PL223958B1

PL223958B1 - System for active compensation of sounds, preferably generated by acoustic warning signalling device

Info

Publication number: PL223958B1
Application number: PL407758A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Krukowicz
Original assignee: Centralny Inst Ochrony Pracy Państwowy Inst Badawczy
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2016-11-30
Also published as: PL407758A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ do aktywnej kompensacji dźwięków pochodzących, zwłaszcza od dźwiękowego sygnalizatora ostrzegawczego bez konieczności stosowania adaptacyjnych technik sterowania.The subject of the invention is a system for active compensation of sounds coming from, in particular from an audible warning signal, without the need to use adaptive control techniques.

Aktywny zagłówek przeciwhałasowy jest przykładem zastosowania aktywnych metod redukcji hałasu. Dźwięki pochodzące od dźwiękowego sygnalizatora ostrzegawczego są dźwiękami sinusoidalnymi o zmiennej częstotliwości.The active noise reduction headrest is an example of the use of active noise reduction methods. The tones of the audible warning signal are sinusoidal tones of variable frequency.

Znany jest z zagranicznego opisu patentowego EP0396666A4 układ do aktywnej kompensacji sygnałów sinusoidalnych o zmiennej częstotliwości mający w swojej strukturze filtr wycinający o raz gradientową metodę optymalizacji służącą do strojenia filtru wycinającego.A system for active compensation of sinusoidal signals of variable frequency is known from the foreign patent description EP0396666A4, having in its structure a notch filter and a gradient optimization method for tuning the notch filter.

Wyjście generatora sygnału sinusoidalnego z fazą początkową równą 90 stopni połączone jest z wejściem pierwszego z układów mnożących. Wejście drugiego z układów mnożących połączone jest z wyjściem generatora sygnału sinusoidalnego z fazą początkową równą 0 stopni. Wyjścia pierwszego i drugiego układu mnożącego są połączone z pierwszym i drugim wejściem układu sumującego. Wyjście układu sumującego jest połączone z wejściem drugiego układu sumującego o dwóch wejściach. Drugie wejście drugiego układu sumującego jest połączone ze źródłem sygnału zakłócenia. W drugim układzie sumującym dochodzi do kompensacji sygnałów zakłócającego i kompensującego.The output of the sinusoidal signal generator with an initial phase of 90 degrees is connected to the input of the first multiplier. The input of the second multiplier is connected to the output of the sinusoidal signal generator with an initial phase of 0 degrees. The outputs of the first and second multipliers are connected to the first and second inputs of the adder. The output of the summer is connected to the input of the second summer with two inputs. The second input of the second summer is connected to the source of the disturbance signal. In the second summing circuit, the disturbing and compensating signals are compensated.

Filtr wycinający tworzą dwa układy wzmacniające o regulowanym wzmocnieniu oraz układ sumujący o dwóch wejściach i jednym wyjściu. Dobór wzmocnień układów mnożących jest realizowany gradientową metodą optymalizacji. Zadaniem optymalizacji jest dobór wartości wzmocnienia pierwszego i drugiego układu wzmacniającego w taki sposób, aby sygnał wyjściowy drugiego sygnału sumującego miał jak najmniejszą wartość.The notch filter consists of two gain circuits with adjustable gain and a summing circuit with two inputs and one output. The selection of the amplification of the multiplier systems is carried out using the gradient optimization method. The optimization task is to select the gain value of the first and the second gain circuit in such a way that the output signal of the second summing signal has the lowest value possible.

Wadą znanego układu jest możliwość wzbudzania się układu sterującego pod wpływem zakłóceń zewnętrznych.The disadvantage of the known system is that the control system may be excited due to external disturbances.

Celem wynalazku jest zminimalizowanie wzbudzania się układu sterowania pod wpływem zakłóceń, zwłaszcza dzięki eliminacji mikrofonu i zastosowaniu sterowania o stałych parametrach.The object of the invention is to minimize the excitation of the control system under the influence of disturbances, in particular by eliminating the microphone and using the control with constant parameters.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że ma co najmniej dwie sieci neuronowe, których wejścia połączone są poprzez detektor częstotliwości z wyjściem generatora sygnału sinusoidalnego. Wyjścia sieci neuronowych połączone są z drugimi wejściami układów mnożących, zaś drugie wejście sieci neuronowych połączone jest z układem uczącym, wykorzystującym metodę opt ymalizacji globalnej. Układ uczący połączony jest poprzez przełącznik z mikrofonem. Układ uczący połączony jest z mikrofonem poprzez kolejno przetwornik analogowo-cyfrowy, filtr dolnoprzepustowy, przedwzmacniacz i przełącznik. Generator połączony jest ze źródłem sygnału kompensowanego poprzez kolejno przetwornik cyfrowo-analogowy, filtr dolnoprzepustowy i wzmacniacz mocy.The essence of the system according to the invention consists in the fact that it has at least two neural networks, the inputs of which are connected via a frequency detector with the output of a sinusoidal signal generator. The outputs of the neural networks are connected to the second inputs of the multipliers, and the second input of the neural networks is connected to the training circuit using the global optimalization method. The teaching circuit is connected to the microphone via a switch. The learning circuit is connected to the microphone through an analog-to-digital converter, a low-pass filter, a preamplifier and a switch. The generator is connected to the source of the compensated signal by successively a digital-to-analog converter, a low-pass filter and a power amplifier.

Wynalazek umożliwia kompensację dźwięku poprzez sterowanie dodatkowym źródłem dźwięku, bez konieczności stosowania mikrofonu rejestrującego dźwięk kompensowany.The invention enables sound compensation by controlling an additional sound source, without the need for a compensated sound recording microphone.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy aktywnego zagłówka przeciwhałasowego.The subject of the invention is illustrated in an exemplary embodiment in the drawing which shows a block diagram of an active anti-noise headrest.

Aktywny zagłówek przeciwhałasowy jest stosowany zwłaszcza w przejazdach uprzywilejowanych. Zawiera on generator sygnałów sinusoidalnych 13, którego wyjście jest połączone poprzez układ detekcji częstotliwości 14 z wejściem sieci neuronowych 16, 16' oraz poprzez układ przesuwający fazę o 90 stopni 12 z wejściem pierwszego układu mnożącego 11, a także bezpośrednio z wejściem drugiego układu mnożącego 11'. Wyjścia obu układów mnożących 11, 11' połączone są z wejściami sumatora, którego wyjście połączone jest z drugim przetwornikiem cyfrowo-analogowym 3\ Wyjście tego przetwornika połączone jest poprzez rekonstrukcyjny filtr dolnoprzepustowy 4” i drugi wzmacniacz mocy T_ z przetwornikiem elektroakustycznym stanowiącym źródło sygnału kompensującego 9. Wyjście generatora sygnałów sinusoidalnych 13 połączone jest także z przetwornikiem cyfrowo-analogowym 3, który poprzez dolnoprzepustowy filtr wygładzający 41 i wzmacniacz mocy 7 połączony jest dźwiękowym sygnalizatorem ostrzegawczym 8, stanowiącym źródło dźwięku kompensowanego. Ponadto układ ma mikrofon 6, który poprzez przełącznik 1 i przedwzmacniacz 5 połączony jest z wejściem dolnoprzepustowego filtru wygładzającego 4. Wyjście tego filtru połączone jest poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 2 i układ uczący 15, wykorzystujący metodę optymalizacji globalnej, z drugim wejściem drugiej sieci neuronowej 11'.The active noise reduction headrest is used especially in emergency crossings. It comprises a sinusoidal signal generator 13, the output of which is connected via a frequency detection circuit 14 to the input of the neural networks 16, 16 'and via a 90-degree phase shifter 12 to the input of the first multiplier 11, and directly to the input of the second multiplier 11'. . The outputs of both multipliers 11, 11 'are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the second digital-to-analog converter 3 \ The output of this converter is connected through the reconstructive low-pass filter 4 "and the second power amplifier T_ with the electroacoustic converter being the source of the compensation signal 9 The output of the sinusoidal signal generator 13 is also connected to a digital-to-analog converter 3, which is connected via a low-pass smoothing filter 41 and a power amplifier 7 to a warning buzzer 8, which is the source of the compensated sound. In addition, the system has a microphone 6, which through a switch 1 and a preamplifier 5 is connected to the input of the low-pass smoothing filter 4. The output of this filter is connected via an analog-to-digital converter 2 and a training circuit 15, using the global optimization method, with the second input of the second neural network 11 '.

Wartości wyjściowe sieci neuronowych 16, 16', które pełnią rolę i aproksymatorów są jednocześnie wartościami nastaw regulatora w postaci filtru wycinającego. Wartości parametrów sieci neuroPL 223 958 B1 nowych 16, 16' są dobierane przez układ uczący 15, wykorzystujący metodę optymalizacji globalnej, której funkcja celu jest obliczana na podstawie sygnału wyjściowego przetwornika analogowocyfrowego 2. Wartości wyjściowe aproksymatorów są otrzymywane poprzez podanie na ich wejście chwilowej wartości pulsacji sygnału pochodzącego bezpośrednio od źródła wytwarzającego kompensowany sygnał: elektryczny, akustyczny lub drganiowy. Dobór parametrów aproksymatorów jest realizowany metodą optymalizacji globalnej. Aproksymatory mają postać sieci neuronowej lub wielomianu. Możliwe jest dalsze zwiększenie zastosowanie większej liczby aproksymatorów, dla każdego z parametrów regulatora. Aproksymatory każdego z parametrów regulatora w takiej sytuacji są przełączane, przy czym przełączenie następuje na podstawie pomiaru dowolnego parametru w układzie, np. kierunek przyrostu częstotliwości.The output values of the neural networks 16, 16 ', which act as approximators, are also the settings of the regulator in the form of a notch filter. The values of the parameters of the neuroPL 223 958 B1 network 16, 16 'are selected by the teaching system 15, using the global optimization method, the objective function of which is calculated on the basis of the output signal of the analog-to-digital converter 2. The output values of the approximators are obtained by entering the instantaneous value of pulsation on their input signal coming directly from the source generating the compensated signal: electrical, acoustic or vibration. The parameters of approximators are selected using the global optimization method. The approximators are in the form of a neural network or a polynomial. It is possible to further increase the use of more approximators for each of the parameters of the controller. In such a situation, the approximators of each of the controller parameters are switched, and the switching takes place on the basis of the measurement of any parameter in the system, e.g. the direction of frequency increase.

Metoda optymalizacji globalnej wyznacza parametry sieci neuronowej w taki sposób, aby wartość skuteczna sygnału wyjściowego przetwornika analogowo-cyfrowego 2 dążyła do zera, co jest tożsame z obniżeniem wartości skutecznej ciśnienia akustycznego oddziałującego na mikrofon 6 i narząd słuchu osoby chronionej przed hałasem. Dobór parametrów sieci neuronowej z wykorzystaniem metody optymalizacji globalnej trwa do chwili, gdy maksymalna amplituda sygnału wyjściowego mikrofonu spadnie do ustalonej wartości będącej parametrem sposobu sterowania. Gdy dobór parametrów sieci neuronowych 16, 16' jest zakończony, możliwe jest odłączenie mikrofonu 6 i zwarcie wejścia przedwzmacniacza mikrofonowego 5 do masy 17 układu sterującego, co powoduje znaczne zmniejszenie amplitudy zakłóceń działających na układ sterowania.The global optimization method determines the parameters of the neural network in such a way that the effective value of the output signal of the analog-to-digital converter 2 tends to zero, which is synonymous with the reduction of the effective value of the acoustic pressure acting on the microphone 6 and the hearing organ of the person protected against noise. The selection of neural network parameters with the use of the global optimization method continues until the maximum amplitude of the microphone output signal drops to a predetermined value which is a parameter of the control method. When the selection of the neural networks 16, 16 'parameters is completed, it is possible to disconnect the microphone 6 and short-circuit the input of the microphone preamplifier 5 to the ground 17 of the control circuit, which significantly reduces the amplitude of the noise acting on the control circuit.

Claims

1.A system for active compensation of sounds coming from, in particular, a warning sound signaling device, containing a sinusoidal signal generator, the output of which is connected with the warning sound signal device and with the inputs of the multipliers, with one directly and with the other through a system shifting the phase by 90 degrees, and the outputs of both multipliers are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to a loudspeaker, characterized in that it has at least two neural networks (16, 16 '), the inputs of which are connected through a frequency detector (14) with the output of the sinusoidal signal generator (13) , and the outputs of the neural networks (16, 16 ') are connected to the second inputs of the multipliers (11, 11'), and the second input of the neural networks (16, 16 ') is connected to the training circuit (15), using the global optimalization method and which is connected via the switch (1) to the microphone (6).

2. Active compensation system according to claim 1. The method of claim 1, characterized in that the teaching circuit (15) is connected to the microphone (6) through successively an analog-to-digital converter (2), a low-pass filter (4), a preamplifier (5) and a switch (1).

3. Active compensation system according to claim 1. The method of claim 1 or 2, characterized in that the generator (13) is connected to the source of the compensated signal (8) through a digital-to-analog converter (3), a low-pass filter (4 ') and a power amplifier (7), respectively.

4. An active compensation system as claimed in claim 1; 3. A method as claimed in claim 1, 2 or 3, characterized in that the output of the adder (10) is connected to the loudspeaker (9) through successively a second D / A converter (3), a second low-pass filter (4 ') and a second power amplifier (7).