RU2763309C1 - Adaptive method for active noise damping in the car interior and a device for its implementation - Google Patents

Adaptive method for active noise damping in the car interior and a device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2763309C1
RU2763309C1 RU2021107546A RU2021107546A RU2763309C1 RU 2763309 C1 RU2763309 C1 RU 2763309C1 RU 2021107546 A RU2021107546 A RU 2021107546A RU 2021107546 A RU2021107546 A RU 2021107546A RU 2763309 C1 RU2763309 C1 RU 2763309C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
signal
car
noise
operating parameter
Prior art date
Application number
RU2021107546A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Романович Громов
Валерий Борисович Китаев
Андрей Вадимович Лебедев
Сергей Александрович Манаков
Original Assignee
Павел Романович Громов
Валерий Борисович Китаев
Андрей Вадимович Лебедев
Сергей Александрович Манаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павел Романович Громов, Валерий Борисович Китаев, Андрей Вадимович Лебедев, Сергей Александрович Манаков filed Critical Павел Романович Громов
Priority to RU2021107546A priority Critical patent/RU2763309C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2763309C1 publication Critical patent/RU2763309C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)

Abstract

FIELD: automotive industry.
SUBSTANCE: invention relates to acoustics. A device for active noise damping in the car interior, including a source of information about the engine operating parameter, at least one microphone for measuring sound in the car interior and at least one output converter, a circuit for generating a non-zero target harmonic signal of engine noise based on the engine operating parameter, a circuit for combining a non-zero target harmonic signal of engine noise and an output signal of at least one microphone, as well as a circuit reacting to the combined signal to activate at least one output converter. In this case, a circuit for generating a non-zero target harmonic motor noise signal based on the operating parameter of the engine, a circuit for combining a non-zero target harmonic engine noise signal and an output signal of at least one microphone and a circuit reacting to the combined signal for activating at least one output converter are combined in an adaptive block transmitting signals to each of the output converters via an amplifier, which is supplemented by an estimator of a non-zero target harmonic engine noise signal, receiving signals not only from the source of information about the operating parameter of the engine, but also from each of the microphones, and each microphone is connected to the car body through a vibration isolator, and the frequency estimator, adaptive unit and amplifier are made with the possibility of being powered from at least one power source.
EFFECT: increase in the efficiency of noise suppression in the car interior.
9 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способам и устройствам для подавления шума посредством электроакустической регенерации исходных противофазных акустических волн и может использоваться для гашения низкочастотного шума в салоне автомобиля.SUBSTANCE: invention relates to methods and devices for noise suppression by means of electro-acoustic regeneration of initial antiphase acoustic waves and can be used to suppress low-frequency noise in a car interior.

Среди методов борьбы с шумом, в том числе и внутри транспортного средства, можно выделить две основные группы: пассивные и активные методы. Пассивные методы сводятся к созданию вибрационной изоляции объема, в котором находятся люди, или использованию пассивных акустических поглотителей внутри объема. Подобные методы удовлетворительно работают в области высоких частот, на которых, например, характерные размеры поглощающих звук материалов сопоставимы с длиной звуковой волны. Добиться уменьшения низкочастотного шума наиболее сложно, и для решения подобных задач используется вторая группа - активных методов управления акустическим полем.Among the methods of combating noise, including inside the vehicle, two main groups can be distinguished: passive and active methods. Passive methods are reduced to the creation of vibration isolation of the volume in which people are located, or the use of passive acoustic absorbers inside the volume. Such methods work satisfactorily in the high-frequency range, at which, for example, the characteristic dimensions of sound-absorbing materials are comparable to the sound wavelength. It is most difficult to achieve a reduction in low-frequency noise, and the second group is used to solve such problems - active methods of controlling the acoustic field.

Основным источником низкочастотного шума в транспортных средствах, использующих двигатель внутреннего сгорания, является шум на дискретных частотах зажигания и их гармониках (см., например, Тольский В.Е., Корчемный Л.В., Латышев Г.В., Минкин Л.М. Колебания силового агрегата автомобиля. Машиностроение. 1976. 266 с). Частоты зажигания для каждого конкретного двигателя внутреннего сгорания однозначно связаны с частотой вращения его коленчатого вала. Эта связь определяется числом цилиндров, тактов работы двигателя и устройством системы зажигания. При равномерном чередовании зажигания в каждом цилиндре частота зажигания равна половине частоты вращения вала, умноженной на число цилиндров и деленной на число тактов. В частном случае работы четырехтактного двигателя, имеющего 4 цилиндра, частота зажигания равна удвоенной частоте вращения коленчатого вала. Таким образом, в системе активного гашения шума дискретные частоты, которые следует подавить, можно определить, зная величину, которую везде далее будем именовать рабочим параметром двигателя и под которым будем подразумевать частоту зажигания или частоту вращения коленчатого вала, учитывая тот факт, что эти частоты пересчитываются одна в другую.The main source of low-frequency noise in vehicles using an internal combustion engine is noise at discrete ignition frequencies and their harmonics (see, for example, Tolsky V.E., Korchemny L.V., Latyshev G.V., Minkin L.M. 1976. Vibrations of the power unit of the car. Mashinostroenie. 1976. The ignition frequencies for each particular internal combustion engine are uniquely related to the speed of its crankshaft. This connection is determined by the number of cylinders, engine cycles and the design of the ignition system. With uniform ignition alternation in each cylinder, the ignition frequency is equal to half the shaft speed multiplied by the number of cylinders and divided by the number of cycles. In the particular case of a four-stroke engine with 4 cylinders, the ignition frequency is equal to twice the crankshaft speed. Thus, in an active noise damping system, the discrete frequencies that should be suppressed can be determined knowing the value, which we will call the engine operating parameter everywhere below and by which we mean the ignition frequency or the crankshaft speed, given the fact that these frequencies are recalculated one into the other.

Применительно к низкочастотному шуму в салоне автомобиля отмечается важная особенность, связанная с наличием замкнутого объема салона. Шум дополнительно усиливается из-за наличия резонансов кабины. Возможности активного подавления внутреннего шума транспортных средств определяются отношением размеров кабины к длине акустической волны. Оценки длины звуковой волны для характерных рабочих параметров двигателей автомобилей составляют от 2 до 10 метров, что сопоставимо с типичными размерами кабин автомобилей. Следовательно, для эффективного гашения шума достаточно контролировать амплитуды относительно небольшого числа мод.With regard to low-frequency noise in the car interior, an important feature associated with the presence of a closed cabin volume is noted. The noise is further amplified by the presence of cabin resonances. The possibilities of active suppression of the internal noise of vehicles are determined by the ratio of the dimensions of the cabin to the length of the acoustic wave. Estimates of the sound wave length for the characteristic operating parameters of car engines range from 2 to 10 meters, which is comparable to the typical dimensions of car cabins. Therefore, for effective noise suppression, it is sufficient to control the amplitudes of a relatively small number of modes.

Для эффективной работы адаптивного алгоритма, гасящего дискретный набор гармоник шума, необходимо с максимально возможной достоверностью определять их частоты, которые жестко связаны с рабочим параметром двигателя.For the effective operation of the adaptive algorithm that dampens a discrete set of noise harmonics, it is necessary to determine their frequencies, which are strictly related to the operating parameter of the engine, with the maximum possible reliability.

Известен патент на полезную модель RU 47981 (МПК F02B 77/13, приор. 23.05.2005), в котором описана система активного гашения низкочастотного шума двигателя. Система состоит из четырех компонент: микрофона, датчика положения коленчатого вала (для определения рабочего параметра двигателя), электронного блока компенсации звукового давления и акустического блока. В электронном блоке компенсации звукового поля использован 8-битный микроконтроллер с RISC архитектурой со встроенным АЦП семейства AVR.A utility model patent RU 47981 (IPK F02B 77/13, prior 05/23/2005) is known, which describes a system for actively damping low-frequency engine noise. The system consists of four components: a microphone, a crankshaft position sensor (to determine the operating parameter of the engine), an electronic sound pressure compensation unit and an acoustic unit. The electronic sound field compensation unit uses an 8-bit microcontroller with RISC architecture with an integrated ADC of the AVR family.

С помощью этой системы предварительно осуществляют калибровку (предварительные измерения), затем полученную при калибровке зависимость амплитуды и фазы звука от частоты программа сохраняет во встроенный в микроконтроллер.With the help of this system, a preliminary calibration (preliminary measurements) is carried out, then the dependence of the amplitude and phase of the sound on the frequency obtained during the calibration is stored by the program in the built-in microcontroller.

При эксплуатации системы на микроконтроллер поступают сигналы с микрофона и датчика положения коленчатого вала. Микроконтроллер оцифровывает сигнал с микрофона и рассчитывает, с использованием синхронизирующего сигнала датчика, амплитуду и фазу гармоник шума двигателя. Далее по сохраненной при калибровке зависимости контроллер рассчитывают сигнал гашения, и производит его синтез. Сигнал гашения с электронного блока поступает на акустический блок, звуковые колебания которого, суммируясь с находящимися в противофазе звуковыми волнами гармоник шума двигателя, снижают уровень общего шума. Авторы патента указывают, что технический результат, достигаемый заявляемым решением, заключается в исключении необходимости предварительной настройки системы.During the operation of the system, the microcontroller receives signals from a microphone and a crankshaft position sensor. The microcontroller digitizes the signal from the microphone and calculates, using the sensor clock signal, the amplitude and phase of the motor noise harmonics. Further, according to the dependence saved during calibration, the controller calculates the damping signal and synthesizes it. The damping signal from the electronic unit goes to the acoustic unit, the sound vibrations of which, summing up with the sound waves of the harmonics of the engine noise, which are in antiphase, reduce the overall noise level. The authors of the patent indicate that the technical result achieved by the proposed solution is to eliminate the need for preliminary system settings.

В упомянутом патенте рабочий параметр двигателя определяется сигналом, поступающим только от датчика положений коленчатого вала. Недостатком такого способа является наличие электрического шума в канале связи между датчиком положения коленчатого вала и системой активного гашения шума. Это приводит к ошибке определения рабочего параметра двигателя.In the mentioned patent, the operating parameter of the engine is determined by the signal coming only from the crankshaft position sensor. The disadvantage of this method is the presence of electrical noise in the communication channel between the crankshaft position sensor and the active noise dampening system. This leads to an error in determining the operating parameter of the engine.

Кроме того, имеется два канала распространения шума от двигателя: в виде флуктуаций давления воздуха и в виде колебаний корпуса автомобиля (структурные вибрации). Эти два механизма являются источниками шумового поля в кабине. В патенте используется единственный микрофон, регистрирующий шумовое поле в кабине, который крепится к корпусу автомобиля. Из-за этого микрофон также может регистрировать и структурные вибрации. Иными словами, в первичном акустическом сигнале могут проявляться паразитные когерентные сигналы. Система активного гашения шума будет воспринимать их необходимыми для гашения. Однако громкоговорители акустического блока не способны уменьшить структурные вибрации. Таким образом, работа системы активного гашения шума может быть нарушена.In addition, there are two channels for the propagation of noise from the engine: in the form of fluctuations in air pressure and in the form of vibrations of the car body (structural vibrations). These two mechanisms are the sources of the noise field in the cabin. The patent uses a single microphone that registers the noise field in the cab, which is attached to the car body. Because of this, the microphone can also pick up structural vibrations. In other words, spurious coherent signals can appear in the primary acoustic signal. The active noise suppression system will perceive them as necessary for damping. However, the loudspeakers of the acoustic unit are unable to reduce structural vibrations. Thus, the operation of the active noise damping system may be impaired.

В качестве ближайшего аналога выбран патент на изобретение US 9812113 (МПК G10K 11/16; G10K 11/178, приор. 07.11.2017). В патенте описана адаптивная система активного управления шумом в салоне автомобиля, направленная на подавление гармоник шума двигателя автомобиля, которая содержит источник информации о рабочем параметре двигателя, по меньшей мере один микрофон для измерения звука в салоне автомобиля и по меньшей мере один выходной преобразователь, схему для генерации на основе рабочего параметра двигателя ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя, схему для объединения ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя и выходного сигнала микрофона, а также реагирующую на объединенный сигнал схему для приведения в действие выходного преобразователя.As the closest analogue, the patent for the invention US 9812113 (IPC G10K 11/16; G10K 11/178, prior 07.11.2017) was chosen. The patent describes an adaptive system for active noise control in the car interior, aimed at suppressing the harmonics of the car engine noise, which contains a source of information about the operating parameter of the engine, at least one microphone for measuring sound in the car cabin and at least one output transducer, a circuit for generating, based on the motor operating parameter, a non-zero target motor noise harmonic signal, a circuit for combining the non-zero target motor noise harmonic signal and a microphone output signal, and a circuit responsive to the combined signal for driving an output converter.

Рабочие частоты системы активного гашения задаются системой контроля двигателя, т.е. опорный сигнал определяется рабочим параметром двигателя: частотой вращения двигателя и числом цилиндров. Ненулевой целевой гармонический сигнал шума двигателя используется в системе управления шумом внутри кабины таким образом, чтобы привести уровень гармоник шума в кабине к желаемому. Задача прототипа состоит не просто в уменьшении уровня всех гармоник шума, а в приведении шума к некоторому желаемому спектральному составу.The operating frequencies of the active damping system are set by the engine control system, i.e. the reference signal is determined by the operating parameter of the engine: engine speed and number of cylinders. A non-zero target harmonic engine noise signal is used in the noise control system inside the cab in such a way as to bring the harmonics of the noise in the cab to the desired level. The task of the prototype is not just to reduce the level of all noise harmonics, but to bring the noise to some desired spectral composition.

Работа алгоритма подавления (настройки) шума в прототипе устроена следующим образом. Сигнал с источника сведений о рабочем параметре двигателя поступает на вход генератора гармонического сигнала. Сигнал с выхода генератора гармонического сигнала поступает на входы адаптивного фильтра, генератора целевых гармоник и блока, моделирующего передаточную функцию кабины автомобиля. Из сигнала микрофонов вычитается сигнал с генератора целевых гармоник, а затем полученный результат умножается на передаточную функцию, полученную с блока, моделирующего передаточную функцию, и поступает на вход адаптивного фильтра, сигнал с адаптивного фильтра поступает на выходные преобразователи.The operation of the noise suppression (tuning) algorithm in the prototype is as follows. The signal from the source of information about the operating parameter of the engine is fed to the input of the harmonic signal generator. The signal from the output of the harmonic signal generator is fed to the inputs of the adaptive filter, the target harmonic generator and the block simulating the transfer function of the car cabin. The signal from the target harmonic generator is subtracted from the microphone signal, and then the result is multiplied by the transfer function obtained from the block modeling the transfer function and fed to the input of the adaptive filter, the signal from the adaptive filter is fed to the output converters.

Прототип имеет те же недостатки, что и описанный выше аналог, поскольку, во-первых, в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использует только показания датчика, что приводит к ошибке определения рабочего параметра двигателя и, соответственно, к ошибке определения частот гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя, а во-вторых, измеряющий шум в салоне автомобиля микрофон также крепится непосредственно к корпусу автомобиля и, следовательно, регистрирует структурные вибрации корпуса автомобиля.The prototype has the same disadvantages as the analogue described above, because, firstly, as a source of information about the operating parameter of the engine uses only the sensor readings, which leads to an error in determining the operating parameter of the engine and, accordingly, to an error in determining the frequencies of harmonics of a non-zero target the harmonic signal of the engine noise, and secondly, the microphone measuring the noise in the car interior is also attached directly to the car body and, therefore, registers the structural vibrations of the car body.

Таким образом, аналог и прототип в качестве опорного сигнала используют независимо получаемые данные о частоте вращения двигателя. В предлагаемой нами заявке указывается на необходимость более точного задания рабочих частот с целью минимизации фазовых ошибок при определении сигнала подавления на вторичных источниках.Thus, the analogue and the prototype as a reference signal use independently obtained data on the engine speed. Our application indicates the need for a more accurate setting of operating frequencies in order to minimize phase errors when determining the suppression signal on secondary sources.

Задачей, на которое направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности подавления шума в салоне автомобиля за счет более точного определения частот гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя.The objective of the invention is to improve the efficiency of noise suppression in the passenger compartment by more accurately determining the harmonic frequencies of a non-zero target harmonic engine noise signal.

Положительный эффект в части устройства в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что адаптивная система активного гашения шума в салоне автомобиля, как и в устройстве-прототипе, включает источник информации о рабочем параметре двигателя, по меньшей мере один микрофон для измерения звука в салоне автомобиля и по меньшей мере один выходной преобразователь, схему для генерации на основе рабочего параметра двигателя ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя, схему для объединения ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя и выходного сигнала по меньшей мере одного микрофона, а также реагирующую на объединенный сигнал схему для приведения в действие, по меньшей мере, одного выходного преобразователя.A positive effect in terms of the device in the present invention is achieved due to the fact that the adaptive active noise damping system in the car, as in the prototype device, includes a source of information about the operating parameter of the engine, at least one microphone for measuring sound in the car and at least one output converter, a circuit for generating a non-zero target motor noise harmonic signal based on a motor operating parameter, a circuit for combining a non-zero target motor noise harmonic signal and an output signal of at least one microphone, and a circuit responsive to the combined signal for driving the action of at least one output converter.

Новым в части устройства в предлагаемом изобретении является то, что схема для генерации на основе рабочего параметра двигателя ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя, схема для объединения ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя и выходного сигнала по меньшей мере одного микрофона и реагирующая на объединенный сигнал схема для приведения в действие по меньшей мере одного выходного преобразователя объединены в передающем через усилитель сигналы на каждый из выходных преобразователей адаптивном блоке, который дополнен оценщиком ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя, получающим сигналы не только с источника информации о рабочем параметре двигателя, но и с каждого из микрофонов, причем каждый микрофон соединен с корпусом автомобиля через виброизолятор, а оценщик частоты, адаптивный блок и усилитель выполнены с возможностью запитывания от по меньшей мере одного источника питания.What is new in the device part of the present invention is that a circuit for generating a non-zero target motor noise harmonic signal based on a motor operating parameter, a circuit for combining a non-zero target motor noise harmonic signal and an output signal of at least one microphone, and a circuit responsive to the combined signal for actuation of at least one output converter are combined in an adaptive unit transmitting signals through the amplifier to each of the output converters, which is supplemented by an estimator of a non-zero target harmonic signal of the engine noise, receiving signals not only from the source of information about the operating parameter of the engine, but also from each of the microphones, wherein each microphone is connected to the car body through a vibration isolator, and the frequency estimator, the adaptive unit and the amplifier are configured to be powered from at least one power source.

Новым в частном случае реализации изобретения в части устройства в соответствии с п. 2 формулы является то, что в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использован дополнительно установленный датчик оборотов коленчатого вала.New in the particular case of the implementation of the invention in terms of the device in accordance with paragraph 2 of the formula is that an additionally installed crankshaft speed sensor is used as a source of information about the operating parameter of the engine.

Новым в частном случае реализации изобретения в части устройства в соответствии с п. 3 формулы является то, что в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использован штатный тахометр автомобиля.New in the particular case of the implementation of the invention in terms of the device in accordance with paragraph 3 of the formula is that as a source of information about the operating parameter of the engine, a regular car tachometer is used.

Новым в частном случае реализации изобретения в части устройства в соответствии с п. 4 формулы является то, что в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использована CAN шина автомобиля.New in the particular case of the implementation of the invention in terms of the device in accordance with paragraph 4 of the formula is that the CAN bus of the car is used as a source of information about the operating parameter of the engine.

Новым в частном случае реализации изобретения в части устройства в соответствии с п. 5 формулы является то, что в качестве по меньшей мере одного источника питания использован источник питания аудиосистемы автомобиля.New in the particular case of the implementation of the invention in terms of the device in accordance with claim 5 of the formula is that at least one power source used is the power source of the car's audio system.

Новым в частном случае реализации изобретения в части устройства в соответствии с п. 6 формулы является то, что в качестве по меньшей мере одного источника питания использована бортовая сеть питания автомобиля.New in the particular case of the implementation of the invention in terms of the device in accordance with paragraph 6 of the formula is that as at least one power source used on-board vehicle power supply.

Новым в частном случае реализации изобретения в части устройства в соответствии с п. 7 формулы является то, что в качестве по меньшей мере одного источника питания использован штатный аккумулятор автомобиля.New in the particular case of the implementation of the invention in terms of the device in accordance with paragraph 7 of the formula is that as at least one power source used a regular car battery.

Новым в частном случае реализации изобретения в части устройства в соответствии с п. 8 формулы является то, что в качестве усилителя использован усилитель, входящий в штатные системы автомобиля.New in the particular case of the implementation of the invention in terms of the device in accordance with claim 8 of the formula is that an amplifier included in the standard vehicle systems is used as an amplifier.

Положительный эффект в части способа в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что, как и в способе-прототипе, на основе сведений с источника информации о рабочем параметре двигателя определяют частоты гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума в салоне автомобиля и с помощью адаптивного алгоритма осуществляют подбор амплитуд и фаз вторичных гармонических сигналов выходных преобразователей таким образом, чтобы создаваемое этими сигналами вторичное акустическое поле в сумме с полем ненулевого целевого гармонического сигнала шума в салоне автомобиля было минимально.A positive effect in terms of the method in the proposed invention is achieved due to the fact that, as in the prototype method, based on information from the source of information about the operating parameter of the engine, the harmonic frequencies of a non-zero target harmonic noise signal in the passenger compartment are determined and, using an adaptive algorithm, selection is made amplitudes and phases of the secondary harmonic signals of the output converters in such a way that the secondary acoustic field created by these signals in total with the field of the non-zero target harmonic noise signal in the car interior is minimal.

Новым в части способа в предлагаемом изобретении является то, что перед использованием в адаптивном алгоритме частоты гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя определяют в первом приближении анализом сведений с источника информации о рабочем параметре двигателя и уточняют анализом сигналов с виброизолированных микрофонов, расположенных в заданных точках салона автомобиля.New in terms of the method in the proposed invention is that before using the harmonic frequency of a non-zero target harmonic engine noise signal in the adaptive algorithm, it is determined in the first approximation by analyzing information from the source of information about the engine operating parameter and refined by analyzing signals from vibration-isolated microphones located at specified points in the cabin car.

Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг. 1 приведена блок-схема системы активного гашения шума низких частот.In FIG. 1 shows a block diagram of an active low frequency noise dampening system.

На фиг. 2 приведен вариант реализации адаптивного алгоритма в адаптивном блоке.In FIG. Figure 2 shows an implementation variant of the adaptive algorithm in the adaptive block.

На фиг. 3 приведена передаточная функция замкнутого объема для жестких и податливых стенок. Штриховыми линиями отмечены резонансные частоты ящика с жесткими стенками, цифры отвечают порядковым номерам мод.In FIG. 3 shows the transfer function of a closed volume for rigid and compliant walls. The dashed lines mark the resonant frequencies of a box with rigid walls; the numbers correspond to the ordinal numbers of the modes.

На фиг. 4 приведены результаты измерений, демонстрирующие выигрыш от использования вибрационной изоляции микрофонов.In FIG. Figure 4 shows the results of measurements that demonstrate the benefits of using vibration isolation microphones.

На фиг. 5 проиллюстрированы результаты натурных измерений акустического отклика в кабине автомобиля КаМаЗ модели 53205.In FIG. Figure 5 illustrates the results of full-scale measurements of the acoustic response in the cab of a Kamaz vehicle model 53205.

На фиг. 6 показаны результаты контрольных измерений уровня шума в окрестности частоты зажигания для двух вариантов размещения контрольного микрофона при работе предложенной адаптивной системы активного гашения шума в салоне автомобиля.In FIG. Figure 6 shows the results of control measurements of the noise level in the vicinity of the ignition frequency for two options for placing the control microphone during operation of the proposed adaptive system for active noise suppression in the car interior.

Вариант схемы устройства для активного гашения шума двигателя в салоне автомобиля показан на фиг. 1. Данный рисунок поясняет предлагаемое изобретение, но не ограничивает его.A variant of the scheme of the device for active damping of engine noise in the passenger compartment is shown in Fig. 1. This figure explains the invention, but does not limit it.

Устройство (см. фиг. 1) включает в себя источник информации о рабочем параметре двигателя 1, микрофоны 2, соединенные через виброизоляторы 3 с корпусом автомобиля, оценщик ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4, принимающий данные с источника информации о рабочем параметре двигателя 1 и микрофонов 2, сигнал с которого направляется на адаптивный блок 5, с выхода которого через усилитель 6 передаются управляющие (вторичные гармонические) сигналы на выходные преобразователи 7, которые создают вторичное акустическое поле в салоне автомобиля, а также по крайней мере один источник питания 8, от которого могут быть запитаны оценщик ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4, адаптивный блок 5 и усилитель 6.The device (see Fig. 1) includes a source of information about the operating parameter of the engine 1, microphones 2 connected through vibration isolators 3 with the car body, an estimator of a non-zero target harmonic signal of the engine noise 4, which receives data from the source of information about the operating parameter of the engine 1 and microphones 2, the signal from which is sent to the adaptive unit 5, from the output of which control (secondary harmonic) signals are transmitted through the amplifier 6 to the output transducers 7, which create a secondary acoustic field in the car, as well as at least one power source 8, from which the non-zero target harmonic signal estimator of engine noise 4, adaptive unit 5 and amplifier 6 can be powered.

Микрофоны 2 могут быть как цифровые, так и аналоговые. На их количество не накладывается никаких ограничений: необходимо использовать не менее одного.Microphones 2 can be either digital or analog. There are no restrictions on their number: you must use at least one.

Виброизоляторы 3 должны обеспечивать вибрационную изоляцию колебаний микрофона и кабины автомобиля в рабочем диапазоне частот системы активного гашения шума автомобиля.Vibration isolators 3 must provide vibration isolation of the vibrations of the microphone and the car cabin in the operating frequency range of the car's active noise dampening system.

Выходными преобразователями 7 могут быть любые устройства, преобразующие электрический сигнал в акустические волны, например, громкоговорители или вибрационные динамики. На их количество также не накладывается никаких ограничений: необходимо использовать не менее одного.Output transducers 7 can be any device that converts an electrical signal into acoustic waves, such as loudspeakers or vibrating speakers. There are also no restrictions on their number: you must use at least one.

Источником информации о рабочем параметре двигателя 1 может быть аналоговый или цифровой датчик, измеряющий частоту оборотов коленчатого вала или частоту зажигания двигателя.The source of information about the operating parameter of the engine 1 may be an analog or digital sensor that measures the speed of the crankshaft or the ignition frequency of the engine.

Датчик может быть специально устанавливаемым для системы гашения шума. Так, например, в частном случае реализации изобретения по п. 2 формулы в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использован дополнительно установленный датчик оборотов коленчатого вала.The sensor may be specially installed for the noise suppression system. So, for example, in a particular case of the implementation of the invention according to claim 2 of the formula, an additionally installed crankshaft speed sensor is used as a source of information about the operating parameter of the engine.

Также в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя 1 могут быть использованы штатные системы самого автомобиля.Also, as a source of information about the operating parameter of the engine 1, standard systems of the car itself can be used.

Так, например, в частном случае реализации изобретения по п. 3 формулы в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использован штатный тахометр автомобиля.So, for example, in a particular case of the implementation of the invention according to claim 3 of the formula, a regular car tachometer is used as a source of information about the operating parameter of the engine.

При наличии соответствующих возможностей рабочий параметр двигателя может быть определен из потока цифровых данных, идущих по внутренним шинам автомобиля, например, по CAN-шине. Этот частный случай реализации изобретения описан в п. 4 формулы.If there are appropriate opportunities, the operating parameter of the engine can be determined from the digital data stream going through the internal tires of the car, for example, via the CAN bus. This particular case of the implementation of the invention is described in paragraph 4 of the formula.

Питание составных частей устройства может быть осуществлено от штатной бортовой сети, от аудиосистемы или же непосредственным подключением к аккумулятору автомобиля.The components of the device can be powered from the regular on-board network, from the audio system, or by direct connection to the car battery.

Так, в частных случаях реализации изобретения по п. 5, п. 6 и п. 7 предусмотрены случаи использования в качестве, по меньшей мере, одного источника питания 8 источника питания аудиосистемы автомобиля, бортовой сети питания автомобиля и аккумулятора автомобиля соответственно.So, in particular cases of the implementation of the invention according to clause 5, clause 6 and clause 7, cases are provided for using as at least one power source 8 the power source of the car's audio system, the car's on-board power supply network and the car's battery, respectively.

Адаптивный блок 5 реализует адаптивный алгоритм активного гашения шума. Реализация алгоритма может быть выполнена на микроконтроллере, микропроцессоре, цифровом сигнальном процессоре, программируемой логической интегральной схеме и тому подобных цифровых электронных схемах.The adaptive block 5 implements an adaptive algorithm for active noise suppression. The implementation of the algorithm can be performed on a microcontroller, microprocessor, digital signal processor, field-programmable logic integrated circuit, and similar digital electronic circuits.

Адаптивный блок 5, усилитель 6 и оценщик ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4 могут быть выполнены в виде отдельных элементов устройства или реализованы в рамках единой электронной схемы.The adaptive unit 5, the amplifier 6 and the estimator of the non-zero target harmonic noise signal of the engine 4 can be made as separate elements of the device or implemented within a single electronic circuit.

Усилитель 6 может являться составным элементом штатных устройств автомобиля. Например, в качестве усилителя 6 может быть использован усилитель автомагнитолы автомобиля. Этот вариант предусмотрен в частном случае реализации изобретения в соответствии с п. 8 формулы. Соответственно, усилитель 6 в данном случае может иметь и свой независимый источник питания 8.Amplifier 6 can be an integral part of standard vehicle devices. For example, as an amplifier 6, a car radio amplifier can be used. This option is provided in a particular case of the implementation of the invention in accordance with paragraph 8 of the formula. Accordingly, the amplifier 6 in this case can also have its own independent power supply 8.

Также адаптивный блок 5, оценщик ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4 и усилитель 6 могут быть встроенными в автомагнитолу автомобиля как вместе, так и по отдельности.Also, the adaptive unit 5, the estimator of the non-zero target harmonic signal of the engine noise 4 and the amplifier 6 can be built into the car radio either together or separately.

Адаптивный блок 5 реализуется достаточно стандартно и конкретное его устройство не принципиально для получения положительного эффекта от предложенного изобретения, но для удобства описания осуществления изобретения пример его реализации приведен на фиг. 2. Данный пример поясняет предложенное изобретение, но не ограничивает его.The adaptive block 5 is implemented quite standardly and its specific device is not essential for obtaining a positive effect from the proposed invention, but for the convenience of describing the implementation of the invention, an example of its implementation is shown in Fig. 2. This example explains the proposed invention, but does not limit it.

В соответствии с фиг. 2 адаптивный блок 5 включает в себя набор адаптивных фильтров, каждый из которых состоит из управляемого генератора гармонического сигнала 9 и хранителя информации о передаточной функции 10, а также включает адаптивный минимизатор уровня шума 11. На входы элементов адаптивных фильтров сигналы с оценщика ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4 подаются умноженными на весовые коэффициенты N1, N2, …, Nm.In accordance with FIG. 2, the adaptive block 5 includes a set of adaptive filters, each of which consists of a controlled harmonic signal generator 9 and a transfer function information keeper 10, and also includes an adaptive noise level minimizer 11. The signals from the non-zero target harmonic signal estimator are sent to the inputs of the adaptive filter elements. engine noise 4 are served multiplied by the weighting factors N 1 , N 2 , ..., N m .

На количество m адаптивных фильтров не накладывается никаких ограничений: необходимо использовать не менее одного адаптивного фильтра. В наилучшем варианте реализации изобретения количество адаптивных фильтров соответствует количеству гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя. Весовые коэффициенты определяют, какие гармоники ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя необходимо гасить.No restrictions are imposed on the number m of adaptive filters: at least one adaptive filter must be used. In the best embodiment of the invention, the number of adaptive filters corresponds to the number of harmonics of the non-zero motor noise target harmonic signal. The weighting factors determine which harmonics of the non-zero motor noise target harmonic signal are to be damped.

Число адаптивных фильтров и коэффициенты задаются исходя из особенностей шумовой картины в салоне автомобиля. Эта картина может быть определена как по результатам измерения шума в салоне автомобиля, так и путем ее оценки с помощью численного моделирования. Число адаптивных фильтров и коэффициенты могут быть заданы индивидуально для каждого конкретного автомобиля или для модели автомобиля на основании предварительно проведенных измерений.The number of adaptive filters and coefficients are set based on the characteristics of the noise picture in the car. This pattern can be determined both from the results of measuring the noise in the car interior, and by evaluating it using numerical simulations. The number of adaptive filters and coefficients can be set individually for each particular car or for a car model based on preliminary measurements.

Предлагаемый способ активного гашения шума в салоне автомобиля с помощью описанного устройства для активного гашения шума в салоне автомобиля осуществляют следующим образом.The proposed method of active noise suppression in the passenger compartment using the described device for active noise suppression in the vehicle interior is carried out as follows.

Для решения поставленной задачи управления низкочастотным шумом внутри салона автомобиля все автономные элементы устройства устанавливают внутри кабины автомобиля, а неавтономные подсоединяют к штатным системам автомобиля, если таковые используют в качестве элементов устройства. При этом микрофоны 2 устанавливают в характерных местах салона, где необходимо обеспечить качественное подавление шума. Для исключения измерения структурного шума микрофонами 2 используют крепление микрофонов 2 к корпусу автомобиля через виброизоляторы 3.To solve the problem of low-frequency noise control inside the car interior, all autonomous elements of the device are installed inside the car cabin, and the non-autonomous ones are connected to the standard car systems, if they are used as device elements. In this case, the microphones 2 are installed in the characteristic places of the cabin, where it is necessary to ensure high-quality noise suppression. To exclude the measurement of structural noise by microphones 2, microphones 2 are attached to the car body through vibration isolators 3.

После включения двигателя и каждого источника питания 8 устройства для активного гашения шума в салоне автомобиля данные с источника информации о рабочем параметре двигателя 1 и микрофонов 2 направляют на оценщик ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4. Посредством оценщика ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4 на основе данных с источника информации о рабочем параметре двигателя 1 определяют частоты гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя в начальном приближении. Уточнение частот гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя осуществляют по анализу спектров сигналов с микрофонов 2 в окрестности начального приближения. Вычисление спектров может быть реализовано любым подходящим методом, в том числе, с использованием методов сверхразрешения.After turning on the engine and each power source 8 of the device for active noise suppression in the car interior, data from the source of information about the operating parameter of the engine 1 and microphones 2 are sent to the estimator of the non-zero target harmonic signal of the engine noise 4. By means of the estimator of the non-zero target harmonic signal of the engine noise 4 based on data from the source of information about the operating parameter of the engine 1 determine the harmonic frequencies of the non-zero target harmonic signal of the engine noise in the initial approximation. Refinement of harmonic frequencies of a non-zero target harmonic signal of engine noise is carried out by analyzing the spectra of signals from microphones 2 in the vicinity of the initial approximation. The calculation of the spectra can be implemented by any suitable method, including using superresolution methods.

Затем данные с микрофонов 2 и оценщика ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4 направляют в адаптивный блок 5.Then the data from the microphones 2 and the estimator of the non-zero target harmonic signal of the engine noise 4 is sent to the adaptive unit 5.

Реализацию адаптивного алгоритма в адаптивном блоке 5 можно пояснить на примере фиг. 2. Данные о частотах m гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя с весовыми коэффициентами N1, N2, …, Nm направляют на входы элементов адаптивных фильтров: управляемого генератора гармонического сигнала 9, хранителя информации о передаточной функции 10, которые для каждой из m гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя свои, и адаптивного минимизатора уровня шума 11.The implementation of the adaptive algorithm in the adaptive block 5 can be illustrated by the example of FIG. 2. Data on frequencies m of harmonics of a non-zero target harmonic signal of engine noise with weighting coefficients N 1 , N 2 , …, N m m harmonics of the non-zero target harmonic signal of the engine noise are their own, and of the adaptive noise level minimizer 11.

Каждый управляемый генератор гармонического сигнала 9 для каждого из выходных преобразователей 7 генерирует гармонику одной и той же частоты с различными амплитудами и фазами.Each controlled harmonic signal generator 9 for each of the output converters 7 generates a harmonic of the same frequency with different amplitudes and phases.

Хранитель информации о передаточной функции 10 содержит в себе значения амплитуд и фаз передаточной функции между входом усилителя 6 и выходами микрофонов 2 во всем рабочем диапазоне частот.The transfer function information store 10 contains the values of the amplitudes and phases of the transfer function between the input of the amplifier 6 and the outputs of the microphones 2 over the entire operating frequency range.

Наборы гармоник для каждого выходного преобразователя 7 с выхода каждого управляемого генератора гармонического сигнала 9 суммируют и подают на вход усилителя 6, выход которого соединен с выходными преобразователями 7. Посредством адаптивного минимизатора шума 11 подбирают фазу и амплитуду гармонических сигналов каждого управляемого генератора гармонического сигнала 9 с учетом передаточной функции, содержащейся в хранителе информации о передаточной функции 10, таким образом, чтобы снизить общий уровень шума на всех микрофонах 2.Sets of harmonics for each output converter 7 from the output of each controlled harmonic signal generator 9 are summed up and fed to the input of amplifier 6, the output of which is connected to the output converters 7. By means of an adaptive noise minimizer 11, the phase and amplitude of the harmonic signals of each controlled harmonic signal generator 9 are selected, taking into account the transfer function contained in the transfer function information store 10, so as to reduce the overall noise level of all microphones 2.

Таким образом, в адаптивном блоке 5 с помощью адаптивного алгоритма осуществляют подбор амплитуд и фаз вторичных гармонических сигналов, которые через усилитель 6 поступают на выходные преобразователи 7.Thus, in the adaptive block 5, using an adaptive algorithm, the amplitudes and phases of the secondary harmonic signals are selected, which are fed through the amplifier 6 to the output converters 7.

Поле на низких частотах определяется вкладом ограниченного числа нормальных мод акустических колебаний внутри ограниченного объема салона автомобиля. Уровень шума в салоне представляет собой суперпозицию вкладов этих мод. Выходные преобразователи 7 создают вторичное акустическое поле в салоне автомобиля. Их цель создать распределение давления, находящегося в «противофазе» исходному шумовому. В адаптивном блоке 5 амплитуды и фазы вторичных гармонических сигналов подбирают таким образом, чтобы вторичное поле (амплитуды нормальных мод) в сумме с шумом на дискретных частотах, обусловленных работой двигателя, было минимально, а в идеале равно нулю. Таким образом достигается эффект подавления.The field at low frequencies is determined by the contribution of a limited number of normal modes of acoustic oscillations inside a limited volume of the car interior. The noise level in the cabin is a superposition of the contributions of these modes. Output transducers 7 create a secondary acoustic field in the car. Their goal is to create a pressure distribution that is in "opposite phase" to the original noise. In the adaptive unit 5, the amplitudes and phases of the secondary harmonic signals are selected in such a way that the secondary field (amplitudes of normal modes) in total with the noise at discrete frequencies due to the operation of the engine is minimal, and ideally equals zero. Thus, a suppression effect is achieved.

Для проверки необходимости виброизоляции микрофонов при реализации системы активного гашения шума была создана модель, которая представляла собой ящик из фанеры с сохранением соотношения геометрических размеров кабины автомобиля КаМаЗ. Кабину КаМаЗ модели 53205 можно представить в виде параллелепипеда размерами 2,4×1,8×1,6 м3 (ширина×длина×высота). При моделировании характерные размеры были уменьшены в 3,2 раза. Из листов фанеры толщиной 3 мм был изготовлен параллелепипед шириной 75 см, длиной 56 см и высотой 50 см.To test the need for vibration isolation of microphones when implementing an active noise dampening system, a model was created, which was a plywood box with the ratio of the geometric dimensions of the Kamaz vehicle cabin preserved. Cabin Kamaz model 53205 can be represented as a parallelepiped with dimensions of 2.4×1.8×1.6 m 3 (width×length×height). In modeling, the characteristic dimensions were reduced by a factor of 3.2. From sheets of plywood 3 mm thick, a parallelepiped 75 cm wide, 56 cm long and 50 cm high was made.

Для имитации работы двигателя в нижней части был прикреплен низкочастотный динамик. Использовалось четыре электретных микрофона, которые размещались по два на деревянных рейках у противоположных стенок ящика в верхней части модели, что соответствует потолку кабины. С левой и правой сторон вблизи углов параллелепипеда, моделирующего кабину, были установлены два вторичных громкоговорителя. В реальном автомобиле эти позиции соответствуют нижним частям дверей. Обшивка салона моделировалась теплоизоляционным материалом, приклеенным к внутренней части замкнутого объема. Двигатель автомобиля КаМаЗ четырехтактный дизельный и имеет 8 цилиндров. Рабочие обороты двигателя лежат в диапазоне 600-2600 оборотов в минуту. Система зажигания создает шум в кабине на дискретной частоте в четыре раза больше частоты вращения, т.е. в диапазоне 40-175 Гц. С учетом масштаба моделирования эти частоты были увеличены в 3,2 раза, и в модели рассматривались частоты в диапазоне 130-600 Гц.To simulate the operation of the engine, a low-frequency speaker was attached to the bottom. Four electret microphones were used, which were placed two by two on wooden rails at opposite walls of the box in the upper part of the model, which corresponds to the ceiling of the cabin. Two secondary loudspeakers were installed on the left and right sides near the corners of the cuboid simulating the cockpit. In a real car, these positions correspond to the lower parts of the doors. The interior trim was modeled with heat-insulating material glued to the inside of the closed volume. The engine of the Kamaz car is four-stroke diesel and has 8 cylinders. The operating speed of the engine is in the range of 600-2600 rpm. The ignition system creates noise in the cab at a discrete frequency of four times the speed, i.e. in the range of 40-175 Hz. Taking into account the simulation scale, these frequencies were increased by a factor of 3.2, and the model considered frequencies in the range of 130-600 Hz.

Несложные оценки показывают, что в интересующем диапазоне частот длина звуковой волны составляет 0,6-3 метра, и это сопоставимо с размерами модели. Поэтому акустическое поле в замкнутом объеме имеет выраженную модовую структуру. Если стенки акустически жесткие, то максимум давления в модах достигается на границах объема. Этим был обусловлен выбор размещения вторичных источников и измерительных микрофонов.Simple estimates show that in the frequency range of interest, the sound wave length is 0.6-3 meters, and this is comparable to the size of the model. Therefore, the acoustic field in a closed volume has a pronounced mode structure. If the walls are acoustically rigid, then the maximum pressure in the modes is reached at the boundaries of the volume. This was the reason for the choice of placement of secondary sources and measuring microphones.

На фиг. 3 представлена частотная зависимость модуля передаточной функции от громкоговорителя, расположенного на одной стенке ящика, к электретному микрофону, расположенному возле противоположной стенки. В процессе измерений громкоговоритель излучал линейно модулированный по частоте (ЛЧМ) сигнал от 120 Гц до 600 Гц в течение 1 минуты. Затем этот сигнал вместе с показаниями микрофона подвергался процедуре свертки. Вертикальными линиями на фиг. 4 отмечены ожидаемые резонансные частоты, которые отвечают прямоугольному ящику с жесткими стенками. Порядок чередования максимумов и их положение находится в удовлетворительном согласии с расчетом. Отклонения связаны, главным образом, с искажением граничных условий за счет подвижности стенок на низких частотах (толстая и тонкая черные линии на графиках). Важно отметить качественное согласие вычисленных и измеренных передаточных функций, что указывает на понимание механизма формирования акустического поля внутри замкнутого объема (кабины) и выбор варианта размещения элементов (фиг. 1), близкого к оптимальной конфигурации.In FIG. 3 shows the frequency dependence of the transfer function modulus from a loudspeaker located on one wall of the box to an electret microphone located near the opposite wall. During the measurements, the loudspeaker emitted a linear frequency modulated (chirp) signal from 120 Hz to 600 Hz for 1 minute. Then this signal, together with the microphone readings, was subjected to the convolution procedure. The vertical lines in Fig. 4 shows the expected resonant frequencies that correspond to a rectangular box with rigid walls. The order of alternation of the maxima and their positions are in satisfactory agreement with the calculation. The deviations are mainly related to the distortion of the boundary conditions due to the mobility of the walls at low frequencies (thick and thin black lines on the graphs). It is important to note the qualitative agreement between the calculated and measured transfer functions, which indicates an understanding of the mechanism of formation of the acoustic field inside a closed volume (cabin) and the choice of an option for placing elements (Fig. 1) that is close to the optimal configuration.

В первом модельном эксперименте использовались обычные электретные микрофоны, имеющие ненулевую чувствительность к вибрациям. На измеренной передаточной функции отчетливо видны структурные шумы, которые проявляются в виде изрезанности частотного отклика. Структурный шум вызван вибрациями стенок, возбуждаемыми при работе динамика. Эта изрезанность в наибольшей степени проявляется в области низких частот, где затухание колебаний стенок минимально (см. фиг. 3).In the first model experiment, ordinary electret microphones with non-zero sensitivity to vibrations were used. The measured transfer function clearly shows structural noise, which manifests itself in the form of irregularities in the frequency response. Structural noise is caused by wall vibrations generated by the speaker. This irregularity is most pronounced in the low-frequency region, where the attenuation of the wall oscillations is minimal (see Fig. 3).

На фиг. 4 приведены результаты измерений, демонстрирующие выигрыш от использования вибрационной изоляции микрофонов. Нетрудно видеть, что измеренная передаточная функция в этом случае (черная линия на графике) оказывается свободной от изрезанности, вызванной структурным шумом.In FIG. Figure 4 shows the results of measurements that demonstrate the benefits of using vibration isolation microphones. It is easy to see that the measured transfer function in this case (the black line on the graph) is free from irregularities caused by structural noise.

Частоты в модели ниже 300-350 Гц отвечают наиболее часто используемым режимам вращения двигателя автомобиля КаМаЗ (600-1500 оборотов в минуту). Поскольку толщина стенок модели выбиралась из соображений подобия изгибной жесткости деталей кабины автомобиля, можно ожидать, что такой же структурный шум проявится и в кабине моделируемого автомобиля при использовании обычных микрофонов без вибрационной изоляции.The frequencies in the model below 300-350 Hz correspond to the most commonly used modes of rotation of the Kamaz vehicle engine (600-1500 rpm). Since the wall thickness of the model was chosen from considerations of similar flexural rigidity of the car cabin parts, it can be expected that the same structural noise will also appear in the cabin of the modeled car when using conventional microphones without vibration isolation.

Отметим, что даже при использовании вибрационной изоляции микрофонов (см. фиг. 4) структурный шум по-прежнему проявляется в области низких частот, где он связан с вибрациями стенок ящика и излучением звука в объем.Note that even when vibration isolation of microphones is used (see Fig. 4), structural noise still manifests itself in the low frequency region, where it is associated with vibrations of the box walls and sound radiation into the volume.

Поскольку эффективность излучения звука низкочастотными вибрациями зависит от механических характеристик стенок, была проведена проверка в натурном эксперименте. Результаты такой проверки показаны на фиг. 5. Здесь приведена передаточная функция от динамика штатной акустической системы к измерительному электретному микрофону, помещенному рядом с местом водителя. Микрофон не имел вибрационной изоляции. Нетрудно видеть, что в области низких частот также проявляется структурный шум, обусловленный вибрациями конструктивных элементов кабины.Since the efficiency of sound emission by low-frequency vibrations depends on the mechanical characteristics of the walls, a test was carried out in a full-scale experiment. The results of such a check are shown in Fig. 5. Here is the transfer function from the speaker of the standard acoustic system to the measuring electret microphone placed near the driver's seat. The microphone did not have vibration isolation. It is easy to see that in the low-frequency region, structural noise is also manifested, due to vibrations of the cabin structural elements.

Таким образом, наглядно видна необходимость вибрационной изоляции измерительных микрофонов в системе активного гашения шума.Thus, the need for vibration isolation of measuring microphones in the active noise damping system is clearly visible.

Проверка работы предложенной адаптивной системы активного гашения шума в салоне автомобиля проводились на площадке одной из баз грузового автомобильного транспорта. Для чистоты эксперимента был выбран шумный автомобиль КаМаЗ (модель 53205, 2001 года выпуска) в нелучшем техническом состоянии. Виброизолированные микрофоны в количестве четырех штук размещались спереди и сзади водительской и пассажирской дверей автомобиля. Громкоговорители в количестве двух штук помещались позади водительского и пассажирского сидений.The operation of the proposed adaptive system for active noise suppression in the passenger compartment was tested at the site of one of the bases of truck transport. For the purity of the experiment, a noisy Kamaz vehicle (model 53205, manufactured in 2001) in poor technical condition was chosen. Vibration-isolated microphones in the amount of four pieces were placed in front and behind the driver's and passenger's doors of the car. Loudspeakers in the amount of two pieces were placed behind the driver's and passenger's seats.

Для отслеживания качества работы системы использовался не участвующий в работе алгоритма системы гашения дополнительный контрольный микрофон, которым производили измерения шума поочередно в зоне размещения водителя и в зоне размещения пассажира. На фиг. 6 показаны результаты контрольных измерений уровня шума в окрестности частоты зажигания для указанных выше двух вариантов размещения контрольного микрофона. Отличие частоты зажигания на левом и правом графиках связано с нестабильным вращением коленчатого вала за время проведения серии измерений. Нетрудно видеть, что подавление шума на дискретной частоте зажигания составило около 20 дБ, что показывает высокую эффективность предложенного способа адаптивного гашения шума.To monitor the quality of the system operation, an additional control microphone, which was not involved in the operation of the damping system algorithm, was used to measure the noise alternately in the driver's area and in the passenger's area. In FIG. 6 shows the results of control measurements of the noise level in the vicinity of the ignition frequency for the above two options for placing the control microphone. The difference in the ignition frequency on the left and right graphs is due to the unstable rotation of the crankshaft during a series of measurements. It is easy to see that the noise suppression at the discrete ignition frequency was about 20 dB, which shows the high efficiency of the proposed adaptive noise suppression method.

Claims (9)

1. Устройство для активного гашения шума в салоне автомобиля, включающее источник информации о рабочем параметре двигателя, по меньшей мере один микрофон для измерения звука в салоне автомобиля и по меньшей мере один выходной преобразователь, схему для генерации на основе рабочего параметра двигателя ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя, схему для объединения ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя и выходного сигнала по меньшей мере одного микрофона, а также реагирующую на объединенный сигнал схему для приведения в действие по меньшей мере одного выходного преобразователя, отличающееся тем, что схема для генерации на основе рабочего параметра двигателя ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя, схема для объединения ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя и выходного сигнала по меньшей мере одного микрофона и реагирующая на объединенный сигнал схема для приведения в действие по меньшей мере одного выходного преобразователя объединены в передающем через усилитель сигналы на каждый из выходных преобразователей адаптивном блоке, который дополнен оценщиком ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя, получающим сигналы не только с источника информации о рабочем параметре двигателя, но и с каждого из микрофонов, причем каждый микрофон соединен с корпусом автомобиля через виброизолятор, а оценщик частоты, адаптивный блок и усилитель выполнены с возможностью запитывания от по меньшей мере одного источника питания.1. A device for active noise suppression in a car interior, including a source of information about the engine operating parameter, at least one microphone for measuring sound in the car interior and at least one output transducer, a circuit for generating a non-zero target harmonic signal based on the engine operating parameter motor noise, a circuit for combining a non-zero target harmonic signal of the motor noise and an output signal of at least one microphone, and a circuit responsive to the combined signal for driving at least one output converter, characterized in that the circuit for generating based on the operating parameter motor noise target harmonic signal, a circuit for combining the non-zero target motor noise harmonic signal and an output signal of at least one microphone, and a circuit responsive to the combined signal for driving at least one output converter The developers are combined in an adaptive unit that transmits signals through the amplifier to each of the output converters, which is supplemented by an estimator of a non-zero target harmonic signal of the engine noise, receiving signals not only from the source of information about the engine operating parameter, but also from each of the microphones, each microphone being connected to the housing vehicle through a vibration isolator, and the frequency estimator, the adaptive unit and the amplifier are made with the possibility of being powered from at least one power source. 2. Устройство для активного гашения шума в салоне автомобиля по п. 1, отличающееся тем, что в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использован дополнительно установленный датчик оборотов коленчатого вала.2. A device for active noise suppression in the passenger compartment according to claim 1, characterized in that an additionally installed crankshaft speed sensor is used as a source of information about the operating parameter of the engine. 3. Устройство для активного гашения шума в салоне автомобиля по п. 1, отличающееся тем, что в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использован штатный тахометр автомобиля.3. A device for active noise suppression in the car interior according to claim 1, characterized in that a regular car tachometer is used as a source of information about the engine operating parameter. 4. Устройство для активного гашения шума в салоне автомобиля по п. 1, отличающееся тем, что в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использована CAN шина автомобиля.4. A device for active noise suppression in the car interior according to claim 1, characterized in that the CAN bus of the car is used as a source of information about the operating parameter of the engine. 5. Устройство для активного гашения шума в салоне автомобиля по п. 1, отличающееся тем, что в качестве по меньшей мере одного источника питания использован источник питания аудиосистемы автомобиля.5. A device for active noise suppression in the car interior according to claim 1, characterized in that at least one power source is used as a power source for the car's audio system. 6. Устройство для активного гашения шума в салоне автомобиля по п. 1, отличающееся тем, что в качестве по меньшей мере одного источника питания использована бортовая сеть питания автомобиля.6. A device for active noise suppression in the car interior according to claim 1, characterized in that at least one power source is the car's on-board power supply. 7. Устройство для активного гашения шума в салоне автомобиля по п. 1, отличающееся тем, что в качестве по меньшей мере одного источника питания использован штатный аккумулятор автомобиля.7. A device for active noise suppression in the car interior according to claim 1, characterized in that a regular car battery is used as at least one power source. 8. Устройство для активного гашения шума в салоне автомобиля по п. 1, отличающееся тем, что в качестве усилителя использован усилитель, входящий в штатные системы автомобиля.8. A device for active noise suppression in the car interior according to claim 1, characterized in that an amplifier included in the standard car systems is used as an amplifier. 9. Способ активного гашения шума в салоне автомобиля, в котором на основе сведений с источника информации о рабочем параметре двигателя определяют частоты гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума в салоне автомобиля и с помощью адаптивного алгоритма осуществляют подбор амплитуд и фаз вторичных гармонических сигналов выходных преобразователей таким образом, чтобы создаваемое этими сигналами вторичное акустическое поле в сумме с полем ненулевого целевого гармонического сигнала шума в салоне автомобиля было минимально, отличающийся тем, что перед использованием в адаптивном алгоритме частоты гармоник ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя определяют в первом приближении анализом сведений с источника информации о рабочем параметре двигателя и уточняют анализом сигналов с виброизолированных микрофонов, расположенных в заданных точках салона автомобиля.9. A method for active noise suppression in the car interior, in which, based on information from the source of information about the operating parameter of the engine, the harmonic frequencies of a non-zero target harmonic noise signal in the car cabin are determined and, using an adaptive algorithm, the amplitudes and phases of the secondary harmonic signals of the output converters are selected in this way so that the secondary acoustic field created by these signals in total with the field of the non-zero target harmonic noise signal in the car interior is minimal, characterized in that before using the harmonic frequency of the non-zero target harmonic signal of the engine noise in the adaptive algorithm, it is determined in the first approximation by analyzing information from the source of information about operating parameter of the engine and refined by analyzing signals from vibration-isolated microphones located at specified points in the car interior.
RU2021107546A 2021-03-22 2021-03-22 Adaptive method for active noise damping in the car interior and a device for its implementation RU2763309C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107546A RU2763309C1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Adaptive method for active noise damping in the car interior and a device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107546A RU2763309C1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Adaptive method for active noise damping in the car interior and a device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2763309C1 true RU2763309C1 (en) 2021-12-28

Family

ID=80039823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021107546A RU2763309C1 (en) 2021-03-22 2021-03-22 Adaptive method for active noise damping in the car interior and a device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2763309C1 (en)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0580782A (en) * 1991-09-24 1993-04-02 Mazda Motor Corp Noise controller for vehicle
JPH07104767A (en) * 1993-10-04 1995-04-21 Toyota Motor Corp Device for reducing noise in car
JP2008035472A (en) * 2006-06-28 2008-02-14 National Univ Corp Shizuoka Univ In-vehicle outside-vehicle acoustic transmission system
JPWO2007013281A1 (en) * 2005-07-27 2009-02-05 パナソニック株式会社 Active vibration noise control device
US20090060217A1 (en) * 2007-09-03 2009-03-05 Honda Motor Co., Ltd. Vehicular active vibratory noise control apparatus
US7876910B2 (en) * 2005-05-30 2011-01-25 Honda Motor Co., Ltd. Vehicular active noise/vibration/sound control system, and vehicle incorporating such system
US20110026723A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Honda Motor Co., Ltd. Active vibratory noise control apparatus
JP5080782B2 (en) * 2006-11-08 2012-11-21 蛇の目ミシン工業株式会社 Embroidery sewing machine
US20160284334A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Bose Corporation Vehicle Engine Harmonic Sound Control
WO2019130789A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 Sound source detection system and sound source detection method
US10360893B2 (en) * 2016-02-05 2019-07-23 Honda Motor Co., Ltd. Active vibration and noise control device and active vibration and noise control circuit

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0580782A (en) * 1991-09-24 1993-04-02 Mazda Motor Corp Noise controller for vehicle
JPH07104767A (en) * 1993-10-04 1995-04-21 Toyota Motor Corp Device for reducing noise in car
US7876910B2 (en) * 2005-05-30 2011-01-25 Honda Motor Co., Ltd. Vehicular active noise/vibration/sound control system, and vehicle incorporating such system
JPWO2007013281A1 (en) * 2005-07-27 2009-02-05 パナソニック株式会社 Active vibration noise control device
US8027484B2 (en) * 2005-07-27 2011-09-27 Panasonic Corporation Active vibration noise controller
JP2008035472A (en) * 2006-06-28 2008-02-14 National Univ Corp Shizuoka Univ In-vehicle outside-vehicle acoustic transmission system
JP5080782B2 (en) * 2006-11-08 2012-11-21 蛇の目ミシン工業株式会社 Embroidery sewing machine
US20090060217A1 (en) * 2007-09-03 2009-03-05 Honda Motor Co., Ltd. Vehicular active vibratory noise control apparatus
US20110026723A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Honda Motor Co., Ltd. Active vibratory noise control apparatus
US20160284334A1 (en) * 2015-03-24 2016-09-29 Bose Corporation Vehicle Engine Harmonic Sound Control
US10360893B2 (en) * 2016-02-05 2019-07-23 Honda Motor Co., Ltd. Active vibration and noise control device and active vibration and noise control circuit
WO2019130789A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 Sound source detection system and sound source detection method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7305094B2 (en) System and method for actively damping boom noise in a vibro-acoustic enclosure
US20090173568A1 (en) Device and method for active noise cancellation in exhaust gas channel of a combustion engine
US20090074198A1 (en) Active vibration noise controller
US10796682B2 (en) Quiet zone for handsfree microphone
US8085944B2 (en) Device and method for active noise cancellation in an exhaust gas channel of a combustion engine
JPH07508357A (en) Helmholtz resonator with extended frequency range
EP3996086A1 (en) Virtual location noise signal estimation for engine order cancellation
RU2763309C1 (en) Adaptive method for active noise damping in the car interior and a device for its implementation
JP3624771B2 (en) Body sound absorption and insulation performance measuring device
US6427112B1 (en) Method of tuning a vehicle
JPH10282966A (en) Noise attenuation device in automobile compartment
US20080073820A1 (en) Device for actively influencing vibrations in a component
KR20210121656A (en) Noise reducing device for construction machinery and mtehod using the same
JPS5963250A (en) Apparatus for reducing noise of vehicle
JP2980007B2 (en) Exhaust sound quality improvement device
JPH10254457A (en) Reducing method of noise within vehicle compartment and device therefor
KR20190058364A (en) Sound generating device as well as vehicle exhaust system
JP2010228641A (en) Noise reducing device in vehicle
JPH0659688A (en) Method and device for active noise elimination and related active noise eliminating device for running vehicle
CN113488015B (en) Active control system and control method for mixing structural sound and air sound of cab of excavator
JPH04342296A (en) Active type noise controller
JPS5963251A (en) Apparatus for reducing noise of vehicle
RU47981U1 (en) ACTIVE MOTOR NOISE SUPPRESSION SYSTEM
KR20060023144A (en) Method and device for attenuating the noise generated at the outlet of an exhaust line
JPH0612085A (en) Low-noise gear box