An active control logic for airborne noise reduction in vehicles compartment

In recent times, growing attention has been given to environmental noise pollution, which has demonstrated to have adverse effects on individuals psychological, mental and physical well-being. One of the most noise-obnoxious environments is the car, as traffic has been identified as a significant factor in noise pollution. In the context of automotive industry, passive solutions are problematic in terms of occupied volume, weight, visibility impairment and ventilation issues. It is therefore necessary to develop effective solutions to manage noise entering the car cabin environment, while ensuring a good amount of ventilation. The present work aims at developing and simulating an Active Noise Control (ANC) system to apply to a car compartment, focusing on the noise entering the cabin from the car window. The final goal is to achieve a significant sound cancellation at the driver’s head location, with the window open. The employed algorithm is the Filtered-x Normalized Least Mean Squares (FxNLMS), which is typical of ANC problems, implemented both in its usual time domain version and in its frequency domain one. The two versions have been implemented as a Multi-Channel (MC) architecture, employing the car audio system as control sources. Initially, an experimental transmission loss (TL) properties identification has been carried out on the car body. This has been useful for the tuning process of a Finite Element Model (FEM) of the system, consequently used as a virtual platform for the aforementioned control systems development. Successively, the needed Frequency Response Functions (FRFs) for the simulation of the system have been identified. Finally, the performances of the two control algorithm versions have been compared.

Negli ultimi anni, è stata posta sempre più attenzione verso l’inquinamento acustico ambientale. Diversi studi hanno dimostrato che esso provoca un impatto negativo sulla salute psicologica, fisica e mentale delle persone. Uno dei luoghi in cui il problema del rumore ambientale è più significativo è l’automobile, in quanto il traffico è stato riconosciuto come una delle principali cause di inquinamento acustico. Le soluzioni passive di abbattimento del rumore non sono adatte all’applicazione nel settore automobilistico, in quanto rappresentano un ingombro importante in termini di volume, peso, visibilità e ventilazione. In questo contesto si è reso necessario sviluppare soluzioni che siano in grado di far fronte al rumore entrante l’abitacolo, garantendo allo stesso tempo un buon grado di visibilità e di ventilazione interna. Il presente lavoro ha come obiettivo lo sviluppo e la simulazione di un sistema di Controllo Attivo del Rumore (ANC), da applicarsi a un’automobile, concentrandosi sul rumore entrante dal finestrino. Lo scopo finale è quello di ottenere una riduzione significativa del rumore in corrispondenza della testa del pilota, in condizioni di chiusura, apertura parziale e totale del finestrino . L’algoritmo di controllo scelto è il Filtered-x Normalized Least Mean Square (FxNLMS), largamente usato per problemi di ANC, implementato sia nella sua classica versione nel dominio del tempo, sia in quella nel dominio della frequenza. In entrambi i casi il sistema è stato implementato con un’architettura Multi-Channel (MC), sfruttando il sistema audio dell’auto come sorgenti di controllo. Per prima cosa è stata condotta un’identificazione sperimentale delle proprietà di transmission loss (TL) dell’automobile (dall’esterno all’interno). Questa è stata utile per il successivo processo di tuning di un Modello a Elementi Finiti (FEM) del sistema, utilizzato come piattaforma virtuale per lo sviluppo delle suddette logiche. Successivamente sono state calcolate le Funzioni di Risposta in Frequenza (FRFs) necessarie per la simulazione del sistema. Infine le performance delle due versioni dell’algoritmo di controllo sono state confrontate.