KR100748425B1 - Active Noise Control Device and method - Google Patents

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KR100748425B1
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Abstract

본 발명은 능동소음 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소음 발생원으로부터 검출한 참조신호와 오차신호에 각각 동기화되어 동작하는 초저주파 대역통과필터를 이용하여, DSP의 LMS알고리즘의 추종성능을 향상시키는 동시에 크기와 주파수가 빠르게 변하는 저주파 소음의 능동소음제어 성능을 향상시킬 수 있도록 한 능동소음 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active noise control apparatus and method, and more particularly, to track the performance of the LMS algorithm of a DSP using an ultra-low frequency bandpass filter which operates in synchronization with a reference signal and an error signal detected from a noise source. The present invention relates to an active noise control apparatus and method for improving the active noise control performance of low frequency noise which changes in magnitude and frequency rapidly.

이를 위해, 본 발명은 소음원에 장착되는 참조 마이크로폰 및 오차 마이크로폰과; 각 마이크로폰에 연결된 제1 및 제2프리앰프와; 상기 제1프리앰프와 연결된 AVR마이크로프로세서와; 상기 제1프리앰프 및 제2프리앰프의 출력측과 상기 AVR마이크로프로세서의 출력측에 연결되는 초저주파 가변대역통과필터(M.B.P.F)와; 상기 초저주파 가변대역통과필터와 연결된 DSP와; 상기 DSP의 출력측과 연결되는 파워앰프와; 상기 파워앰프와 연결되어 소음원에 제어소음을 배출하는 제어스피커로 구성된 것을 특징으로 하는 능동소음 제어장치 및 방법을 제공한다.To this end, the present invention includes a reference microphone and an error microphone mounted on a noise source; First and second preamplifiers connected to respective microphones; An AVR microprocessor coupled to the first preamplifier; An ultra low frequency variable bandpass filter (M.B.P.F) coupled to an output side of the first and second preamplifiers and an output side of the AVR microprocessor; A DSP coupled to the ultra low frequency variable bandpass filter; A power amplifier connected to the output side of the DSP; It is connected to the power amplifier provides an active noise control device and method comprising a control speaker for discharging the control noise to the noise source.

능동소음 제어장치 및 방법, AVR마이크로프로세서, FFT분석부, 초저주파 가변대역필터(M.B.P.F), DSP, 제어클럭 Active noise control device and method, AVR microprocessor, FFT analyzer, ultra low frequency variable band filter (M.B.P.F), DSP, control clock

Description

능동소음 제어장치 및 방법{Active Noise Control Device and method}Active Noise Control Device and Method

도 1은 본 발명에 따른 능동소음 제어장치가 구현된 블럭선도,1 is a block diagram of an active noise control device according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 능동소음 제어장치의 초저주파 가변대역통과 필터의 회로도,2 is a circuit diagram of an ultra low frequency variable bandpass filter of an active noise control device according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 능동소음 제어장치의 실험예를 위한 차량의 소음측정위치를 보여주는 사진,3 is a photograph showing a noise measuring position of a vehicle for an experimental example of an active noise control device according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 능동소음 제어장치의 실험예 결과를 나타내는 그래프,Figure 4 is a graph showing the experimental example results of the active noise control apparatus according to the present invention,

도 5는 종래의 능동소음 제어장치의 실험예 결과를 나타내는 그래프,5 is a graph showing an experimental example result of a conventional active noise control device;

도 6은 종래의 능동소음 제어장치를 나타내는 블럭선도.6 is a block diagram showing a conventional active noise control device.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

12 : FFT 분석부 14 : 제어 클럭부12: FFT analysis unit 14: control clock unit

16 : 포토 커플러 18a : 제1프리앰프16: photo coupler 18a: first preamplifier

18b : 제2프리앰프 20a,20b : 초저주파 가변대역통과필터18b: second preamplifier 20a, 20b: ultra low frequency variable bandpass filter

22 : DSP 24 : 참조 마이크로폰22: DSP 24: reference microphone

26 : 오차 마이크로폰 28 : 파워앰프26: error microphone 28: power amplifier

30 : 제어스피커 100 : AVR 마이크로프로세서30: control speaker 100: AVR microprocessor

본 발명은 능동소음 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소음 발생원으로부터 검출한 참조신호와 오차신호에 각각 동기화되어 동작하는 초저주파 대역통과필터를 이용하여, DSP의 LMS알고리즘의 추종성능을 향상시키는 동시에 크기와 주파수가 빠르게 변하는 저주파 소음의 능동소음제어 성능을 향상시킬 수 있도록 한 능동소음 제어장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active noise control apparatus and method, and more particularly, to track the performance of the LMS algorithm of a DSP using an ultra-low frequency bandpass filter which operates in synchronization with a reference signal and an error signal detected from a noise source. The present invention relates to an active noise control apparatus and method for improving the active noise control performance of low frequency noise which changes in magnitude and frequency rapidly.

일반적으로 소음원으로부터 소음을 감쇠하여 소음의 발생을 최소화하기 위한 방법으로는 소음의 발생 통로상에 흡음재 및 차음재를 설치하는 수동적인 방법과, 2차 소음소스(source)를 사용하여 능동적으로 소음을 최소화 하는 방법이 있다.In general, a method for minimizing the generation of noise by attenuating the noise from the noise source is a passive method of installing a sound absorbing material and a sound insulating material on the path of generating the noise, and actively minimizing the noise by using a secondary noise source. There is a way.

통상적으로 500Hz이하의 저주파에서는 수동적인 소음제어 방법의 효과가 크게 떨어지며, 흡음재의 사이즈가 커야만 되므로 부피의 증가 및 비용 상승의 문제점이 발생하여 적용에 어려움이 발생한다. In general, the effect of the passive noise control method is greatly reduced at a low frequency of less than 500Hz, and the size of the sound absorbing material must be large, causing problems of volume increase and cost increase, which makes it difficult to apply.

반면에, 2차 소스(source)를 사용하는 능동소음제어 기법은 상기한 저주파 소음을 감쇠시키는데 있어 종래의 수동적인 수단보다 탁월한 효과를 발휘하는 것으로 알려져 있다.On the other hand, active noise control techniques using a secondary source are known to exert superior effects over conventional passive means in attenuating the low frequency noise.

상기 능동소음제어의 원리는 소음원으로부터 발생된 소음신호를 검출한 다 음, 이 소음신호를 바탕으로 진폭은 같고 위상은 반대인 제어신호음을 제어스피커를 통해 소음원쪽으로 발생시켜줌으로써, 상기 소음원과 제어신호음이 같은 공간내에 상호 중첩되는 동시에 상쇄되어 소음이 제거되는 점에 있다.The principle of active noise control detects a noise signal generated from a noise source, and then generates a control signal having the same amplitude and opposite phase to the noise source through a control speaker based on the noise signal. This is because the noise is eliminated by overlapping and canceling each other in such a space.

첨부한 도 6은 종래의 능동소음 제어장치의 일례를 나타내는 블럭선도이다.6 is a block diagram showing an example of a conventional active noise control device.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 능동소음제어장치는 발생 소음원(예를들어, 차량의 흡기시스템에 유입되는 소음을 감지하기 위한 참조 및 오차 마이크로폰과(24,26), 참조 및 오차 마이크로폰(24,26)과 각각 연결되는 제1 및 제2프리앰프(18a,18b)와, 증폭된 소음이 입력되도록 상기 제1 및 제2프리앰프(18a,18b)와 연결되는 제어기인 DSP(22)와, 이 DSP(22)의 출력신호를 증폭하는 파워앰프(28)와, 이 파워앰프(28)로부터 증폭된 제어신호음을 출력하는 제어스피커(30)를 포함하여 구성되어 있다.As shown in FIG. 6, a conventional active noise control device is a reference noise source (e.g., reference and error microphones 24 and 26, and reference and error microphones for detecting noise entering the intake system of a vehicle). DSP 22, which is a controller connected to the first and second preamplifiers 18a and 18b respectively connected to 24 and 26, and the first and second preamplifiers 18a and 18b to input amplified noise. And a power amplifier 28 for amplifying the output signal of the DSP 22, and a control speaker 30 for outputting the control signal sound amplified from the power amplifier 28.

보다 상세하게는, 소음원(예를들어, 차량의 흡기시스템)에 참조 마이크로폰(24: Reference microphone)과 오차 마이크로폰(26: Error microphone)이 설치되고, 이 각각의 마이크로폰(24,26)에 각각 제1 및 제2프리앰프(18a,18b)가 연결되며, 각 프리앰프(18a,18b)의 출력측에는 제어기인 DSP(22)가 연결된다.More specifically, a reference microphone 24 and an error microphone 26 are installed in a noise source (for example, an intake system of a vehicle), and each of the microphones 24 and 26 is respectively provided. The first and second preamplifiers 18a and 18b are connected, and the DSP 22 as a controller is connected to the output side of each preamplifier 18a and 18b.

또한, 상기 DSP(22)의 출력측에는 파워앰프(28)가 연결되고, 이 파워앰프(28)에는 소음원에 설치되는 제어스피커(30)가 연결된다.In addition, a power amplifier 28 is connected to the output side of the DSP 22, and a control speaker 30 installed in the noise source is connected to the power amplifier 28.

한편, 상기 DSP(22)에는 특정 신호를 필터링하기 위한 필터와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 AD변환기와, 이산신호처리기인 DSP코어가 포함되어 있다.The DSP 22 includes a filter for filtering a specific signal, an AD converter for converting an analog signal into a digital signal, and a DSP core which is a discrete signal processor.

또한, 상기 각 마이크로폰(24,26)은 소음원의 음압을 감지하기 위한 센서로서, 소음원의 신호를 감지하기 위하여 하나 또는 다수 개가 설치될 수가 있고, 상기 제어기는 DA변환기를 내부에 갖추고서 연산 및 제어를 수행하게 되며, 부동소수점 연산이 가능한 DSP프로세서와 내장된 시스템 보드 그리고 I/O보드를 PC에 내장시켜 사용할 수가 있다. In addition, each of the microphones 24 and 26 is a sensor for detecting sound pressure of a noise source, and one or more microphones may be installed to detect a signal of the noise source, and the controller has a DA converter inside to operate and control the same. In addition, the DSP processor, embedded system board, and I / O board capable of floating-point operation can be used in a PC.

이와 같이 구성된 종래의 능동 소음 제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the conventional active noise control device configured as described above are as follows.

먼저, 상기 참조 마이크로폰(24)에서 감지된 소음은 제1프리앰프(18a: pre-amp)에서 증폭된 후, 상기 DSP(22)로 입력된다.First, the noise sensed by the reference microphone 24 is amplified by the first pre-amp 18a and then input to the DSP 22.

이어서, 상기 DSP(22)에서 AD변환 후 저주파 통과 필터를 거처 Filter-X LMS알고리즘을 이용하여 입력된 소음치가 최소화될 수 있도록 연산하는 과정이 진행된다.Subsequently, a process of calculating the input noise value using the Filter-X LMS algorithm through the low pass filter after the AD conversion is performed in the DSP 22 is minimized.

이때, 상기 DSP(22)는 통상적으로 아래의 [수학식 1]을 이용한 다중 Filtered-x LMS(최소평균자승:least Mean Square) 알고리즘을 사용한다. In this case, the DSP 22 typically uses a multiple Filtered-x LMS (least mean square) algorithm using Equation 1 below.

Figure 112005037574218-pat00001
Figure 112005037574218-pat00001

여기서 y(n)은 소음을 제어하기 위해 출력하는 출력신호이며,

Figure 112005037574218-pat00002
는 적응필터로 상기 오차 마이크로폰(26)에서 얻어지는 소음이 최소가 되게 하기 위하여 수행되는 LMS알고리즘이 실시간적으로 아래의 [수학식 2]와 같이 갱신하면서 제어 대 상계를 모델링을 하는 필터이다. Where y (n) is the output signal to control the noise,
Figure 112005037574218-pat00002
Is a filter that models the control target while the LMS algorithm, which is performed to minimize the noise obtained from the error microphone 26, is updated as shown in Equation 2 below in real time.

또한

Figure 112005037574218-pat00003
는 상기 참조 마이크로폰(24)에 입력되어 제1프리앰프(18a)을 거처 증폭된 후의 입력 신호이다. Also
Figure 112005037574218-pat00003
Denotes an input signal after being input to the reference microphone 24 and amplified via the first preamplifier 18a.

Figure 112005037574218-pat00004
Figure 112005037574218-pat00004

여기서,

Figure 112005037574218-pat00005
은 갱신된 적응필터의 계수값,
Figure 112005037574218-pat00006
은 현재의 적응필터의 계수값, μ는 스텝사이즈,
Figure 112005037574218-pat00007
은 참조 마이크로폰(24)에서 측정되어 제1프리앰프(18a)에서 증폭되고 DSP(22)부터 제2프리앰프(18b)까지의 전달함수를 디지털 필터로 모델링 한 후, 이를 통과시킨
Figure 112005037574218-pat00008
신호이며, e(n)은 오차 마이크로폰(26)에서 측정되어는 제2프리앰프(18b)에서 증폭된 오차 값으로서, 아래의 수학식 3과 같이 정의된다.here,
Figure 112005037574218-pat00005
Is the coefficient value of the updated adaptive filter,
Figure 112005037574218-pat00006
Is the coefficient value of the current adaptive filter, μ is the step size,
Figure 112005037574218-pat00007
Is measured in the reference microphone 24, amplified in the first preamplifier 18a, and modeled by the digital filter of the transfer function from the DSP 22 to the second preamplifier 18b.
Figure 112005037574218-pat00008
Signal, e (n) is an error value amplified by the second preamplifier 18b to be measured by the error microphone 26, and is defined as in Equation 3 below.

e(n) = d(n) - y(n)e (n) = d (n)-y (n)

여기서, d(n)은 참조 마이크로폰에 측정된 참조소음신호가 흡기계(제어대상계)를 통과한 신호로서, 제어 지점에서 제어되기를 원하는 신호이다.Here, d (n) is a signal through which the reference noise signal measured by the reference microphone has passed through the intake machine (control object system), and is a signal that is desired to be controlled at the control point.

다음으로, 위와 같은 다중 Filtered-x LMS(최소평균자승:least Mean Square) 알고리즘을 기반으로 이루어지는 상기 DSP(22)에서 연산 결과에 따라 적응필터를 제어하는 제어신호를 DA변환기를 통해 파워앰프(28)로 출력하게 되고, 이 파워앰프(28)는 DSP(22)에서 출력한 신호를 제어스피커(30)를 통해 출력하게 된다.Next, the DSP 22, which is based on the multiple Filtered-x LMS (least mean square) algorithm as described above, transmits a control signal for controlling the adaptive filter based on the calculation result through the DA converter. The power amplifier 28 outputs the signal output from the DSP 22 through the control speaker 30.

따라서, 상기 파워앰프(28)에서 증폭된 제어신호가 제어스피커(30)를 통해 출력됨에 따라 소음원으로부터 배출된 소음과 중첩되어 발생 소음을 저감하게 된다.Accordingly, as the control signal amplified by the power amplifier 28 is output through the control speaker 30, the generated noise is reduced by overlapping with the noise emitted from the noise source.

그러나, 위와 같은 종래의 능동소음제어장치를 자동차의 흡기계와 같은 곳에 소음제어로 적용하는 것은 무리가 있으며, 그 이유는 제어음을 만들어주기 위해 사용하는 최소평균제곱 알고리즘(LMS)은 자동차의 흡기계에서 배출되는 소음의 크기와 주파수가 변하고 또한 그 배출소음에는 여러가지 조화성분이 포함되어 있어 추종성능이 크게 떨어지기 때문이다.However, it is unreasonable to apply the conventional active noise control device as a noise control device such as an intake machine of a vehicle, because the least mean square algorithm (LMS) used to generate the control sound is the This is because the magnitude and frequency of the noise emitted from the machine change, and the emission noise contains various harmonic components, which greatly reduces the tracking performance.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 개발된 것으로서, 크기와 주파수가 변하는 저주파 소음의 능동소음제어 성능을 높일 수 있도록 참조신호와 오차신호에 각각 동기화 되어 동작하는 대역을 통과 필터를 첨가하여 차량의 급가속 흡기 소음과 같은 소음의 능동소음제어에서처럼 소음제어의 성능저하가 일어나는 것을 방지할 수 있고, 또한 여러가지 주파수가 섞여있는 소음신호에서 주요한 성분만을 골라내어 능동소음제어에 적용하므로 능동소음제어에서 주로 사용하는 LMS알고리즘의 추종성능을 향상시킬 수 있으며, 또한 여러가지 소음이 섞여있을때 원하는 주파수의 소음만 원하는 시간에 선택하여 제어하는 것이 가능하며, 3∼4개의 저항과 능동소자 그리고 마이크로 프로세서만를 사용하므로 원가 절감과 더불어 상대적으로 고속 필터링을 구현할 수 있도록 한 능동소음 제어장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been researched and developed in view of the above, and the vehicle by adding a pass-through filter that is operated in synchronization with the reference signal and the error signal, respectively, to increase the active noise control performance of low frequency noise of varying magnitude and frequency. It is possible to prevent performance deterioration of noise control as in active noise control of noise such as rapid acceleration and intake noise. In addition, active noise control can be applied to active noise control by selecting only the main components from noise signals with various frequencies. It is possible to improve the tracking performance of the LMS algorithm that is mainly used, and it is also possible to select and control only the noise of the desired frequency at the desired time when various noises are mixed.It uses only 3 to 4 resistors, active elements and microprocessor. Relatively fast filtering with cost reduction For providing an active noise control apparatus and method to be implemented it is an object.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동소음 제어 장치는:Active noise control device of the present invention for achieving the above object is:

소음원에 장착되는 참조 마이크로폰 및 오차 마이크로폰과; 각 마이크로폰에 연결된 제1 및 제2프리앰프와; 상기 제1프리앰프와 연결된 AVR마이크로프로세서와; 상기 제1프리앰프 및 제2프리앰프의 출력측과 상기 AVR마이크로프로세서의 출력측에 연결되는 초저주파 가변대역통과필터(M.B.P.F)와; 상기 초저주파 가변대역통과필터와 연결된 DSP와; 상기 DSP의 출력측과 연결되는 파워앰프와; 상기 파워앰프와 연결되어 소음원에 제어소음을 배출하는 제어스피커로 구성된 것을 특징으로 하는 능동소음 제어장치를 제공한다.A reference microphone and an error microphone mounted on the noise source; First and second preamplifiers connected to respective microphones; An AVR microprocessor coupled to the first preamplifier; An ultra low frequency variable bandpass filter (M.B.P.F) coupled to an output side of the first and second preamplifiers and an output side of the AVR microprocessor; A DSP coupled to the ultra low frequency variable bandpass filter; A power amplifier connected to the output side of the DSP; It is connected to the power amplifier provides an active noise control device comprising a control speaker for discharging the control noise to the noise source.

바람직한 구현예로서, 상기 AVR마이크로프로세서는 FFT 분석부와, 제어 클럭부와, 포토 커플러를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the AVR microprocessor is characterized in that it comprises an FFT analyzer, a control clock unit, a photo coupler.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동소음 제어 방법은:Active noise control method of the present invention for achieving the above object is:

소음원으로부터 발생된 소음을 참조 마이크로폰에서 감지하여 제1프리앰프에서 증폭시키는 단계와; 상기 제1프리앰프에서 증폭된 소음신호가 AVR마이크로프로세서와 초저주파 가변대역통과필터로 출력되는 단계와; 상기 AVR마이크로프로세서의 FFT 분석부에서 FFT 분석을 수행하여 현재 입력된 저주파 소음의 가장 큰 성분을 골라내는 단계와; 상기 가장 큰 성분의 저주파 소음을 제어 클럭부에서 제어 클럭 신호로 발생시키는 단계와; 상기 제어 클럭 신호를 포토 커플러를 통하여 초 저주파 가변대역통과필터로 입력하는 단계와; 상기 초저주파 가변대역통과필터에서 입력된 클럭 주파수를 1/50 내지 1/100이 되는 주파수로 대역통과 필터링을 수행하는 단계와; 상기 초저주파 가변대역통과필터에서 필터링된 참조소음신호가 DSP에 입력되는 단계와; 소음원으로부터 발생된 소음을 오차 마이크로폰에서 감지하여 제2프리앰프에서 증폭시킨 오차(에러)소음신호가 상기 초저주파 가변대역통과필터에서 필터링되어 DSP에 입력되는 단계와; 상기 DSP에서 참조 소음신호와 오차 소음신호를 근거로 Filted-x LSM 알고리즘을 연산 수행하여, 상기 오차 소음신호가 최소가 되는 제어신호를 발생시키는 단계와; 상기 제어신호를 파워앰프로 전송하여 증폭시킨 다음, 제어스피커를 통하여 제어음을 방출하여 소음원의 소음과 상호 중첩되도록 함으로써, 소음이 제거되는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Detecting in the reference microphone noise generated from the noise source and amplifying the first preamplifier; Outputting a noise signal amplified by the first preamplifier to an AVR microprocessor and an ultra low frequency variable bandpass filter; Performing an FFT analysis in the FFT analyzer of the AVR microprocessor to select the largest component of the low frequency noise currently input; Generating low frequency noise of the largest component as a control clock signal at a control clock unit; Inputting the control clock signal to an ultra low frequency variable bandpass filter through a photo coupler; Performing bandpass filtering on a clock frequency input from the ultra low frequency variable bandpass filter to 1/50 to 1/100; Inputting a reference noise signal filtered by the ultra low frequency variable bandpass filter into a DSP; Detecting an noise generated from a noise source by an error microphone and filtering an error (error) noise signal amplified by the second preamplifier into the DSP by filtering the ultra-low frequency variable bandpass filter; Performing a Filted-x LSM algorithm based on a reference noise signal and an error noise signal in the DSP to generate a control signal that minimizes the error noise signal; And amplifying by transmitting the control signal to a power amplifier and then emitting control sound through a control speaker so that the control signal overlaps with the noise of the noise source, thereby removing the noise.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예로서 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as a preferred embodiment.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 능동소음 제어장치가 구현된 블럭선도이고, 도 2는 본 발명에 따른 능동소음 제어장치의 초저주파 가변대역통과 필터의 회로도이다.1 is a block diagram of an active noise control device according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of an ultra low frequency variable bandpass filter of the active noise control device according to the present invention.

본 발명은 최소평균제곱(LMS)알고리즘의 추종성능을 높여 소음제어 성능을 높이기 위하여 0∼500Hz이하의 초 저주파 대역에서 원하는 소음신호만을 변화하는 소음의 주파수에 맞춰 추출할 수 있는 점에 주안점이 있다.The present invention focuses on the fact that it is possible to extract only the desired noise signal in the ultra-low frequency band of 0 to 500 Hz or less in accordance with the frequency of the noise in order to increase the tracking performance of the LMS algorithm. .

즉, 본 발명은 0∼500Hz이하의 초 저주파 대역에서 소음의 주파수 변화에 맞 춰 원하는 주파수만을 추출하기 위해 소음원을 구형파로를 받아들여, 그 구형파의 주파수에 1/50 혹은 1/100에 중심주파수를 맞추어 대역통과 필터를 수행하는 능동 필터와, 구형파를 원하는 주파수에 맞추어주는 AVR 마이크로프로세서를 사용하여 대역통과필터의 중심주파수를 소음 저감을 위한 원하는 저주파 소음에 맞추어주는 점에 주안점이 있다.That is, the present invention accepts a square wave as a noise source in order to extract only the desired frequency in response to the frequency change of noise in the ultra low frequency band of 0 to 500 Hz or less, the center frequency at 1/50 or 1/100 of the square wave frequency The main focus is to match the center frequency of the bandpass filter to the desired low-frequency noise for noise reduction by using an active filter that performs a bandpass filter and an AVR microprocessor that adjusts the square wave to the desired frequency.

이를 위한 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the configuration of the present invention for this purpose is as follows.

차량의 흡기 시스템과 같은 소음원에 참조 마이크로폰((24) 및 오차 마이크로폰(26)이 각각 장착되며, 이 참조 마이크로폰(24)과 오차 마이크로폰(26)은 소음원의 음압을 감지하기 위한 일종의 센서이다.A reference microphone 24 and an error microphone 26 are mounted in a noise source such as an intake system of a vehicle, respectively, and the reference microphone 24 and the error microphone 26 are a kind of sensor for detecting sound pressure of the noise source.

또한, 상기 참조 마이크로폰(24)에는 제1프리앰프(18a)가 연결되고, 상기 오차 마이크로폰(26)에는 제2프리앰프(18b)가 연결되어, 각 마이크로폰(18a,18b)에서 검출한 소음을 증폭시키게 된다.In addition, a first preamplifier 18a is connected to the reference microphone 24, and a second preamplifier 18b is connected to the error microphone 26 to detect noise detected by each of the microphones 18a and 18b. Will be amplified.

이때, 상기 제1프리앰프(18a)의 출력측에는 AVR마이크로프로세서(100)가 연결되고, 또한 상기 제1프리앰프(18a)의 출력측에는 상기 AVR마이크로프로세서(100)의 출력측에 연결되는 초저주파 가변대역통과필터(20a: M.B.P.F)가 연결된다.At this time, the AVR microprocessor 100 is connected to the output side of the first preamplifier 18a, and the ultra low frequency variable is connected to the output side of the AVR microprocessor 100 at the output side of the first preamplifier 18a. The band pass filter 20a (MBPF) is connected.

또한, 상기 제2프리앰프(18b)의 출력측에도 상기 초저주파 가변대역통과필터(20b: M.B.P.F)가 연결된다.The ultra-low frequency variable bandpass filter 20b (M.B.P.F) is also connected to the output side of the second preamplifier 18b.

또한, 상기 초저주파 가변대역통과필터(20a: M.B.P.F(Moving Bandpass Filter))의 출력측에는 DSP(22)가 연결되고, 이 DSP(22)의 출력측에는 파워앰프(28)가 연결되며, 이 파워앰프(28)에는 소음원에 제어소음을 배출하는 제어스피커 (30)가 연결된다.In addition, a DSP 22 is connected to an output side of the ultra low frequency variable bandpass filter 20a (MBPF (Moving Bandpass Filter)), and a power amplifier 28 is connected to an output side of the DSP 22. 28, a control speaker 30 for discharging control noise to the noise source is connected.

한편, 상기 AVR마이크로프로세서(100)는 참조 소음신호를 분석하는 FFT 분석부(12)와, 현재 입력된 저주파 소음의 가장 큰 성분을 골라내어 제어 클럭신호를 발생시키는 제어 클럭부(14)와, 제어 클럭신호를 상기 초저주파 가변대역통과필터(20a)로 전송해주는 포토 커플러(16)를 포함하여 구성된다.On the other hand, the AVR microprocessor 100 is the FFT analysis unit 12 for analyzing the reference noise signal, the control clock unit 14 for selecting the largest component of the low frequency noise currently input to generate a control clock signal, And a photo coupler 16 for transmitting a control clock signal to the ultra low frequency variable bandpass filter 20a.

상기 포토커플러(16)는 빛으로 신호를 연결해주는 장치로서 전기노이즈를 없애기 위하여 사용되는 바, 이 포토커플러(16)가 적용된 이유는 상기 AVR마이크로프로세서(100)는 디지탈 디바이스이고 상기 초저주파 가변대역통과필터(20a)는 아날로그 디바이스이기 때문에 둘을 바로 연결하면 서로 간섭을 일으키기 쉬우며, 초저주파 가변대역통과필터의 내부에서 고속 스위칭 동작이 일어나고 있고 이는 많은 양의 고주파 노이즈를 발생시키며 AVR마이크로프로세서(100)의 AD변환에 영향을 줄 수 있기 때문이다.The photocoupler 16 is a device that connects signals with light, and is used to eliminate electric noise. The reason why the photocoupler 16 is applied is that the AVR microprocessor 100 is a digital device and the ultra-low frequency variable band. Since the pass filter 20a is an analog device, it is easy to cause interference with each other by directly connecting the two, and a high speed switching operation occurs inside the ultra low frequency variable bandpass filter, which generates a large amount of high frequency noise and causes an AVR microprocessor ( This may affect the AD conversion of 100).

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 능동소음 제어장치에 의하여 수행되는 능동소음 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the active noise control method performed by the active noise control apparatus of the present invention having such a configuration as follows.

먼저, 차량의 흡기 시스템과 같은 소음원으로부터 발생되는 소음을 상기 참조 마이크로폰(24)에서 감지하여 제1프리앰프(18a)에서 증폭시키는 단계가 진행된다.First, a step of detecting the noise generated from a noise source such as an intake system of a vehicle by the reference microphone 24 and amplifying the first preamplifier 18a is performed.

다음으로, 상기 제1프리앰프(18a)에서 증폭된 소음신호가 AVR마이크로프로세서(100)와 초저주파 가변대역통과필터(20a)로 출력되는 바, 상기 AVR마이크로프로세서(100)의 FFT 분석부(12)에서 입력된 소음에 대한 FFT 분석을 수행하여 현재 입 력된 저주파 소음의 가장 큰 성분을 골라내는 단계가 진행된 후, 상기 가장 큰 성분의 저주파 소음을 상기 제어 클럭부(14)에서 제어 클럭 신호로 발생시키는 단계가 진행되며, 상기 제어 클럭신호는 포토 커플러(16)를 통하여 상기 초저주파 가변대역통과필터(20a)로 입력되어진다.Next, the noise signal amplified by the first preamplifier 18a is outputted to the AVR microprocessor 100 and the ultra low frequency variable bandpass filter 20a, and the FFT analysis unit of the AVR microprocessor 100 ( After performing the FFT analysis on the noise input in step 12) and selecting the largest component of the low frequency noise currently input, the low frequency noise of the largest component is converted into the control clock signal from the control clock unit 14. The generating step is performed, and the control clock signal is input to the ultra low frequency variable bandpass filter 20a through the photo coupler 16.

이어서, 상기 제어 클럭신호가 초저주파 가변대역통과필터(20a)에서 입력되면, 초저주파 가변대역통과필터(20a)는 클럭 주파수를 1/50 내지 1/100이 되는 주파수로 대역통과 필터링을 수행하게 된다.Subsequently, when the control clock signal is input from the ultra low frequency variable band pass filter 20a, the ultra low frequency variable band pass filter 20a performs band pass filtering at a frequency of 1/50 to 1/100. do.

즉, 0∼500Hz 이하의 초 저주파 대역에서 소음의 주파수 변화에 맞춰 원하는 주파수만을 추출하기 위해 상기 AVR 마이크로프로세서(100)는 입력 소음신호를 구형파로를 받아들여, 이를 상기 제어 클럭부(14)에서 제어 클럭신호로 발생시키고, 상기 초저주파 가변대역통과필터(20a)는 상기 구형파의 주파수에 1/50 혹은 1/100에 중심주파수를 맞추어 대역통과 필터를 수행하게 된다.That is, in order to extract only a desired frequency in response to a change in frequency of noise in an ultra low frequency band of 0 to 500 Hz or less, the AVR microprocessor 100 receives an input noise signal into a square wave path, and the control clock unit 14 Generated as a control clock signal, the ultra-low frequency variable bandpass filter 20a performs a bandpass filter by adjusting the center frequency at 1/50 or 1/100 to the frequency of the square wave.

다음으로, 상기 초저주파 가변대역통과필터(20a)에서 필터링된 참조 소음신호가 DSP(22)에 입력되고, 또한 소음원으로부터 발생된 소음을 상기 오차 마이크로폰(26)에서 감지하여 제2프리앰프(18b)에서 증폭시킨 오차(에러)소음신호가 상기 초저주파 가변대역통과필터(20b)에서 필터링되어 DSP(22)에 입력되는 단계가 진행된다.Next, the reference noise signal filtered by the ultra-low frequency variable bandpass filter 20a is input to the DSP 22, and the error microphone 26 detects the noise generated from the noise source and the second preamplifier 18b. The amplified error (error) noise signal is filtered by the ultra-low frequency variable bandpass filter 20b and input to the DSP 22.

따라서, 상기 DSP(22)에서 참조 소음신호와 오차 소음신호를 근거로 Filted-x LSM 알고리즘을 연산 수행하여, 상기 오차 소음신호가 최소가 되는 제어신호를 발생시키게 된다.Accordingly, the DSP 22 calculates the Filted-x LSM algorithm based on the reference noise signal and the error noise signal, thereby generating a control signal that minimizes the error noise signal.

이때, 상기 DSP(22)는 통상적으로 아래의 [수학식 4]를 이용한 다중 Filtered-x LMS(최소평균자승:least Mean Square) 알고리즘을 사용한다. In this case, the DSP 22 typically uses a multiple Filtered-x LMS (least mean square) algorithm using Equation 4 below.

Figure 112005037574218-pat00009
Figure 112005037574218-pat00009

여기서 y(n)은 소음을 제어하기 위해 출력하는 출력신호이며,

Figure 112005037574218-pat00010
는 적응필터로 상기 오차 마이크로폰(26)에서 얻어지는 소음이 최소가 되게 하기 위하여 수행되는 LMS알고리즘이 실시간적으로 아래의 [수학식 2]와 같이 갱신하면서 제어 대상계를 모델링을 하는 필터이다. Where y (n) is the output signal to control the noise,
Figure 112005037574218-pat00010
Is an adaptive filter that models the control target system while updating the LMS algorithm performed to minimize the noise obtained from the error microphone 26 in real time as shown in Equation 2 below.

또한

Figure 112005037574218-pat00011
는 상기 참조 마이크로폰에서(24) 입력되어 제1프리앰프(18a)을 거처 증폭된 후의 입력 신호이다. Also
Figure 112005037574218-pat00011
Is the input signal after being input from the reference microphone 24 and amplified via the first preamplifier 18a.

Figure 112005037574218-pat00012
Figure 112005037574218-pat00012

여기서,

Figure 112005037574218-pat00013
은 갱신된 적응필터의 계수값,
Figure 112005037574218-pat00014
은 현재의 적응필터의 계수값, μ는 스텝사이즈,
Figure 112005037574218-pat00015
은 참조 마이크로폰(24)에서 측정되어 제1프리앰프(18a)에서 증폭되고 DSP(22)부터 제2프리앰프(18b)까지의 전달함수를 디지털 필터로 모델링 한 후, 이를 통과시킨
Figure 112005037574218-pat00016
신호이며, e(n)은 오차 마이크로폰(26)에서 측정되어는 제2프리앰프(18b)에서 증폭된 오차 값으로서, 아래의 수학식 6과 같이 정의된다.here,
Figure 112005037574218-pat00013
Is the coefficient value of the updated adaptive filter,
Figure 112005037574218-pat00014
Is the coefficient value of the current adaptive filter, μ is the step size,
Figure 112005037574218-pat00015
Is measured in the reference microphone 24, amplified in the first preamplifier 18a, and modeled by the digital filter of the transfer function from the DSP 22 to the second preamplifier 18b.
Figure 112005037574218-pat00016
Signal, e (n) is an error value amplified by the second preamplifier 18b to be measured by the error microphone 26, and is defined as in Equation 6 below.

e(n) = d(n) - y(n)e (n) = d (n)-y (n)

여기서, d(n)은 참조 마이크로폰에 측정된 참조소음신호가 흡기계(제어대상계)를 통과한 신호로서, 제어 지점에서 제어되기를 원하는 신호이다.Here, d (n) is a signal through which the reference noise signal measured by the reference microphone has passed through the intake machine (control object system), and is a signal that is desired to be controlled at the control point.

다음으로, 위와 같은 다중 Filtered-x LMS(최소평균자승:least Mean Square) 알고리즘을 기반으로 이루어지는 상기 DSP에서 연산 결과에 따라 그 제어신호를 파워앰프(28)로 출력하게 되고, 이 파워앰프(28)에서 제어신호가 증폭된 다음, 제어스피커(30)를 통하여 제어음이 방출된다.Next, the DSP outputs the control signal to the power amplifier 28 according to the calculation result in the DSP based on the above-mentioned multiple Filtered-x LMS (least mean square) algorithm. Then, the control signal is amplified, and then the control sound is emitted through the control speaker 30.

따라서, 상기 파워앰프(28)에서 증폭된 제어신호가 제어스피커(30)를 통해 출력됨에 따라 소음원으로부터 배출된 소음과 중첩되어 발생 소음을 저감하게 된다.Accordingly, as the control signal amplified by the power amplifier 28 is output through the control speaker 30, the generated noise is reduced by overlapping with the noise emitted from the noise source.

이하, 하기의 실험예를 통하여 본 발명에 따른 능동소음 제어장치 및 방법이 제공하는 효과를 살펴보기로 한다.Hereinafter, the effects provided by the active noise control apparatus and method according to the present invention will be described through the following experimental examples.

실험예Experimental Example

대상계(흡기계)와 참조신호의 분석을 위하여 우선 급가속 상태의 실차의 흡기소음을 마이크로폰(B&K, type4130)을 이용하여 2군데에서 측정하였다. 대상 차량은 4기통 엔진, 2400cc급의 승용차로 기어 2단인 상태에서 최대로 가속하였다.In order to analyze the target system (intake machine) and the reference signal, first, the intake noise of the vehicle under rapid acceleration was measured in two places using a microphone (B & K, type4130). The vehicle accelerated to maximum with two gears in a four-cylinder engine and a 2400cc passenger car.

이러한 급가속 흡기계의 능동소음제어 실험은 2단 급가속시 주파수와 크기의 급격한 변화를 보이는 첨부한 도 3의 측정점 ①에서 실측한 데이터를 가지고 이것을 실제 대상 자동차와 동일한 흡기계에 측정점 ①지점에서 재생시키면서 수행하였다.The active noise control experiment of the rapid acceleration intake machine has the measured data at the measurement point ① of FIG. 3 which shows a sudden change in frequency and magnitude during the two-stage acceleration, which is then measured at the measurement point ① at the same intake machine as the actual target vehicle. Regeneration was performed.

첨부한 도 5는 이렇게 재생한 급가속 흡기 소음신호를 Normalized FXLMS로 능동소음제어를 수행한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 4는 Normalized FXLMS와 본 발명에 따른 초저주파 가변대역통과필터(MBPF)를 이용하여 능동소음제어를 수행한 결과를 나타내는 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing the results of active noise control of the rapidly accelerated intake noise signal reproduced as described above using a Normalized FXLMS, and FIG. 4 illustrates the use of a Normalized FXLMS and an ultra low frequency variable bandpass filter (MBPF) according to the present invention. This graph shows the results of the active noise control.

도 5에서 보는 바와 같이, Normalized FXLMS 알고리즘만을 가지고 능동소음제어를 수행했을 경우, 평균 1dB의 소음제어성능을 보인 반면, 도 4에서 보는 바와 같이 Normalized FXLMS와초저주파 가변대역통과필터(MBPF)를 동시에 사용한 능동소음제어에서는 엔진의 폭발주파수의 1차 고조파 성분이 평균 5dB 저감되었음을 알 수 있었다. As shown in FIG. 5, when active noise control is performed using only a normalized FXLMS algorithm, an average noise control performance of 1 dB is shown, while a normalized FXLMS and an ultra low frequency variable bandpass filter (MBPF) are simultaneously used as shown in FIG. 4. In active noise control, the first harmonic component of the explosion frequency of the engine was reduced by 5dB on average.

이러한 능동소음제어 실험 결과, 도 4와 도 5에서 엔진의 폭파주파수의 1차 고조파 성분외에 다른 고조파 성분은 같은 결과를 보이는 것은 초저주파 가변대역통과필터(MBPF)의 저감 성능을 비교하기 위하여 1차 고조파 성분만을 필터링하도록초저주파 가변대역통과필터(MBPF)를 1채널만 사용하였기 때문이다.As a result of the active noise control experiment, other harmonic components in addition to the first harmonic component of the blast frequency of the engine in FIGS. 4 and 5 show the same result, in order to compare the reduction performance of the ultra low frequency variable bandpass filter (MBPF). This is because only one channel of the ultra low frequency variable bandpass filter (MBPF) is used to filter only harmonic components.

두 알고리즘의 능동소음제어 결과에서 확인 할 수 있듯이, 본 발명에 따른 초저주파 가변대역통과필터(MBPF)는 능동소음제어 알고리즘으로 사용한 Normalized FXLMS의 추종 성능을 높여주어 제어성능을 평균 4dB 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.As can be seen from the active noise control results of the two algorithms, the ultra-low frequency variable bandpass filter (MBPF) according to the present invention can improve the tracking performance of the normalized FXLMS used as the active noise control algorithm and improve the control performance by an average of 4 dB. And it was found.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 능동소음 제어장치 및 방법에 의하면, 크기와 주파수가 변하는 저주파 소음의 능동소음제어 성능을 높일 수 있도록 참조신호와 오차신호에 각각 동기화 되어 동작하는 대역을 통과 필터를 첨가하여 차량의 급가속 흡기 소음과 같은 소음의 능동소음제어에서처럼 소음제어의 성능저하가 일어나는 것을 방지할 수 있다.As described above, according to the active noise control apparatus and method according to the present invention, to pass through the band that is operated in synchronization with the reference signal and the error signal to improve the active noise control performance of low frequency noise of varying magnitude and frequency It is possible to prevent the performance degradation of the noise control as in the active noise control of the noise such as the rapid acceleration intake noise of the vehicle.

또한, 여러가지 주파수가 섞여있는 소음신호에서 주요한 성분만을 골라내어 능동소음제어에 적용하므로 능동소음제어에서 주로 사용하는 LMS알고리즘의 추종성능을 향상시킬 수 있다.In addition, since the main components of the noise signal mixed with various frequencies are selected and applied to the active noise control, the tracking performance of the LMS algorithm mainly used in the active noise control can be improved.

또한, 여러가지 소음이 섞여있을때 원하는 주파수의 소음만 원하는 시간에 선택하여 제어하는 것이 가능하며, 3∼4개의 저항과 능동소자를 갖는 초저주파 가변대역통과필터 및 마이크로 프로세서만를 사용하므로 원가 절감과 더불어 상대적으로 고속 필터링을 구현할 수 있다.In addition, when various noises are mixed, it is possible to select and control only the noise of the desired frequency at the desired time, and because it uses only the ultra-low frequency variable bandpass filter and microprocessor having 3 to 4 resistors and active elements, Fast filtering can be implemented.

본 발명의 능동소음 제어장치는 엔진 마운트, 능동 방음벽, 빌딩공조시스템의 능동소음제어, 덕트에서의 소음제어, 자동차 및 기계시스템의 배기계 및 흡기계의 소음제어에 유용하게 적용할 수 있다.The active noise control device of the present invention can be usefully applied to engine mounts, active noise barriers, active noise control of building air conditioning systems, noise control in ducts, noise control of exhaust systems and intake machines of automobiles and mechanical systems.

Claims (3)

능동소음 제어 장치에 있어서,In an active noise control device, 소음원에 장착되는 참조 마이크로폰(24) 및 오차 마이크로폰(26)과; A reference microphone 24 and an error microphone 26 mounted to the noise source; 각 마이크로폰에 연결된 제1프리앰프(18a) 및 제2프리앰프(18b)와; A first preamplifier 18a and a second preamplifier 18b connected to each microphone; 상기 제1프리앰프(18a)와 연결된 AVR마이크로프로세서(100)와; An AVR microprocessor (100) connected to the first preamplifier (18a); 상기 제1프리앰프(18a)의 출력측 및 AVR마이크로프로세서(100)의 출력측과 상기 제2프리앰프(18b)의 출력측에 각각 연결되는 초저주파 가변대역통과필터(20a,20b)와; Ultra-low frequency variable bandpass filters (20a, 20b) connected to an output side of the first preamplifier (18a), an output side of the AVR microprocessor (100), and an output side of the second preamplifier (18b), respectively; 상기 초저주파 가변대역통과필터(20a,20b)와 연결된 DSP(22)와; A DSP (22) connected to the ultra low frequency variable bandpass filters (20a, 20b); 상기 DSP(22)의 출력측과 연결되는 파워앰프(28)와; A power amplifier 28 connected to the output side of the DSP 22; 상기 파워앰프(28)와 연결되어 소음원에 제어소음을 배출하는 제어스피커(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 능동소음 제어장치.Active noise control device, characterized in that consisting of a control speaker 30 is connected to the power amplifier 28 to discharge the control noise to the noise source. 삭제delete 능동소음 제어 방법에 있어서,In the active noise control method, 소음원으로부터 발생된 소음을 참조 마이크로폰에서 감지하여 제1프리앰프에서 증폭시키는 단계와; Detecting in the reference microphone noise generated from the noise source and amplifying the first preamplifier; 상기 제1프리앰프에서 증폭된 소음신호가 AVR마이크로프로세서와 초저주파 가변대역통과필터로 출력되는 단계와; Outputting a noise signal amplified by the first preamplifier to an AVR microprocessor and an ultra low frequency variable bandpass filter; 상기 AVR마이크로프로세서의 FFT 분석부에서 FFT 분석을 수행하여 현재 입력된 저주파 소음의 가장 큰 성분을 골라내는 단계와; Performing an FFT analysis in the FFT analyzer of the AVR microprocessor to select the largest component of the low frequency noise currently input; 상기 가장 큰 성분의 저주파 소음을 제어 클럭부에서 제어 클럭 신호로 발생시키는 단계와; Generating low frequency noise of the largest component as a control clock signal at a control clock unit; 상기 제어 클럭 신호를 포토 커플러를 통하여 초저주파 가변대역통과필터로 입력하는 단계와; Inputting the control clock signal to an ultra low frequency variable bandpass filter through a photo coupler; 상기 초저주파 가변대역통과필터에서 입력된 클럭 주파수를 1/50 내지 1/100이 되는 주파수로 대역통과 필터링을 수행하는 단계와; Performing bandpass filtering on a clock frequency input from the ultra low frequency variable bandpass filter to 1/50 to 1/100; 상기 초저주파 가변대역통과필터에서 필터링된 참조소음신호가 DSP에 입력되는 단계와; Inputting a reference noise signal filtered by the ultra low frequency variable bandpass filter into a DSP; 소음원으로부터 발생된 소음을 오차 마이크로폰에서 감지하여 제2프리앰프에서 증폭시킨 오차(에러)소음신호가 상기 초저주파 가변대역통과필터에서 필터링되어 DSP에 입력되는 단계와; Detecting an noise generated from a noise source by an error microphone and filtering an error (error) noise signal amplified by the second preamplifier into the DSP by filtering the ultra-low frequency variable bandpass filter; 상기 DSP에서 참조 소음신호와 오차 소음신호를 근거로 Filted-x LSM 알고리즘을 연산 수행하여, 상기 오차 소음신호가 최소가 되는 제어신호를 발생시키는 단계와; Performing a Filted-x LSM algorithm based on a reference noise signal and an error noise signal in the DSP to generate a control signal that minimizes the error noise signal; 상기 제어신호를 파워앰프로 전송하여 증폭시킨 다음, 제어스피커를 통하여 제어음을 방출하여 소음원의 소음과 상호 중첩되도록 함으로써, 소음이 제거되는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동소음 제어방법.And amplifying by transmitting the control signal to a power amplifier, and then emitting control sound through a control speaker to overlap with the noise of the noise source, thereby removing the noise.
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