English

The traditional approach to attenuate undesired noise uses passive techniques based on absorption or reflection. These mechanisms are utilized in passive silencers. However, passive silencers are ineffective at low frequencies, large, and costly. Therefore, the active noise control (ANC) technology is a promising alternative to reduce the size, weight, and volume of silencers. In an ANC system, the unwanted noise produced by a primary source is canceled acoustically by one or more secondary sound sources emitting an anti-noise wave. In practice, the response characteristics of the primary and secondary path are time-varying due to changes in temperature and mean flow velocity of the medium. Hence, an algorithm is desirable which calculates an anti-noise signal adaptively based on a measured reference and error signal.

This thesis deals with active noise control in ducts. Algorithms for adaptive digital filters are presented and evaluated which feature an online secondary path modeling to consider the time-varying behavior of the secondary path. ANC systems with online secondary path modeling often make use of the least-mean-square algorithm. In a nonstationary environment, an extended recursive least-squares algorithm is more promising in terms of tracking. This algorithm can be regarded as a special form of the Kalman filter. The tracking performance depends on the tuning of several parameters affecting directly the covariance matrices. Thus, a covariance management is presented which simplifies the tuning of the adaptation parameters and improves the tracking performance.

Computer simulations of an active muffler in an automotive exhaust system show the performance of the proposed method compared to results obtained by well-established algorithms. The sound pressure characteristics, i.e. the noise, and the exhaust gas temperature were measured in a real automotive exhaust system, whereas the mean flow velocity of the exhaust gas was estimated.

The acoustic modeling of duct systems is discussed in the first part of this thesis, whereas the second part deals with algorithms for the active noise control of small and broadband noise. The first part makes also a contribution to the modeling of acoustic waveguides by the propagation parameter, which has not been presented in this form before.

Compared to the results of an ANC system using existing algorithms, the derived approach based on a covariance management leads to the highest attenuation of small and broadband noise.

Deutsch

Der von technischen Geräten oder Maschinen erzeugte Lärm wird häufig durch Ausnutzung von passiven Dämpfungsmechanismen in Form von Reflexion und Absorption reduziert. Zunehmend an Bedeutung gewinnen in den letzten Jahren die aktiven Dämpfungsmaßnahmen, die vor allem tieffrequenten Lärm effektiver mindern. Das aktive Prinzip basiert auf der Überlagerung des durch primäre Schallquellen verursachten Störschallfelds mit einem von sekundären Schallquellen gezielt erzeugten Gegenschallfeld. Die Übertragungseigenschaften des Primär- und Sekundärpfads können im Betrieb, beispielsweise aufgrund von Änderungen der Gastemperatur, fortlaufend variieren. Daher ist ein Algorithmus wünschenswert, welcher auf der Grundlage einer gemessenen Referenz- und Fehlergröße dem zeitvarianten Verhalten der Übertragungspfade gerecht wird und das Gegenschallsignal adaptiv berechnet.

In dieser Arbeit werden Algorithmen für adaptive Digitalfilter zur aktiven Schalldämpfung in Röhrensystemen vorgestellt und untersucht, die neben der Berechnung des Gegenschallsignals zusätzlich im Rahmen einer Online-Modellierung die Berücksichtigung eines zeitvarianten Sekundärpfads ermöglichen. Die Algorithmen basieren auf einem erweiterten Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate, bei denen mit Hilfe von Adaptationsparametern die Kovarianzmatrizen und damit das Tracking-Verhalten beziehungsweise die resultierende Störsignaldämpfung direkt beeinflusst werden können. Deshalb wurde ein Kovarianzmanagement erarbeitet, welches zu einem verbesserten Tracking führt und zusätzlich die Anzahl der vorzugebenden Adaptationsparameter reduziert.

Die Untersuchung der adaptiven Konzepte erfolgte simulationstechnisch anhand der exemplarischen Simulation eines aktiven Abgasschalldämpfers für einen PKW. Die dafür benötigten Verläufe des Schalldrucks sowie der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases wurden auf dem Fahrleistungsprüfstand in einem Abgasstrang eines PKWs für unterschiedliche Fahrzyklen gemessen oder abgeschätzt.

Der akustischen Modellierung von Röhrensystemen widmet sich der erste Teil der Arbeit, während im zweiten Teil die Algorithmen für eine aktive Dämpfung von schmal- und breitbandigen Störsignalen im Mittelpunkt stehen. Losgelöst von der Intention des zweiten Teils leistet der erste auch Beiträge zur Modellierung eines akustischen Wellenleiters mit Hilfe des Ausbreitungsmaßes, die bisher formal nicht präsentiert worden sind.

Es lässt sich zusammenfassen, dass die auf der Grundlage des Kovarianzmanagements vorgestellten Ansätze, im Vergleich mit den aus der Literatur bekannten Verfahren, zu den besten Ergebnissen bei der Dämpfung von schmal- und breitbandigen Störsignalen führen.