专利名称：有源噪音降低装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有源噪音降低装置，其相对于由于车辆行驶等原因而在车内产生的不愉快的噪音-即所谓的路面噪声，生成具有相反相位并且振幅相等的干涉波，并使其与路面噪声相干涉，以降低噪音。
背景技术：
作为现有的有源噪音降低装置，已知的是所谓的反馈法在想要降低噪音的位置设置话筒，用相位、振幅调整电路处理此话筒的信号，使得其与原始噪音相位相反，以作为来自扬声器等的电声转换部的干涉波而输出，从而降低在话筒位置的噪音。
另一种已知的方法是所谓的前馈法输入与噪音高度相关的信号，在自适应地使设置于想要降低噪音的位置的话筒的信号衰减的N抽头自适应型数字滤波器处理此输入信号，作为扬声器等电声转换部的干涉波而输出，从而降低在话筒位置的噪音。
已知的与本申请相关的现有技术文献信息有，例如，特开平3-203792号公报。
前述传统反馈法的问题在于相位振幅调整电路，其生成与原始噪音具有相等振幅、相反相位的信号。相位振幅调整电路通常由电容、电阻、运算放大器等模拟元件构成，然而，这些模拟元件电容、电阻中存在公差，实际量产状况中产生与理想设计值的误差。而且，为了实现陡峭的特性或复杂的特性，则需要很多的模拟元件，花费很大的成本，并且尺寸更大。
前述前馈法同样存在问题为了实现生成与原始噪音相位相反、振幅相等的信号的N抽头自适应型数字滤波器，必须使用进行高速运算处理的数字信号处理器。因为此高速数字信号处理器非常昂贵，所以成为成本方面很大的阻碍因素。
如此，现有的降低路面噪声之类的随机噪音的有源噪音降低装置，不仅存在成本方面的问题，也存在由于公差引起的与设计值的误差、尺寸方面等的问题。
发明内容
为了解决前述问题，本发明为主动降低路面噪声等的随机噪音的有源噪音降低装置，其包括处理电路，该处理电路包括生成特定频率的正弦波的正弦波生成部；生成与此正弦波相有相同频率的余弦波的余弦波生成部；用于对正弦波生成部以及余弦波生成部的输出进行处理的两个1抽头数字滤波器；以及系数更新部，用于利用将来自于两个1抽头数字滤波器的输出相加得到的输出以及设置在想要降低噪音的位置的话筒等的转换部输出的信号而相加而得到的输出信号、和来自于正弦波生成部以及余弦波生成部的输出，而更新两个1抽头数字滤波器各自的系数。
有源噪音降低装置还包括调整电路，用于调整来自此处理电路的输出的相位、振幅。
作为生成与噪音的相位相反的控制信号的方法为，通过处理电路和调整电路生成信号，然后将此信号通过扬声器等转换部作为干涉音发出。
通过这样的结构，在相对于模拟元件的情况来说，不会发生由于模拟元件固有的公差而引起的误差等影响。而且由于两个自适应型1抽头数字滤波器的运算处理非常小量的运算，因此不再需要前馈型方法中所需的高速数字信号处理器等，利用便宜的微处理器就能实现有源噪音降低装置。
图1是本发明实施方式有源噪音降低装置的框图。
图2是计算处理电路的传输特性的框图。
图3是表示图2的框图中传输特性示例的图。
图4是求得处理电路的传输特性的框图。
图5是表示处理电路的传输特性示例的图。
图6是表示使处理电路的μ改变时的传输特性示例的图。
图7是说明本发明实施方式的有源噪音降低装置的消音动作的框图。
图8是表示调整电路的结构的示例的框图。
图9是本发明另一实施方式的有源噪音降低装置的框图。
图10是表示本发明所述另一实施方式的有源噪音降低装置的处理电路的传输特性示例的图。
附图标记说明101处理电路102正弦波生成部103余弦波生成部104，105，1161抽头数字滤波器106，107系数更新部108调整电路109第一转换部(扬声器)110第二转换部(话筒)111对应于处理电路的部分112处理电路的传输函数113调整电路的传输函数114包含第一转换部和第二转换部及其之间的空间传输特性的传输函数115简化的处理电路117块处理部具体实施方式
(实施方式)以下说明本发明有源噪音降低装置的实施方式。
图1是表示本发明实施方式有源噪音降低装置的结构的框图。
处理电路101由以下部分构成发生特定频率的正弦波的正弦波生成部102；生成与正弦波相同频率的余弦波的余弦波生成部103；两个1抽头数字滤波器(one-tap digital filter)104和105，用于处理正弦波生成部102以及余弦波生成部103各自的输出；以及两个系数更新部106、107，用于接收输入和正弦波生成部102、余弦波生成部103的输出。
此系数更新部106、107分别逐次更新对应的1抽头数字滤波器104、105的系数。处理电路101的输出由调整电路108调整振幅以及相位，然后施加到扬声器等的第一转换部109。话筒等第二转换部110的输出被施加到处理电路101的输入，由此构成了反馈型有源噪音降低装置。
在此，为了说明图1所示本发明实施方式的有源噪音降低装置的噪音降低机制，先说明图1中处理电路101的输入输出特性。
图2是计算处理电路的传输特性的框图。换言之，是去除了图1中的处理电路101中从输出到输入的连接的框图。
假设，处理电路101的输入信号是Cos(ωt+α)；正弦波生成部102以及余弦波生成部103的生成信号分别是Sinωot、Cosωot。系数更新部106、107通常利用最小二乘法(LMSLeast Mean Square)算法分别更新对应的1抽头数字滤波器104、105的系数。分别用Bn、An表示两个1抽头数字滤波器104、105的当前系数，此系数更新式是An+1＝An-μ·Cos(ωt+α)·CosωotBn+1＝Bn-μ·Cos(ωt+α)·Sinωot在此，μ是称为收敛系数的小的系数值。
CosX、SinX用下式指数形式计算CosX=∈jX+∈-jX2]]>SinX=∈jX-∈jX2j]]>首先，自适应滤波器的系数An、Bn的变化值ΔAn、ΔBn用下式表示ΔAn=-∈jω0t+∈-jω0t2×∈j(ωt+α)+∈-j(ωt+α)2×μ=-μ∈j((ω0+ω)t+α)+∈-j((ω0+ω)t+α)+∈j((ω0-ω)t-α)+∈-j((ω0-ω)t-α)4]]>ΔBn=-∈jω0t+∈-jω0t2j×∈j(ωt+α)+∈-j(ωt+α)2×μ=-μ∈j((ω0+ω)t+α)-∈-j((ω0+ω)t+α)+∈j((ω0-ω)t-α)-∈-j((ω0-ω)t-α)4j]]>如果定义ω0+ω＝ωx，并且ω0-ω＝ωy，则
ΔAn=-μ∈j(ωxt+α)+∈-j(ωxt+α)+∈j(ωyt-α)+∈-j(ωyt-α)4]]>ΔBn=-μ∈j(ωxt+α)-∈-j(ωxt+α)+∈j(ωyt-α)-∈-j(ωyt-α)4j]]>在此，逐次更新后的结果An、Bn是对上式分别积分An=∫ΔAn=-μ4(∈j(ωxt+α)jωx+∈-j(ωxt+α)-jωx+∈j(ωyt-α)jωy+∈-j(ωyt-α)-jωy)+A]]>Bn=∫ΔBn=-μ4j(∈j(ωxt+α)jωx-∈-j(ωxt+α)-jωx+∈j(ωyt-α)jωy-∈-j(ωyt-α)-jωy)+B]]>假设A以及B的积分常数是0，由于ωx＞＞ωy，所以ωx项可以忽略，得到下式An=-μ4(∈j(ωyt-α)jωy-∈-j(ωyt-α)jωy)]]>Bn=-μ4j(∈j(ωyt-α)jωy+∈-j(ωyt-α)jωy)]]>因为正弦波生成部102、余弦波生成部103的输出信号分别被施加到上述结果，所以两个1抽头数字滤波器105、104各自的输出Ea、Eb是Ea=∫ΔAn×∈jω0t+∈-jω0t2=(-μ4(∈j(ωyt-α)jωy-∈-j(ωyt-α)jωy))×∈jω0t+∈-jω0t2]]>=-μ8jωy(∈j(ωyt-α)-∈-j(ωyt-α))(∈jω0t+∈-jω0t)]]>=-μ8jωy(∈j((ωy+ω0)t-α)-∈-j((ωy+ω0)t-α)+∈j((ωy-ω0)t-α)-∈-j((ωy-ω0)t-α))]]>Eb=∫ΔBn×∈jω0t+∈-jω0t2j=(-μ4j(∈j(ωyt-α)jωy+∈-j(ωyt-α)jωy))×∈jω0t-∈-jω0t2j]]>=μ8jωy(∈j(ωyt-α)+∈-j(ωyt-α))(∈jω0t-∈-jω0t)]]>=μ8jωy(∈j((ωy+ω0)t-α)-∈-j((ωy+ω0)t-α)-∈j((ωy-ω0)t-α)+∈-j((ωy-ω0)t-α))]]>
所以，输出Et是Et=∫ΔAn×∈jω0t+∈-jω0t2+ΔBn×∈jω0t-∈-jω0t2j=-μ4jωy(∈j((ωy-ω0)t-α)-∈-j((ωy-ω0)t-α))]]>=μ2ωy(∈j((ωy-ω0)t-α)-∈-j((ωy-ω0)t-α)-2j)=μ2(ω0-ω)(∈j(ωt+α)-∈-j(ωt+α)2j)]]>=μ2(ω0-ω)Sin(ωt+α)---(1)]]>也就是，式(1)是提供输入信号Cos(ωt +α)后输出的信号，并且当ω＜ω0时，比输入信号的相位延迟90°；在ω＝ω0时延迟180°；在ω＞ω0时提前90°。而且可知，振幅在ω0＝ω时为无穷大，并且，随着ω远离ω0，与|ω0-ω|成反比下降。
图3是表示图2所示框图中的传输特性的示例的图。
接下来，说明处理电路101的传输特性。
图4是求得处理电路的传输特性的框图。即为，以使图2所示框图与处理电路101相同的动作，图2所示框图的输出反馈到输入的状态的框图。假设相当于图2所示处理电路的部分111的传输函数具有F(S)表示的图3所示的特性。
此时，图4的框图的传输特性用下式表示VinVout=11-F(s)---(2)]]>图5是表示处理电路的传输特性的图。也就是用式(2)表示的传输特性。由图5可知，处理电路101具有以ω0为中心的带通滤波器特性。并且，从图5还可以看出，在ω0处，相位是180°。
因为ω0是正弦波生成部102、余弦波生成部103的发生频率，通过使正弦波生成部102、余弦波生成部103的发生频率可改变，此带通特性的中心频率能够很容易地变化。由式(1)，通过使μ可改变，可使此带通特性的带宽也能很容易地可改变。图6是表示使处理电路的μ变化时的传输特性的图。
接下来，说明整体消音机制。
图7是说明本发明实施方式中的有源噪音降低装置的消音动作的框图。图7中，用F1(S)表示对应于处理电路的部分112的传输特性。用F2(S)表示调整电路的传输函数113的特性。用F3(S)表示包含第一转换部和第二转换部及其之间的空间传输特性的传输函数114的特性。输入Vn相当于原始噪音，Ve是被控制后的噪音。
在此，Vn和Ve的关系如下式所示VeVn=11-F1(s)·F2(s)·F3(s)]]>此式表示在1-F1(S)·F2(S)·F3(S)的绝对值超过1的情况下，被控制后的噪音Ve比原始噪音Vn小。即，若将F1(S)·F2(S)·F3(S)以频率特性表现的话，在相位为180°的情况下，增益越大，其控制效果越明显。
在本发明的情况下，图5表示了F1(S)的特性，因此，F2(S)·F3(S)选择为在ω0的相位为0°。通常，由于F3(S)是包含第一转换部109和第二转换部110及其之间的空间传输特性的传输函数，因此不能任意设定，只能专由F2(S)即调整电路108调整。调整F2(S)，以使此调整电路108的设定使F2(S)·F3(S)在ω0的相位为0°。
图8是表示调整电路的结构的框图。调整电路108，尽管也可以用模拟电路构成，图8中显示的是数字电路构成的电路。简化的处理电路115是，将处理电路101简化为电路115，并且两个1抽头数字滤波器104、105的系数分别为A、B的电路。如图8所示，1抽头数字滤波器116分别具有系数Sa、Sb、-Sb、Sa、A以及A。
在此，计算两个1抽头数字滤波器104、105的加法输出Vout1，以及六个1抽头数字滤波器116的加法输出Vout2时Vout1=A2+B2Sin(ωot+arctan(B/A))]]>Vout2=Sa2+Sb2A2+B2Sin(ωot+arctan(B/A)+arctan(Sb/Sa))]]>即，Vout2的振幅是Vout1的 倍，相位相差arctan(Sb/Sa)。
通过正确地选择1抽头数字滤波器116的系数Sa、Sb，能够调整振幅、相位，而且也不会发生由于模拟电路的公差的误差。
图9是本发明另一实施方式中的有源噪音降低装置的框图。图9中，将相互频率不同的多个处理电路101并列连接而构成有源噪音降低装置。
块处理部117中，并列连接相互频率不同的多个处理电路。
图10是表示本发明另一实施方式中有源噪音降低装置的处理电路的传输特性的图。比较图10和图5可知，图10的带通特性的通带比图5的还大。因此，能够降低在更大的频带内的噪音。
产业应用可能性本发明有源噪音降低装置，简单并且数字地产生与原始噪音相位相反的控制信号，用低成本就能实现实用性较高的有源噪音降低装置，适用于汽车的有源噪音降低装置。
权利要求
1.一种有源噪音降低装置，包括正弦波生成部，用于生成特定频率的正弦波；余弦波生成部，用于生成与所述正弦波相同频率的余弦波；两个1抽头数字滤波器，用于处理所述正弦波生成部以及所述余弦波生成部的输出；处理电路；调整电路，用于调整所述处理电路的输出的相位和振幅；第一转换部，用于将所述调整电路的输出转换为声波或者振动；以及第二转换部，用于将输入到所述处理电路的声波或者振动转换为电信号；其中，所述处理电路包括两个系数变更部，用于更新所述两个1抽头数字滤波器的各自的系数；所述两个系数变更部，基于使将来自于所述两个1抽头数字滤波器的输出相加得到的输出与输入相加而得到的输出、和来自于所述正弦波生成部以及所述余弦波生成部的输出，而更新所述两个1抽头数字滤波器各自的系数。
2.根据权利要求1所述的有源噪音降低装置，其中，两个以上的所述处理电路并联，生成特定频率相互不同的正弦波以及余弦波。
全文摘要
一种有源噪音降低装置包括处理电路(101)，该处理电路(101)包括通过具有生成特定频率的正弦波的正弦波生成部(102)；生成相同频率的余弦波的余弦波生成部(103)；以及将它们的输出进行处理的两个1抽头数字滤波器(104)、(105)的输出相加的结果作为输出，通过此输出和输入的相加的结果和正弦波生成部(102)以及余弦波生成部(103)的结果，而更新两个1抽头数字滤波器(104)、(105)的各自的系数的两个系数更新部(106)、(107)的处理电路(101)，和调整此处理电路(101)的所述输出的相位和振幅的能调整电路(108)，而产生与原始噪音的相位相反的控制信号。通过这样的结构，作为降低路面噪声这样的随机噪音的有源噪音降低装置，提供了低成本高实用性的有源噪音降低装置。
文档编号B60R11/02GK101040321SQ20068000097
公开日2007年9月19日 申请日期2006年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者中村由男, 大西将秀, 吉田茂树 申请人:松下电器产业株式会社