主动噪声控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用基准信号来主动控制由噪声源发出的收听地点处的不希望有的噪声信号的系统和方法，所述基准信号具有的幅度和／或频率使得对于收听地点处的人类收听者而言，所述基准信号被不希望有的噪声信号和／或收听地点处存在的所需信号掩蔽，以便以实时的方式适应随时间变化的次级路径，使得用户不会感到被附加的人为噪声源干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别是用于汽车和耳机应用中的主动噪声控制(active noise control, ANC)，包括主动电机声音调谐(motor sound tuning, MST)。
技术介绍
噪声通常是用于表示这样的声音的术语，该声音对接收器的信息 内容没有贡献，而是被感觉为干扰了有用信号的音频质量。噪声的发 出过程可以典型地分成三个区域。这些区域是噪声的产生、其传播(发 射)及其感觉。可以看出试图成功降低噪声的尝试最初是针对噪声源 本身，例如，通过衰减并随后通过抑制噪声信号的传播来降低噪声。 尽管如此，在许多情况下仍不能将噪声信号的发射降低到所需的程度。 在这样的情况下，通过叠加补偿信号来去除不希望有的声音的构思得 到了应用。用于抵消或降低发出的噪声的已知方法和系统(ANC系统和方法) 或者用于抵消或降低不希望有的干扰信号的己知方法和系统(例如， 通过MST系统和方法)，通过生成抵消声波以叠加到不希望有的信号 上来抑制不希望有的噪声，所述抵消声波的幅度和频率值在极大程度 上与噪声信号的幅度和频率值完全相同，但是所述抵消声波的相位相 对于不希望有的信号偏移了 180度。在理想情形下，该方法充分消除 了不希望有的噪声。噪声信号的声级的目标性降低的这种效果通常被 称为破坏性干扰。在这种情况下术语噪声既指外部声学声波(诸如汽车的乘客 区域中感觉到的环境噪声或运动声音)，也指由机械振动引起的声学声 波(例如乘客区域或汽车的开动)。如果声音是不希望有的，那么它们 也被称作噪声。每当音乐或语音经由暴露于音频信号的区域(诸如汽 车的乘客空间)中的电-声系统而被转播时，信号的听觉感觉通常会被背景噪声削弱。背景噪声可能由风、引擎、轮胎、风扇及汽车中的其 它单元引起，并且因此随速度、道路条件和汽车中的运行状态而变化。在现代汽车中，所谓的后座娱乐正变得越来越流行。这是通过这 样的系统提供的，该系统提供高质量的音频信号再现并因此需要更加 关注或进一步降低所体验的噪声信号。同样地也需要通常通过耳机媒 介来将音频信号集中于单独的个人的选项。因此已知的系统和方法既 涉及汽车的乘客区域中的声场的应用，也涉及通过耳机的传输。特别地，必须考虑由于不希望有的噪声而存在于汽车中的声响— 例如从引擎或排气系统发出的分量。由引擎生成的噪声信号通常包括 大量正弦分量，这些正弦分量具有与引擎的转速直接相关的幅度和频 率值。这些频率分量既包括基频(以每秒的转数表示)的偶次和奇次谐波频率，也包括半阶倍频(half-order multiples)或副谐波 (subharmonics)。彻底的研究已经显示低的但恒定的噪声级并不总是被确实地评 估。而是，可接受的引擎噪声必须满足严格的要求。谐波音频序列特 别受到优待。由于即使对于今天的高度先进的机械引擎设计而言也不 能总是排除不谐和音，所以采用一些方法来以积极的方式主动地控制引擎噪声。这种方法被称为电机声音调谐(MST)。为了对这些系统中的声音特性进行建模，例如，采用使用不希望有的音频分量来使它们 在源头抵消的方法一例如，通过位于引擎的进气管中的扩音器来生成 声学抵消信号。还已知这样的方法，在该方法中，以类似的方式，通 过消去不希望有的噪声分量来对汽车的排气系统的声音发射进行建 模。因为现代数字信号处理和自适应滤波措施得到了利用，所以在近 年来用于降低噪声或进行声音建模的主动噪声控制方法和系统正变得 日益流行。在典型应用中，例如麦克风的输入传感器被用来得到表示 由源头生成的不希望有的噪声的信号。该信号然后被馈送到自适应滤 波器的输入端并通过滤波器特性整形为用于控制抵消激励器(例如声 学扩音器或机电振动发生器)的输出信号。扩音器或振动发生器生成 叠加到源自源头的不希望有的噪声信号或振动上的抵消波或振动。由 于在不希望有的噪声上叠加噪声控制声波而产生的观察到的剩余噪声级通过误差传感器测量，该误差传感器生成相应的误差反馈信号。该 反馈信号是用于修改自适应滤波器的参数和特性的基础以便自适应地 最小化观察到的噪声或剩余噪声信号的总体水平。反馈信号是用于该 响应信号的数字信号处理中的术语。数字信号处理中所通用的一种己知算法是用于最小化误差反馈信号的常见的最小均方(Least Mean Squares, LMS)算法的扩展所谓 的x滤波LMS算法(FxLMS， cf. WIDROW， B., STEARNS, S. D. (1985):Adaptive Signal Processing Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs， NJ， USA. ISBN 0-13-004029-0)。为了实现该算法，在主动噪声控制激励器(在当前情况下是扩音器)和误差传感器(在这种情况下是麦克风) 之间需要声学传递函数的模型。主动噪声控制激励器和误差传感器之 间的传递路径也被称为次级或误差路径，并且用于确定传递函数的相 应过程也被称为系统识别。另外，例如白噪声之类的附加宽带辅助信 号，通过使用最先进的方法从主动噪声控制激励器传递至误差传感器， 以确定用于FxLMS算法的次级路径的相关传递函数。次级路径的传递 函数的滤波器系数或者在启动ANC系统时被定义并保持恒定，或者被 自适应地调节为随时间变化的传递条件。该方法的缺点在于，取决于主要环境条件，汽车中的乘客可能会 听到特定的宽带辅助信号。该信号可能会被感觉为是干扰性的。特别 地，这种附加辅助信号将不能满足高价汽车中对用于后座娱乐的内部 声响效果和音频信号传输的质量(=最小可能噪声)提出的高要求。提供这样的方法和系统是一般的需要，该方法和系统使用于确定 FxLMS算法所需的次级路径的传递函数的测试信号对于汽车内的人类 乘客而言不能听到(并且因此是不唐突的)。
技术实现思路
提供了一种用于主动控制由噪声源发出的收听地点处的不希望有 的噪声信号的系统，其中不希望有的噪声经由具有主路径传递函数的主路径而被传输到收听地点；所述系统包括扩音器，用于发出抵消 信号以降低或抵消不希望有的噪声信号；所述抵消信号经由次级路径 从扩音器传输到收听地点；位于收听地点处的误差麦克风(E)，用于通过误差信号确定所获得的降低水平；第一自适应滤波器，用于通过使 用表示不希望有的噪声信号的信号和来自误差麦克风的误差信号，采 用适应于主路径传递函数和次级路径传递函数的商(W(ZP(Z)/S(Z))的传递函数来滤波表示不希望有的噪声信号的信号，来生成抵消信号；以及基准发生器，用于生成与来自第一自适应滤波器的抵消信号一起提供给扩音器的基准信号；所述基准信号具有的幅度和/或频率使得对 于收听地点处的人类收听者而言，所述基准信号被不希望有的噪声信 号和/或收听地点处存在的所需信号掩蔽。一种用于主动控制由噪声源发出的收听地点处的不希望有的噪声 信号的方法，其中不希望有的噪声经由具有主路径传递函数的主路径 而被传输到收听地点；所述方法包括以下步骤发出抵消信号以降低 或抵消不希望有的噪声信号；所述抵消信号经由次级路径从扩音器被 传输到收听地点；通过误差信号确定在收听地点处所获得的降低水平； 第一 自适应滤波步骤，用于通过使用表示不希望有的噪声信号的信号 和误差信号，采用适应于主路径传递函数和次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于主动控制由噪声源发出的收听地点处的不希望有的噪声信号的系统，其中不希望有的噪声经由具有主路径传递函数的主路径而被传输到所述收听地点；所述系统包括：　扩音器，用于发出抵消信号以降低或抵消所述不希望有的噪声信号；所述抵消信号经由次级路径从所述扩音器被传输到所述收听地点；　位于所述收听地点处的误差麦克风（Ｅ），用于通过误差信号确定所获得的降低水平；　第一自适应滤波器，用于通过使用表示所述不希望有的噪声信号的信号和来自所述误差麦克风的误差信号，采用适应于所述主路径传递函数的传递函数来滤波表示所述不希望有的噪声信号的信号，来生成所述抵消信号；以及　基准发生器，用于生成与来自所述第一自适应滤波器的所述抵消信号一起提供给所述扩音器的基准信号；所述基准信号具有的幅度和／或频率使得对于所述收听地点处的人类收听者而言，所述基准信号被所述不希望有的噪声信号和／或所述收听地点处存在的所需信号掩蔽。

【技术特征摘要】
EP 2007-1-16 07000818.01.一种用于主动控制由噪声源发出的收听地点处的不希望有的噪声信号的系统，其中不希望有的噪声经由具有主路径传递函数的主路径而被传输到所述收听地点；所述系统包括扩音器，用于发出抵消信号以降低或抵消所述不希望有的噪声信号；所述抵消信号经由次级路径从所述扩音器被传输到所述收听地点；位于所述收听地点处的误差麦克风(E)，用于通过误差信号确定所获得的降低水平；第一自适应滤波器，用于通过使用表示所述不希望有的噪声信号的信号和来自所述误差麦克风的误差信号，采用适应于所述主路径传递函数的传递函数来滤波表示所述不希望有的噪声信号的信号，来生成所述抵消信号；以及基准发生器，用于生成与来自所述第一自适应滤波器的所述抵消信号一起提供给所述扩音器的基准信号；所述基准信号具有的幅度和/或频率使得对于所述收听地点处的人类收听者而言，所述基准信号被所述不希望有的噪声信号和/或所述收听地点处存在的所需信号掩蔽。2. 如权利要求1所述的系统，其中所述基准信号的幅度和/或频率 由心理声学掩蔽模型单元确定，所述心理声学掩蔽模型单元对来自所 述误差麦克风的误差信号中的人类听觉的掩蔽进行建模。3. 如权利要求2所述的系统，其中所述心理声学掩蔽模型单元对 时间掩蔽进行建模。4. 如权利要求2或3所述的系统，其中所述心理声学掩蔽模型单 元对频谱掩蔽进行建模。5. 如权利要求2、 3或4中的任一项所述的系统，其中所述心理声 学掩蔽模型单元在频域中运行。6. 如权利要求1-5中的任一项所述的系统，其中所述第一自适应滤波器根据最小均方(LMS)算法进行自适应。7. 如权利要求7或8所述的系统，其中所述第一自适应滤波器根 据x滤波最小均方(filtered x-LMS)算法进行自适应。8. 如权利要求7所述的系统，还包括第二自适应滤波器，所述第 二自适应滤波器具有对所述次级路径的传递函数进行建模的传递函 数；所述第二自适应滤波器连接至所述第一自适应滤波器，用于对所 述第一自适应滤波器的自适应所使用的表示所述不希望有的噪声信号 的信号进行滤波。9. 如权利要求8所述的系统，其中所述第二自适应滤波器根据最 小均方(LMS)算法进行自适应。10. 如权利要求l-9中的任一项所述的系统，其中表示提供给所述 第一自适应滤波器的所述不希望有的噪声信号的信号得自于所述误差 信号和由所述第一自适应滤波器输出并由第三自适应滤波器滤波的信 号，所述第三自适应滤波器具有对所述次级路径的传递函数进行建模 的传递函数。11. 如权利要求10所述的系统，其中表示提供给所述第一自适应 滤波器的所述不希望有的噪声信号的信号还得自于采用第四自适应滤 波器滤波的基准信号，所述第四自适应滤波器具有对所述次级路径的 传递函数进行建模的传递函数。12. 如权利要求11所述的系统，其中所述第四自适应滤波器在频 域中运行；所述第四自适应滤波器的上游连接有时域到频域转换器， 并且所述第四自适应滤波器的下游连接有频域到时域转换器。13. 如权利要求1-12中的任一项所述的系统，其中表示提供给所 述第一自适应滤波器的所述不希望有的噪声信号的信号得自于非声学 传感器；所述非声学传感器提供传感器信号并被设置在不希望有的噪声源的附近。14. 如权利要求13所述的系统，还包括连接在所述非声学传感器 的下游的用于根据传感器信号计算基本信号的基本计算单元，以及连 接在所述基本计算单元的下游的用于根据所述基本信号生成表示所述 不希望有的噪声信号的信号的信号发生器。15. 如权利要求14所述的系统，还包括具有用于对提供给所述第一自适应滤波器的所述误差信号进行滤波的滤波器系数的带通滤波器；所述滤波器系数由连接在所述基本计算单元的下游的系数计算单 元控制。16. 如权利要求1-15中的任一项所述的系统，其中所述基准信号 包括由所需信号源提供的所需信号。17. 如权利要求1-16中的任一项所述的系统，其中由所述第一自 适应滤波器输出的信号被分成乘以加权因子的两部分信号；所述两部 分信号中的一部分信号被提供给所述扩音器，并且另一部分信号被提 供给对所述次级路径进行建模的第五自适应滤波器，所述第五自适应 滤波器的输出信号被加到所述误差信号上。18. 如权利要求17所述的系统，其中权重的总和是l。19. 如权利要求1-18中的任一项所述的系统，还包括用于对所述 主路径进行建模的第六自适应滤波器；所述第六自适应滤波器提供将 被提供给所述扩音器的输出信号，并且所述输出信号和所述基准信...

【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：DE[德国]