專利名稱：主動(dòng)降噪自適應(yīng)濾波的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
本說明書描述一種主動(dòng)降噪系統(tǒng)，并且更具體而言，描述一種在存在高幅度干擾噪聲的情況下降低自適應(yīng)濾波器的偏離的主動(dòng)降噪系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，一種裝置包括前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于將某位置處的聲學(xué)噪聲轉(zhuǎn)換成噪聲信號(hào)的換能器；用于確定該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度的電路；用于將該噪聲信號(hào)在該寬頻帶頻率范圍中的幅度與寬頻帶閾值進(jìn)行比較的電路；用于確定該噪聲信號(hào)在該寬頻帶頻率范圍的有限部分上的幅度的電路；用于將該噪聲信號(hào)在該寬頻帶頻率范圍的該有限部分中的幅度與有限頻率范圍閾值進(jìn)行比較的電路；以及用于在該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度超過寬頻帶閾值或者該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍的有限部分中的幅度超過有限頻率范圍閾值的情況下對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行修改的電路。用于修改噪聲信號(hào)的電路可以包括用于對(duì)施加至該噪聲信號(hào)的增益進(jìn)行修改的電路。該主動(dòng)降噪系統(tǒng)還可以包括用于對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行過濾以提供經(jīng)低通濾波的噪聲信號(hào)的低通濾波器，以及用于向用于在寬頻帶頻率范圍的有限部分中比較噪聲信號(hào)的電路提供經(jīng)低通濾波的噪聲信號(hào)的電路。主動(dòng)降噪還可以包括用于對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行過濾以提供經(jīng)帶通濾波的噪聲信號(hào)的帶通濾波器，以及用于向用于在寬頻帶頻率范圍的有限部分中比較噪聲信號(hào)的電路提供經(jīng)帶通濾波的噪聲信號(hào)的電路。該主動(dòng)降噪系統(tǒng)可以用于降低交通工具艙室中的聲學(xué)噪聲。寬頻帶閾值可以不同于有限頻率范圍閾值。在另一方面，一種裝置包括前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括交通工具艙室；用于將該交通工具艙室中的聲學(xué)噪聲轉(zhuǎn)換成噪聲信號(hào)的換能器；用于確定該噪聲信號(hào)在頻率范圍的有限部分中的幅度的電路；用于將該噪聲信號(hào)在該頻率范圍的該有限部分中的幅度與有限頻率范圍閾值進(jìn)行比較的電路；以及用于在該噪聲信號(hào)在頻率范圍的有限部分中的幅度超過該有限頻率范圍閾值的情況下對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行修改的電路。該主動(dòng)降噪系統(tǒng)還可以包括用于確定該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍上的幅度的電路；用于將該噪聲信號(hào)在該寬頻帶頻率范圍中的幅度與寬頻帶閾值進(jìn)行比較的電路；以及用于在該噪聲信號(hào)在頻率范圍的有限部分中的幅度超過有限頻率范圍閾值或者該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度超過寬頻帶閾值的情況下對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行修改的電路。寬頻帶范圍閾值可以不同于有限頻率范圍閾值。用于修改噪聲信號(hào)的電路可以包括用于對(duì)施加至該噪聲信號(hào)的增益進(jìn)行修改的電路。該主動(dòng)降噪系統(tǒng)還可以包括用于對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行過濾以提供經(jīng)低通濾波的噪聲信號(hào)的低通濾波器，以及用于向用于在頻率范圍的有限部分中比較噪聲信號(hào)的電路提供經(jīng)低通濾波的噪聲信號(hào)的電路。該主動(dòng)降噪系統(tǒng)還可以包括用于對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行過濾以提供經(jīng)帶通濾波的噪聲信號(hào)的帶通濾波器，以及用于向用于在頻率范圍的有限部分中比較噪聲信號(hào)的電路提供經(jīng)帶通濾波的噪聲信號(hào)的電路。
在又一方面，一種用于操作用以降低噪聲的前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)的方法，包括檢測(cè)某位置處的聲能；將聲學(xué)噪聲轉(zhuǎn)換成噪聲信號(hào)；確定該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度；將該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度與寬頻帶閾值進(jìn)行比較；確定該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍的有限部分上的幅度；將該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍的有限部分中的幅度與有限頻率范圍閾值進(jìn)行比較；以及如果該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度超過寬頻帶閾值或者該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍的有限部分中的幅度超過有限頻率范圍閾值， 則對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行修改。對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行修改可以包括修改施加至該噪聲信號(hào)的增益。 用于操作主動(dòng)降噪系統(tǒng)的方法還可以包括在寬頻帶頻率范圍的有限部分中對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行比較之前對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行低通濾波。用于操作主動(dòng)降噪系統(tǒng)的方法還可以包括在寬頻帶頻率范圍的有限部分中對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行比較之前對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行帶通濾波。所述位置為交通工具艙室。寬頻帶閾值可以不同于有限頻率范圍閾值。在另一方面，一種用于操作前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)的方法，包括將交通工具艙室中的聲學(xué)噪聲轉(zhuǎn)換成噪聲信號(hào)；確定該噪聲信號(hào)在頻率范圍的有限部分中的幅度；將該噪聲信號(hào)在頻率范圍的有限部分中的幅度與有限頻率范圍閾值進(jìn)行比較；以及如果該噪聲信號(hào)在頻率范圍的有限部分中的幅度超過該有限頻率范圍閾值，則對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行修改。用于操作主動(dòng)降噪系統(tǒng)的方法還可以包括確定該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍上的幅度；將該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度與寬頻帶閾值進(jìn)行比較；以及如果該噪聲信號(hào)在頻率范圍的有限部分中的幅度超過有限頻率范圍閾值或者該噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度超過寬頻帶閾值，則對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行修改。對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行修改可以包括修改施加至該噪聲信號(hào)的增益。用于操作主動(dòng)降噪系統(tǒng)的方法還可以包括在頻率范圍的有限部分中對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行比較之前對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行低通濾波。用于操作主動(dòng)降噪系統(tǒng)的方法還可以包括在頻率范圍的有限部分中對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行比較之前對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行帶通濾波。有限頻率范圍閾值可以不同于寬頻帶閾值。在聯(lián)系以下附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將從中顯現(xiàn)。在附圖中


圖IA和圖IB為主動(dòng)降噪系統(tǒng)的框圖；圖2為主動(dòng)降噪系統(tǒng)的一部分的操作的框圖；圖3至圖7為幅度與頻率間關(guān)系的描繪；以及圖8為主動(dòng)降噪系統(tǒng)的操作的一部分的邏輯框圖。
具體實(shí)施例方式雖然附圖的若干圖示的元件可被顯示及描述為框圖中的分立元件和可以被稱為 “電路”，但除非另外注明，否則這些元件可以實(shí)現(xiàn)為模擬電路、數(shù)字電路或者一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行軟件指令的微處理器中之一或者其組合。軟件指令可以包括數(shù)字信號(hào)處理(DSP)指令。 除非另外注明，否則信號(hào)線可以實(shí)現(xiàn)為分立的模擬或數(shù)字信號(hào)線。多個(gè)信號(hào)線可以伴隨適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理而實(shí)現(xiàn)為一個(gè)分立的數(shù)字信號(hào)線用以對(duì)單獨(dú)的音頻信號(hào)流進(jìn)行處理，或者實(shí)現(xiàn)為無線通信系統(tǒng)的元件。某些處理操作可以通過對(duì)系數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用來表示。對(duì)系數(shù)的計(jì)算及應(yīng)用的等價(jià)操作可由其他模擬或DSP技術(shù)來執(zhí)行，并且包含在本專利申請(qǐng)的范圍之內(nèi)。除非另外注明，否則音頻信號(hào)可以以數(shù)字形式或模擬形式進(jìn)行編碼；常規(guī)數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器可不在電路圖中示出。本說明書描述主動(dòng)降噪系統(tǒng)。主動(dòng)降噪系統(tǒng)通常旨在用于消除不期望的噪聲(即，目標(biāo)是零噪聲)。然而，在實(shí)際的降噪系統(tǒng)中不期望的噪聲得到衰減，但并未達(dá)到完全降噪。在本說明書中，“趨零驅(qū)動(dòng)(driving toward zero) ”意指主動(dòng)降噪系統(tǒng)的目標(biāo)是零噪聲，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，實(shí)際結(jié)果為顯著衰減，而非完全消除。參照?qǐng)D1A，其示出了前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)的框圖。通信路徑38耦合至降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19，用于向該降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器呈送參考頻率F。降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器耦合至濾波器22和自適應(yīng)濾波器16。濾波器22耦合至系數(shù)計(jì)算器20。輸入換能器M耦合至控制塊37并且耦合至系數(shù)計(jì)算器20，系數(shù)計(jì)算器20轉(zhuǎn)而雙向耦合至泄漏調(diào)節(jié)器18和自適應(yīng)濾波器16。自適應(yīng)濾波器16通過功率放大器沈耦合至輸出換能器觀?？刂茐K37耦合至泄漏調(diào)節(jié)器18?？蛇x地，可以存在與系數(shù)計(jì)算器20耦合的附加輸入換能器24’，并且可選地， 自適應(yīng)濾波器16可以耦合至泄漏調(diào)節(jié)器18。如果存在附加輸入換能器M’，則通常將存在對(duì)應(yīng)的濾波器23、25。在工作中，參考頻率，或者可以從中導(dǎo)出參考頻率的信息，被提供給降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19。降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器生成發(fā)往濾波器22和發(fā)往自適應(yīng)濾波器16的降噪信號(hào)， 其形式可以是周期性信號(hào)，如具有與引擎速度有關(guān)的頻率分量的正弦曲線。輸入換能器M 監(jiān)測(cè)具有與參考頻率有關(guān)的頻率分量的周期性振動(dòng)能，并將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成噪聲信號(hào)(有時(shí)亦稱“錯(cuò)誤信號(hào)”，為簡(jiǎn)便起見，下文稱為噪聲信號(hào))，該噪聲信號(hào)被提供給系數(shù)計(jì)算器20。 系數(shù)計(jì)算器20確定針對(duì)自適應(yīng)濾波器16的系數(shù)。自適應(yīng)濾波器16使用來自系數(shù)計(jì)算器 20的系數(shù)，修改來自降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19的消噪?yún)⒖夹盘?hào)的幅度和/或相位并且將經(jīng)修改的消噪信號(hào)提供給功率放大器26。降噪信號(hào)由功率放大器沈進(jìn)行放大，并且由輸出換能器觀轉(zhuǎn)換成振動(dòng)能?？刂茐K37例如通過激活或去激活主動(dòng)降噪系統(tǒng)或者通過調(diào)節(jié)噪聲衰減量來控制主動(dòng)降噪元件的操作。自適應(yīng)濾波器16、泄漏調(diào)節(jié)器18以及系數(shù)計(jì)算器20重復(fù)地和遞歸地進(jìn)行操作，以提供一連串濾波器系數(shù)，該一連串濾波器系數(shù)使得自適應(yīng)濾波器16對(duì)信號(hào)進(jìn)行修改，該信號(hào)在被轉(zhuǎn)換成周期性振動(dòng)能時(shí)，衰減由輸入換能器M檢測(cè)到的振動(dòng)能。濾波器22，其可由傳遞函數(shù)H(S)表征，對(duì)主動(dòng)降噪系統(tǒng)的組件(包括功率放大器沈和輸出換能器觀)以及該系統(tǒng)操作所處的環(huán)境對(duì)輸入換能器M所轉(zhuǎn)換的能量的影響做出補(bǔ)償。輸入換能器對(duì)、24’可以是許多類型的將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或者數(shù)字編碼信號(hào)的器件(諸如，加速計(jì)、麥克風(fēng)、壓電器件等等)中之一。如果存在不止一個(gè)輸入換能器對(duì)、 24’，則來自換能器的經(jīng)過濾輸入可以諸如通過求平均的方式組合，或者來自一個(gè)換能器的輸入的權(quán)重可以重于其他輸入。濾波器22、系數(shù)計(jì)算器20、泄漏調(diào)節(jié)器18以及控制塊37 可以實(shí)現(xiàn)成由微處理器(諸如DSP器件)執(zhí)行的指令。輸出換能器觀可以是許多提供周期性振動(dòng)能的機(jī)電器件或者電聲器件(諸如馬達(dá)或者聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器)中之一。參照?qǐng)D1B，其示出了包括圖IA的前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)的元件的框圖。圖IB的前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)被實(shí)現(xiàn)為交通工具艙室中的主動(dòng)聲音降噪系統(tǒng)，但其還可以被配置用于在諸如房間或者控制臺(tái)之類的封閉空間中使用，或者用于在諸如放下頂蓬的敞篷車、打開車窗的車輛或者在非封閉空間中操作的機(jī)器之類的非封閉環(huán)境中使用。圖IB的系統(tǒng)還包括音頻娛樂或通信系統(tǒng)的元件。舉例而言，如果圖IB的系統(tǒng)在諸如客車、廂式貨車、卡車、運(yùn)動(dòng)多用途運(yùn)載車、工程或農(nóng)業(yè)車輛、軍用車輛或者飛機(jī)之類的交通工具內(nèi)的艙室中實(shí)現(xiàn)，則音頻娛樂或通信系統(tǒng)可以與交通工具相關(guān)聯(lián)。娛樂音頻信號(hào)處理器10可操作地耦合至信號(hào)線40以接收娛樂音頻信號(hào)和/或娛樂系統(tǒng)控制信號(hào)C，并且耦合至組合器14并且可以耦合至泄漏調(diào)節(jié)器18。降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19可操作地耦合至信號(hào)線38以及耦合至自適應(yīng)濾波器16和艙室濾波器22’，該艙室濾波器22’對(duì)應(yīng)于圖IA的濾波器22。自適應(yīng)濾波器 16耦合至組合器14、系數(shù)計(jì)算器20，并且可選地可以直接耦合至泄漏調(diào)節(jié)器18。系數(shù)計(jì)算器20耦合至艙室濾波器22’、泄漏調(diào)節(jié)器18以及麥克風(fēng)M”，該麥克風(fēng)M”對(duì)應(yīng)于圖IA的輸入換能器M、24’。組合器14耦合至功率放大器沈，該功率放大器沈耦合至聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器觀’，該聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器觀’對(duì)應(yīng)于圖IA的輸出換能器觀?？刂茐K37可操作地耦合至泄漏調(diào)節(jié)器18并且耦合至麥克風(fēng)對(duì)”。在許多交通工具中，娛樂音頻信號(hào)處理器10耦合至多個(gè)組合器14，其中每個(gè)組合器都耦合至功率放大器沈和聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器28’。多個(gè)組合器14、功率放大器沈和聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器觀’中的每一個(gè)可以通過諸如放大器和組合器之類的元件耦合至多個(gè)自適應(yīng)濾波器16中之一，該多個(gè)自適應(yīng)放大器16中的每一個(gè)具有與其相關(guān)聯(lián)的泄漏調(diào)節(jié)器18、系數(shù)計(jì)算器20和艙室濾波器22。單個(gè)的自適應(yīng)濾波器16、相關(guān)的泄漏調(diào)節(jié)器18以及系數(shù)計(jì)算器20可以修改向不止一個(gè)聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器呈送的消噪信號(hào)。為簡(jiǎn)單起見，僅示出了一個(gè)組合器14、一個(gè)功率放大器沈和一個(gè)聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器 28'0每個(gè)麥克風(fēng)Μ”可以耦合至不止一個(gè)系數(shù)計(jì)算器20。娛樂音頻信號(hào)處理器10、降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19、自適應(yīng)濾波器16、艙室濾波器 22’、系數(shù)計(jì)算器20、泄漏調(diào)節(jié)器18、控制塊37以及組合器14的全部或者其中的一些可以實(shí)現(xiàn)成由一個(gè)或多個(gè)微處理器或DSP芯片執(zhí)行的軟件指令。功率放大器沈和微處理器或 DSP芯片可以是放大器30的組件。在操作中，圖IB的某些元件進(jìn)行操作以向交通工具乘員提供音頻娛樂以及音頻呈現(xiàn)的信息(諸如導(dǎo)航指令、聲音警告指標(biāo)、蜂窩電話傳輸、操作信息[例如，低燃油量指示]等等)。來自信號(hào)線40的娛樂音頻信號(hào)由娛樂音頻信號(hào)處理器10進(jìn)行處理。經(jīng)處理的音頻信號(hào)在組合器14處與主動(dòng)降噪信號(hào)(稍后描述)相組合。經(jīng)組合的信號(hào)由功率放大器26進(jìn)行放大并且由聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器28’轉(zhuǎn)換成聲能。圖IB的某些元件進(jìn)行操作以主動(dòng)地降低交通工具艙室中由交通工具引擎及其他噪聲源導(dǎo)致的噪聲。引擎速度信號(hào)Ε，其通常表示為指示引擎轉(zhuǎn)速(亦稱每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)或者RPM)的脈沖，被提供給降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19，該降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19根據(jù)
f{Hz) 二 mgme -帥―來確定參考頻率。與該參考頻率有關(guān)的信號(hào)被提供給艙室濾波
器22’。降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19生成消噪信號(hào)，其形式可以是周期性信號(hào)，諸如具有與引擎速度的諧波有關(guān)的頻率分量的正弦曲線。消噪信號(hào)被提供給自適應(yīng)濾波器16并且同時(shí)提供給艙室濾波器22’。麥克風(fēng)M”將交通工具艙室中的聲能(其中聲能可以包括與娛樂音頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的聲能)轉(zhuǎn)換成噪聲音頻信號(hào)，該噪聲音頻信號(hào)被提供給系數(shù)計(jì)算器20。系數(shù)計(jì)算器20對(duì)自適應(yīng)濾波器16的系數(shù)進(jìn)行修改。自適應(yīng)濾波器16使用該系數(shù)來修改來自降噪?yún)⒖夹盘?hào)發(fā)生器19的消噪信號(hào)的幅度和/或相位，并將經(jīng)修改的消噪信號(hào)提供給信號(hào)組合器14。一些電聲元件(例如，聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器觀’、功率放大器沈、麥克風(fēng)對(duì)”以及降噪系統(tǒng)操作所處的環(huán)境)的組合效應(yīng)可由傳遞函數(shù)H(S)表征。艙室濾波器22’將傳遞函數(shù) H(S)模型化并且對(duì)其做出補(bǔ)償。下面將要描述泄漏調(diào)節(jié)器18和控制塊37的操作。自適應(yīng)濾波器16、泄漏調(diào)節(jié)器18以及系數(shù)計(jì)算器20重復(fù)地和遞歸地進(jìn)行操作，以提供一連串濾波器系數(shù)，該一連串濾波器系數(shù)使得自適應(yīng)濾波器16對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行修改， 該音頻信號(hào)在由聲學(xué)驅(qū)動(dòng)器28’輻射時(shí)，將麥克風(fēng)24”所檢測(cè)到的信號(hào)的特定頻譜分量的量值驅(qū)動(dòng)至某一期望值。特定頻譜分量通常對(duì)應(yīng)于導(dǎo)出自引擎速度的頻率的固定倍數(shù)。特定期望值可以是零，但也可以是如下文所述的某個(gè)其他值。圖IA和圖IB的元件還可以被復(fù)制并且用于生成及修改針對(duì)不止一個(gè)頻率的降噪信號(hào)。針對(duì)其他頻率的降噪信號(hào)以與上文所述相同的方式被生成和修改。來自娛樂音頻信號(hào)源的音頻信號(hào)的內(nèi)容包括常規(guī)音頻娛樂，舉例而言，諸如音樂、 國際互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)字化的日常電臺(tái)討論廣播(talk radio)、新聞及體育廣播、關(guān)聯(lián)于多媒體娛樂的音頻等，并且如上文所述，可以包括諸如導(dǎo)航指令、來自蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)的音頻傳輸、關(guān)聯(lián)于交通工具的操作的警告信號(hào)以及關(guān)于交通工具的操作信息之類的音頻信息形式。娛樂音頻信號(hào)處理器可以包括立體聲和/或多聲道音頻處理電路。自適應(yīng)濾波器16和系數(shù)計(jì)算器20可以一同實(shí)現(xiàn)為諸如η-抽頭延遲線、Leguerre濾波器、有限脈沖響應(yīng)(FIR) 濾波器等之類的若干濾波器類型中之一。自適應(yīng)濾波器可以使用諸如最小均方(LMQ自適應(yīng)方案、歸一化LMS方案、塊LMS方案或者塊離散傅立葉變換方案等之類的若干類型的自適應(yīng)方案中之一。組合器14不一定是物理元件，而是可以實(shí)現(xiàn)為信號(hào)的加和。雖然將自適應(yīng)濾波器16示為單個(gè)元件，但其可以包括不止一個(gè)濾波器元件。在圖 IB的系統(tǒng)的某些實(shí)施方式中，自適應(yīng)濾波器16包括2個(gè)HR濾波器元件，各一個(gè)用于正弦函數(shù)和余弦函數(shù)，二者的正弦輸入均為同一頻率，每個(gè)FIR濾波器使用采用單個(gè)抽頭的LMS
自適應(yīng)方案以及可以與音頻頻率采樣率r(例如相關(guān)的采樣率。適于由系數(shù)計(jì)算器20
使用的自適應(yīng)算法可見于 Adaptive Filter Theory (4th Edition by Simon Haykin, ISBN 0130901261)。許多交通工具中主動(dòng)降噪系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于衰減處于參考頻率的引擎噪聲。有時(shí)以下與引擎無關(guān)的事件(例如駛過大的隆包)或條件(例如打開的車窗)可能導(dǎo)致在參考頻率上具有大量聲能的高幅度干擾噪聲。高幅度干擾噪聲可以是非相關(guān)的或者寬頻帶的或者二者皆然，并且通常是與引擎的操作不相關(guān)的某些事件或條件導(dǎo)致的結(jié)果。源于導(dǎo)致高幅度干擾噪聲的事件或條件的、由輸入換能器M或?qū)Α瘷z測(cè)到的噪聲信號(hào)的部分可能如引擎所導(dǎo)致的噪聲信號(hào)的部分一樣大，或者甚至更大。這可能使得自適應(yīng)系統(tǒng)偏離，從而造成不期望的聽覺假象。圖2示出了用于防止在參考頻率處具有聲能的高幅度干擾噪聲所造成的系統(tǒng)偏離的主動(dòng)降噪系統(tǒng)的操作的框圖。(圖IA的)輸入換能器24(或者圖IB的輸入換能器 24’ )通過噪聲信號(hào)調(diào)節(jié)器102耦合至系數(shù)計(jì)算器20。(輸入換能器M和系數(shù)計(jì)算器20 在圖IA/圖IB和圖2中在空間上是反轉(zhuǎn)的；然而，邏輯布置在圖IA/圖IB和圖2中是相同的)。在操作中，噪聲信號(hào)調(diào)節(jié)器102從輸入換能器M接收噪聲或錯(cuò)誤信號(hào)N，并且在塊104處確定在該噪聲信號(hào)中是否存在高幅度干擾噪聲。如果存在高幅度干擾噪聲，則在塊106處以使得自適應(yīng)系統(tǒng)不偏離的方式對(duì)該噪聲信號(hào)進(jìn)行修改，并將噪聲信號(hào)N’呈送給系數(shù)計(jì)算器。如果在步驟104處不存在高幅度干擾噪聲，則將噪聲信號(hào)呈送給系數(shù)計(jì)算器以便主動(dòng)降噪系統(tǒng)正常工作。在一個(gè)實(shí)施方式中，塊102、104和106由執(zhí)行DSP所執(zhí)行的軟件指令來進(jìn)行，并且在塊106處對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行的修改包括修改施加至噪聲信號(hào)的增益，這可以包括將增益設(shè)置為一(從而使信號(hào)即不被放大也不被衰減)或者將增益設(shè)置為零(從而將噪聲信號(hào)設(shè)置為零)。確定是否存在高幅度干擾噪聲的一種方法是測(cè)量噪聲信號(hào)的寬頻帶幅度以及確定該寬頻帶幅度是否高于閾值。該方法在圖3中得以說明。曲線108A按照頻率表示引擎噪聲的最高預(yù)期幅度。最高預(yù)期幅度曲線可以憑經(jīng)驗(yàn)確定。引擎噪聲通常為參考頻率的已知諧波處的窄頻帶。曲線IlOA表示噪聲信號(hào)。曲線112A表示閾值幅度。如果噪聲信號(hào)的幅度高于閾值112A，則確定存在高幅度干擾噪聲。如果噪聲信號(hào)的幅度低于閾值幅度，則確定不存在高幅度干擾噪聲。然而在某些情況下，可能難以設(shè)置閾值幅度。例如在圖4中，如果引擎噪聲的最高預(yù)期幅度曲線(由曲線108B表示)具有相對(duì)于噪聲信號(hào)(由曲線IlOB表示)較高的峰值，則可能難以設(shè)置可準(zhǔn)確確定高幅度干擾噪聲存在與否的閾值。如果將閾值設(shè)置在水平 112B(這對(duì)于由曲線107B表示的典型引擎噪聲曲線是適當(dāng)?shù)?，則即使在高幅度干擾噪聲不存在的情況下仍然可能確定其存在。如果將閾值設(shè)置在水平113B(這對(duì)于最高預(yù)期幅度曲線108B是適當(dāng)?shù)?，則即使在高幅度干擾噪聲存在的情況下仍然可能確定其不存在。圖5圖示了可以在其中引擎噪聲的最高幅度(在圖5中由曲線108C表示)幾乎同干擾噪聲的幅度一樣大或者更大的情況下使用的、確定是否存在高幅度干擾噪聲的方法。 圖5的方法在干擾噪聲(由曲線IlOC表示)相對(duì)為窄頻帶或者在引擎噪聲的第一峰值以下或者在引擎噪聲的峰值幅度之間的頻率處具有高幅度或者二者皆然的情況下最為有效。 噪聲信號(hào)以頻率Π與f2之間的通頻帶被帶通濾波，或者以截?cái)囝l率f3被低通濾波，其中頻率fl和f2位于引擎噪聲的幅度峰值之間，頻率f3位于引擎噪聲的第一幅度峰值以下。 帶限噪聲的幅度被與可以低于寬頻帶閾值113C的頻帶閾值112C進(jìn)行比較，該寬頻帶閾值 113C可以與圖4的寬頻帶閾值11 相同并且甚至可以低于引擎噪聲的峰值幅度。如果幅度高于頻帶閾值，則確定存在高幅度干擾噪聲。通常情況下，低通濾波器方法比帶通濾波器方法更易于實(shí)現(xiàn)。對(duì)于帶通方法而言，由于出現(xiàn)峰值的頻率可能隨諸如引擎速度等條件而改變，因此峰值之間的頻率fl和f2也可能發(fā)生改變。雖然以上的說明采用了低通濾波器或者帶通濾波器，但是也可以使用其他檢測(cè)帶限能量的方法，例如快速傅立葉變換(FFT) 或者最小均方(LMQ濾波器等。在圖6的情況中，引擎噪聲曲線108D類似于圖5的引擎噪聲108C。然而，高幅度干擾噪聲IlOD在頻率f3以下不具有高聲能水平，但卻在引擎噪聲的最高預(yù)期幅度的頻率處具有高聲能水平。如果將圖5的方法應(yīng)用于圖6的情況，則即使在高幅度干擾噪聲存在的情況下仍然可能確定其不存在。在圖6的情況中(如引擎噪聲曲線108D和干擾噪聲曲線IlOD所指示)，高幅度干擾噪聲的存在可由圖7中圖形顯示并于圖8中邏輯呈現(xiàn)的方法準(zhǔn)確確定。圖7和圖8的方法同時(shí)包括圖6的頻帶閾值112D和寬頻帶閾值113D。圖8的高噪聲確定塊104同時(shí)包括圖3(寬頻帶閾值，塊110)和圖5 (頻帶閾值，塊108)的確定方法。如果任一個(gè)閾值被超過， 則確定存在高幅度干擾噪聲。如果任何閾值均未被超過，則確定不存在高幅度干擾噪聲。 圖8示出了塊104的邏輯的效果。存在產(chǎn)生相同結(jié)果的等效過程；舉例而言，決策塊110可以位于決策塊108之前，或者可將噪聲信號(hào)并行地呈送給塊108和110，并且決策塊108和 110的輸出由OR運(yùn)算器進(jìn)行處理。在塊108之前，可對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行低通濾波(如低通濾波器109所指示)或者帶通濾波以促進(jìn)與閾值進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施方式中，采用低通濾波器，以20Hz的截?cái)囝l率、0. 1的低頻閾值和0. 3 的寬頻帶閾值，對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波，其中1.0表示120dB SPL信號(hào)水平。其他實(shí)施方式可以具有不同的閾值，并且1. 0表示其他信號(hào)水平，并且低通濾波器可以具有某些其他截?cái)囝l率。圖7和圖8的高噪聲確定塊可以擴(kuò)展以包括用于確定是否存在高幅度干擾噪聲的 2個(gè)以上的測(cè)試以及不同的邏輯布置。返回圖2，如果確定存在高幅度干擾噪聲，則在塊106處對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行修改。修改噪聲信號(hào)從而使自適應(yīng)濾波器不偏離的一種方法是在一段時(shí)間(例如，100毫秒)內(nèi)降低麥克風(fēng)的增益。修改噪聲信號(hào)的其他方法包括帶限衰減。降低麥克風(fēng)增益的后果是自適應(yīng)系統(tǒng)“滑翔(coast) ”，亦即，其連續(xù)輸出抵消信號(hào)，但并不試圖適應(yīng)于抵消干擾噪聲。在不偏離本發(fā)明概念的情況下可以對(duì)在此公開的特定裝置和技術(shù)做出多種使用或者對(duì)其做出新的發(fā)展。因此，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在此公開的每個(gè)新穎特征以及新穎特征組合，并且僅由隨附權(quán)利要求的精神和范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括 前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)，包括換能器，用于將某位置處的聲學(xué)噪聲轉(zhuǎn)換成噪聲信號(hào)； 用于確定所述噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍的有限部分上的幅度的電路； 用于將所述噪聲信號(hào)在所述寬頻帶范圍的所述有限部分中的幅度與有限頻率范圍閾值進(jìn)行比較的電路；以及用于在所述噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍的所述有限部分中的幅度超過所述有限頻率范圍閾值的情況下對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行修改的電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括用于確定所述噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍上的幅度的電路； 用于將所述噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍中的幅度與寬頻帶閾值進(jìn)行比較的電路； 用于在所述噪聲信號(hào)在頻率范圍的所述有限部分中的幅度超過所述有限頻率范圍閾值或者所述噪聲信號(hào)在所述寬頻帶頻率范圍中的幅度超過所述寬頻帶閾值的情況下對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行修改的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述用于修改所述噪聲信號(hào)的電路包括用于對(duì)施加至所述噪聲信號(hào)的增益進(jìn)行修改的電路。
4.根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的裝置，還包括用于對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波以提供經(jīng)低通濾波的噪聲信號(hào)的低通濾波器；以及用于向所述用于在所述寬頻帶頻率范圍的所述有限部分中比較所述噪聲信號(hào)的電路提供所述經(jīng)低通濾波的噪聲信號(hào)的電路。
5.根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的裝置，還包括用于對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波以提供經(jīng)帶通濾波的噪聲信號(hào)的帶通濾波器；以及用于向所述用于在所述寬頻帶頻率范圍的所述有限部分中比較所述噪聲信號(hào)的電路提供所述經(jīng)帶通濾波的噪聲信號(hào)的電路。
6.根據(jù)任一上述權(quán)利要求所述的裝置，其中所述主動(dòng)降噪系統(tǒng)用于降低交通工具艙室中的聲學(xué)噪聲。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述寬頻帶閾值不同于所述有限頻率范圍閾值。
8.一種用于操作前饋主動(dòng)降噪系統(tǒng)的方法，包括 將交通工具艙室中的聲學(xué)噪聲轉(zhuǎn)換成噪聲信號(hào)；確定所述噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍的有限部分上的幅度；將所述噪聲信號(hào)在所述寬頻帶頻率范圍的有限部分中的幅度與有限頻率范圍閾值進(jìn)行比較；以及如果所述噪聲信號(hào)在所述寬頻帶頻率范圍的所述有限部分中的幅度超過所述有限頻率范圍閾值，則對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行修改。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括確定所述噪聲信號(hào)在寬頻帶頻率范圍上的幅度；將所述噪聲信號(hào)在所述寬頻帶頻率范圍中的幅度與寬頻帶閾值進(jìn)行比較；以及如果所述噪聲信號(hào)在所述頻率范圍的所述有限部分中的幅度超過所述有限頻率范圍閾值或者所述噪聲信號(hào)在所述寬頻帶頻率范圍中的幅度超過所述寬頻帶閾值，則對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行修改。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或者權(quán)利要求9所述的方法，其中所述修改所述噪聲信號(hào)包括對(duì)施加至所述噪聲信號(hào)的增益進(jìn)行修改。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至權(quán)利要求10中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在所述寬頻帶頻率范圍的所述有限部分中比較所述噪聲信號(hào)之前對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行低通濾波。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至權(quán)利要求11中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在所述寬頻帶頻率范圍的所述有限部分中比較所述噪聲信號(hào)之前對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行帶通濾波。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至權(quán)利要求12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述位置為交通工具艙室之中。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至權(quán)利要求13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述寬頻帶閾值不同于所述有限頻率范圍閾值。
全文摘要
一種主動(dòng)降噪系統(tǒng)，其在存在高幅度干擾噪聲的情況下降低偏離的發(fā)生率。有限頻率范圍閾值被建立起來。
文檔編號(hào)G10K11/178GK102356426SQ201080012470
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者D·W·潘 申請(qǐng)人:伯斯有限公司