自动噪声控制的制作方法
本公开涉及用于自动噪声控制的系统和方法(总体上称为“系统”)。
背景技术：
自动噪声控制(anc)技术已渗透到产品中，例如渗透到汽车工业中。目前在汽车工业中使用的技术可基本上分为两类—用于对抗发动机噪声的窄带前馈控制系统，其被称为发动机阶次控制(eoc)系统，以及用于减少道路噪声的宽带前馈控制系统，其被称为道路噪声控制(rnc)系统。然而，这两种类型的系统可能与鲁棒性问题相悖，以使得存在对于改进特别是对于汽车应用的anc系统的鲁棒性的一般需求。
技术实现要素：
一种示例性主动噪声控制系统包括：座椅，所述座椅具有靠背，所述靠背包封中空体积；至少一个扬声器，所述至少一个扬声器设置在所述靠背的中空体积内；以及自动噪声控制器，所述自动噪声控制器在所述至少一个扬声器的上游连接，并且被配置来通过扬声器生成抗噪声，所述抗噪声被配置来减少或消除在座椅处产生的噪声。
一种主动噪声控制方法包括：生成抗噪声，所述抗噪声被配置来减少或消除在具有包封中空体积的靠背的座椅的环境中的收听位置处产生的噪声；并且从座椅的靠背的中空体积内辐射抗噪声。
在查阅以下详细描述和附图之后，其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员而言将是或将变得明显。意图是所有这些附加系统、方法，特征和优点包括在本说明书内、在本发明的范围内，并且由所附权利要求保护。
附图说明
参考以下附图和描述可更好地理解系统。附图中的部件不一定按比例绘制，而是重点在于说明本发明的原理。此外，在附图中，相同的参考数字在所有不同视图中指示对应的部分。
图1是车辆内部中的系统扬声器的示例性设置的顶视图。
图2是图1所示的具有附加(主动)头枕扬声器的设置的顶视图。
图3是示出具有两个子系统的示例性anc系统的信号流图。
图4是安装在座椅的靠背中的扬声器麦克风设置的侧视图，其中扬声器处于朝上位置。
图5是图4所示的扬声器设置的前视图。
图6是安装在座椅的靠背中的扬声器麦克风设置的侧视图，其中扬声器处于倾斜位置。
图7是图6所示的扬声器设置的前视图。
具体实施方式
在实践中，甚至eoc系统和rnc系统在鲁棒性方面表现出一些弱点，并且甚至在依赖于来自非声学传感器(诸如每分钟转数(rpm)传感器或加速度(acc)传感器)的信号作为其anc算法的噪声参考输入信号时亦是如此。通常，依赖于这类信号源可消除与参考反馈路径相关的鲁棒性问题，因为没有发生从次级来源到参考传感器的时变房间脉冲响应(rir)改变。然而，rir发生、在次级来源(例如，扬声器)与误差信号传感器(例如，麦克风)之间称为“次级路径”的路径上随时间发生变化。当整个系统处于其“正常操作状态”时，可仅(一次)测量次级路径参数，并且在假设它们在实际操作期间将不会改变很多的情况下来使用这些(一次)测量的“固定”参数。但是这并不总是这种情况，并且一旦固定和实际次级路径参数(特别是其相位)之间的差值超过某个稳定性极限，整个系统就将开始振荡，并且因此将变得不稳定。为了避免这种反馈，可进行稳定性(鲁棒性)测量，以可靠地确定在调查中的系统何时离开稳定的操作状态并进入不稳定状态。一旦已检测到不稳定状态，稳定性(鲁棒性)测量的任务或多或少会使anc系统停用，并且因此避免反馈。
参考图1，例如像汽车的车辆中的示例性anc系统可使用已存在的音频系统100的至少一部分，例如已安装在车辆中并且覆盖感兴趣的频谱区域的扬声器，以评估什么使得次级路径改变太多以至于可能发生鲁棒性问题。示例性音频系统100可包括两个前声道(例如，前左声道和前右声道)，其包括可设置在前门101、102中的扬声器或扬声器组112和113，并且可包括低音扬声器、中音扬声器和高音扬声器中的至少一个。音频系统100还可包括两个后声道(例如，后左声道和后右声道)，其包括可设置在后门103、104中的扬声器或扬声器组114和115，并且可包括低音扬声器、中音扬声器和高音扬声器中的至少一个。用于另一前声道的扬声器或扬声器组116设置在车辆内部中的仪表板105上或其中。两个扬声器或扬声器组117和118可设置在后搁板106中或其上。扬声器或扬声器组116、117和118可包括低音扬声器、中音扬声器和高音扬声器中的至少一个。可选地，附加的超低音扬声器119可设置在车辆的后备箱107中。
已存在的系统扬声器112-119可特别是在低频下传送足够的声压级(spl)，其中将要减小的(例如，源自发动机和/或道路的)噪声具有其最高的能量含量。因此，可能需要具有大膜片或联接到大容量的高偏移的扬声器。由于车辆中的空间有限，仅存在可满足这些要求的某些位置。为此，可在车辆的门101-104中安装低频扬声器(例如，低音扬声器)，并且可将最低频扬声器(例如，超低音扬声器)安装在后搁板106或后备箱107处，或者可(在中心或在前部区域中)联接到车辆的底盘部分。可替代地或此外，超低音扬声器可设置在车辆内部的外部，并且声学地联接到车辆内部。
测试已表明，特别是从如上所述定位的扬声器到如图1描绘的可安装在靠近每名乘客的头部或耳朵的车顶盖处的误差麦克风的次级路径由于许多原因而易于变化。例如，从安装在门101-104中的扬声器或扬声器组112-115到安装在车顶盖中的误差麦克风的次级路径由于乘客的腿的阴影效应将根据乘客是否位于特定座椅108-111中而改变。因此，稳定性可根据车辆的占用情况而变化。在另一个示例中，超低音扬声器安装在后备箱中，并且次级路径根据后备箱被填充的程度而改变—大部分时间后备箱可为空的或者仅仅部分填充，但是在某些时候，例如在旅行时，后备箱107可完全填满。在最坏的情境下，后备箱的盖子可能不会关闭并在行驶时保持打开。进入车辆的内部100的这种开口，例如敞开的后备箱107、打开的窗户或打开的天窗引起次级路径的最大变化，并且可触发鲁棒性控制，以使得只要此状态保持，即只要当前的次级路径与存储的次级路径参数相差过大，anc系统就将停用。
次级来源与误差麦克风之间的距离越大，rir偏差的风险就越高，并且因此不稳定的风险就越高。除此之外，还存在频谱依赖性，其中频率越高，不稳定的风险就越高。因此，下面也考虑波长。
为了扩展anc系统的操作的有用的频谱范围，可采用主动式头枕，即具有扬声器和最终麦克风的头枕，如图2所描绘的。与已存在的系统扬声器112-119相结合的设置在(四个)头枕201-204中的扬声器(在本文中称为头枕扬声器205-212)能够将上截止频率从先前的f≈350[hz](当仅使用系统扬声器112-119时)提高到f≈1500[hz](当使用系统扬声器112-119与头枕扬声器205-212的组合时)。这种组合提供了几个优点。当误差麦克风213-220安装在头枕201-204中时，由于乘客通常调节他们的座椅，并且因此头枕来满足他们的需要，所以误差麦克风213-220与乘客耳朵之间的距离最小化，而不管座椅位置、人的尺寸等。
移动座椅108-111对于头枕扬声器205-212也没有问题，因为头枕扬声器205-212与误差麦克风213-220一起移动，从而导致在头枕扬声器与它们前面的误差麦克风之间的恒定rir。因为不同座椅之间的串扰消除(ctc)以及同样还有不同的主动式头枕之间的串扰消除远远超过预期的anc性能的范围，所以一个主动式头枕对相邻的主动式头枕的影响可由此被忽略。鉴于系统扬声器，当误差麦克风213-220从天花板移动到头枕201-204时，情况恶化，因为误差麦克风213-220的rir现在随着座椅的移动而改变。然而，这些偏差应在稳定区域内部保持得很好，并且同样不应形成任何另外的不稳定来源。
在将主动式头枕与系统扬声器组合的常见系统中，应用类似的鲁棒性改进措施，即一旦已检测到稳定性问题，整个系统因此就停用。测试已显示，主动式头枕的rir或多或少地对抗环境中的任何种类的改变，这是由于次级来源(即，次级扬声器)与安装在次级扬声器前部的对应的误差麦克风之间的近距离。无论头部是否与头枕接触，实际上在感兴趣的频谱范围(低于f≈1000hz)中，没有偏差超过给定的稳定裕量。因此，与基于系统扬声器的系统相反，仅基于主动式头枕的anc系统可认为是在本质上是鲁棒性的，并且不需要任何鲁棒性改进措施。因此，两个系统可彼此解耦并且形成不同鲁棒性的子系统。更一般地表示，如果在整个系统中存在表现出高得多或低得多的鲁棒性的部分，那么系统部件可基于其鲁棒性特性而分离，以形成独立系统或子系统。
图3中所示的示例性anc系统包括在头枕扬声器的上游连接的(更多)鲁棒性子系统(参见具有指示符hr的块)以及较不鲁棒性的子系统(参见具有指示符sy的块)，所述较不鲁棒性的子系统易于变得不稳定并对于鲁棒性测量具有特定需要并且在系统扬声器的上游连接。可例如通过本文称为“稳定性控制块301”的处理块来观察较不鲁棒性的子系统。较不鲁棒性的子系统可包括具有从(噪声)参考输入信号x(n)生成的传递函数psy(z)的主路径302，所述参考输入信号x(n)可为来自参考麦克风、与rpm传感器有关的加速度计或发动机声音合成器、供应给至少一个误差麦克风303的m个干扰信号dsy(n)(噪声)的信号。代表将要消除的噪声的参考信号x(n)还被供应给具有可控传递函数wsy(z)的可控滤波器304和具有传递函数
至少一个误差麦克风303在声畴中从m个干扰信号dsy(n)中减去m个输出抗噪声信号y'sy(n)，并且由此在电畴中将m个误差信号esy(n)提供给稳定性控制块301，并且提供给可采用多重最小均方误差(melms)算法来控制可控滤波器304的滤波器控制块307。主路径302和次级路径306在声畴中操作，并且次级路径306由扬声器(图3中未示出)供应声信号，所述扬声器诸如上文结合图1和图2所述的系统扬声器，其将来自先前块的电信号转变成声信号。较不鲁棒性的子系统中的所有其他块在电畴中操作。稳定性控制块301和滤波器控制块307还接收来自至少一个误差麦克风303的m个误差信号esy(n)和来自次级路径估计滤波器305的k·m个输出信号。
鲁棒性子系统可包括具有从参考信号x(n)、被供应给至少一个麦克风309的m个干扰信号dhr(n)(噪声)生成的传递函数phr(z)的主路径308。在一些示例性子系统中，麦克风306和309可为相同的。参考信号x(n)还被供应给具有可控传递函数whr(z)的可控滤波器310和具有传递函数
至少一个误差麦克风309在声畴中从m个干扰信号dhr(n)中减去m个输出抗噪声信号y'hr(n)，并且由此在电畴中将m个误差信号ehr(n)提供给可采用多重最小均方误差(melms)算法来控制可控滤波器310的滤波器控制块313。主路径308和次级路径312在声畴中操作并且由扬声器(图3中未示出)供应声信号，所述扬声器诸如上文结合图2所述的头枕扬声器，其将来自先前块的电信号转变成声信号。鲁棒性子系统中的所有其他块在电畴中操作。滤波器控制块313还接收来自至少一个麦克风309的m个误差信号ehr(n)和来自次级路径估计滤波器311的k·m个输出信号。
此外，子系统的这种组合可进行调整，其方式使得采用系统扬声器的较不鲁棒性的子系统仅包含无法由头枕扬声器覆盖的(非常)低频谱部分。因此，系统扬声器子系统的鲁棒性将增加，因为频率越低，鲁棒性变得越大。作为仅处理较低频率的另外结果，可减小采样速率，从而允许节省处理负载以及存储器消耗。此外，通过以相同的频率(速度)操作两个系统，减小了由于次级来源到误差麦克风的大距离而影响系统扬声器子系统的延迟问题。
具有主动式头枕的本质上鲁棒性子系统可尽可能用作宽带，并且如果其本身提供足够的鲁棒性和频谱范围，那么所述子系统可用作独立系统。总体结果是基本上仅包括鲁棒性子系统(作为独立系统)或不同鲁棒性的两个anc子系统的组合的系统，从而导致如果没有出现稳定性问题或者如果由于不稳定性、可不覆盖整个频谱范围(例如，可排除最低频谱区域)的系统而使得只有鲁棒性子系统在操作中仍然覆盖整个频谱范围的总系统。因此，将本质上鲁棒性的子系统尽可能保持为宽带理想地允许关闭不稳定子系统或者不使用所有对应的扬声器(例如，系统扬声器)，即可能产生鲁棒性问题的次级路径。
由于头枕通常不提供显著量的可用声学体积，所以扩大本质上鲁棒性的子系统的有用anc带宽的可能性是有限的。选择可为将扬声器整合到例如座椅的靠背的肩部区域中，如图4和图5所描绘的，因为座椅的靠背为扬声器提供了大得多的可用体积，并且由于其尺寸，提供安装更大尺寸(更大膜片直径)的扬声器同时可能覆盖更低的频谱范围的选择。参考图4和图5，各自安装在(气密)壳体402和502中的两个扬声器401和501分别设置在朝上位置(例如，指向车辆内部的天花板)中、在乘客座椅405的靠背404的左上部分和右侧部分中并且在头枕406下方。此外，麦克风403和503(例如，指向车辆内部的天花板)可在扬声器401和501上方设置在靠背404中或其上。例如，如图3所示，可结合anc系统使用麦克风403和503(例如，作为至少一个误差麦克风303和/或309)。麦克风403和503可设置在头枕406中，设置在最靠近收听者的耳朵的位置中。
通过不将扬声器水平地安装到靠背的肩部区域中，而是通过将它们稍微倾斜地放置在靠背中，可进一步增加靠背扬声器的可用膜片直径，如图6和图7所示。此外，可将一种预定断裂点插入扬声器的外壳(壳体)中，这对于安全原因可能是重要的或者甚至是需要的，因为水平安装的扬声器在撞击的情况下将不容易屈曲。参考图6和图7，各自安装在(气密)壳体602和702中的两个扬声器601和701分别设置在倾斜位置(例如，在倾斜角度下指向座椅的上部前侧)中、在乘客座椅605的靠背604的左上部分和右侧部分中并且在头枕606下方。此外，(可在倾斜角度下指向座椅的上部前侧的)麦克风603和703可在扬声器601和701的前部设置在靠背604(中或)上。壳体602和702可包括预定断裂点，诸如刻痕和锥形区607和707。
通过将足够大以覆盖整个感兴趣的频谱区域的扬声器放置在靠背中，可扩大本质上鲁棒性的anc系统的带宽。这将导致anc问题的单一的、本质上鲁棒性的宽带解决方案，并且随后将不需要附加的扬声器(例如，系统扬声器)。这些扬声器的尺寸可增加，并且因此如果它们在倾斜位置中安装到座椅的靠背中，那么有用的频谱范围会朝向较低频率延伸。同时，预定断裂点也可整合到扬声器的外壳中，从而导致具有满足汽车工业的严格安全标准的更高安全等级的系统。尽管上文概述的示例涉及车辆，特别是汽车，但是示例性系统和方法可结合具有稳定性问题的所有种类的anc系统和方法来应用。上文结合图3描述的子系统采用前馈结构，但是其他结构，诸如单反馈结构或者前馈和反馈结构的组合(也称为混合结构)也是可应用的。此外，设置在靠背中的扬声器和头枕中的扬声器可组合以形成在鲁棒性的宽带(子)系统中所采用的特定扬声器组。
已经出于说明和描述的目的呈现了实施方案的描述。对实施方案的合适修改和变更可根据以上描述来执行或者可通过实践所述方法来获取。例如，除非另有说明，否则所描述方法中的一个或多个可由合适的装置和/或装置的组合来执行。除了本申请中描述的次序之外，还可按各种次序、并行地和/或同时地执行上述方法和相关联动作。所描述系统本质上是示例性的，并且可包括另外的元件和/或省略元件。
如本申请中所使用的，以单数形式列举并且通过字词“一个”或“一种”引出的元件或步骤应理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非明确指出这种排除情况。此外，引用本公开的“一个实施方案”或“一个示例”并非意图解释为排除也涵盖所列举特征的另外实施方案的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且并非意图对其对象强加数值要求或具体定位次序。
虽然已经描述了本发明的各种实施方案，但是对于本领域那些普通技术人员将明显的是，在本发明的范围内可能有更多的实施方案和实现方式。特别地，技术人员将认识到来自不同实施方案的各种特征的可互换性。尽管已经在某些实施方案和示例的上下文中公开了这些技术和系统，但是应当理解，这些技术和系统可超越具体公开的实施方案而扩展到其他实施方案和/或其用途和明显的修改。
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