能动型噪音降低系统的制作方法

专利名称：能动型噪音降低系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及能动地降低振动噪音的能动型噪音降低系统，尤其涉及 用于能动地降低车辆的车厢内噪音的结构，以尽量使车厢内的噪音不对 车辆的整体结构和设备造成影响。
背景技术：
在一般的能动型噪音降低装置中，已公知有如下的降低噪音的方法: 提取与噪音的相关度高的信号，利用自适应滤波器对其进行处理并将其
施加给扬声器等电一机械转换器，作为干涉波信号使其与噪音相干涉。
标准车辆都具备音频系统。因此，将在这些音频系统等中使用的音
频放大器和作为电一机械转换器的扬声器作为能动型降低装置共同使用 是合理的。实际上在将这种能动型噪音降低装置应用于车辆中的情况下， 提出有将音频系统和能动型噪音降低装置一体化的结构。
在现有能动型噪音降低装置中，对用于降低噪音的噪音控制电信号 与来自音频控制器的音频信号以电方式进行加法运算，利用功率放大器 对该合成电信号进行放大，并输出至用于再生音频的扬声器。这样，就 能够实现噪音降低和音频再生这两个功能。
另外，该技术内容公开于专利文献l中。
但是，在将现有音频系统和噪音降低装置一体化了的上述现有例中， 由于即使是在关闭了音频系统的开关的情况下也需要使噪音降低功能工 作，因此至少需要音频系统的功率放大器与音频系统无关且保持接通。 即，在音频系统内，需要至少使功率放大器与音频开关无关，而是通过 触发开关等的信号使其工作。
并且，这次在从这种仅执行噪音降低的状态接通音频系统的开关的 情况下，由于前一级的音频控制部分被功率放大器拉高，因此有可能产生过渡音(pop音)。为了防止该过渡音，需要进行如下的处理等功率
放大器检测到音频开关已接通，并将来自音频控制器的信号静噪(mute)
预定时间，需要对现有的音频系统进行较大的设计变更和改造。
再有，通常情况下车载音频系统中使用的电源电压为12V，功率放
大器的终级结构使用BTL (Bridged Transless，桥式推挽功率放大电路)
方式。因此，仅音频的再生状态下的音频输出Pmax (扬声器的阻抗为
4Q的情况下的理论无失真最大输出功率)为 Pmax=Vcc2/(2X4)=18W ，
其中，Vcc为电源电压二12V。
另一方面，当设用于降低噪音所需的输出功率Po为1W时，则降低
噪音用的噪音控制信号电压的峰值Vne为公式1: Vn e—8xPo = 2. 8 3 V 。
由于对音频信号和噪音控制信号以电方式进行加法运算，因此当为
了控制噪音而需要1W (噪音控制信号电压为2.83V (峰值))时，音频
信号的理论无失真最大输出Pne为
Pne=(12 —2. 83)V(2X4) =10. 5W ，
艮卩，当为了降低噪音而需要1W的功率时，音频信号的理论无失真 最大输出功率从18W大幅减少至10.5W。
专利文献1日本特开平6-130971号公报

发明内容
本发明提供一种具有下述结构的能动型噪音降低系统在对现有音 频系统和能动型噪音降低装置进行一体化的基础上，通过在电一机械转 换器中将音频信号与噪音控制信号进行机械结合，从而不会对现有音频
系统产生较大影响。
为了降低由噪音源产生的噪音，本发明的能动型噪音降低系统具有 能动型噪音控制器，其生成与噪音的振幅相同且相位相反的干涉信号； 多个独立的电输入部；以及电一机械转换器，其将施加在多个电输入部 上的各个电信号在一个振动部中转换为机械振动，通过将能动型噪音控制器的输出施加给电一机械转换器的多个电输入部中的至少一个来降低 噪音，并且通过将音频信号施加给电一机械转换器的其他电输入部来进 行音频信号的再生。
并且，本发明的能动型噪音降低系统构成为构成该系统的电一机 械转换器具有多个独立的电输入部，并且具有将施加给这些电输入部的 多个电信号在一个振动部中分别转换为机械振动的功能。即，对施加给 电一机械转换器所具有的多个电输入部的多个电信号在一个振动部中进 行机械合成。因此，不需要以电方式进行加法运算，不用对现有音频系 统进行较大的设计变更和改造，就能够构筑起同时实现噪音降低和音频 再生的系统。
另外，电一机械转换器为电动扬声器的结构，在其磁隙中设有多个 线圈，所述多个线圈机械地结合在同一个振动板上但相互电独立。进而， 通过在一方的线圈上施加用于控制噪音的电信号、在另一方的线圈上施 加音频信号，从而不用对现有音频系统进行较大的设计变更和改造，就 能够以简单的结构构筑起同时实现噪音降低和音频再生的系统。
并且，在电一机械转换器的多个电输入部中的与来自能动型噪音控 制器的输出以外的输出相连接的输入部中，当检测出包含直流信号的输 入信号时，通过改变所述能动型噪音控制器的控制噪音用参数，能够利 用施加给电一机械转换器的多个电输入部的信号对电一机械转换特性的 变化进行补偿。通过这种结构，能够实现更稳定的噪音降低系统。


图1是本发明的实施方式1中的能动型噪音降低系统的方框图。 图2是本发明的实施方式1中的能动型噪音降低系统的电一机械转 换器的结构图。
图3是示出本发明的实施方式1中的能动型噪音降低系统的电一机 械转换器的传递特性的特性图。
图4是本发明的实施方式1中的能动型噪音降低系统的其他结构的 电一机械转换器的结构图。
6标号说明
1:能动型噪音降低控制器；
2:电一机械转换器；
3、 4:电输入部；
5、 6:致动器；
7:振动部；
8:空间；
9:音频部；
10:麦克风；
11:音频部动作检测部；
12:控制参数变更部；
13:基准信号生成部；
14:自适应滤波器；
15:传递特性校正部；
16:系数更新部；
17:音乐源；
18:功率放大器；
19:磁铁；
20:磁轭；
20a:板部;
2h磁隙；
22a、 22b:可动线圈；
23:功率放大器未通电状态下的电一机械转换器的传递特性； 24:功率放大器通电状态下的电一机械转换器的传递特性。
具体实施方式
(实施方式l)
以下， 一边参照附图一边对本发明的实施方式1中的能动型噪音降 低装置进行说明。图1是本发明的实施方式1中的能动型噪音降低系统的方框图。在 图1中，能动型噪音降低控制器1由基准信号生成部13、自适应滤波器
14、传递特性校正部15、系数更新部16、控制参数变更部12构成，生 成与噪音的振幅大致相同且相位大致相反的噪音干涉电信号Va。电一机 械转换器2具有两个电输入部3、 4并利用致动器5、 6将各自的电输入 转换为各自的机械运动。这些致动器结合在一个振动部7上。振动部7 在致动器5、 6的运动进行了加法运算后的状态下振动，并作为声波放射 至空间8内。电输入部3与能动型噪音降低控制器1的输出相连，另一 电输入部4与音频部9的输出相连。麦克风10设置在空间8内的欲降低 噪音的部位，将原始噪音和来自电一机械转换器2的声波相干涉的干涉 结果检测为误差信号Ve。进而，将该误差信号Ve反馈给能动型噪音降低 控制器1。音频部动作检测部11对音频部9的工作状态进行检测，并将 检测结果输入至能动型噪音降低控制器1的控制参数变更部12。进而， 能够改变能动型噪音降低控制器1的工作参数。
音频部9由CD或收音机等音乐源17和功率放大器18构成。
接下来对本装置的具体工作进行说明。
首先，能动型噪音降低控制器1利用基准信号生成部13生成与欲降 低的噪音的相关度高的基准信号Vk。具体而言，在由设置在噪音源上的 振动拾取器拾取的信号或汽车发动机旋转引起的周期性噪音等的情况 下，能够利用与发动机旋转同步的脉冲序列等。自适应滤波器14是第k 个滤波系数为Wk(n) (n表示离散时间。并且，k是从l至N的自然数) 的N阶数字FIR滤波器，从而可利用系数更新部16使各个滤波系数变化。 利用自适应滤波器14对基准信号Vk进行滤波，以产生噪音干涉电信号 Va作为能动型噪音降低控制器l的输出。噪音干涉电信号Va被输入电一 机械转换器2的电输入部3，并通过致动器5转换为机械运动并传递至振 动部7。进而，通过使振动部7进行机械振动，从而作为噪音控制音放射 至空间8内。麦克风10将噪音和来自电一机械转换器2的声波相干涉的 干涉结果检测为误差信号Ve。传递特性校正部15由数字滤波器构成，所 述数字滤波器具有模拟从能动型噪音降低控制器1输出并通过电一机械转换器2、空间8向麦克风10输出的路径的传递特性的特性。传递特性 校正部15对基准信号Vk进行滤波并将其作为参照信号Vs输出至系数更 新部16。系数更新部16使用参照信号Vs和误差信号Ve通过以下的计 算公式依次对自适应滤波器14的滤波系数进行更新。
<formula>formula see original document page 9</formula>
此处，y被称为收敛系数，是用于控制系数更新计算中的系数更新 速度的重要参数。
该算法被称为滤波X—LMS算法(Filtered X—LMS)。通过反复进 行上述系数更新，自适应滤波器14以与基准信号Vk存在相关性的麦克 风10位置处的噪音减小即减小误差信号Ve的方式继续收敛，从而麦克 风10位置处的噪音减小。
该滤波X—LMS算法中的另一重点是参照信号Vs。参照信号Vs必 须是利用模拟从能动型噪音降低控制器1输出并经过电一机械转换器2、 空间8输出至麦克风10的路径的传递特性的特性，准确地对基准信号 Vk进行滤波之后的信号。即、重要的是使传递特性校正部15的滤波特 性与从能动型噪音降低控制器1输出并通过电一机械转换器2、空间8输 出至麦克风10的路径的传递特性一致。如果这两个特性存在较大差异， 则不仅噪音降低性能下降，而且严重情况下甚至会发散。
另一方面，音频部9的音频输出被输入至电一机械转换器2的电输 入部4，通过致动器6将其转换为机械运动并传递至振动部7，通过使振 动部7进行机械振动，从而作为音频音放射至空间8内。
通过以上的说明可以清楚的是，音频部9的音频信号和作为能动型 噪音降低控制器1的输出的噪音干涉电信号分别独立地被输入至电一机 械转换器2中，并通过振动部7以机械振动进行合成。其结果是，振动 部7所合成的机械振动向空间8内放射噪音控制音和音频音。并且，音 频部9和能动型噪音降低控制部1是在基本电独立的状态下用一个电一 机械转换器2同时实现音频音的再生和噪音控制的。其结果是，能够提 供具有不对现有音频系统产生较大影响的结构的能动型噪音降低系统。
接下来，对音频部动作检测部11和控制参数变更部12的作用进行说明。
图2是本发明的实施方式1中的能动型噪音降低系统的电一机械转 换器的结构图。该电一机械转换器为电动扬声器，并且是利用了下述原
理的扬声器电流从磁铁旁边的线圈中流过，线圈内的磁通发生变化，
从而使与线圈联动的振动板动作(电磁感应)。在图2中，致动器5、 6 分别由磁铁19、磁轭20、板部20a以及配置在磁隙21中的可动线圈22a、 22b构成。可动线圈22a、 22b的上端部分别连接在振动部7上。输入部 3、 4分别与可动线圈22a、 22b连接。该结构通常被称为电动型致动器。 电动型致动器基于通过使电流流过放置在磁通中的导电体而产生的电磁 力而工作。
此处，当向输入部3供电时，在可动线圈22a中产生下式这样的力F。
F = BLI (i)
此处，B为磁隙21中的磁通密度，L为可动线圈22a在磁隙中的线 圈的长度，I为流过可动线圈的电流。
该力F传递至振动部7，从而使振动部7产生振动。
在振动部7上还连接有另一方的可动线圈22b。借助于施加在输入 部3上的信号使振动部7产生振动，在另一方的可动线圈22b中产生下 式所示那样的反电动势Vr。
Vr二vBL (2)
此处，B为磁隙21中的磁通密度，L为可动线圈22b在磁隙中的线 圈的长度，v为振动部7的振动速度。
在音频用功率放大器以通电状态与电输入部4连接的情况下，由于 通电状态的功率放大器的理想输出阻抗为0Q ，因此由在可动线圈22b中 产生的反电动势Vr引起的电流Ir如下式那样流过功率放大器。 Ir=Vr/R (3)
此处，R为可动线圈22b的电阻。
由于该电流也流过可动线圈22b，因此与上述式(1)相同，在可动 线圈22b侧也产生电磁力Fr。
另一方面，在音频用功率放大器以非通电状态与电输入部4连接的情况下，功率放大器的输出阻抗被认为几乎是无限大的，因此由可动线
圈22b中产生的反电动势Vr引起的电流为0，不产生电磁力Fr。
图3是示出本发明的实施方式1中的能动型噪音降低系统的电一机 械转换器的传递特性的特性图。在图3中，用实线示出在一方的电输入 部与非通电状态下的功率放大器连接时的音频特性23，用虚线示出在一 方的电输入部与通电状态下的功率放大器连接时的音频特性24。 对这两个特性进行比较，可知在局部频带上特性变化较大。 这样，根据与电输入部4连接的音频用功率放大器的通电状态或非 通电状态，而在可动电线圈22b侧产生的电磁力产生差异，即振动部7 的振动特性发生了变化。即，在图1中的本发明的能动型噪音降低系统 的结构中，从能动型噪音降低控制器1输出并通过电一机械转换器2、空 间8输出至麦克风10的路径的传递特性发生变化，从而滤波X—LMS算 法不能很好地工作。
因此，为了使该算法很好地工作，需要使能动型噪音降低控制器1 的工作条件根据与电输入部4连接的音频用功率放大器的通电状态或非 通电状态而改变。因此，例如，通过利用音频部动作检测部11对音频部 9的通电状态进行检测、或者通过对包含由音频部9输出的直流分量的信 号分量进行检测，从而检测出是否处于通电状态。音频部9的功率放大 器18的输出级为BTL (BridgedTransless，桥式推挽放大电路)结构，在 功率放大器通电时，直流电位上升至电源电压的1/2。进而，通过对该直 流电位进行检测，就能够判断功率放大器18是否通电。
根据该检测信号，利用控制参数变更部12对能动型噪音降低控制器 1的控制参数进行变更，具体而言是对收敛系数P和传递特性校正部15 的滤波特性进行变更。进而，对根据音频部9是否为通电状态而产生的 工作条件变化进行控制，以不使噪音降低性能发生变化，从而提供稳定 的能动型噪音降低系统。具体而言，当根据上述检测信号检测出功率放 大器18未通电时，能动型噪音控制器1对向电输入部4输出信号的音频 系统的输出特性进行校正。进而，无论能动型噪音控制器1怎样工作都 具有恒定的音频特性。
ii并且，通过在电输入部4中设置例如继电器等可进行电控制的切换
器，从而利用音频部动作检测部11对音频部9的通电状态进行检测。进 而，当检测出音频用功率放大器18处于非通电状态时，将电输入部4短 路从而使在可动线圈22b侧产生的电磁力与功率放大器18处于通电状态 时的一致，从而抑制能动型噪音控制器的噪音控制用的音响特性变化。 即，在图1中的本发明所述的能动型噪音降低系统的结构中，通过使从 能动型噪音降低控制器1输出并通过电一机械转换器2、空间8输出至麦 克风IO的路径的传递特性恒定，从而噪音降低性能也不会发生变化，从 而能够提供稳定的能动型噪音降低系统。
图4是本发明的实施方式1中的能动型噪音降低系统的其他结构的 电一机械转换器的结构图。在图4中，配置有磁铁19、磁轭20以及机械 结合在由磁铁19和轭20所形成的磁隙21中的两个可动线圈22c、 22d。 在两个可动线圈中，通过使可动线圈22d的输入阻抗较高，能够使可动 线圈22d的线径比可动线圈22c的线径细。并且，通过将细线圈结合在 电动扬声器即电一机械转换器的中心方向的内侧，从而结合在该中心方 向的外侧的可动线圈22c也可以均匀地进行线圈结合，能够形成理想的 可动线圈。将机械结合后的两个可动线圈22c、 22d结合在振动部7上。 并且，两个可动线圈22c、 22d的末端被引出至外部，从而形成电输入部 3、 4。
这样的结构在基本部分上继承了普通扬声器的结构，只是将被称为 所谓音圈的线圈变更为机械结合的两个独立的线圈。因此，能够容易地 构成具有两个独立的电输入部的电一机械转换器。进一步，通过将音频 部9的输出信号输入至输入阻抗低的电输入部3，并将噪音干涉电信号 Va输入至输入阻抗高的电输入部4，能够容易地提供具有不对现有音频 系统产生较大影响的结构的能动型噪音降低系统。
产业上的可利用性
由于本发明的能动型噪音降低系统不对现有音频系统进行较大变更 就能够实现能动型噪音降低功能，因此作为成本低且具有实用性的能动 型噪音降低装置是有用的。
权利要求
1、一种能动型噪音降低系统，其特征在于，所述能动型噪音降低系统具有能动型噪音控制器，其生成与振动噪音的振幅相同且相位相反的干涉信号；多个独立的电输入部；以及电—机械转换器，其将施加在所述多个电输入部上的各个电信号在一个振动部中转换为机械振动，通过将所述能动型噪音控制器的输出施加给所述电—机械转换器的所述多个电输入部中的至少一个来降低所述振动噪音。
2、 根据权利要求1所述的能动型噪音降低系统，其特征在于，对所述电一机械转换器的所述多个电输入部的至少一个施加来自所 述能动型噪音控制器的输出，并对其他电输入部施加音频信号。
3、 根据权利要求1所述的能动型噪音降低系统，其特征在于， 所述电一机械转换器是电动扬声器，所述多个电输入部是多个独立的可动线圈的各个可动线圈的两端， 所述多个独立的可动线圈分别设置在一个磁隙中，且相互机械地结合。
4、 根据权利要求1所述的能动型噪音降低系统，其特征在于， 在所述电一机械转换器的所述多个电输入部中的与来自所述能动型噪音控制器的输出以外的输出相连接的输入部中，当检测到包含直流信号的输入信号时，对所述能动型噪音控制器的 控制噪音用参数进行变更。
5、 根据权利要求l所述的能动型噪音降低系统，其特征在于， 在所述电一机械转换器的所述多个电输入部中的与来自所述能动型噪音控制器的输出以外的输出相连接的输入部中，当检测到相连的设备处于通电状态时，对所述能动型噪音控制器的 控制噪音用参数进行变更。
6、 根据权利要求3所述的能动型噪音降低系统，其特征在于，在所述电一机械转换器的电动扬声器中，所述多个电输入部的独立的可动线圈各自的输入阻抗不同。.
7、 根据权利要求6所述的能动型噪音降低系统，其特征在于， 在所述电一机械转换器的电动扬声器中，在机械结合所述多个电输入部的独立的所述可动线圈时，将输入阻 抗高的所述可动线圈结合在所述电动扬声器的中心方向的内侧，将输入 阻抗低的所述可动线圈结合在所述电动扬声器的中心方向的外侧。
8、 根据权利要求1所述的能动型噪音降低系统，其特征在于， 在所述电一机械转换器的所述多个电输入部中的与来自所述能动型噪音控制器的输出以外的输出相连接的输入部中，当检测到所述能动型噪音控制器处于非通电状态时，对向所述输入 部输出信号的音频系统的输出特性进行校正，从而无论所述能动型噪音 控制器怎样工作都具有恒定的音响特性。
9、 根据权利要求1所述的能动型噪音降低系统，其特征在于， 在所述电一机械转换器的所述多个电输入部中的与来自所述能动型噪音控制器的输出以外的输出相连接的输入部中，当检测到相连的设备处于非通电状态时，通过将所述输入部的端子 短路来抑制所述能动型噪音控制器的控制噪音用的音响特性变化。
10、 根据权利要求8所述的能动型噪音降低系统，其特征在于，在所述电一机械转换器的所述多个电输入部中的与来自所述能动型 噪音控制器的输出相连接的输入部中，当检测到所述能动型噪音控制器处于非通电状态时，通过将所述输 入部的端子短路来抑制所述音频装置的输出特性变化，使得无论所述能 动型噪音控制器怎样工作都具有恒定的音响特性。
全文摘要
本发明提供一种能动型噪音降低系统，电-机械转换器(2)具有多个独立的电输入部(3、4)，将能动型噪音降低控制器(1)的输出输入至电输入部(3)，将来自音频部(9)的音频信号输入至电输入部(4)，用振动部(7)对这些信号进行机械合成并作为声波放射至空间(8)中。根据这样的结构，不用对现有音频再生装置产生较大影响，就能够同时实现能动型噪音降低功能和音频再生功能。
文档编号G10K11/178GK101427305SQ20078001406
公开日2009年5月6日 申请日期2007年7月25日 优先权日2006年7月26日
发明者中村由男, 冈本宪治, 大木信一, 安藤公洋, 林昌志, 梅村一义 申请人:松下电器产业株式会社