DE2712534C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Schalldämpfung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schalldämpfung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 3.

Da eine Schallwelle aus einer Folge von Verdichtungen und Verdünnungen besteht, ist man seit langem davon ausgegangen, daß der Energiegehalt der Welle dadurch reduziert werden kann, daß man die Primärwelle mit einer speziell erzeugten Sekundärwelle in einer derartigen Weise kombiniert, daß die Verdünnungen der Sekundärwelle mit den Verdichtungen der Primärwelle zusammenfallen und umgekehrt. Dieses als aktive Dämpfung bekannte Prinzip dient zur Reduzierung von Druckschwankuiigcn, die in dem Medium bestehen, und entzieht somit der primärwelle Energie. Dieses aktive Verfahren zur Schalldämpfung ist in der US-PS 20 43 416 beschrieben und auf diesem speziellen

Gebiet ist in den letzten Jahren viel gearbeitet worden.

Die Sekundärwelle muß gegenüber der von ihr aufzuhebenden Primärwelle genau erzeugt werden, und obwohl man bereits beträchtliche Erfolge bei der aktiven Schalldämpfung von Primärwellen von einfacher sinusförmiger Gestalt erzielt hat, ist die bisher erreichte Qualität der Dämpfung, wenn die Primärwelle ein natürliches auftretendes Geräusch ist, bei dem die Primärwelle hinsichtlich der Amplitude und der Frequenz in einer beliebigen zeitabhängigen Art und Weise schwankt, weitaus weniger zufriedenstellend.

Schließlich sind verschiedene Verfahren zur aktiven Schalldämpfung bekannt (DE-OS 25 07 428), von denen eines die Verzögerung eines elektrischen Signals vorschlägt, welches das gesamte Frequenzspeklrum des aufzuhebenden Primärschalls repräsentiert, indem ein Analog-Schieberegister verwendet wird. Beim Betrieb dieses einfachen Systems muß allerdings das elektrische System keine störenden Phasenverschiebungen einführen, wobei in Praxis bei einem beliebigen Primärschall derartige Phasenverschiebungen eingeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Sckundärwelle zur aktiven Dämpfung einer beliebigen vorgegebenen Primärwelle, die einen hohen Dämpfungsgrad unabhängig von der Komplexheit der Primärwelle ermöglichen. Bei bevor/.ugten Ausführungsformen sollen diese ferner eine selbstkorrigicrcndc Einrichtung bieten, wobei das Ansprechen des Systems auf der Basis einer vorherigen Ausführung modifieri wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für d;is Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Das Programm zeitlich korrelierter Bewertungen kann vorher eingestellt sein und unverändert bleiben. Die Bestimmung der vorher eingestellten Bewertungen kann auf dem Ansprechen des Systems, d. h. den beiden Wandlern, den verbindenden elektrischen Komponenten und dem begrenzten Raum, gegenüber charaklcrisierenden Impulsen basieren.

Alternativ dazu kann eine Anpassungsstrategie verwendet werden, zum Beispiel die der sukzessiven Approximation unter Verwendung eines weiteren Wandlers in dem begrenzten Raum, um den Erfolg der auf Aufhebung gerichteten Operation zu bestimmen. Die Änderungen im Programm der Bewertungen können von Hand vorgenommen werden, und zwar in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Wandlers im begrenzten Raum, jedoch kann auch eine voll- oder halbautomatische Korrektur verwendet werden.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Dämpfung von Schallwellen verwendet, die von einem G;is transportiert werden und sich in einem Kanal ausbreiten, so kann das erste elektrische Signal vom Ausgang eines Mikrofones abgeleitet werden, das sich in dem Kanal stromaufwärts von einem Lautsprecher befindet, von dem die Sekundärwelle ausgeht. Bei einer derartigen Anordnung kann ein Teil der vom Lautsprecher erzeugten Energie eine Rückkopplung durch den Kanal zu dem Mikrofon bewirken, was eine falsche Repräsentation der Primärwelle ergibt, die gedampft werden soll. Die Beseitigung dieses Rückkopplungssignales hat Probleme bereitet, und zu seiner Beseitigung ist eine Anzahl von Vertiefungen angegeben worden, wobei der

b5 Kanal in den) Bereich zwischen dem Lautsprecher und dem Mikrofon ausgekleidet und ein stark ausgerichtetes Mikrofon verwendet wird, das im wesentlichen gegenüber dem Rückkopplungssignal »taub« ist.

Das von dem Mikofon aufgefangene Rückkopplungssignal kann dadurch kompensiert werden, daß ein geeignetes elektrisches Signal vom Mikrofon subtrahiert wird, das durch eine zweite Faltung abgeleitet worden ist weiche die Bahn zwischen den Eingangsklemmen des Lautsprechers,die Leitungzwisch'.idem Lautsprecher und dem Mikrofon und den Ausgangsklemmen des Mikrofons simuliert

Wenn das erste Faltungssystem durch das oben erwähnte Anpassungsverfahren optimiert ist, so wird die erste Faltung bis zu einem bestimmten Grade unerwünschte Effekte aus dem gerade beschriebenen Rückkopplungsweg entfernen. Auf diese Weise läßt sich ein vernünftiger Löschungsgrad durch die erste Faltung, insbesondere in Verbindung mit der oben erwähnten passiven Dämpfung und/oder dem Richtmikrofon erzielen.

Für die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 3 enthaltenen Merkmale gelöst.

Bei der Vorrichtung wird durch das Programm das zeitliche Ansprechen des Systems auf einen spezifischen Wechsel am Eingang des ersten Wandlers charakterisiert und vorgegeben, und die Schritte des Programmes Gebläse oder Ventilator 2 erkennbar, der sich an irgendeinem Punkt über die Länge der Leitung 1 befindet. Schall, & h. die Primärwelle, vom Ventilator 2 breitet sich in Pfeilrichtung längs der Leitung 1 aus und versucht ein Mikrofon 3 zu erregen. Ein Lautsprecher 4 reagiert in der Weise, daß er versucht, die Erregung des Mikrofones zu verhindern, und emittiert dabei eine Schallwellenform mit Antiphase.

Die Wege dieser Wellenform werden von den Richtungseigenschaften des Lautsprechersystems der Art der Leitung 1 und den Schallfrequenzen abhängen. Von hauptsächlichem Interesse ist der Schall, der sich in Form der Sekundärwelle nach rechts in die gleiche Richtung wie der Schall vom Lautsprecher ausbreitet, da er in Gegenphase liegt und sich in die gleiche Richtung ausbreitet Wenn seine Größe richtig ist und eine ebene WeHenfront rasch aufgebaut wird, dann wird eine Löschung bzw. Aufhebung der Primärwelle vom Ventilator 2 erfolgen.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei der Mikrofon und Lautsprecher sehr dicht und im wesentlichen äquidistant von der vom Ventilator 2 gebildeten Schallquelle angeordnet sind. Das Prinzip bezieht sich jedoch auf Anordnungen, bei denen die Wandler in Schallausbrei-

können abgeleitet werden, indem man die Impulsan- 25 tungsrichtung im Abstand angeordnet sind, wie es in spräche des Systems auf eine Vielzahl verschiedener Fig.2bis6 angedeutet ist.

Dellafunklionen bestimmt, welche als Eingangssignale Der Betrag des vom Lautsprecher 4 nach Fig. 1 emit-

iim ersten Wandler anliegen. tierten Schalles kann dadurch geändert werden, daß

Dabei kann ein als Mikrofon wirkender Aufhebungs- man die akustische Dämpfung auf dem Schallweg zwiwandler stromabwärts in Ausbreitungsrichtung der Fr-i- 30 sehen dem Lautsprecher 4 und dem Mikrofon 3 ändert, märwclle vom ersten und zweiten Wandler angeordnet wobei eine Zunahme der Dämpfung den Pegel des vom sein, wobei der Ausgang des Aufhebungswandlers zur
Modifzierung des zweiten elektrischen Signales verwendet wird. Diese Modifizierung des zweiten elektrischen Signales kann dadurch vorgenommen werden,
daß das Programm der bei der Kombination auftretenden Betriebsschritte und/oder die Amplitude des zweiten elektrischen Signales eingestellt werden.

Bei dem Speicher kann es sich um eine analoge, digi-

UiIe oder eine kombinierte Analog-Digital-Ausfüh- 40 und eine große Vielzahl verschiedener geometrischer rungsform handeln, und zweckmäßigerweise wird das Anordnungen für die aktive Schalldämpfung verwencrsic elektrische Signal ebenfalls gespeichert, wobei die den, einschließlich Lautsprechern, die an anderen Wän-Kombinaiion bzw. Faltung mit mindestens einem Multi- den der Leitung, in Zweigleitungen oder innerhalb des plizicrer vorgenommen wird, der zwischen dem Spei- Querschnittes der Leitung angebracht sein können. Der eher für das erste Signal und dem Speicher für die Cha- 45 Aufhebungsgrad an einem stromabwärts von dem oder r;iktcri.sierung des Systems arbeitet. Wenn eine Vielzahl den Lautsprechern gelegenen Punkt kann auch durch

die akustischen Eigenschaften der Leitung beeinflußt werden, jedoch läßt sich dieser Effekt dadurch berücksichtigen, daß man eine elektronische Schaltung 6 in das System einbaut, um die Leitungseigenschaften zu kompensieren, wie es in F i g. 4 und 5 angedeutet ist.

Lautsprecher 4 emittierten Schalles erhöht.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 erkennt man zwei Lautsprecher 4a und 4b, die derart angeordnet sind, daß der Ausgang des Lautsprechers 46 durch das verstärkte Signal eines Verstärkers 5 gesteuert werden kann. Die Einstellung der Verstärkung ermöglicht somit die Einstellung des Aufhebungsgrades stromabwärts. Es lassen sich eine unterschiedliche Anzahl von Lautsprechern

von Multiplizierern zur Verfügung steht, ist es zweckmäßig, einen davon für die jeweilige gespeicnerte Bewertung /u nehmen, es kann aber auch ein einzelner Multiplizierer verwendet werden, dessen Kanäle zeitlich mehrfach ausgenützt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen F i g. 1 bis 6 schematische Darstellungen zur fcirläu'e-Ein zweites Mikrofon 7 ist stromabwärts in Fig.4 und 5 erkennbar. Ein Signal vom Mikrofon 7 zeigt an, daß in diesem Punkt eine vollständige Aufhebung nur

rung der zur aktiven Schalldämpfung verwendeten An- 55 mangelhaft erfolgt, und kann verwendet werden, um

Ordnung;

F i g. 7 bis 8c Darstellungen zur Erläuterung eines Weges zur Erzielung einer Charakterisierung eines Systems bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; und in

Fig. 9 bis 14 Darstellungen zur Erläuterung von Systemen zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verführen.

entweder manuell oder automatisch die Verstärkung des Verstärkers 5 und die Kompensationsschaltung 6 einzustellen.

Die Verstärker können ihrerseits Schaltungen zur Verhinderung von Schwingungen enthalten, welche durch die Verzögerung in der Rückkopplungsleitung erzeugt werden. Der Lautsprecher 4b kann so angeordnet werden, daß er reflektierte Wellen von dem Mikrofon 3 ablenkt und/oder die Leitung kann mit schallabsorbie-

Die Grundprinzipien der aktiven Schalldämpfung sollen im folgenden anhand der F i g. 1 bis 6 näher erläutert 65 rendem Material ausgekleidet sein ^wc'"^d.^e"· ,- „ Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein ähnliches

Hei der Darstellung nach F1 g. 1 ist eine Leitung oder aktives System an der gegenüberliegenden Wand ange-

cin Kanal I mit beliebigem Querschnitt und mit einem ordnet sein, oder aber es kann eine Vielzahl von Svste-

men in verschiedenen Stellungen an den verschiedenen Wänden der Leitung oder an Orten innerhalb des Querschnittes der Leitung angebracht sein. Weiterhin kann eine Vielzahl von Aufhebungs-Mikrofonen 7 an verschiedenen stromabwärts gelegenen Stellen vorgesehen sein.

Wenn die Verzögerung des Schailweges in der Rückkopplungsschleife zwischen dem oder den Lautsprechern und dem Mikrofon so gewählt ist, daß sie, verglichen mit der Periode der höchstfrequenten interessierenden Wellenform, nicht kurz ist, dann kann das System beispielsweise in der in F i g. 5 wiedergegebenen Form modifiziert werden.

Bei der in F i g. 5 wiedergegebenen Ausführungsform befindet sich der akustische Rückkopplungsweg zwischen dem Lautsprecher 4a und dem Mikrofon 3, wobei letzteres ein elektrisches Signal 5 erzeugt.

Jedes im Verbindungspunkt A"der Leitungen von der Schaltung 6 und einer Schaltung 10 auftretende Signal hat zwei Rückkopplungswege. Der erste geht über den Lautsprecher 4a, das Mikrofon 3 und die Leitung 8 zu einem Sumrnierungspunkt 9. Der zweite Weg geht über eine Schaltung 10 und ein Verzögerungsglied 11 zu dem Summierungspunkt 9. Das Verzögerungsglied 11 und die Schaltung 10 sind miteinander kombiniert, um die zwischen dem Lautsprecher 4a und dem Mikrofon 3 auftretende Zeitverzögerung zu kompensieren, und das Verzögerungsglied 11 und die Schaltung 10 simulieren zusammen die Charakteristika des Lautsprechers 4a, des Mikrofones 3 und des Luftweges vom Lautsprecher 4a zum Mikrofon 3. Die beiden Rückkopplungswege werden in Antiphase bei 9 summiert, und wenn beide die gleichen zeitlichen Charakteristika aufweisen, heben sie sich gegenseitig auf.

Die Einheiten 5, 6, 10 und 11 können entweder von Hand oder automatisch gesteuert werden, beispielsweise über das Aufhebungsmikrofon 7.

Wie bereits erwähnt, muß das Mikrofon 3 nicht direkt gegenüber dem Lautsprecher 4a angeordnet sein. Es kann sich an einem beliebigen Ort links von diesem Punkt, auf einer beliebigen Wand oder in jeder beliebigen Stellung im Querschnitt der Leitung 1 befinden, obowohl dies eine zusätzliche Verzögerung in der Leitung zwischen den Punkten 9 und X erforderlich macht.

Das Frequenz- und Phasenansprechverhalten des oder der Lautsprecher läßt sich dadurch verbessern, daß man eine separate Windung beim Lautsprecher verwendet und diese in die Rückkopplungsschleife des nicht dargestellten Treiberverstärkers für den Lautsprecher einbaut. Ein generelles Problem, das bei sämtlichen der bisher beschriebenen Anordnungen zur aktiven Beseitigung von Schall oder Schwingungen auftritt, ist der Wunsch hinsichtlich der Kenntnis, wie eine Signalwellenform modifiziert wird, wenn sie den Weg von einem Generator zu einer Abtasteinrichtung, einschließlich der Wandler selbst durchläuft; die Lösung dieses Problemes ist es insbesondere, auf welches das Verfahren im wesentlichen abzielt.

F i g. 6 zeigt die Grundsituation im Falle einer Luftleitung. Wenn ein Signal 5/. am Lautsprecher 4 anliegt, so wird ein Signal Sm vom Mikrofon 3 erzeugt. Verschiedene Frequenzkomponenten werden jedoch verschiedene Verzögerungen und Dämpfungen aufgrund des Ansprechverhaltens der Wandler selbst und auch aufgrund der unterschiedlichen möglichen Wege innerhalb der Leitung 1 erleiden, von denen zwei durch Pfeile in F i g. 6 angedeutet sind. Somit ist es unwahrscheinlich, daß das Signal Sm lediglich eine verzögerte und gedämpfte Version des Signales Si. ist, und wenn wir vorher eine Aussage über das Signal Sm nur aus der Kenntnis des Signales 5/. machen wollen, so ist es erforderlich, den Weg zu charakterisieren.

Dies kann dadurch erfolgen, daß man geeignete Tcstsignale wie z. B. S/, anlegt und feststellt, wie sie verändert werden, wenn sie als Signal Sm auftreten. Zum Beispiel kann eine angelegte Delta-Funktion Si. so modifiziert werden, wie es in F i g. 7, längs der Zeitachsc aufgetragen, angedeutet ist. Man kann erwarten, daß cine Delta-Funktion unterschiedlicher Amplitude in entsprechender Weise modifiziert wird und eine Welle mit der gleichen Form, aber unterschiedlicher Amplitude erzeugt.

Das Ansprechen der Leitung ! auf jedes andere Signal, in diesem Falle das Geräusch vom Ventilator, kann dann durch Superposition der Antwortimpulse vorhergesagt werden. Ein Beispiel hierfür ist in den F i g. 8a bis 8c wiedergegeben.

Man kann sich das Geräusch oder den Schall vom Ventilator als eine zusammengesetzte Summe einer Reihe von über die Zeitachse aufgetragenen Deltafunktion-Impulsen mit unterschiedlichen Amplituden vorstellen, wie es beispielsweise in Fig. 8a angedeutet ist. Jeder dieser Impulse wird ein zeilliches Antwortsignal bewirken, das in seiner Form dem Test-Antwortsignal gemäß F i g. 7 ähnlich ist, aber mit seiner Amplitude der momentanen Amplitude des Ventilatorgeräusches entspricht, wie es durch die verschiedenen Amplituden AA ... ACin Fig.8a wiedergegeben ist. Fig.8b zeigt die Antwortsignale, die sich aus den beiden Antwortimpulsen AA und AB von F i g. 8a ergeben. Ersichtlich besit/i das Antwortsignal von AB eine größere Amplitude als das von AA und ist auch um das geeignete Maß verzögert. Die Antwortsignale können addiert werden, um das Ansprechen der Leitung auf die gesamte Wellenform des Ventilators vorherzusagen (vgl. F i g. 8c).

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung

läßt sich die mit AA in F i g. 8b wiedergegebene Grundwellenform (oder Charakterisierung) als eine Reihe von

Bewertungen speichern, weiche die Amplituden der Wellenform in gleichmäßig beabstandeten Intervallen längs der Zeitachse des Antwortsignales gemäß Fig. 7 darstellen. Die Reihe von Bewertungen bildet ein Programm von zeitlich korrelierten Bewertungen. Wenn

dieses Programm mit einem vorgegebenen Signal Si kombiniert bzw. gefaltet wird, so zeigt es an, was für ein Ausgangssignal Sm vom Mikrofon 3 bei einem an den Lautsprecher 4 anzulegenden Signal Si zu erwarten sein wird.

im Faüe einer einfachen Anordnung, wie sie beispielsweise in F i g. 2 mit nur einem Lautsprecher wiedergegeben ist, wird das durch die Superposition von Antwortimpulsen abgeleitete Programm, wie es unter Bczugnahme auf die F i g. 8a bis 8c beschrieben wurde, das zeitliche Ansprechverhalten für stromaufwärtige Schallausbreitung charakterisieren, einschließlich des Lautsprechers, zum Beispiel des Lautsprechers 4a, und des Mikrofones 3, und kann somit zur Kompensation der Rückkopplung vom Lautsprecher 4a zum Mikrofon 3 in der oben erörterten Weise verwendet werden.

Eine andere »Charakterisierung« ist für das mit dem Ausgang des Mikrofones 3 zu faltende Programm erforderlich, um für eine Aufhebung oder Löschung stromabwärts des Lautsprechers zu sorgen, jedoch läßt sich diese durch einen ähnlichen Anpassungsvorgang erreichen, wie er für die stromaufwärlige »Charakterisierung« verwendet wird. Alternativ dazu kann die stromabwär-

ligc »Charakterisierung« empirisch von der stromaufwürligen »Charakterisierung« abgeleitet oder sogar aus der slrotnaufwärtigen »Charakterisierung« und den Eigenschaften der Wandler durch ein Verfahren der Fallungsdivision berechnet werden.

Eine vollständige Beseitigung des Riickkopplungssignales läßt sich in der in Fig.3 angegebenen Weise erreichen, indem man ein vom Aufhebungs-Lautsprecher 4 abgeleitetes Signal S₂ vom Signal Si vom Mikrofon 3 elektrisch subtrahiert. Die Ableitung des Signales Si vom Aufhebungs-Lautsprechersignal erfolgt durch eine zweite Faltung, wie oben besprochen, die das Ansprechen des Lautsprechers, der Leitung und des Mikrofones kompensiert.

In den l·' i g. 9 bis 11 sind verschiedene Methoden zur Einstellung der Charakterisierung und zur Ausführung der Fallung wiedergegeben.

In Fi g. 9 wird das Eingangssignal ζ. Β. vom Mikrofon 3 in Fi g. 3, das die zu dämpfende Primärwelle repräsentiert, einem Verzögerungsglied, ζ. Β. einem Schieberegister 15, zugeführt, das Verzögerungsglied sollte eine Länge des Eingangssignales speichern, die im wesentlichen gleich der Dauer der gespeicherten Charakterisierung ist. Bei dem Beispiel nach Fig. 9 sind nur drei Siufen wiedergegeben, jedoch sind in der Praxis mehr als diese drei vorhanden, z. B. 32 Stufen.

Ein Speicher für Hewertungskoeffizienten, der das mit dem Eingangssignal zu faltenden Programm von Bewertungen repräsentiert, ist in F i g. 9 mit IVi, IV₂, IV₃ angedeutet, und wenn das Eingangssignal durch das Schieberegister 15 hindurchläuft, so geben die Multiplizierer Mi. M₂ und M; ihren Ausgang an eine Additionsschaltung 16, welche für das Signal an den Lautsprecher 4b sorgt.

Die Faltung kann digital oder auf analoger Basis vorgenommen werden, und anstatt einen Multiplizierer für jeden Bewertungskoeffizienten und eine Additionsschaltung zu verwenden, kann man einen einzelnen Multiplizierer M(vgl. Fig. 10) verwenden, bei dem die Kanäle zeitlich mehrfach ausgenutzt werden. Die Abtastgeschwindigkeit muß selbstverständlich groß sein verglichen mit der Geschwindigkeit, mit der das Eingangssignal durch das Register 15 läuft.

Die Bewertungskoeffizienten im Speicher können einfach auf der Basis des Ansprechverhaltens des Systems auf das Durchlaufen einer einzelnen Deltafunk-Iion eingestellt werden, wobei die Konpensation durch die empirische Einstellung verbessert wird, um eine Charakterisierung zu geben, die jedes beliebige Eingangssignal genau aufhebt.

Fig. 11 zeigt, wie die Bewertungskoeffizienten in einem umlaufenden Register 16 gespeichert werden, um die Charakterisierung auf den neuesten Stand zu bringen. Wie in F i g. 11 angedeutet, beträgt das in regelmäßigen oder unregelmäßigen Intervallen über eine Additionsschaltung 17 zugeführte Test-Antwortsignal beispielsweise 10% des Eingangssignales, so daß nur graduelle Modifikationen der Bewertungskoeffizienten auftreten werden, um Fremd- oder Nebengeräusche zu berücksichtigen.

Da Fremd- oder Nebengeräusche nicht mit dem Testsignal oder der Signalbewegung im Verzögerungsglied korreliert sind, werden sie mit gleicher Wahrscheinlichkeil an jedem Punkt im Verzögerungsregister addiert oder subtrahiert werden, so daß sich der Mittelwert Null ergibt.

Das Register 16 kann als Schieberegister 18 und die bewertete Additionsschaltung 17 als Zeit-Multiplizierer 19 ausgebildet sein, wie es in Fig. 12 wiedergegeben ist, wobei der Multiplizierer J9 mit dem Test-Antwortsignal nur etwa 10% der Zeit in Verbindung steht.

Eine weitere Ausführungsform eines Systems der

5 oben beschriebenen Art besteht aus einer einzelnen Verzögerungseinheit mit diskreten Stufen, wobei jede

Stufe das digitale Äquivalent des relevanten Wertes des Eingangssignales enthält. Die Information im Speicher liegt ebenfalls in digitaler Form vor, und der Multiplizierer ist ein digitaler Multiplizierer.

Die Verzögerungseinheit oder der Speicher oder beide können alternativ dazu statt der Digitalinformation auch analoge Daten enthalten. Beispielsweise kann die Verzögerungseinheit aus einem ladungsgesteuerten Schieberegister oder alternativ dazu aus einer Reihe von »Sample-and-Hold«-Schaltungen bestehen.

Ein Beispiel einer analogen Ausführungsform des Speichers für die Bewertungskoeffizienten ist einfach eine Reihe von an Spannungsversorgungen angeschlossenen Potentiometern, wobei jedes Potentiometer dem erforderlichen Bewertungskoeffizienten entsprechend eingestellt ist.

Eine spezielle Ausführungsform weist eine Reihe von »SampIe-and-Hold«-SchaItungen auf, die zur Erzeugung eines analogen Schieberegisters kaskadenförmig geschaltet sind, so daß die in einem beliebigen Element gespeicherte Analoginformation zum nächsten Element weitergegeben wird, wenn ein »Sample«- oder Abfragesignal erhalten wird. Abtastsignale werden der Reihe nach jedem Element zugeführt, wobei an dem Ende des Registers begonnen wird, welches das älteste Signal enthält. Auf diese Weise wird Information erst überschrieben, wenn sie abgetastet worden ist.

Jeder analoge Wert kann seinerseits einem vervielfachenden Digital-Analog-Wandler zugeleitet werden, und zwar über einen analogen Multiplizierer oder Mehrfachkoppler, dessen Binäradresseneingänge mit einem Zähler verbunden sind. Dieser Zähler ist ebenfalls für den Wellenformgenerator vorgesehen und gewährleistet auf diese Weise, daß jedes abgetastete Element immer durch das entsprechende Element vervielfacht wird, das in dem Speicher mit direktem Zugriff gespeichert ist. Die Wellenform zur Faltung, die in dem Speicher mit direktem Zugriff gespeichert ist, kann in einfaeher oder komplizierter Weise durch eine Zentraleinheit oder eine andere Logikschaltung modifiziert werden, und zwar in Abhängigkeit von einem Vergleich der Pegel der restlichen oder nicht gelöschten Signale, bevor und nachdem die Wellenform modifiziert worden ist. Das Restsignal kann mit einem stromabwärts angeordneten Mikrofon und einem Schallpegeldetektor überwacht werden.

Fig. 13 zeigt einen geeigneten Schaltkreis zur Ausführung der erforderlichen Faltung und weist eine angezapfte analoge Verzögerungsleitung 40 auf, die aus einer Reihe von 32 »Sample-and-Hold«-Schaitungen aufgebaut ist, bei der jeder Ausgang eine daran anschließende identische Stufe versorgt Die Ausgänge, die Anzapfungspunkte längs der Verzögerungsleitung 40 bilden, werden von der Schaltung 41 mit Widerständen und Potentiometern summiert, so daß die Mittelstellung jedes Potentiometer-Schleifers 42 die Stellung für einen Ausgang Null repräsentiert. Eine Bewegung eines vorgegebenen Schleifers 42 nach unten in der in Fig. 13 wiedergegebenen Anordnung bewirkt eine Subtraktion des gespeicherten Elementes vom Ausgangssignal, und eine Aufwärtsbewegung bewirkt eine entsprechende Addition eines Teiles des Elementes.

In jedem Falle repräsentiert der Betrag der Bewegung des Potentiometer-Schleifers 42 aus seiner Mittelstellung einen Vervielfachungsfaktor mit einem positiven oder negativen Vorzeichen, das der jeweiligen Verschiebungsrichtung entspricht. Die »Sample-and-Hold«-Schaltungen werden über 32 Leitungen von zwei 4 — Leitungen auf 16 — Leitungen — Dekodierern 43 und 44 überwacht, wobei nur eine Leitung von diesen im Zustand »high« ist, entsprechend dem ihnen von einem Binärzähler 45 adressierten Impuls, der mit einem 32-kHz-Taktimpuls auf einer Leitung 46 zugeführt wird. Ein Signal mit dem Zustand »high« schaltet das Übertragungsgatter ein, das als Kasten TG wiedergegeben ist, und verbindet den »Sample-and-Holdw-Kondensator mit dem Ausgang der vorherigen Stufe. Der 32igste »Sample-and-Hold«-Schaitkreis wird zuerst adressiert und das Übertragungsgatter TG 32 wird eingeschaltet und verbindet den »Sample-and-Hold«-Kondensator der Stufe 32 (C32) mit dem Ausgang der vorherigen Stufe. TG 32 wird dann geöffnet, wenn TG 31 schließt und C31 wird von seiner vorherigen Stufe geladen, bis endlich der Eingang abgetastet wird, wenn TG 1 eingeschaltet und einen Eingangsimpuls im Kondensator Q speichert. Auf diese Weise laufen Eingangs-Abtastwerte oder -impulse die Leitung 40 von rechts nach links jeweils Stufe für Stufe entlang, bis die Folge von 32 »Sample-and-Hold«-Schaltungen vollendet ist.

Bei einer Weiterentwicklung dieses Systems sind die Potentiometer in der Schaltung 41 durch einen Analog-Multiplizierer ersetzt, der den jeweiligen Abtastwert für die anschließende Multiplikation oder Vervielfachung durch einen digitalgesteuerten Analog-Multiplizierer auswählt, wobei der Multiplikationsfaktor für jedes Element in einem Speicher, entsprechend den Stellungen der 32 Potentiometer-Schleifer 42, gespeichert und in jeder beliebigen Folge geändert wird. Darüber hinaus kann die beschriebene analoge Verzögerungsleitung 40 durch einen integrierten Schaltkreis ersetzt werdender die gleiche Funktion wahrnimmt, oder durch einen äquivalenten vollständigen digitalen Schaltkreis.

Fig. 14 zeigt eine bevorzugte Anordnung des Systems nach F i g. 10, das folgendermaßen arbeitet:

Ein analoges Eingangssignal, das die aufzuhebende Primärwelle repräsentiert, wird einem analogen Schieberegister 20 zugeführt, das wiederum 32 »Sample-and-Hold«-Schaltungen aufweist. Die Ausgänge 20a 206, 20c usw. werden von einem Analog-Multiplizierer 21 synchron mit der Abtastung der Ausgänge 22a, 22b, 22c usw. eines 32stufigen Speichers mit direktem Zugriff (RAM) 22) abgetastet, welcher die Faltungs-Wellenform in digitaler Form speichert. Die gespeicherte Wellenform im RAfvi-Speicher 22 kann so abgeleitet worden sein, daß man das System den Deltafunktionen in der oben beschriebenen Art und Weise ausgesetzt hat.

Der Multiplizierer 21 verbindet die Ausgänge 20a, 22a, 20b, 22b usw. paarweise sequentiell mit einem Vervielfachungs-Digital-Analog-Wandler 23, der einen ersten Analogeingang 24, einen zweiten Digitaleingang 25 und einen Analogausgang 26 aufweist In dem speziellen diskutierten Fall wird das Durchlaufen sämtlicher 32 Kontakte des Schieberegisters 20 und des RAM-Speichers 22 in einer Millisekunde abgeschlossen, und bevor der nächste Durchlauf von den Kontakten 20a, 22a beginnt, wird das Schieberegister 20 auf den neuesten Stand gebracht, um Veränderungen im Eingangssignal wiederzugeben, wobei das auf den neuesten Stand bringen des Schieberegisters 20 in Richtung des Pfeiles U erfolgt.

Die Faltung erfordert, daß das Integral der Wellenform über den gesamten Durchlauf genommen wird, und ein Tiefpaßfilter 27 wirkt als Integrator, wobei die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 27 eine Funktion des Reziprokwertes der Durchlaufzcit des Multiplizierer* ist.

Um die Ausführungsform des Systems weiter zu verbessern, ist eine Zentraleinheit 28 vorgesehen, welche jedes Rest-Signal über eine Leitung 29 erhall, /um Beispiel von dem stromabwärts angeordneten Mikrofon 7. Die Zentraleinheit 28 ist so programmiert, d;iß sie den Speicherinhalt des RAM-Speichers 22 auf der Basis des Restsignales modifziert. Für den zur Modifikation des RAM-Speichers verwendeten Algorithmus durch die Zentraleinheit steht eine breite Vielfalt von Algorithmen den jeweiligen Umständen entsprechend zur Verfügung. So kann zum Beispiel das Auftreten eines Rcst-Signales auf der Leitung 29 eine Anpassungseinstellung der Information bei jeder Adresse im RAM-Speicher der Reihe nach, bei Gruppen von Adressen der Reihe nach oder bei sämtlichen Adressen zusammen verursachen. Jede vorgenommene Änderung bei der im RAM-Speicher gespeicherten Wellenform kann abgeschätzt werden, um zu sehen, ob sich die Situation verbessert hat, zum Beispiel durch Feststellung, ob sich das Signal in der Leitung 29 ändert, wobei verbessernde Veränderungen der gespeicherten Information aufrechterhalten werden, während nicht verbessernde Veränderungen gelöscht werden. Die für diese Anpassungsstrategie vcrwendete Logik kann bis zu dem Punkt hin verfeinert und entwickelt werden, wo der Algorithmus geändert wird, wenn das System lernt, welches die empfindlichsten Bereiche der im RA M-Speicher gespeicherten Wellenform sind, und sich auf die Modifizierung dieser Bereiche konzentriert, während ein Signal auf der Leitung 29 bleibt.

Das oben beschriebene Verfahren und die dazu gehörige Vorrichtung lassen sich in einem breiten Bereich verschiedener industrieller Anwendungen verwenden, wobei beispielsweise die Schalldämpfung von Vcntilationssystemen in Kanälen, von Absaugsystemen und in den Einlaß- und Auslaßkammern von Gasturbinen zu nennen sind.

Beispielsweise können bei einem Absaugsystem der oder die Aufhebungswandler außerhalb der Absauglcitung angeordnet sein, zum Beispiel als ein eng um die Leitung gewundener Ring, während ein weiterer Resi-Signalwandler in einer geeigneten Stellung im Abstand von der Absaugleitung angeordnet ist. Wegen der Fchlanpassung zwischen dem Absaugauslaß und seiner Umgebung wird das unerwünschte stromaufwärtige Signal stark gedämpft, und bei diesem Anwendungsfaii können der oder die Aufhebungs-Wandler von relativ niedriger Leistung sein.

Das oben beschriebene Verfahren läßt sich auch zur Erzeugung von »ruhigen Bereichen« in einer sonst geräuschvollen Umgebung verwenden. Zu diesem Zweck kann eine Vielzahl von »stromabwärts« angeordneten Mikrofonen 7 verwendet werden, die über den gewünschten »ruhigen Bereich« verteilt werden, und die Ausgänge bzw. Ausgangssignale von den jeweiligen Mikrofonen können ihrer eigenen Leistungs-Meßeinheit zugeführt werden. Die Ausgänge der verschiedenen Leistungs-Meßeinheiten können dann in geeigneter Weise kombiniert und, zum Beispiel über die Leitung 29, einer Zentraleinheit zugeführt werden, um den für die Faltung verwendeten Algorithmus anzupassen. Eine Vielzahl von Lautsprechern läßt sich verwenden, wenn

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die Größe und/oder Form des gewünschten »ruhigen Bereiches« dies erfordert.

Wenn die Primarschallwclien in den gewünschten »ruhigen Bereichen« aus weit voneinander getrennten Richtungen eintreten, kann es wünschenswert sein, ei- 5 ncn Abtasl-Wandler für jede derartige Richtung zu verwenden, wobei jeder Abtast-Wandler seinen eigenen System-Treiber besitzt und die Ausgänge von den verschiedenen System-Treibern einem einzelnen Lautspreeher oder Lautsprecherfeld im »ruhigen Bereich« züge- 10 lührt werden. Ein Rest-Signal Mikrofon im »ruhigen Bereich« kann zu Anpassungszwecken verwendet werden und es können ähnliche Einstellungen bei den Algorithmen vorgenommen werden, die für die Faltungen in den verschiedenen System-Treibern von dem Ausgang 15 des einen Rest-Signal Mikrofones verwendet werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

TJ 12 534 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Schalldämpfung in einem begrenzten Raum, bei dem ein erstes elektrisches Signal abgeleitet wird, das zeitlich korreliert eine in den Raum eintretende und zu dämpfende Primärschallwelle repräsentiert, und bei dem das erste elektrische Signal zur Ableitung eines zweiten elektrischen Signales verwendet wird, das in einem zweiten Wandler zur Erzeugung einer Sekundärwelle in dem Raum verwendet wird, die zumindest teilweise die Primärwelle in dem Raum aufhebt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite elektrische Signal vom ersten elektrischen Signal durch Faltung des ersten elektrischen Signales mit einem Programm zeitlich korrelierter Bewertungen abgeleitet wi;-d, welches durch die Bestimmung des Ansprechverhallens der Wandler im Raum auf Delta-Funktionen abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Programm auf der Basis des Ausganges von einem dritten Wandler in dem begrenzten Raum automatisch eingestellt wird, um den Dämpfungsgrad der Primärwelle während der Dämpfung zu verbessern.

3. Vorrichtung zur Dämpfung einer Primärwelle in einem System durch eine speziell erzeugte Sekundärwelle, mit einem ersten Wandler zur Ableitung eines ersten elektrischen Signales, das zeitlich korreliert die zu dämpfende Primärwelle repräsentiert, und mit einem zweiten Wandler zur Erzeugung der Sekundärwelle aus einem zweiten elektrischen Signal, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (22) vorgesehen ist, der ein Programm zeitlich korrelierter Bewertungen zur Charakterisierung des Systems enthält, und daß eine Einrichtung (20, 21, 23) zur Faltung des ersten elektrischen Signales mit dem Programm zur Erzeugung des zweiten elektrischen Signales vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, mit einem stromaufwärts vom ersten und zweiten Wandler in Ausbreitungsrichtung der Primärwelle angeordneten dritten Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (28) zur Einstellung des Programmes der bei der Faltung verwendeten Bewertungen zur Verbesserung des mit der Vorrichtung erreichbaren Dämpfungsgrades der Primärwelle vorgesehen ist.