用于控制噪声产生部件的方法和设备的制作方法

专利名称：用于控制噪声产生部件的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制噪声产生部件，以使得在将音频信号呈现给用户时降低噪声干扰。更特别地，本发明涉及一种方法和设备，读取音频信号输出等级(level)并确定确定输出等级的变化，由此使用该输出等级变化来控制噪声产生部件。
背景技术：
诸如硬盘和/或光驱以及冷却风扇的部件是噪声产生部件的例子，它们在诸如计算机的设备中使用。冷却风扇的特定问题在于其经常启动并在操作期间一直开着，这将引起风扇噪声来干扰例如音乐或电影的播放。该风扇噪声可能非常恼人，特别是在音乐或电影安静的部分。然而，该烦恼会在高声部分变低。同样的问题还发生在当考虑到对硬盘和/或光驱的输入/输出访问时，也会产生干扰噪声，它在音乐或电影的安静部分非常地显著和恼人。
US-6591198公开了一种系统，包含处理器和麦克风用于响应于周围的噪声等级而控制设备中的噪声输出。这是通过使用麦克风来测量周围的噪声等级来完成的。在此基础上，处理器使得设备的噪声输出响应于周围的噪声等级而改变。该发明的问题在于检测当前周围的噪声等级，并在此基础上改变设备的输出。这可能引起问题，尤其是当噪声输出在某个时间周期不能容忍被降低或者不能容忍被关闭时。这种情况可能是当噪声输出由冷却风扇所引起时，如果关闭冷却风扇则可能引起设备过热。
US-6494381公开了一种冷却风扇控制机制，响应于电子设备和/或半导体衬底内所生成的热量，还响应于电子设备的音频输出。根据该发明，冷却风扇控制机制基于考虑当前音频输出输出等级以及当前设备温度以确定冷却风扇的速度。因此，当当前音频输出等级高时，冷却风扇的速度高，反之亦然。当当前音频输出等级低时，冷却风扇的速度低。该发明的问题在于，既然考虑了当前音频输出等级和当前设备温度，则不能保证由冷却风扇所引起的噪声的干扰能够变低。可以注意到，设备中的噪声输出在长时间内是低的。为了避免设备内过热，该机制将强制增大冷却风扇的速度，这将引起相应的干扰。

发明内容
本发明的一个目的是解决前述的问题。
本发明的一个方面涉及一种控制噪声产生部件的方法，使得当呈现音频信号时用户所察觉的噪声干扰变低，该方法包括步骤-读取所述音频信号，并基于此确定所述音频信号的输出等级变化，以及-利用所述输出等级变化来控制噪声产生部件，借此所述音频信号的低输出等级导致控制所述噪声产生部件以使得来自所述噪声产生部件的噪声变低。
因此，来自噪声产生部件的噪声根据所呈现的音频信号的输出等级变化而被控制，以使得输出等级的减小其后跟随着低噪声，反之亦然。输出等级的增加其后跟随着高噪声。其结果是产生的噪声对于用户是不能听见的。
在一个实施例中噪声产生部件是冷却风扇，所述控制包括控制冷却风扇的速度。
因此由于风扇噪声的干扰可以在播放期间降低。特定的例子是冷却风扇作为计算机中的噪声部件，该计算机具有用于回放音频信号的音频适配器。通过在回放音频信号之前分析由音频适配器所呈现的音频信号，冷却风扇可以根据此而被控制。以这样一种方式执行，冷却风扇的速度并由此冷却的性能在输出等级低时为低，在输出等级高时为高。这样的结果就是可以保持风扇的冷却性能，但是根据所呈现的音频信号的输出等级来调度操作。在冷却风扇之外的噪声产生部件可以包含一个或多个噪声产生部件。所述部件产生的噪声根据所呈现的音频信号的输出等级来调度。
在该方法的一个实施例中进一步包括预测所述冷却风扇周围环境的温度，并且还使用所述预测的温度作为控制参数来控制冷却风扇的速度。
在控制冷却风扇时，通过并行使用预测的温度以及输出等级变化可以得到更精确的控制。作为例子，预测的温度可以指示在高输出等级时冷却风扇的最大速度不是必须的，由于所预测的冷却风扇周围的温度是低于最大温度极限的。
在该方法的一个实施例中进一步包括确定音频信号频率特性的步骤，并进一步利用所述频率特性来控制噪声产生部件。
作为例子，当两个音频信号具有相同的强度但不同的频率，则噪声干扰可能由于频率的不同而不同。由此，频率高时的噪声可能高于频率低时的噪声。因此可以获得更精确的控制。
在一个实施例中噪声产生部件是盘驱动器(disc drive)，噪声产生部件的控制包含控制对所述盘驱动器输入/输出(I/O)访问的控制。
因此在回放期间由访问盘驱动器时所引起的噪声可以被降低。这通过根据输出等级的变化来控制I/O访问来完成，即当输出等级高时允许I/O访问，反之亦然。当输出等级低时，禁止I/O访问。
在一个实施例中，噪声产生部件包含两个或更多的噪声产生部件。
因此，由所述两个或更多部件所生成的噪声在回放期间可以被降低。作为例子，控制可以包含控制对所述盘驱动器的所述I/O访问，以及根据输出等级变化控制冷却性能。在该例子中，冷却参数是风扇速度和I/O访问，其中控制的效果是维持温度低于温度的上限并避免数据在存储装置中下溢(underflow)。
本发明的另一方面涉及计算机可读介质，具有存储在其中的指令用于使得处理单元执行所述方法。
在一个方面本发明涉及一种用于控制噪声产生部件的音频设备，以使得当呈现音频信号时，由用户所察觉的噪声干扰被降低，所述设备包含-用于读取所述音频信号，并基于此确定所述音频信号的输出等级变化的装置，以及-处理装置，用于利用所述输出等级变化来控制噪声产生部件，借此所述音频信号的低输出等级导致控制所述噪声产生部件以使得来自所述噪声产生部件的噪声干扰变低。
因此，该设备根据所呈现的音频信号的输出等级变化控制来自噪声产生部件的噪声。结果就是，所产生的噪声对于用户是不能听见的。


本发明尤其是本发明的优选实施例在下面将结合附图进行更详细的描述图1示出了根据本发明的音频设备实施例的概略示意图；图2示出了用于控制噪声产生部件的方法的实施例的流程图；图3示出了根据本发明的音频设备实施例的概略示意图；图4示出了用于控制噪声产生部件的方法的实施例的流程图；图5示出了当音频信号呈现给用户时如何控制噪声产生部件的例子；图6示出了当音频信号呈现给用户时如何控制噪声产生部件的另一个例子。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的音频设备101实施例的概略示意图，包括微处理器107和存储装置111。还表示了噪声产生部件，其既可以认为是内部113或外部部件117也可以认为是两者的结合。在将音频信号109呈现给用户103之前，音频信号109被读取、解码并存储在存储装置111中，其中存储装置可以是FIFO缓冲器或类似的。接着，确定音频信号109的输出等级变化。使用处理器107，根据输出等级的变化可以计算可接受的噪声等级并用于控制噪声产生部件113、117。此处理所当然非常重要的是要知晓由噪声产生部件所生成的噪声。这可以通过测量而确定，或者可以在购买噪声产生部件时获得该数据。该控制可以以这样一种方法完成，根据低输出等级，所产生的噪声降低，并且当音频信号输出等级高时增大。以这种方式可以确定最优的调度，用于由噪声产生部件所引起的噪声，音频信号105可以以最小的干扰呈现给用户103。读取音频信号可以包括预定义时间间隔(例如，五分钟)，以使得“调度”可以提前五分钟做出。然后调度可以五分钟(稍晚或稍早)更新。该时间间隔也可以变化和基于存储装置111的当前状态。
在图1所示的实施例中，音频设备101被集成到计算机115中并由用户103使用，由此噪声产生部件是计算机115的内部部件113。这可以是盘驱动器，以及噪声是由于对所述驱动器的输入/输出(I/O)的访问而产生的。对所述驱动器的I/O访问由此基于所述输出等级变化而控制，即当输出等级高或者超出特定的输出等级或特定的噪声等级时，则对盘驱动器的访问是允许的。因此，可以说控制参数是I/O访问，控制的效果是避免了存储装置111中的下溢，同时降低由于所述I/O访问而生成的噪声。
在另一个实施例中，噪声产生部件是外部部件117，其连接到设备101。该外部噪声产生部件113作为例子可以包括空调系统、冰箱、外部盘驱动器等，所述噪声由于激活所述设备而产生。
仍是在另一个实施例中，噪声产生部件包含两个或更多部件，其可以是内部或外部部件的结合。
图2示出了用于控制噪声产生部件的方法的实施例的流程图，我们假设这是盘驱动器。因此控制参数是I/O访问，且控制的效果是避免存储装置中的下溢(即保证在存储装置中有足够的数据)，以使得在将音频信号呈现给用户时，由输入/输出访问所引起的噪声干扰降低。音频信号可以是电影或歌曲。最初，在将音频信号呈现给用户之前，在步骤201(A_S)读取预定义时间间隔的音频信号，在步骤203(D_A_S)解码以及在步骤205存储(St)。由此，已解码的数据203在被呈现之前可以在步骤207(Anal.D_A_S)被分析。该分析包含在步骤207中(An.D_A_S)确定音频信号在特定的时间周期上输出等级变化。如上所述，输出等级变化可用于在步骤209(Comp.N_L)计算可接受的噪声等级，基于此噪声产生部件被控制211(C)。在噪声产生部件是盘驱动器的情况中，该控制包含控制对于所述驱动器的输入/输出(I/O)访问，以使得当在步骤213(Ren.A_S)将音频信号呈现给用户时，由所述I/O访问所引起的干扰降低。显然，这包括在用户正在听的电影或音乐较大声或者在声音大的部分的期间允许对驱动器的访问，此时噪声等级高，并且在较小声或低声音部分禁止或最小化访问，此时噪声等级低。术语大声或较大声以及较小声或小声可以对用户而言是特定的，例如用户的听力好坏与否。
如果发生控制准则不能实现的情况，则音频信号213(Ren.A_S)将呈现给用户215，尽管这意味着噪声将很显著。这可以例如避免存储器111中的下溢。先前所提及的步骤对于下一时间间隔将重复217。
图3示出了音频设备301实施例的概略示意图，该音频设备用于使用微处理器307控制噪声产生部件，以使得在将音频信号305呈现给用户303时降低噪声干扰。在这个例子中，音频设备是计算机315的一部分，我们假设噪声产生部件313是计算机中的冷却风扇。因此控制参数是冷却风扇的风扇速度，且控制的效果是保证计算机315内的温度低于给定的最大温度等级并同时降低噪声干扰。其它的噪声产生部件显然还可以是诸如图1和2中所示的所述内部113和/或外部噪声产生部件。同时，其还保证计算机315内的温度将一直低于给定的最大值。此处，理所当然非常重要的是要知晓由冷却风扇313作为风扇速度的函数所生成的噪声。该信息是可以测量的，或者可以在购买冷却风扇313时获得。
如前所述，在将音频信号呈现给用户303之前，音频信号309被读取、解码和存储在存储装置311中。存储装置可以是FIFO缓存器或类似的。接着，音频信号309的输出等级变化被确定，并优选地用于计算可接受的噪声等级。基于此噪声产生部件313被控制。
进一步，温度计315的温度输出可以被读取并用于预测计算机315中的温度进展。基于输出等级变化和预测的温度，冷却风扇313的通风速度被控制。温度计315还可以用于检查预测的温度是否正确，并由此用于阻止计算机315内可能过热。当预测温度时，可以应用热动态模型，考虑计算机315内的主要热源优选的还有周围温度。预测的温度还可以基于用于特定计算机315类型的经验化模型。以这种方式，用于冷却的最佳调度可以被确定。作为例子，用户303正在听歌曲，其初始具有低输出等级，但是稍后又是相对高的输出等级。该调度或控制因而可以优选地包括在低输出等级期间降低风扇速度，并且在刚好可能发生过热之前，这有可能发生在所述低输出等级期间，最大化冷却性能。在高输出等级期间，调度可能因而包括系统的进一步冷却，既然由风扇速度所生成的噪声对用户303而言不显著。
在除冷却风扇313之外还有额外的一个或多个噪声产生部件需要被控制的情况下，例如在图1和2中示出的所述内部113和/或外部117噪声产生部件，控制额外地基于所述额外的噪声产生部件。作为例子，如果噪声产生部件包含冷却风扇313和盘驱动器，则控制基于冷却风扇313的速度(即，冷却)和对盘驱动器的I/O访问。优选的控制效果是计算机的温度低于预定义的温度上限，且同时对盘驱动器的I/O访问使得存储装置111中的下溢能避免。如前所提及的，可能发生调度或控制不能实现噪声低于可接受的噪声等级这一准则的情况。在这种情况下，调度将不得不被中断，否则可能发生例如计算机内过热或存储装置111中下溢。
图4示出了用于控制噪声产生部件的方法的实施例的流程图，所述噪声产生部件可以是冷却风扇，以使得当音频信号呈现给用户时，来自于冷却风扇的噪声干扰降低。如上所提及的，噪声产生部件可以包括多于一个产生部件，使得所述控制是一个综合优化问题。出于简化，我们仍然假设冷却风扇是唯一的噪声产生部件，在这种情况下，控制参数仅是风扇速度，控制的效果是在冷却风扇的周围环境维持最适宜的温度。我们假设冷却风扇位于计算机内，所述计算机包含音频设备。最初，在步骤401(A_S)音频信号由音频适配器所呈现，在步骤403(D_A_S)中解码，在步骤405中存储(St)。所存储的解码数据(D_A_S)403在步骤407(Anal.D_A_S)中随时间分析，由此音频信号输出等级变化在步骤407中随时间过去被确定，并优选地用于在步骤417(Com.N_L)中计算可接受的噪声等级。进一步，计算机中的温度可以被测量，计算机中的温度进展优选地在步骤409(Temp)中预测。基于涉及步骤407中随时间的音频信号输出等级变化的信息，在步骤411(Esti.Cool.Peff)中估计可接受的噪声等级和冷却性能。所测量的温度可以适合于测量计算机中的初始温度，且在稍后的时间点上还可以检查预测的温度是否正确，并由此阻止计算机内温度可能过热。基于所述信息，冷却风扇在步骤413(C)中被控制，音频信号在步骤415(Ren.A_S)中被呈现给用户。接着步骤401-419被重复421。
如上所提及，可能发生在某个时间周期上调度或控制不能实现噪声低于可接受的噪声等级这一准则的情况。在这种情况下，风扇速度(或其它噪声产生部件)的调度或控制必须中断或忽略419。在这个例子中的结果将是风扇的速度超出噪声等级限制。否则在假设噪声产生部件是冷却风扇时，可能发生计算机内的过热。
图5示出了当音频信号呈现给用户时如何控制噪声产生部件的例子。该例子以及图6中的例子不是基于实际数据，而仅仅是为说明。图5a)中所示的图表示出了作为时间t的函数以分贝(dB)表示的音频信号的输出等级。优选地，输出等级用于计算可接受的噪声等级。水平轴上所示出的时间周期可以表示用户正打算听的歌曲的总持续时间或者是该歌曲的时间间隔。在这个例子中噪声产生部件是冷却风扇和对盘驱动器的I/O访问。为了使得能够对所述噪声产生部件进行控制，重要的是获得信息，所述信息涉及冷却风扇的速度以及对盘驱动器的访问以及所生成的噪声。一种实现方式是简单测量来自风扇作为速度的函数的噪声，以及测量在对所述盘驱动器I/O访问期间所生成的噪声。还可以在购买风扇和盘驱动器时获得所述信息。有了这些信息，冷却风扇和对盘驱动器的I/O访问可以被控制，以使得噪声干扰可以降低。在图1-4所描述的实施例中，所预测的冷却风扇周围环境的温度也可以用作额外的控制参数。
图5b)示出了如何根据图5a)中所示的输出等级来控制冷却风扇的例子。水平轴表示图5a)中所示相同的时间线，垂直轴是冷却风扇的转动速度和由I/O访问所引起的噪声。最初，冷却风扇没有运转。曲线503和阶梯函数501表示用于对于所述盘驱动器的I/O访问以及冷却风扇的通风速度的调度，以使得所生成的噪声降低。在这个例子中，在时刻t1时，通风扇的速度实质上呈阶梯增大，因为输出等级到达特定的噪声等级。该速度维持不变直到时刻t2，或者对于时间间隔dt’＝t2-t1维持不变。由于图5a)中所示的噪声发展是这样的，在到达第一噪声峰值后输出等级维持低保持一段时间，重要的是在时间间隔dt’上获得尽可能多的冷却性能。否则在稍后可能发生过热。如此处所表示，在时刻t3处旋转速度第二次被激活，但是既然输出等级的增长相对低，在短时间或dt”内允许低的风扇速度。然而，由于初始冷却性能已非常高，设备内的温度可以很好地低于给定最大值。在时刻t5，输出等级再次增大，通风扇的速度也增大，但是不如一开始大，由于温度是/可以仍然低于最大值。在时间周期dt上旋转速度维持不变。这保证在整个时间周期上由冷却风扇和通风扇所生成的噪声总和低于噪声等级上限，因此当音频信号呈现给用户时干扰被降低。
图5c)和5d)表示用于对所述盘驱动器的I/O访问和冷却风扇通风速度进行调度的结果。图5c)示出了冷却风扇周围环境(例如，在计算机中)的实际温度曲线507的例子，曲线505表示在存储装置中填充数据。图5d)是由I/O访问和风扇速度所生成的噪声总和。通过比较图5d)中和图5a)中示出的曲线，曲线基本上跟随图5a)中曲线的形状并在可接受噪声等级之下是优选的。
图6a)和6b)示出了当音频信号呈现给用户时如何控制噪声产生部件的另一个例子。再次，该例子不是基于实际数据，而仅仅为了说明。与图5b)中所示的通风速度阶梯增长相对照，冷却风扇的控制是基于控制冷却风扇的旋转速度，以使得基本上跟随输出等级曲线601的形状。此处还示出了对应对盘驱动器的I/O访问603或数据处理的曲线。图6c)和6d)所示的曲线605、607类似于在图5c)和5d)中所示的曲线。
需要注意的是，上面所提及的实施例示出而非对本发明进行限制，本领域技术人员能够设计多种可选实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求书中，任何放置在扩号中的参考记号都不能认为是对权利要求的限定。词语“包含”不排除在权利要求中所列出的元件或步骤之外的元件或步骤的出现。本发明可以通过包含若干个不同元件的硬件来实现，以及通过适当编程的计算机来实现。在设备权利要求中列举了若干个装置，这些装置的若干可以通过同一个硬件项来具体化。仅仅在互相不同的从属权利要求中阐述特定措施的事实并不表明这些措施的组合不能有利地被使用。
权利要求
1.一种控制噪声产生部件(113，117)的方法，使得当呈现音频信号(109)时用户(103)所察觉的噪声干扰变低，该方法包括步骤-读取所述音频信号，并基于此确定所述音频信号的输出等级变化，以及-利用所述输出等级变化来控制噪声产生部件(113，117)，借此所述音频信号(109)的低输出等级导致控制所述噪声产生部件以使得来自所述噪声产生部件(113，117)的噪声变低。
2.一种根据权利要求1的方法，其中噪声产生部件(113，117)是是冷却风扇，所述控制包括控制冷却风扇的速度。
3.一种根据权利要求2的方法，进一步包括预测所述冷却风扇周围环境的温度，并且还使用所述预测的温度作为控制参数来控制冷却风扇的速度。
4.一种根据权利要求1的方法，其中该方法进一步包括确定音频信号频率特性的步骤，并进一步利用所述频率特性来控制噪声产生部件(113，117)。
5.一种根据权利要求1的方法，其中噪声产生部件(113，117)是盘驱动器，其中噪声产生部件的控制包含控制对所述盘驱动器的输入/输出访问
6.一种根据前面任一权利要求的方法，其中噪声产生部件(113，117)包含两个或更多的噪声产生部件。
7.一种计算机可读介质，具有存储在其上的指令，用于使得处理单元执行1-6的方法。
8.一种用于控制噪声产生部件(113，117)的音频设备(101)，以使得当呈现音频信号(109)时，由用户(103)所察觉的噪声干扰被降低，所述设备包含-用于读取所述音频信号并基于此确定所述音频信号的输出等级变化的装置，以及-处理装置，用于利用所述输出等级变化来控制噪声产生部件(113，117)，从而所述音频信号的低输出等级导致控制所述噪声产生部件(113，117)以使得来自所述噪声产生部件的噪声干扰变低。
全文摘要
本发明涉及控制噪声产生部件，以使得在将音频信号呈现给用户时降低噪声干扰。更特别地，本发明涉及一种方法和设备，读取音频信号输出等级并确定确定输出等级的变化，由此使用该输出等级变化来控制噪声产生部件。
文档编号G06F1/20GK101048723SQ200580037349
公开日2007年10月3日 申请日期2005年10月20日 优先权日2004年10月28日
发明者A·克尔纳, G·库尔茨－鲍尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司