最佳的方法，該方法可以通過如下偽代碼描述：

該方法的優(yōu)點(diǎn)是，不需要平方根或反正切函數(shù)。然而在此，在每個波周期內(nèi)也僅更新兩次。

下面參考圖8描述用于運(yùn)行上述系統(tǒng)的方法。

在第一步驟S1中，在ANC擴(kuò)展系統(tǒng)96的調(diào)節(jié)器92中，用于所用的變量和常量的起始值為：ε₁＝0.0001；Λ_MAX＝60。

接著在步驟S2中通過輸入接口97在調(diào)節(jié)器92中得到預(yù)給定的值Δ。

與此并行地，在步驟S3中借助于誤差傳感器50測量被疊加的聲音，以便得到相應(yīng)的反饋信號e'(n)。

此外，與此并行地，還在步驟S4中通過ANC核心91在使用被調(diào)控的反饋信號e(n)的情況下產(chǎn)生聲音信號y(n)。

在跟隨步驟S2之后的步驟S20中確定，是否滿足條件為此在步驟S20'中計算出用于和的值。這在上文中已經(jīng)詳細(xì)說明且例如可以在使用如下公式的情況下進(jìn)行：

要強(qiáng)調(diào)的是，可以按照上述的或由現(xiàn)有技術(shù)已知的每種方法進(jìn)行在步驟S20'中完成的對用于和的值的計算。

如果在步驟S20中滿足所述條件，則在步驟S21中以計算基本調(diào)節(jié)信號λ(n)。

否則，當(dāng)在步驟S20中不滿足所述條件時，在步驟S22中把基本調(diào)節(jié)信號λ(n)設(shè)為最大值Λ_MAX。

接著在步驟S23中如下地計算第一、第二調(diào)節(jié)信號λ₁(n)、λ₂(n)：

λ₁(n)＝1-λ(n)

在隨后的步驟S5中，在使用在步驟S23中得到的第二調(diào)節(jié)信號λ₂(n)以及在步驟S3中測得的反饋信號e'(n)的情況下，按照下述公示計算出經(jīng)修改的反饋信號e(n)：

e(n)＝e'(n)-λ₂(n)

在步驟S4中使用經(jīng)修改的反饋信號e(n)，這通過虛線示出。

與此并行地，在步驟S6中在使用在步驟S23中得到的第一調(diào)節(jié)信號λ₁(n)以及在步驟S4中產(chǎn)生的聲音信號y(n)的情況下，按照下述公示計算出經(jīng)加權(quán)的聲音信號y'(n)：

y'(n)＝λ₁(n)·y(n)

在步驟S1的輸出端處繼續(xù)所述方法之前，在步驟S7中輸出經(jīng)加權(quán)的聲音信號y'(n)，以借助于聲音產(chǎn)生器20產(chǎn)生與經(jīng)加權(quán)的音頻信號u'(n)對應(yīng)的聲音以及把由聲音產(chǎn)生器20產(chǎn)生的聲音與待調(diào)控的聲音疊加。

在圖9A至12C中示出，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法發(fā)揮了哪些作用。在此，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的車輛的排氣設(shè)備相應(yīng)地過度工作了且補(bǔ)充了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。

像從圖9A可見的，傳統(tǒng)的系統(tǒng)(ANC AN)嘗試連續(xù)地把聲壓等級相對于未調(diào)控的聲音(ANC AUS)降低到盡可能小的值(在此約20dB)。只要所用的系統(tǒng)的動力和效率允許，這就一直進(jìn)行。在例如第13秒和第15秒之間可識別出瞬變(不穩(wěn)定的起振狀態(tài))，這種瞬變可歸因于，所用系統(tǒng)的動力不足夠。補(bǔ)充地示出了在執(zhí)行器(聲音產(chǎn)生器)處得到的壓力等級。

與此相比，借助于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)實現(xiàn)了，聲壓等級相對于未調(diào)控的聲音(ANC AUS)升高至可任意預(yù)給定的值Δ(直至大約3.5秒為止和在15秒與16秒之間約為60dB)或降低至可任意預(yù)給定的值Δ(從大約4秒直至大約7秒約為20dB，從大約8秒直至大約9秒約為40dB，從大約9.5秒直至大約13.5秒約為20dB)。在可預(yù)給定的值Δ的每次改變時，出現(xiàn)了控制上的短暫的起振行為且進(jìn)而導(dǎo)致信號曲線中的瞬變。需要注意的是，對該例子來說選擇了極端的數(shù)據(jù)(可預(yù)給定的值Δ具有劇烈的跳躍)。

在圖10中，在高的聲壓等級時(在該聲壓等級下所用的聲音產(chǎn)生器接近其功率極限)，把根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的行為與現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)相比較?？梢钥闯?，借助于本發(fā)明(ANC AN)實現(xiàn)了，聲壓等級相對于未調(diào)控的聲音(ANC AUS)基本恒定地保持在預(yù)給定的值Δ(在此約為130dB)上且輸出的聲音為此或者升高(直至例如2000 1/min)或者降低(高于約2000 1/min)或者大致保持恒定(在3200 1/min左右的范圍內(nèi))。相對地，現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)(ANC現(xiàn)有技術(shù))具有極不均勻的聲壓等級。

圖11A中示出了不同的測量結(jié)果，如在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的不同的數(shù)據(jù)輸入下在柴油機(jī)汽車的排氣設(shè)備中已經(jīng)設(shè)定的那樣。在此預(yù)給定的值Δ不保持恒定，而是隨著轉(zhuǎn)速線性增大。在此，與現(xiàn)有技術(shù)(ANC現(xiàn)有技術(shù))相比，本發(fā)明(ANC AN)也表現(xiàn)出聲壓等級的明顯更平靜的走向。視數(shù)據(jù)輸入而定，在此也完成了聲壓等級的相對于未調(diào)控的聲音(ANC AUS)的升高和/或降低。

在圖11B中同樣示出了不同的測量結(jié)果，像在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的不同數(shù)據(jù)輸入下在柴油機(jī)汽車的排氣設(shè)備中已經(jīng)設(shè)定的那樣。在此，預(yù)給定的值Δ不保持恒定，而是直至例如2600 1/min為止恒定地保持在相對較低的第一值上并且在2600 1/min之上升高至較大的值。

由圖12A、12B和12C可以看出，可以如何說明根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的應(yīng)用。在此，在時間曲線中，所用的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速首先線性地從每分鐘1200轉(zhuǎn)升高至每分鐘2000轉(zhuǎn)，保持一段時間的恒定，且隨后再次線性降低。對用于第三發(fā)動機(jī)階次的聲壓等級進(jìn)行測量。

圖12A至12C分別示出在系統(tǒng)接通(ANC AN)或切斷(ANC AUS)時聲壓等級的變化曲線以及在系統(tǒng)接通時執(zhí)行器的壓力等級?？梢钥吹剑鶕?jù)本發(fā)明的系統(tǒng)導(dǎo)致了基本恒定的約33dB的聲壓等級。

在圖12B中，相對于圖12A，機(jī)械地抑制了排氣設(shè)備并且因此整體低了約4dB。明顯地，這種機(jī)械的抑制對“根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)導(dǎo)致基本恒定的約33dB的聲壓等級”并未造成任何改變。同時其需要用于執(zhí)行器的更多的能量，這是因為聲壓等級相對于切斷的系統(tǒng)而言必須提高。這種效應(yīng)在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中不出現(xiàn)。

在圖12C中，相對于圖12A，排氣設(shè)備機(jī)械地高了約4dB。明顯地，這對“根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)導(dǎo)致基本恒定的約33dB的聲壓等級”并未造成任何改變。

因此，在內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的車輛中可以利用如下方法說明本發(fā)明：

首先在切斷系統(tǒng)的情況下在受控的條件下(例如在轉(zhuǎn)速從每分鐘800轉(zhuǎn)增加至4500轉(zhuǎn)時在50％的恒定負(fù)荷下)，借助于排氣設(shè)備中的誤差麥克風(fēng)在聲音疊加區(qū)域的下游測量聲壓等級。

接著在接通系統(tǒng)的情況下在相同的條件下借助于同一個誤差麥克風(fēng)測量聲壓等級。同時還測量對執(zhí)行器(聲音產(chǎn)生器)的激勵。選出所獲得的測量曲線的若干靜態(tài)工作點(diǎn)。

現(xiàn)在，通過機(jī)械措施如此改變無源的排氣設(shè)備的幾何形狀，使得借助于誤差麥克風(fēng)測量的聲壓等級變低或變高(了約3dB)。

接著，在接通系統(tǒng)的情況下重新對靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)行測量。測得的信號根據(jù)其發(fā)動機(jī)階次被特定地濾波。

如果使用本發(fā)明，則對排氣設(shè)備的機(jī)械操控不應(yīng)該導(dǎo)致用于影響聲音的系統(tǒng)的不穩(wěn)定。此外，利用誤差麥克風(fēng)測得的聲壓等級在接通系統(tǒng)時在機(jī)械操控的系統(tǒng)中在考慮一定的公差的情況下應(yīng)該相應(yīng)于在接通系統(tǒng)時在未機(jī)械操控的系統(tǒng)中利用誤差麥克風(fēng)測得的聲壓等級(對靜態(tài)工作點(diǎn)來說)。