有源降噪自适应滤波器自适应率调节的制作方法
【专利摘要】一种用于确定针对有源降噪系统中自适应滤波器的泄漏因子或自适应率或者这两者的方法。泄漏因子或自适应率或者这两者可以依赖于输入参考信号的参数而改变。该参数可以包括参考信号输入频率、参考输入信号频率的变化率、是否存在预定触发条件或者是否发生了预定事件中的一个或多个。
【专利说明】有源降噪自适应滤波器自适应率调节
[0001] 本发明是国际申请日为2009年9月23日（进入中国国家阶段日为2011年4月 13日）、申请号为200980140810. 4、发明名称为"有源降噪自适应滤波器自适应率调节"的 专利申请的分案申请。
【背景技术】
[0002] 本说明书描述了使用自适应滤波器的有源降噪系统，并且更具体地描述了窄带前 向馈送有源降噪系统。使用自适应滤波器和窄带前向馈送有源降噪系统的有源噪声控制在 S. J. Elliot 和 P. A. Nelson 的"Active Noise Control (有源噪声控制）"IEEE 信号处理杂 志，1993年10月中进行了总体论述。
【发明内容】
[0003] 在一个方面中，方法包括：基于参考输入信号的频率相关参数确定用于降噪系统 的自适应滤波器的自适应率；将该自适应率应用到自适应滤波器的系数；以及将该系数应 用到音频信号。参数可以是参考输入信号的频率。参数可以是参考输入信号频率的变化率。 所述确定可以包括从多个预定自适应率中选择自适应率。所述确定可以包括计算该自适应 率。该方法还可以包括确定泄漏因子并且将该泄漏因子应用到滤波器系数。该方法还可以 包括平滑该泄漏因子。所述确定该泄漏因子可以包括确定该泄漏因子作为参考输入信号的 参数的函数。
[0004] 在另一方面中，有源降噪系统包括：用于确定用于降噪系统的自适应滤波器的自 适应率作为参考输入信号的频率相关参数的函数的电路；用于将该自适应率应用到自适应 滤波器的系数的电路；以及用于将该系数应用到音频信号的电路。参数可以是参考输入信 号的频率。参数可以是输入参考信号频率的变化率。用于确定的电路、用于应用自适应率 的电路或用于应用系数的电路中的至少一个可以实现为由数字信号处理元件执行的一组 指令。用于确定的电路可以包括用于从多个预定自适应率值中选择自适应率的电路。用于 确定的电路可以包括用于计算自适应率的电路。系统还可以包括泄漏调节器，其用于提供 泄漏因子以应用到滤波器系数。系统还可以包括数据平滑器，其用于提供经平滑的泄漏因 子以应用到滤波器系数。泄漏调节器可以包括用于确定泄漏因子作为参考输入信号的参数 的函数的电路。
[0005] 在另一方面中，用于操作有源降噪系统的方法包括：响应于噪声信号提供自适应 滤波器的滤波器系数；确定与该滤波器系数相关联的自适应率；以及将滤波器系数应用到 音频信号。所述确定包括：响应于第一触发条件，提供第一自适应率；响应于第二触发条 件，提供不同于该第一自适应率的第二自适应率；并且在不存在第一触发条件和第二触发 条件时，提供默认自适应率。提供第一自适应率，提供第二自适应率，以及提供第三自适应 率中的至少一个可以包括提供被确定为参考输入信号的参数的函数的自适应率值。该方法 还可以包括基于参考输入信号的参数确定用于自适应滤波器的泄漏因子，并且将该泄漏因 子应用到自适应滤波器的系数。
[0006] 当结合附图阅读时，其他特征、目标和优势将通过以下详细描述变得易于理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1A是有源降噪系统的框图；
[0008] 图1B是包括实现为交通工具中有源声学降噪系统的图1A的有源降噪系统的元件 的框图；
[0009] 图2A是图1B的娱乐音频信号的递送系统的实现方式和参考频率的递送系统的框 图；
[0010] 图2B是图1B的娱乐音频信号的递送系统和参考频率的递送系统的另一实现方式 的框图；
[0011] 图3A是示出了图1A和图1B的泄漏调节器操作的逻辑流的框图；
[0012] 图3B和图3C是示出了将泄漏因子应用到更新量和旧系数值的逻辑流的框图；
[0013] 图3D和图3E是示出了允许更复杂泄漏调节机制的泄漏调节器另一实现方式的操 作的逻辑流的框图；
[0014] 图4A是示出了系数计算器和控制块的某些细节的框图；
[0015] 图4B是示出了误差信号监测器和不稳定控制块的逻辑流的框图；
[0016] 图5A和图5B是示出了自适应速率确定器操作的逻辑流的框图；以及
[0017] 图6是示出了特定频谱轮廓示例的频率响应曲线。
【具体实施方式】
[0018] 虽然附图的若干视图中的元件可以被显示和描述为框图中的分立元件并且可以 被称为"电路"，但是除非明确指出，否则元件可以被实现为模拟电路、数字电路或执行软件 指令的一个或多个微处理器中的一个或其组合。软件指令可以包括数字信号处理（DSP)指 令。除非明确指出，否则信号线可以被实现为分立的模拟或数字信号线。多个信号线可以 被实现为具有用于处理单独音频信号流的适当信号处理的一个分立数字信号线，或者被实 现为无线通信系统的元件。一些处理操作可以由系数的计算和应用来表达。与计算和应用 系数的等同的操作可以由其他模拟或DSP技术执行，并且包括在本专利申请的范围内。除 非明确指出，否则音频信号可以编码为数字或模拟形式；电路图中可能未显示常规数模转 换器和模数转换器。本说明书描述了有源降噪系统。有源降噪系统通常旨在消除不期望的 噪声（即，目标为零噪声）。然而在实际降噪系统中，虽然衰减了不期望的噪声，但没有取得 完全降噪。在本说明书中，"趋向零"意味着有源降噪系统的目标是零噪声，虽然应当认识到 实际结果是噪声显著衰减，而没有完全消除。
[0019] 参考图1A，示出了有源降噪系统的框图。通信路径38耦合到降噪参考信号生成器 19,用于向该降噪参考信号生成器呈现参考频率F。该降噪参考信号生成器耦合到滤波器 22和自适应滤波器16。滤波器22耦合到系数计算器20。输入转换器24耦合到控制块37 并且耦合到系数计算器20,该系数计算器20进而双向耦合到泄漏调节器18和自适应滤波 器16。自适应滤波器16通过功率放大器26耦合到输出转换器28。控制块37耦合到泄漏 调节器18。可选地，可以存在耦合到系数计算器20的附加输入转换器24'，并且可选地， 自适应滤波器16可以耦合到泄漏调节器18。如果存在附加输入转换器24'，则通常存在 对应的滤波器23、25。在下文中将解释由虚线指示的参考信号生成器19与系数计算器20 之间以及参考信号生成器19与泄漏调节器18之间的可选逻辑耦合。
[0020] 在操作中，向降噪参考信号生成器19提供参考频率或者从中能够导出参考频率 的信息。降噪参考信号生成器生成到滤波器22和自适应滤波器16的降噪信号，该降噪信 号可以是周期信号的形式，诸如具有与引擎速度相关的频率分量的正弦曲线。输入转换器 24检测具有与参考频率相关的频率分量的周期振动能量，并且将该振动能量转换成噪声信 号，而该噪声信号被提供到系数计算器20。系数计算器20确定针对自适应滤波器16的系 数。自适应滤波器16使用来自系数计算器20的系数来修改来自降噪参考信号生成器19 的噪声消除参考信号的振幅和/或相位，并且向功率放大器26提供该经修改的噪声消除信 号。该降噪信号由功率放大器26放大，并且由输出转换器28转换成振动能量。控制块37 控制有源降噪元件的操作，举例来说通过激活或去激活该有源降噪系统或通过调节噪声衰 减的量。
[0021] 自适应滤波器16、泄漏调节器18和系数计算器20重复并递归地操作以提供滤波 器系数流，该滤波器系数流使得自适应滤波器16修改当被转换成周期振动能量时用于衰 减由输入转换器24检测到的振动能量的信号。可以由传递函数H(s)表征的滤波器22补 偿有源降噪系统的组件（包括功率放大器26和输出转换器28)和该系统所操作的环境对 输入转换器24所转换的能量的影响。
[0022] 输入转换器24、24'可以是将振动能量转换成电子或数字编码的信号的许多类 型设备中的一个，例如加速度计、麦克风、压电设备等。如果存在不止一个输入转换器24、 24 '，则来自这些转换器的经滤波输入可以通过某些方式进行组合，例如通过求平均，或者 来自一个转换器的输入的加权可以比来自其他转换器的输入的加权更大。滤波器22、系数 计算器20、泄漏调节器18和控制块37可以被实现为由微处理器（例如，DSP设备）执行的 指令。输出转换器28可以是提供周期振动能量的许多机电或电声设备中的一个，例如电机 或声学驱动器。
[0023] 参考图1B，示出了包括图1A的有源降噪系统的元件的框图。图1B的有源降噪系 统被实现为封闭空间中的有源声学降噪系统。图1B被描述为针对车厢进行配置，但是还可 以被配置为在其他封闭空间（例如，房间或控制室）中使用。图1B的系统还包括音频娱乐 或通信系统的元件，该元件可以与封闭空间相关联。例如，如果封闭空间是交通工具（例 如，小客车、厢式货车、卡车、运动型多用途车、工程车或农用车、军用车或飞机）中的舱，则 音频娱乐或通信系统可以与交通工具相关联。娱乐音频信号处理器10通信地耦合到信号 线40用于接收娱乐音频信号和/或娱乐系统控制信号C，并且耦合到组合器14以及可以耦 合到泄漏调节器18。降噪参考信号生成器19通信地耦合到信号线38并且通信耦合到自适 应滤波器16和对应于图1A的滤波器22的舱滤波器22'。自适应滤波器16耦合到组合器 14,耦合到系数计算器20,以及可选地可以直接耦合到泄漏调节器18。系数计算器20耦合 到舱滤波器22'，耦合到泄漏调节器18,以及耦合到对应于图1A的输入转换器24、24'的 麦克风24"。组合器14耦合到功率放大器26,该功率放大器26耦合到对应于图1A的输 出转换器28的声学驱动器28'。控制块37通信地耦合到泄漏调节器18并且通信地耦合 到麦克风24"。在许多交通工具中，娱乐音频信号处理器10耦合到多个组合器14,其中每 个组合器耦合到功率放大器26和声学驱动器28'。
[0024] 多个组合器14、功率放大器26和声学驱动器28'的每一个都可以通过诸如放大 器和组合器之类的元件耦合到多个自适应滤波器16中的一个自适应滤波器，每个自适应 滤波器都具有与其相关联的泄漏调节器18、系数计算器20和舱滤波器22。单个自适应滤 波器16,关联的泄漏调节器18和系数计算器20可以修改向不止一个声学驱动器呈现的噪 声消除信号。为了简化起见，只示出了一个组合器14、一个功率放大器26和一个声学驱动 器28'。每个麦克风24"可以耦合到不止一个系数计算器20。
[0025] 所有或某些娱乐音频信号处理器10、降噪参考信号生成器19、自适应滤波器16、 舱滤波器22 '、系数计算器20、泄漏调节器18、控制块37和组合器14可以被实现为由一个 或多个微处理器或DSP芯片执行的软件指令。功率放大器26和微处理器或DSP芯片可以 是放大器30的组件。
[0026] 在操作中，图1B中的某些元件操作用于向交通工具的乘员提供音频娱乐和听觉 呈现的信息（例如，导航指令、听觉警告指示器、蜂窝电话传输、可操作信息[例如，低燃料 指示]等）。来自信号线40的娱乐音频信号由娱乐音频信号处理器10进行处理。经处理 的音频信号在组合器14处与有源降噪信号组合（稍后进行描述）。经组合的信号由功率放 大器26放大并且由声学驱动器2V转换成声能。
[0027] 图1B的设备中的某些元件操作用于主动地降低车厢中由交通工具引擎和其他噪 声源产生的噪声。向降噪参考信号生成器19提供引擎速度，其通常呈现为指示引擎转速的 脉冲，所述引擎速度还被称作每分钟转速或RPM，该降噪参考信号生成器19根据以下公式 确定参考频率：
[0028]
【权利要求】
1. 一种方法，包括： 在交通工具降噪系统中，检测交通工具的引擎速度和引擎速度的变化率； 基于指示所述引擎速度的参考输入信号的频率的变化率，确定用于交通工具降噪系统 的自适应滤波器的自适应率； 将所述自适应率应用到所述自适应滤波器的系数； 将所述系数应用到音频信号；以及 对所述音频信号进行转换。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述确定还包括基于所述参考输入信号的频率确 定所述自适应率。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述确定包括从多个预定自适应率中选择所述自 适应率。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述确定包括计算所述自适应率。
5. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 确定泄漏因子；以及 将所述泄漏因子应用到所述滤波器的系数。
6. 根据权利要求5所述的方法，还包括平滑所述泄漏因子。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中所述确定泄漏因子包括确定所述泄漏因子作为所 述参考输入信号的参数的函数。
【文档编号】G10K11/178GK104299610SQ201410476206
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2009年9月23日 优先权日:2008年10月20日
【发明者】D·Y·潘, C·J·程 申请人:伯斯有限公司