调节有源消噪系统的方法技术方案

本发明专利技术公开一种调节ANC系统的方法，其中麦克风经由次要路径来声学地连接至扬声器，并且扬声器经由ANC滤波器来电连接至麦克风。所述方法包括测量各种操作模式中的次要路径的相位特性；根据所测量的相位特性来确定各种操作模式中的相位特性的统计离差；根据统计离差来确定最小相位裕度；调节ANC滤波器以在任何一个操作模式中展现等于或大于最小相位裕度的相位特性；并且，调节ANC滤波器以在任何一个操作模式中展现等于或小于最大增益裕度的振幅特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】调节有源消噪系统的方法
技术介绍
本专利技术涉及一种调节ANC系统的方法，并且具体来说，涉及一种调节ANC系统以实现最大噪声衰减的方法。在反馈自动噪声控制(ANC)系统中，麦克风经由次要路径来声学连接至扬声器，并且扬声器经由ANC滤波器来电连接至麦克风。反馈ANC系统尤其用于需要将麦克风与扬声器相对接近地进行布置的配置中，如例如在ANC头戴式耳机中的情况。不论具体的应用为何，反馈ANC系统普遍地根据(加权)灵敏度函数来调节，所述函数为产生干扰信号d[n]的噪声源与接收误差信号e[n]的麦克风之间的信号路径的传递函数。传递函数是基本上时间不变系统(例如，ANC系统的主要路径)的输入(例如，干扰信号d[n])与输出(例如，误差信号e[n])之间关系的就(时间)频率而言的数学表示。反馈ANC系统常常实施于模拟电路中和/或作为非适应性滤波器，即，固定滤波器以使得对不同操作模式的后续适应困难或甚至不可能。例如，在头戴式耳机中，佩戴头戴式耳机的不同用户建立不同的次要路径，并且因而产生不同操作模式。因此，在滤波器设计时，谨慎调节滤波器对于将要以不同操作模式操作的ANC系统的满意性能来说是极其重要的。满意性能是指例如在大频带中提供具有高噪声衰减的稳定控制环路。通常，最大限度地减少(加权)灵敏度函数N(z)被用来提供较高衰减。然而，以这种方式实现的性能常常被认为是不充分的。需要提供一种调节ANC系统以实现最大噪声衰减的改进方法。
技术实现思路
本专利技术公开一种调节ANC系统的方法，其中麦克风经由次要路径来声学连接至扬声器，并且所述扬声器经由ANC滤波器来电连接至所述麦克风。所述方法包括测量各种操作模式中的次要路径的相位特性；根据所测量的相位特性来确定各种操作模式中的相位特性的统计离差；根据统计离差来确定最小相位裕度；调节ANC滤波器以在任何一个操作模式中展现等于或大于最小相位裕度的相位特性；并且，调节ANC滤波器以在任何一个操作模式中展现等于或小于最大增益裕度的振幅特性。附图说明以下基于附图中展示的示例性实施方案来更详细地描述各种特定实施方案。除非另有说明，否则相似或相同部件在所有附图中用相同参考数字来标记。图1是示出反馈ANC系统中的信号处理原理的方框图。图2是可应用图1展示的有源降噪系统的耳机的示意图。图3是示出调节ANC系统的改进方法的流程图。图4是将相位角与不同用户和不同频率相联系的示例性表格。图5是示出如图4表格中列举的测量值的示例性统计离差的图表。图6是定义稳定性裕度的奈奎斯特(Nyquist)图。图7是定义稳定性裕度的伯德(Bode)图。具体实施方式现在参考图1，其为示出反馈ANC系统中的信号处理原理的方框图。在图1的ANC系统中，误差麦克风1经由次要路径3来声学连接至扬声器2，并且扬声器2经由反馈信号路径4来电连接至麦克风1，所述反馈信号路径4包括麦克风前置放大器5、具有传递函数W(z)的后续ANC滤波器6和放大率A7可调节或可控制的后续扬声器激励放大器7。麦克风1和扬声器2可布置在空间10中，例如，由耳机和用户头部封闭的空间。如本文使用的术语“扬声器”是指将它接收的电信号转换成它发射的声信号的任何类型的换能器。因此，如本文使用的术语“麦克风”是指将它接收的声信号转换成它提供的电信号的任何类型的换能器。麦克风1接收声信号，所述声信号主要由声输出信号y(t)和声干扰信号d(t)组成。输出信号y(t)是扬声器2的由次要路径3的传递函数S(z)滤波的输出信号，并且干扰信号d(t)是噪声源8的由主要路径9的传递函数P(z)滤波的输出信号。根据这个所接收的声信号y(t)-d(t)，麦克风1生产电误差信号e(t)，所述电误差信号e(t)由麦克风前置放大器5放大，然后作为放大误差信号e‘(t)＝A5e(t)供应至后续ANC滤波器6。为了简单起见，在考虑下述情况时，假定麦克风前置放大器5的放大率A5等于1以使得e‘(t)＝e(t)，但是需要时也可使用任何其它的适当值。图1展示的ANC系统可基于时域中的各种信号、在谱域中通过以下微分方程来描述，其中D(z)、E(z)和Y(z)是时域中的信号d(t)、e(t)和y(t)的频谱表示。E(z)＝D(z)-Y(z)，Y(z)＝E(z)·W(z)·S(z)。因此，作为干扰信号与误差信号比率的灵敏度函数N(z)可描述为：N(z)＝D(z)/E(z)＝1/(1+W(z)·S(z))＝1/(1+HOL(Z))，其中HOL(Z)＝W(z)·S(z)是反馈ANC系统的开环回路(openloop)的传递函数。作为干扰信号d(t)与输出信号y(t)比率的互补灵敏度函数T(z)的微分方程相应地是：T(z)＝D(z)/Y(z)＝HOL(Z)/(1+HOL(Z))。当计算反馈ANC系统的鲁棒(robust)稳定性时，普遍地使用所谓H∞或H2范数或两者组合(H∞/H2)。在H∞范数中，开环回路在互补灵敏度函数T(z)的绝对值的最大值方面得到优化，以使得在考虑到解决次要路径3起伏的不确定边界B(z)时，范数H∞不超过1。max(|T(z)·B(z)|)＝||T(z)·B(z)||∞<1。在H2范数中，遵照以下条件：如从以上两个方程可以看出，H∞范数与H2范数的可能最差情况有关，因为与考虑潜在干扰信号的特性并且代表ANC系统的平均放大率的H2范数相对比，所述H∞范数与潜在干扰信号无关。图2示出可用于图1展示的有源降噪系统的示例性耳机。耳机可与另一个相同耳机一起成为头戴式耳机(未展示)的部分，并且可声学连接至收听者的耳朵11。在本专利技术实例中，耳朵11经由主要路径9暴露于干扰信号d[n]，例如，环境噪声。耳机包括具有孔13的杯状外壳12，所述孔13可由透声覆盖物，例如，格栅、网格或任何其它透声结构或材料来覆盖。扬声器2向耳朵11发射声音并且布置在外壳12的孔13处，所述扬声器和所述外壳两者形成耳机腔体14。腔体14可为不透气的，或可通过任何手段，例如，借助于出入口、通气口、开口等来通气。麦克风1定位在扬声器2前方。声路径15从扬声器2延伸至耳朵11，并且具有对于噪声控制目的来说与从扬声器2延伸至麦克风1的次要路径3的传递特性近似的传递特性。在本专利技术示例性耳机中，空间10由外壳12、扬声器2的前侧、头枕16和用户的耳朵11(包括耳道17)来封闭。图3是示出调节(反馈)ANC系统(例如，图1的系统)的改进方法的流程图，其中麦克风(例如，麦克风1)经由次要路径(例如，次要路径3)来声学连接至扬声器(例如，扬声器2)，并且扬声器经由ANC滤波器(例如，ANC滤波器6)来电连接至麦克风。在所述改进方法中，测量在各种操作模式中的次要路径(3)的相位特性(图3的步骤A)。例如在头戴式耳机中，不同操作模式可由佩戴头戴式耳机的不同用户以不同方式来确立，从而建立不同次要路径。在车厢中，不同乘客或许多不同乘客可建立不同次要路径。对于多种不同操作模式(例如，针对不同用户)，执行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调节ANC系统的方法，其中麦克风经由次要路径声学连接至扬声器，并且所述扬声器经由ANC滤波器电连接至所述麦克风；所述方法包括：测量各种操作模式中的所述次要路径的相位特性；根据所测量的相位特性来确定所述各种操作模式中的所述相位特性的统计离差；根据所述统计离差来确定最小相位裕度；并且调节所述ANC滤波器以在任何一个所述操作模式中展现等于或大于所述最小相位裕度的相位特性，并且调节所述ANC滤波器以在任何一个所述操作模式中展现等于或小于最大增益裕度的振幅特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.31 EP 12153335.01.一种调节ANC系统的方法，其中麦克风经由次要路径声学连接至扬声器，并且所述扬声器经由ANC滤波器电连接至所述麦克风；所述方法包括：测量各种操作模式中的所述次要路径的相位特性；根据所测量的相位特性来确定所述各种操作模式中的所述相位特性的统计离差；根据所述统计离差来确定最小相位裕度；并且调节所述ANC滤波器以在任何一个所述操作模式中展现等于或大于所述最小相位裕度的相位特性，并且调节所述ANC滤波器以在任何一个所述操作模式中展现振幅特性，所述振幅特性等于或小于最大增益裕度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述最大增益裕度根据所述统计离差来确定。3.如权利要求1所述的方法，其中所述最大增益裕度被保持得小到使得所述系统接近于临界稳定性或不稳定性。4.如权利要求3所述的方法，其中所述最大增益裕度等于或小于1dB。5.如权利要求3所述的方法，其中所述最大增益裕度等于或小于0.5dB。6.如权利要求3所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M克里斯托夫，
申请(专利权)人：哈曼贝克自动系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE