АДАПТИВНЫЙ СПОСОБ АКТИВНОГО ГАШЕНИЯ ШУМА В САЛОНЕ АВТОМОБИЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2021 года по МПК G10K11/178 

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 приведена блок-схема системы активного гашения шума низких частот.

На фиг. 2 приведен вариант реализации адаптивного алгоритма в адаптивном блоке.

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.

На фиг. 4 приведены результаты измерений, демонстрирующие выигрыш от использования вибрационной изоляции микрофонов.

На фиг. 5 проиллюстрированы результаты натурных измерений акустического отклика в кабине автомобиля КаМаЗ модели 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.

Вариант схемы устройства для активного гашения шума двигателя в салоне автомобиля показан на фиг. 1. Данный рисунок поясняет предлагаемое изобретение, но не ограничивает его.

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.

Микрофоны 2 могут быть как цифровые, так и аналоговые. На их количество не накладывается никаких ограничений: необходимо использовать не менее одного.

Виброизоляторы 3 должны обеспечивать вибрационную изоляцию колебаний микрофона и кабины автомобиля в рабочем диапазоне частот системы активного гашения шума автомобиля.

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.

Источником информации о рабочем параметре двигателя 1 может быть аналоговый или цифровой датчик, измеряющий частоту оборотов коленчатого вала или частоту зажигания двигателя.

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.

Также в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя 1 могут быть использованы штатные системы самого автомобиля.

Так, например, в частном случае реализации изобретения по п. 3 формулы в качестве источника информации о рабочем параметре двигателя использован штатный тахометр автомобиля.

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.

Питание составных частей устройства может быть осуществлено от штатной бортовой сети, от аудиосистемы или же непосредственным подключением к аккумулятору автомобиля.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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, …, 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.

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.

Предлагаемый способ активного гашения шума в салоне автомобиля с помощью описанного устройства для активного гашения шума в салоне автомобиля осуществляют следующим образом.

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.

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.

Затем данные с микрофонов 2 и оценщика ненулевого целевого гармонического сигнала шума двигателя 4 направляют в адаптивный блок 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, …, N_m 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.

Каждый управляемый генератор гармонического сигнала 9 для каждого из выходных преобразователей 7 генерирует гармонику одной и той же частоты с различными амплитудами и фазами.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

Таким образом, наглядно видна необходимость вибрационной изоляции измерительных микрофонов в системе активного гашения шума.

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.

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.

Изобретение относится к акустике. 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. При этом 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. Технический результат - повышение эффективности подавления шума в салоне автомобиля. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.