Digitale signaalverwerking II Active noise control (actieve ruiscontrole) Auditorium B 14/11/2008 9u45 – 10u05 Jeffrey Vanspauwen Kenneth De Noël

Overzicht Introductie Actieve ruiscontrole Akoestische principes Actieve controlestategieën Globaal controlesysteem Praktische toepassing Conclusie

INTRODUCTIE Methodes om ongewenste signalen te onderdrukken

Introductie Methoden om ongewenst geluid te onderdrukken: – Conventionele methodes: Werken in het algemeen niet op lage frequenties Bv. Passieve geluidsabsorbeerders – Actieve ruiscontrole: Ze kunnen selectief geluid blokkeren Destructieve interferentie tussen geluidsvelden gegenereerd door: – De oorspronkelijke (primaire) geluidsbron – Een secundaire bron waarvan de akoestische uitgang gecontroleerd kan worden door elektrische signalen De signaalverwerking zorgt voor de generatie en controle van deze elektrische signalen

ACTIEVE RUISCONTROLE Destructieve en constructieve interferentie

Actieve ruiscontrole Destructieve interferentie: – Faserelatie tussen de twee bronnen: De aangestuurde, secundaire bron (luidspreker) produceert een akoestische golf die uit fase is met de golf die geproduceerd wordt door de primaire bron Voor een precieze balans moet de controle zich aan een verandering in zijn omgeving kunnen aanpassen – De akoestische druk wordt naar nul gedreven door de secundaire bron correct aan te sturen m.b.v. een monitorerende microfo(o)n(en)

Actieve ruiscontrole Constructieve interferentie: – Op de punten in de ruimte waar de twee druk- componenten in fase zijn met elkaar zijn, is er een verhoging van het geluidsniveau – Hierdoor worden de microfoon en de secundaire bron dichtbij elkaar geplaatst waardoor ze goed aan elkaar gekoppeld worden Men krijgt een zone van stilte rond de microfoon: – Een reductie van >10 dB is mogelijk

AKOESTISCHE PRINCIPES Afstand tussen de bronnen Controledoeleinden

Akoestische principes Grote afstand: – Bronnen zijn onafhankelijk van elkaar – Totale P uit is verdubbeld Kleine afstand: – Interferentie is sterker – Totale P uit is gereduceerd in vgl. met één enkele, opererende bron – Daling van de uitstralingsefficiëntie Figuur: De netto akoestische P uit i.f.v. de onderlinge afstand in vgl. met hun golflengte

Akoestische principes Twee actieve controledoeleinden: – De minimalisatie van P uit door de amplitude en fase van de secundaire bron aan te passen met respect tot de primaire bron voor elke afstand – De maximalisatie van de akoestische vermogen- absorptie: Dit leidt echter tot een verhoogde P uit van het bronpaar doordat bijna de helft van het uitgestraalde vermogen geabsorbeerd wordt en de andere helft niet

ACTIEVE CONTROLESTRATEGIEËN Feedforwardcontrole Feedbackcontrole

Actieve controlestrategieën Feedforwardcontrole: – Referentiemicrofoon + foutmicrofoon + luidspreker – Referentiesignaal: goede correlatie met ruissignaal – Secundair pad: faseverschuiving uitgangssignaal filtered-x LMS (robuust voor fouten)

Actieve controlestrategieën Feedbackcontrole: – Foutmicrofoon + luidspreker – Geschatte waarde ruis = referentiesignaal feedback wordt feedforward – Stabiliteitscriterium – Filtered-x LMS

GLOBAAL CONTROLESYSTEEM Adaptieve filters Algoritmes

Globaal controlesysteem De laagfrequente geluidsvelden zijn periodiek Het controlefilter moet adaptief zijn om verandering in excitatie op te vangen: – Bv. Verandering van de motorsnelheid Voor elektrische ruisonderdrukking wordt gebruik gemaakt van het LMS algoritme – Convergentiesnelheid is belangrijk Er kunnen meerdere microfonen en secundaire geluidsbronnen geplaatst worden

PRAKTISCHE TOEPASSING Actieve ruiscontrole in een auto

Praktische toepassing (auto) Het referentiesignaal wordt aan een feedforwardcontroller doorgegeven om zes luidsprekers in de auto aan te sturen Reductie van dB op motorruis en 4-5 dB op totale ruis

CONCLUSIE Beperkingen Vooruitgangen

Conclusie Actieve geluidscontrole zal nooit een wonder- middel zijn voor alle ruiscontrolesystemen Ze blijven beperkt tot situaties in dewelke de verwijdering tussen de bronnen min. op dezelfde orde is als de akoestische golflengte De beste verbetering is gekomen dankzij de vooruitgangen op het gebied van DSP’s

Bedankt voor jullie aandacht! Vragen ? Jeffrey Vanspauwen Kenneth De Noël

Boeken Active control of sound – Nelson, P. A. / Elliott, S. J. – XII, 436 p., ISBN Signal processing for active control – Elliott, S. J. – XVIII, 511 p., ISBN Active noise control systems : algorithms and DSP implementations – Kuo, Sen M. / Morgan, Dennis R. – XV, 389 p., ISBN