具有改进的鲁棒性的自适应噪声控制系统技术方案

本文描述了一种用于确定对ANC系统中的辅助路径传递特性的估计的方法，尤其涉及一种具有改进的鲁棒性的自适应噪声控制系统。根据本发明专利技术的一个实例，所述方法包括相对于期望的收听位置将麦克风阵列对称地定位在收听室中，并且使用布置在所述收听室内的扬声器来复制至少一个测试信号以产生声信号。使用所述麦克风阵列的所述麦克风来测量所述声信号，以从所述麦克风阵列的每个麦克风获取麦克风信号，并且基于所述测试信号和所述相应的麦克风信号来为每个麦克风信号计算所述辅助路径传递特性的数值表示。所述方法进一步包括对所述辅助路径传递特性的所计算出的数值表示进行平均，以获取对将在所述ANC系统中使用的所述辅助路径传递特性的估计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有源噪声控制(ANC)系统，具体而言，涉及对于辅助路径传递特性的变体而言更具鲁棒性的ANC系统。
技术介绍
与有用的声音信号相比，干扰噪声是不意图满足某个接收器(例如，听者的耳朵)的声音。噪声和干扰声音信号的产生过程通常被划分为三个子步骤。这些子步骤是通过噪声源产生噪声、远离噪声源传输噪声和噪声信号的辐射。例如，可通过阻尼的方式在噪声源处直接发生噪声的抑制。还可通过禁止或阻尼噪声的传输和/或辐射来实现抑制。然而，在很多应用中，这些努力并不会产生将收听室中的噪声级降低到可接受上限以下的期望效果。尤其可在低频范围中可观察到噪声降低方面的缺陷。此外或替代地，可采用噪声控制方法和系统，所述噪声控制方法和系统通过相消干涉的方式(即，通过将噪声信号与补偿信号叠加)来消除或至少降低辐射到收听室内的噪声。在术语“有源噪声抵消”或“有源噪声控制”(ANC)中对此类方法和系统进行了总结。虽然已知可通过抑制补偿声音信号和将被抑制使得它们相消性地干涉的噪声信号来在收听室中实现“寂静点(point of silence) ”，但是在开发成本有效的、高性能的数字信号处理器(这些可与适当数量的合适传感器和致动器一起使用)之前，合理的技术实施方式是不可行的。用于主动地抑制或降低收听室中的噪声级的当前系统(被称为“有源噪声控制”或“ANC”系统)产生具有与将被抑制的每个噪声信号振幅相同且频率相同的分量的补偿声音信号，但是该补偿声音信号相对于噪声信号具有180°的相位偏移。补偿声音信号相消性地干涉噪声信号；所述噪声因此在收听室内的至少某些位置处被消除或阻尼。实现了噪声的高阻尼的这些位置通常被称为“最佳位置(sweet spot)”。在机动车辆的情况下，术语“噪声”包括(除其它噪声外)由发动机或风扇和其机械耦接的组件的机械振动产生的噪声、当驾驶时通过风力产生的噪声和由轮胎产生的噪声。现代的机动车辆可包括诸如所谓的“后座娱乐系统”特征件，其使用布置在机动车辆的乘客舱内的多个扬声器来呈现高保真音频。为了提高声音复制的质量，必须在数字音频处理中考虑干扰噪声。除此之外，有源噪声控制的另一目标是促进坐在后座的人与坐在前座的人之间的对话。现代的ANC系统取决于数字信号处理和数字滤波器技术。可采用噪声学传感器(例如，麦克风或非声学传感器)来获取表示由噪声源产生的干扰噪声信号的电参考信号。将该参考信号反馈到自适应滤波器；随后将经滤波的参考信号提供到声学致动器(例如，扬声器)。该声学致动器产生相位与在该收听室的限定部分内(即，在最佳位置内)的噪声相反的补偿声场，因此消除或至少阻尼该收听室的限定部分内的噪声。可使用每个最佳位置中或附近的麦克风来测量残余的噪声信号。所产生的麦克风输出信号可被用作误差信号，其可被反馈到自适应滤波器，其中自适应滤波器的滤波器系数被修改，使得误差信号的模方(norm)(例如，功率)被最小化。在自适应滤波器中频繁使用的已知数字信号处理方法是对用于最小化误差信号或(更准确地来说)所述误差信号的功率的已知最小均方(LMS)方法的增强。这些增强的LMS方法包括，例如，经滤波X LMS(FXLMS)算法(或其修改版本)和相关方法，诸如滤波误差LMS(FELMS)算法。因此，表示从声学致动器(S卩，扬声器)到误差信号传感器(即，麦克风)的声学传输路径的模型用于施加FXLMS(或任何相关的)算法。从扬声器到麦克风的所述声学传输路径通常被称为ANC系统的“辅助路径”，而从噪声源到麦克风的声学传输路径通常被称为ANC系统的“主路径”。—般而言，ANC系统具有多个输入端(在每个收听位置，即最佳位置中具有至少一个误差麦克风)和多个输出端(多个扬声器)；它们因此被称为“多通道”或“MM)”(多输入/多输出)系统。在多通道的情况下，将辅助路径表示为传递函数的矩阵，每个矩阵表示收听室的从一个特定扬声器到一个特定麦克风的传递行为(包括麦克风、扬声器、放大器等的特性)。在ANC系统的操作期间，辅助路径的传递特性可能会发生变化。特定的辅助路径传递函数可能由于许多不同原因而各不相同:例如，当收听室中的收听者的数量改变时，当收听室中的人移动时，当窗户打开时等。这些变化导致实际的辅助路径传递特性与由上述LMS方法使用的模型中的传递特性之间的不匹配。这种不匹配可能导致稳定性问题，减少对噪声的阻尼，且因此导致更小的最佳位置。
技术实现思路
本文描述了一种用于确定对ANC系统中的辅助路径传递特性的估计的方法。根据本专利技术的一个实例，方法包括相对于期望的收听位置将麦克风阵列对称地定位在收听室中，并且使用布置在收听室内的扬声器复制至少一个测试信号，以产生声信号。使用麦克风阵列的麦克风测量所述声信号，以从麦克风阵列的每个麦克风获取麦克风信号，并且基于测试信号和相应的麦克风信号来为每个麦克风信号计算辅助路径传递特性的数值表示。所述方法进一步包括对辅助路径传递特性的所计算出的数值表示进行平均，以获取对将在ANC系统中使用的辅助路径传递特性的估计。【附图说明】参考以下描述和附图可更好地理解本专利技术。附图中的组件不必按比例绘制，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。此外，在图中相似的参考标号表示对应的部分。在附图中，图1是前馈结构的简化图。图2是反馈结构的简化图。图3是图示被配置来模制未知系统的自适应滤波器的基本原理的框图。图4是图示使用滤波X LMS(FXLMS)算法的单通道前馈有源噪声控制系统的框图。图5是更详细地图示图4的单通道ANC系统的框图。图6是图示两两(two-by-two)多通道ANC系统的辅助路径的框图。图7示意性地图示汽车的乘客舱中的ANC系统的安装；具体而言，图示了从第一扬声器到两个不同的收听位置的传递函数。图8图示用来获取用于计算与具体收听位置相关联的传递特性的测量数据的麦克风阵列的俯视图。图9图示图8的安装在汽车的乘客舱中的阵列的侧视图。图10是图示从使用如图8中示出的16个麦克风的麦克风阵列进行的实际测量获取结果的视图。【具体实施方式】示例性的有源噪声控制(ANC)系统改进机动车辆内部的音乐复制、语音清晰度和/或主动式耳机的操作，其中抑制不期望的噪声以提高所呈现的声信号的质量。此类有源噪声控制系统的基本原理因此基于现有的不期望干扰信号(即，噪声)与补偿信号的叠加，所述补偿信号在有源噪声控制系统的帮助下产生，且并在与不期望的干扰噪声信号相反的相位中叠加，因此产生相消干涉。在理想情况下，从而实现了不期望的噪声信号的完全消除。在前馈ANC系统中，使用与不期望的干扰噪声相关的信号(通常被称为“参考信号”)来产生被提供到补偿致动器的补偿信号。在声学ANC系统中，补偿致动器是扬声器。然而，如果补偿信号不是源自与干扰噪声相关的所测量的参考信号，而是仅源自系统响应，那么存在反馈ANC系统。也就是说，从反馈ANC系统中的系统响应来估计参考信号。在实践中，“系统”是从噪声源到期望噪声消除的收听室的总体传输路径。对从噪声源输入的噪声的“系统响应”由至少一个麦克风输出信号表示，经由控制系统将所述至少一个麦克风输出信号反馈到补偿致动器(扬声器)，从而产生抗噪声以抑制期望位置中的实际噪声信号。通过基本框图的方式，图1和图2分别图示用于产生补偿信号以至少部分补偿(或理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定对ANC系统中的辅助路径传递特性的估计的方法；所述方法包括：相对于期望的收听位置将麦克风阵列对称地定位在收听室中；使用布置在所述收听室内的扬声器来复制至少一个测试信号，以产生声信号；使用所述麦克风阵列的所述麦克风测量所述声信号，以从所述麦克风阵列的每个麦克风获取麦克风信号；基于所述测试信号和所述相应的麦克风信号，针对每个麦克风信号计算所述辅助路径传递特性的数值表示；以及对所述辅助路径传递特性的所计算出的数值表示进行平均，以获取对将在ANC系统中使用的所述辅助路径传递特性的估计。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M克里斯托夫，M沃姆，
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