具有部分地由固定响应滤波器提供的反馈响应的自适应消噪反馈控制器及方法技术

一种用于自适应消噪(ANC)系统的控制器通过使ANC系统的ANC增益与从ANC系统的换能器延伸到ANC系统的传感器的次级路径无关来简化稳定控制响应的设计，该传感器测量周围噪声。该控制器包括具有预定固定响应的固定滤波器和与固定滤波器耦合在一起的可变响应滤波器。可变响应滤波器补偿次级路径的传递函数的变化，该次级路径包括从ANC系统的换能器到ANC系统的传感器的至少一个路径，使得ANC增益与次级路径的传递函数的变化无关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有部分地由固定响应滤波器提供的反馈响应的自适应消噪反馈控制器及方法
本公开的代表性实施例的领域涉及自适应消噪(ANC)方法及系统，特别是涉及由固定传递函数反馈滤波器和可变响应滤波器提供反馈响应的ANC反馈控制器。
技术介绍
无线电话(诸如移动电话/蜂窝电话)、无绳电话以及其他消费类音频设备(诸如MP3播放器)有着广泛应用。使用麦克风来测量周围声学事件以及然后使用信号处理将抗噪信号注入到设备的输出中以消除周围声学事件，通过提供消噪，此类设备就可懂度的性能可以得到改良。在许多消噪系统中，既包括通过使用用于根据被配置成测量周围声音的基准麦克风信号生成前馈抗噪信号的前馈自适应滤波器的前馈消噪，又包括通过使用用于生成将与前馈抗噪信号合并的反馈消噪信号的固定响应反馈滤波器的反馈消噪，这是可取的。在其他消噪系统中，只提供反馈消噪。自适应反馈消噪系统包括根据传感器的输出生成抗噪信号的自适应滤波器，该输出感测待消噪声且该输出被提供给用于再现的输出换能器以消除噪声。在具有反馈消噪路径的任何ANC系统中，次级路径判定提供适当消噪所需的反馈响应的一部分，该次级路径是至少从再现由ANC系统生成的抗噪信号的输出换能器延伸到由测量待消周围噪声的输入传感器提供的输出信号的电声路径。在输出换能器和输入传感器周围的声学环境变化很大的ANC系统中，诸如在电话相对于用户耳朵的位置改变电话扬声器与用来测量周围噪声的麦克风之间的耦合的移动电话中，次级路径响应也变化。因为用于生成适当抗噪信号的反馈路径传递函数取决于次级路径响应，所以很难提供在实际实施中可能存在对于输出换能器和输入传感器之间的声学路径的所有可行配置都稳定的ANC控制器。因此，期望提供在ANC反馈系统和ANC前馈/反馈系统中稳定性改良的ANC控制器。
技术实现思路
上述提供稳定性改良的ANC控制器的目的在ANC控制器、操作方法及集成电路中达成。ANC控制器包括具有预定固定传递函数的固定滤波器和与固定滤波器耦合在一起的可变响应滤波器。固定传递函数与补偿反馈环路的稳定性有关并保持补偿反馈环路的稳定性，并且对ANC系统的ANC增益有贡献。可变响应滤波器的响应补偿次级路径的传递函数的变化，该次级路径包括从ANC系统的换能器到ANC系统的传感器的至少一个路径，使得ANC增益与次级路径的传递函数的变化无关。下面说明对根据本公开的示例性实施例进行说明。更多实施例及实施对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。本领域普通技术人员应当认识到，可以代替或结合下面讨论的实施例来应用多种等同技术，且本公开包括所有此类等同物。附图说明图1A示出无线电话10，该无线电话10是可以实现本文中所公开的技术的个人音频设备的示例；图1B示出耦合到一对耳塞EB1和EB2的无线电话10，该无线电话10是可以实现本文中所公开的技术的个人音频系统的示例；图2是图1A的无线电话10和/或耳塞EB内的电路方块图；图3A示出图1A和图1B中包括反馈声学消噪器的电学信号路径和声学信号路径；图3B示出图1A和图1B中包括混合前馈/反馈声学消噪器的电学信号路径和声学信号路径；图4A至图4D是描绘可以用来实现图2中音频集成电路20A和音频集成电路20B的ANC电路30的ANC电路的多种示例的方块图；图5A至图5F是描绘本文中所公开的ANC系统内的声学响应和电学响应的曲线图；图6是描绘可以用来实现图4A至图4D中所示的电路内的固定响应滤波器40的数字滤波器的方块图；图7是描绘可以用来实现图4A至图4D中所示的电路内的固定响应滤波器40的可替换数字滤波器的方块图；图8是描绘可以用来实现图2和图4A至图4D中所示的电路的信号处理电路及功能块的方块图。具体实施方式本公开包括可以在诸如无线电话、平板型计算机、笔记本型计算机、消噪头戴式受话器的个人音频设备中以及在其他消噪电路中实现的消噪技术及电路。个人音频设备包括ANC电路，该ANC电路用传感器测量周围声学环境并生成抗噪信号，该抗噪信号经由扬声器或其他换能器输出，以消除周围声学事件。本文中所示的示例性ANC电路包括反馈滤波器，且可包括用来根据传感器输出来生成抗噪信号的前馈滤波器。包括从换能器返回到传感器的声学路径的次级路径使围绕贯穿反馈滤波器的ANC反馈路径的反馈环路闭合，因此反馈环路的稳定性取决于次级路径的特性。次级路径涉及换能器和传感器周围以及换能器和传感器之间的结构，因此对于诸如无线电话的设备，次级路径的响应随用户以及设备相对于用户耳朵的位置而变化。为了在可变次级路径的范围内提供稳定性，本公开使用一对滤波器，一个滤波器具有固定预定响应以及另一个滤波器具有补偿次级路径变化的可变响应。固定预定响应被选定为在设备期望的次级路径响应的范围内提供稳定性，对声学消噪有贡献以及通常最大限度地增大声学消噪操作的范围。现在参照图1A，示例性无线电话10被示出为靠近人耳5。如图所示的无线电话10是可采用本文中所示的技术的设备的示例，但是应当理解，具体表现为如图所示的无线电话10或在随后图示中所示的电路的元件或配置并非全部需要实践权利要求范围。无线电话10包括诸如扬声器SPKR的换能器，该扬声器SPKR再现被无线电话10接收到的远端话音以及其他本地音频事件，诸如铃声、存储的音频节目材料、近端话音(即，无线电话10的用户的话音)、来自网页或被无线电话10接收到的其他网络通信的源以及诸如电池电量低和其他系统事件通知的声音提示。设置近话音麦克风NS来捕捉近端话音，该近端话音从无线电话10发送到其他(多个)交谈参与者。无线电话10包括将抗噪信号注入到扬声器SPKR中以提高远端话音以及由扬声器SPKR再现的其他音频的可懂度的自适应消噪(ANC)电路及特征。基准麦克风R可为测量周围声学环境而设，并被定位成远离用户嘴巴的典型位置，使得在由基准麦克风R产生的信号中最大限度地减小近端话音。可设置第三麦克风(误差麦克风E)，以当无线电话10靠近耳朵5时通过测量与由靠近耳朵5的扬声器SPKR再现的音频合并的周围音频来进一步提高ANC操作。无线电话10内的电路14可包括音频CODEC集成电路20，该音频CODEC集成电路20接收来自基准麦克风R、近话音麦克风NS和误差麦克风E的信号并与诸如包含无线电话收发器的RF集成电路12的其他集成电路相联。在本公开的一些实施例中，本文中所公开的电路及技术可并入包含控制电路以及用于实现整个个人音频设备的其他功能的单个集成电路中，诸如MP3播放器片上集成电路。在所示实施例以及其他实施例中，本文中所公开的电路及技术可部分地或全部地以具体表现为计算机可读存储介质且可由处理器电路或诸如微控制器的其他处理设备执行的软件和/或固件来实现。通常，本文中所公开的ANC技术测量撞击在误差麦克风E和/或基准麦克风R上的周围声学事件(与扬声器SPKR的输出和/或近端话音相对)。如图所示的无线电话10的ANC处理电路使根据误差麦克风E和/或基准麦克风R的输出生成的抗噪信号自适应具有最大限度地减小存在于误差麦克风E处的周围声学事件的振幅的特性。因为声学路径P(z)从基准麦克风R延伸到误差麦克风E，所以ANC电路与消除电声路径S(z)的影响相结合地有效估计声学路径P(z)。电声路径S(z)表示在特定声学环境下CODECIC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应消噪(ANC)控制器，包括：具有预定固定传递函数(B(z))的固定滤波器，该传递函数(B(z))与补偿反馈环路的稳定性有关并保持补偿反馈环路的稳定性，其中所述固定滤波器对ANC系统的ANC增益有贡献；耦合到所述固定滤波器的可变响应滤波器，其中所述可变响应滤波器的响应补偿次级路径的传递函数的变化，该次级路径包括从所述ANC系统的换能器到所述ANC系统的传感器的至少一个路径，使得所述ANC增益与所述次级路径的传递函数的变化无关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.20 US 62/207,6571.一种自适应消噪(ANC)控制器，包括：具有预定固定传递函数(B(z))的固定滤波器，该传递函数(B(z))与补偿反馈环路的稳定性有关并保持补偿反馈环路的稳定性，其中所述固定滤波器对ANC系统的ANC增益有贡献；耦合到所述固定滤波器的可变响应滤波器，其中所述可变响应滤波器的响应补偿次级路径的传递函数的变化，该次级路径包括从所述ANC系统的换能器到所述ANC系统的传感器的至少一个路径，使得所述ANC增益与所述次级路径的传递函数的变化无关。2.根据权利要求1所述的ANC控制器，其中所述固定滤波器使所述ANC增益为取决于所述预定固定传递函数的均匀反馈增益。3.根据权利要求1所述的ANC控制器，其中所述可变响应滤波器的响应是所述次级路径的传递函数的反函数。4.根据权利要求3所述的ANC控制器，其中所述可变响应滤波器的响应被控制成与所述ANC系统的自适应滤波器的控制输出一致。5.根据权利要求4所述的ANC控制器，其中所述可变响应滤波器是自适应滤波器，其中所述可变响应滤波器的响应取决于作为输入提供给所述可变响应滤波器的信号的频率成分，所述可变响应滤波器的响应施加于该信号。6.根据权利要求4所述的ANC控制器，其中所述自适应滤波器是所述ANC系统中自适应消除所述次级路径对由所述ANC系统的换能器再现的信号的分量的影响的前馈部分的自适应滤波器。7.根据权利要求1所述的ANC控制器，其中所述传感器是麦克风，所述换能器是扬声器。8.一种用于实现音频设备的至少一部分的集成电路(IC)，该音频设备包括声学消噪，所述集成电路包括：输出，用于向输出换能器提供输出信号，该输出信号包括用于抵消所述换能器的声学输出中的周围音频声音的影响的抗噪信号；至少一个麦克风输入，用于接收表示周围音频声音并包含归因于所述换能器的声学输出的分量的至少一个麦克风信号；处理电路，该处理电路自适应生成抗噪信号以减少被收听者听到的周围音频声音的存在，其中所述处理电路实现具有响应的反馈滤波器，该响应根据所述至少一个麦克风信号来生成抗噪信号的至少一部分，所述反馈滤波器包括具有预定固定传递函数(B(z))的固定滤波器和耦合到所述固定滤波器的可变响应滤波器，其中所述可变响应滤波器的响应补偿次级路径的传递函数的变化，该次级路径包括从所述换能器到所述至少一个麦克风的至少一个路径。9.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述固定滤波器使由所述反馈滤波器、所述换能器、所述至少一个麦克...

【专利技术属性】
技术研发人员：路阳，莱恩·A·赫尔曼，周大永，
申请(专利权)人：思睿逻辑国际半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB