有源噪声控制系统技术方案

本公开是关于有源噪声控制(ANC)系统。根据本发明专利技术的一个方面，所述ANC系统包括多个麦克风和多个扬声器。每一麦克风被配置成提供表示残余噪声信号的误差信号。每一扬声器被配置成接收扬声器信号且辐射相应声学信号。所述ANC系统进一步包括自适应滤波器组，所述自适应滤波器组被供应参考信号且被配置成对所述参考信号进行滤波以提供扬声器信号作为经滤波信号。所述自适应滤波器组的滤波器特性被适配成使得成本函数最小化。所述成本函数因而表示平方误差信号的加权总和。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及有源噪声控制(ANC)系统，具体来说涉及具有可调整的阻尼行为的多通道ANC系统。
技术介绍
与有用的声音信号相比，干扰噪声是某一接收者(例如，收听者的耳朵)不希望遇到的声音。噪声和干扰声音信号的产生过程一般可以划分为三个子过程：噪声源产生噪声，噪声发射远离噪声源，以及噪声信号的辐射。噪声抑制可以例如借助于阻尼而直接在噪声源处进行。也可以通过阻止或阻尼噪声的发射和/或辐射来实现噪声抑制。越来越多地利用噪声控制方法和系统来借助于相消干涉，即通过将噪声信号与适当控制的补偿信号叠加，而消除或至少减少辐射到收听室中的噪声。以术语有源噪声消除或有源噪声控制(ANC)来概括这些系统和方法。虽然已知在收听室中通过叠加补偿声音信号与待抑制的噪声信号以使得这些信号相消地干涉可以实现“静默点”，但直到开发出可以连同足够数目的合适传感器(麦克风)和致动器(扬声器)一起使用的具成本效益的高性能数字信号处理器才可以实行合理的技术实现。当今用于有源地抑制或减少收听室中的噪声级的系统(称为“有源噪声控制”或“ANC”系统)产生的补偿声音信号具有与待抑制的噪声信号相同的振幅和相同的频率分量，但相对于噪声信号具有180°相移。补偿声音信号与噪声信号相消地干涉，且噪声信号因此至少在收听室内的某些需要的位置得到消除或阻尼。在机动车辆的情况中，术语噪声尤其涵盖由风扇、发动机和机械耦合到发动机的组件的机械振动产生的噪声，以及风和轮胎噪声。现代机动车辆可能具有例如所谓的“后座娱乐”等特征，所述特征使用布置于机动车辆的乘客舱内的多个扬声器来呈现高保真度音频。为了改善声音再生质量，在数字音频处理中可以考虑干扰噪声。除此之外，ANC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ANC系统依赖于数字信号处理和数字滤波器技术。可以采用噪声传感器(例如，麦克风)或非声学传感器(例如，耦合到机动车辆的发动机的旋转速度传感器)来获得表示由噪声源产生的干扰噪声信号的电参考信号，所述噪声源例如机动车辆的内燃机。可以将此所谓的参考信号馈送到自适应滤波器；随后将经滤波的参考信号(例如，在进一步信号处理和放大之后)供应到一个或多个声学致动器(例如，扬声器)，所述致动器产生与收听室的经界定部分内的噪声相位相反的补偿声场。因此，可以消除或至少阻尼收听室的此经界定部分内的噪声。借助于一个或多个麦克风可以测量残余噪声信号。所得的麦克风输出信号可以用作“误差信号”，所述误差信号被反馈到自适应滤波器。随后可以修改自适应滤波器的滤波器系数，使得(例如，多维)误差信号的范数(例如，功率)最小化。自适应滤波器中经常使用的已知数字信号处理方法是已知的最小均方(LMS)方法的增强，所述方法用于最小化误差信号或使误差信号的功率为精确的。这些增强型LMS方法是x滤波LMS(FXLMS)算法或其修改版本，以及例如误差滤波LMS(FELMS)算法等相关方法。使用表示从声学致动器到误差信号传感器(例如，误差麦克风)的声学路径的模型来实现FXLMS(或任何相关)算法。从扬声器到误差麦克风的此声学路径或者在多通道情况中的多个路径通常称为ANC系统的次级路径，而从噪声源到误差麦克风的声学路径通常称为ANC系统的初级路径。ANC系统通常被设计成在整个频谱操作范围中实现最大阻尼，这是通过使用上述LMS方法使误差信号的功率最小化而实现。尤其在多通道ANC系统中，噪声(即，误差信号)的残余功率可以取决于ANC系统的操作点(例如，在汽车应用的情况中取决于汽车发动机的当前旋转速度)而变化。在汽车应用中，噪声频谱较大地取决于发动机的旋转速度(以每分钟转数或rpm测得)；噪声的频谱因此通常在对应于发动机的旋转速度的基频(或相关的较高谐波)处具有最大值。在2,400rpm的旋转速度下，所述基频可以是例如40Hz(以及在3000rpm下的50Hz等等)。噪声的可实现阻尼(衰减)且因此噪声的残余功率可以取决于收听者可能感知为不愉快的基频(即，旋转速度)而变化。因此需要一种改进的ANC系统，所述系统消除或至少减轻所提到的残余噪声的变化。
技术实现思路
本文描述一种有源噪声控制(ANC)系统。根据一个实施方案，所述ANC系统包括多个麦克风。每一麦克风被配置成提供表示残余噪声信号的误差信号。所述ANC系统还包括多个扬声器，每一扬声器被配置成接收扬声器信号且辐射相应声学信号。自适应滤波器组被供应参考信号且被配置成对所述参考信号进行滤波。所述自适应滤波器组提供扬声器信号作为经滤波信号，其中所述自适应滤波器组的滤波器特性被适配成使得成本函数最小化。所述成本函数表示平方误差信号的加权总和。此外，描述一种ANC方法。根据本专利技术的另一实施方案，所述方法包括：提供参考信号，所述参考信号表示噪声源位置处的噪声；以及测量有待减少噪声的相应多个收听位置处的多个误差信号。计算成本函数，所述成本函数表示平方误差信号的加权总和。将多个扬声器信号供应到辐射对应声学信号的相应多个扬声器，所述对应声学信号与收听位置处的噪声叠加；使用自适应滤波器组对参考信号进行滤波以提供扬声器信号作为经滤波信号，其中用于滤波的滤波器特性被适配成使得成本函数最小化。而且，公开一种计算机程序产品。当在信号处理器上执行时，所述计算机程序产品实行ANC方法。根据本专利技术的另一实施方案，所述计算机控制的方法包括：提供参考信号，所述参考信号表示噪声源位置处的噪声；以及测量有待减少噪声的相应多个收听位置处的多个误差信号。计算成本函数，所述成本函数表示平方误差信号的加权总和。将多个扬声器信号供应到辐射对应声学信号的相应多个扬声器，所述对应声学信号与收听位置处的噪声叠加；使用自适应滤波器组对参考信号进行滤波以提供扬声器信号作为经滤波信号，其中用于滤波的滤波器特性被适配成使得成本函数最小化。本领域的技术人员在检阅附图和详细说明后将明了或者将变为明了其它系统、方法、特征和优点。希望所有此类额外的系统、方法、特征和优点包含在此说明内，在本专利技术的范围内，并受所附权利要求书的保护。附图简要说明参考以下说明和附图可以更好地理解系统。附图中的组件不一定按比例绘制，而是强调说明本专利技术的原理。而且，在图中，相同参考标号在不同的图中始终指定对应部分。图1是前馈结构的简化图。图2是反馈结构的简化图。图3是说明自适应滤波器的基本原理的框图。图4是说明使用x滤波LMS(FXLMS)算法的单通道有源噪声控制系统的框图。图5是更详细说明图4的单通道ANC系统的框图。图6是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源噪声控制系统，包括：多个麦克风，每一麦克风被配置成提供表示残余噪声信号的误差信号；多个扬声器，每一扬声器被配置成接收扬声器信号且辐射相应声学信号；自适应滤波器组，所述自适应滤波器组被供应参考信号且被配置成对所述参考信号进行滤波且提供所述扬声器信号作为经滤波信号，其中所述自适应滤波器组的滤波器特性被适配成使得成本函数最小化，所述成本函数表示平方误差信号的加权总和。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.16 EP 13197417.21.一种有源噪声控制系统，包括：
多个麦克风，每一麦克风被配置成提供表示残余噪声信号的误差信号；
多个扬声器，每一扬声器被配置成接收扬声器信号且辐射相应声学信号；
自适应滤波器组，所述自适应滤波器组被供应参考信号且被配置成对所述参考信号进
行滤波且提供所述扬声器信号作为经滤波信号，其中所述自适应滤波器组的滤波器特性被
适配成使得成本函数最小化，所述成本函数表示平方误差信号的加权总和。
2.如权利要求1所述的ANC系统，
其中以加权因数对每一平方误差信号进行加权，所述加权因数取决于所述误差信号的
功率电平与预定义参考电平之间的差或比率。
3.如权利要求2所述的ANC系统，
其中所述预定义参考电平取决于所述参考信号。
4.如权利要求2所述的ANC系统，
其中所述预定义参考电平取决于所述参考信号的基频。
5.如权利要求2至4中任一项所述的ANC系统，
其中在计算对应加权因数之前对所述平方误差信号进行平滑。
6.如权利要求2至5中任一项所述的ANC系统，
其中使用对数尺度计算所述差。
7.如权利要求2至6中任一项所述的ANC系统，
其中通过将转换函数应用于每一个个别的差而从相应的差计算所述加权因数。
8.一种ANC方法，包括以下操作：
提供参考信号，所述参考信号表示噪声源位置处的噪声；
测量有待减少噪声的相应多个收听位置处的多个误差信号；
计算成本函数，所述成本函数表示平方误差信号的加权总和；<...

【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