正弦有源噪声降噪系统中的不稳定性检测和校正的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及正弦噪声的有源消除。
【背景技术】
[0002]正弦噪声消除系统是用于降低或消除一个或多个正弦噪声分量的有源降噪系统。正弦噪声消除系统使用一个或多个差错麦克风作为输入换能器。与要被消除的噪声有关的参考信号(例如，具有与设备的生成噪声的旋转速率有关的频率分量的正弦)被输入到自适应滤波器。自适应滤波器的输出被施加到产生声音的一个或多个换能器(即扬声器)。为了消除正弦噪声，扬声器的输出需要具有与差错麦克风位置处的正弦信号相等的幅度和频率、但是不同的相位。自适应滤波器可以改变参考信号的幅度和/或频率，目的在于将输出收敛至差错麦克风处的正弦噪声，以便将麦克风信号降低至零。自适应滤波器适应性地调整它的内部滤波器系数以便生成被计算用以消除正弦噪声的输出信号。该系统的目的是要消除在感兴趣的一个或多个频率处的麦克风信号。
[0003]正弦噪声消除系统可以在期望消除通过旋转设备而产生的正弦噪声的任何情况中使用。一些应用包括机动车辆，在其中这些系统被用于降低或消除车厢中的正弦(例如，谐波)噪声。噪声源可以包括发动机和螺桨轴(prop shaft)，其产生可能期望被消除的谐波。在机动车辆中的正弦噪声源还包括其他旋转设备，诸如空调压缩机或者轮胎。
[0004]在某些情况中，这些正弦噪声消除系统可能变得不稳定并且使得被设计为消除正弦噪声的扬声器声音输出水平分散。这样的不稳定的正弦噪声消除系统可能产生大且显著的违像(artifact)。这样的不稳定性的一个原因可以是(多个)扬声器到差错麦克风传递函数中的变化。
【发明内容】
[0005]在校正不稳定性、诸如针对旋转设备(诸如机动车辆中的发动机和传动轴)的正弦噪声消除系统的分散时的第一个步骤是要在造成可听见的违像之前检测到问题。在其变得可听到之前检测和校正不稳定性使得噪声消除系统能够更好地以对被暴露在噪声中的人们而言可接收的方式进行响应。通过将正弦噪声消除系统的自适应滤波器的输出频率与正被消除的频率进行比较，可以检测出分散。在一个非限制性示例中，该比较可以基于检测有源噪声消除系统输出信号的过零率。
[0006]以下提及的所有示例和特征可以以任何技术上可行的方式进行组合。
[0007]在一个方面，一种用于操作有源降噪系统的方法，有源降噪系统被设计为降低从旋转设备发源的正弦噪声，其中存在与要被降低的正弦噪声的频率有关的有源降噪系统输入信号，并且其中有源降噪系统包括输出大体正弦降噪信号的一个或多个自适应滤波器，该大体正弦降噪信号被用于驱动一个或多个换能器，使得它们的输出被引导以用于降低正弦噪声，该方法包括:检测降噪信号的失真，其中失真至少部分基于降噪信号的频率与正弦噪声的频率之间的差异；以及基于检测到的失真来改变降噪信号。
[0008]实施例可以包括以下特征之一或者它们的任一组合。可以通过将降噪信号的过零率与正弦噪声的过零率进行比较来检测失真。可以在时间窗中比较过零率。该窗的时段是可变的。该窗的时段的变化可以至少部分基于要被减少的频率。
[0009]其他实施例可以包括以下特征之一或者它们的任一组合。自适应滤波器可以使用如下的系数，这些系数基于用以修改输入信号的幅度和相位中的一个或多个的一个或多个自适应滤波器参数。基于检测到的失真来改变降噪信号的步骤可以包括改变自适应滤波器参数中的一个或多个自适应滤波器参数的值。自适应滤波器参数可以包括泄露因数和适配率。在这种情况中，并且在有源降噪系统输出针对多个换能器中的每个换能器的单独的降噪信号时，由泄露因数和适配率中的一者或两者所改变的量可以基于以下各项中的一项或多项:i)降噪信号的过零率与正弦噪声的过零率之间的差异的大小(scale) ;ii)与相对大的降噪信号幅度耦合的、降噪信号的过零率与正弦噪声的过零率之间的差异；以及iii)在多于一个的降噪信号中检测到的失真。
[0010]其他实施例可以包括以下特征之一或者它们的任一组合。改变一个或多个自适应滤波器参数的值可以包括自动修改(例如，降低)自适应滤波器参数中的一个或多个参数的值。该方法可以进一步包括建立自适应滤波器参数中的一个或多个参数的最小值以及将值至少维持在这样的最小值。该方法可以进一步包括在一个或多个自适应滤波器参数的值已经被修改之后自动恢复(例如，增加)它们的值。一个或多个自适应滤波器参数的值可以步进地被恢复(例如，被增加)。步长可以与旋转设备的旋转的当前速率和自适应滤波器参数的值被修改时的速率之间的差异有关。在一个或多个自适应滤波器参数的值已经被修改之后它们的值的恢复的速率可以和旋转设备的当前旋转速率与自适应滤波器参数的值被修改时的旋转速率之间的差异有关。
[0011]其他实施例可以包括以下特征之一或者它们的任一组合。旋转设备在一个示例中可以是机动车辆中的发动机，并且该方法可以进一步包括将降噪信号的幅度与有效消除在最大发动机负荷处的正弦噪声的参考自适应滤波器输出信号幅度进行比较。该方法还可以进一步包括基于发动机负荷来估计正弦噪声的幅度，以及改变参考水平以使得它自动地匹配当前发动机操作水平。
[0012]在另一个方面，一种用于操作有源降噪系统的方法，有源降噪系统被设计为在机动车辆车厢中降低从机动车辆的发动机或螺桨轴发源的谐波噪声，其中存在与要被降低的谐波噪声的频率有关的有源降噪系统输入信号，并且其中有源降噪系统包括输出大体正弦降噪信号的一个或多个自适应滤波器，该大体正弦降噪信号被用于驱动一个或多个换能器，使得它们的输出被引导以用于降低谐波噪声，其中自适应滤波器使用如下的系数，系数基于自适应滤波器的泄露因数和适配率中的一个或者多个、用以修改输入信号的幅度和相位中的一个或多个，该方法包括:检测降噪信号的失真，其中失真至少部分基于降噪信号的频率与正弦噪声的频率之间的差异，并且其中通过将降噪信号的过零率与正弦噪声的过零率进行比较来检测失真；以及基于检测到的失真来改变自适应滤波器的泄露因数和适配率中的一个或者多个的值，以便改变降噪信号。可以在时间窗中比较过零率，其中该窗的时段是可变的并且基于要被降低的频率。
【附图说明】
[0013]图1是机动车辆发动机谐波消除系统的示意性框图。
[0014]图2描绘了降噪信号和可以在其中确定该信号的过零点的窗。
[0015]图3图示了根据谐波频率的过零率的示例。
[0016]图4是针对如下的谐波能量与频率的绘图:基线谐波噪声、同一噪声但是具有有源噪声消除系统被打开(但是失真检测和参数控制未被打开)、以及相同有源噪声消除系统被打开并且具有失真检测和校正。
[0017]图5是针对如下的谐波能量与频率的另一个绘图:具有有源噪声消除系统被关闭的基线谐波噪声、具有有源噪声消除系统被打开的噪声以及具有相同有源噪声消除系统被打开并且失真对抗措施被打开的噪声。
【具体实施方式】
[0018]附图中的图1的实施例被示出并且被描述为框图中的离散单元。这些单元可以被实现为模拟电路或数字电路中的一个或者多个。备选地或附加地，它们可以利用一个或多个微处理器执行的软件指令来实现。软件指令可以包括数字信号处理指令。操作可