自適應數字噪聲消除器制造技術

用于自適應前饋噪聲消除的系統和方法。該系統包括多個參考麥克風、誤差麥克風、輔路徑模塊、自適應控制器以及消除器濾波器。使用平衡模型降階將基于有限脈沖響應（“FIR”）的受控對象模型轉換為基于無限脈沖響應（“HR”）的受控對象模型。由于自適應IIR濾波器的固有的不穩定性，將Schur-Cohn穩定性測試應用于HR濾波器傳遞函數的分母系數，以確定噪聲消除系統的穩定性。在輔路徑模塊中以在線方式識別噪聲消除系統的輔路徑。如果通信信號（例如，音樂信號）的能量水平較強，則執行輔路徑識別。自適應控制器基于所述穩定性確定和輔路徑來控制對HR傳遞函數的更新。然后，生成抗噪聲信號并將其添加到通信信號。在大約60微秒或更少的時間內生成抗噪聲信號。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及噪聲消除耳機(例如，頭戴式耳機、耳塞等)。
技術介紹
噪聲消除耳機在高噪聲環境(如飛機駕駛艙或很響的機器附近)以及其它地方中使用。已經開發出多種技術來提供耳機中的噪聲消除。例如，許多傳統的噪聲消除器使用模擬噪聲消除，并且使用反饋或前饋控制技術。反饋噪聲消除通常在具有大聲腔的耳機中使用。前饋噪聲消除通常在耳塞和貼耳式耳機中使用。前饋噪聲消除器使用疊加原理消除到達佩戴者耳朵的不期望的環境噪聲信號。例如，前饋噪聲消除器使用基于耳機的受控對象模型(plant model)(例如，傳遞函數)的消除器濾波器來生成抗噪聲信號。具體來說，消除器產生幅度上相等或近似相等并相位相反(即，約180°反相)的抗噪聲信號來消除不期望的噪聲信號。這使用參考麥克風來實現。參 考麥克風置于耳機的外面或外圍，并感測進入的不期望的噪聲信號。對感測到的噪聲信號進行處理，并使用受控對象模型生成抗噪聲信號。通常來說，受控對象是使用經驗方法來確定的。為使模擬噪聲消除器提供最佳性能，必須對消除器濾波器進行微調以匹配實際耳機的動態。例如，這可以通過在監測消除器濾波器的性能時改變或更新該消除器濾波器的參數來實現。然而，為了正確地生成抗噪聲信號，噪聲消除器必須能夠在佩戴著耳機時準確地識別佩戴者耳朵處的噪聲信號。然后使用揚聲器驅動正常音頻信號以及抗噪聲信號。在圖I中示出了模擬前饋噪聲消除器系統的示例。系統10包括參考麥克風15、揚聲器20以及前饋控制器25。音頻信號x(t)是來自音頻設備的信號，而聲信號y(t)是佩戴者耳朵處的信號。耳機受控對象模式是根據d(t)和y(t)來確定的。然而，還存在影響噪聲消除的輔路徑。在圖2中示出了前饋系統30的一個例子，前饋系統30包括誤差麥克風35、輔路徑模型40、自適應模塊45以及消除器濾波器50。當使用誤差麥克風35時，受控對象模型指的是參考麥克風15和誤差麥克風35之間的傳遞函數，輔路徑通常指的是揚聲器20和誤差麥克風35之間的通道。為了正確地更新消除器濾波器，精確識別輔路徑的傳遞函數是必要的。
技術實現思路
使用上述技術，受控對象模型基于測試系統和經驗分析，而非實際的系統受控對象。因此，忽略了對系統受控對象的改變。為使得消除器濾波器運行良好(即，生成精確的抗噪聲信號)，消除器濾波器必須與耳機和佩戴者的組合聲相匹配，而耳機和佩戴者的組合聲可能與經驗模型相差極大且通常不能使用單個統一的受控對象模型來歸納。使用消除器濾波器生成的抗噪聲信號必須隨著聲路徑的變化而自適應。例如，除了其它方面，耳機的耳罩和佩戴者頭之間的聲路徑基于耳機在佩戴者上的位置、耳罩的密封性、佩戴者的頭部大小、大氣壓、溫度和制造差異而變化。這些因素能夠使得消除器濾波器在各種情況下運轉不良。使用單個受控對象模型并不會將這些因素考慮在內，因此消除器濾波器會運轉不良。另外，由于適當地消除不期望的噪聲信號所需要的抗噪聲信號會隨著不期望的噪聲信號的方向變化而變化，因此消除器濾波器必須隨著不期望的噪聲信號的到達方向的變化而自適應。固定的濾波器無法適應這種變化。本專利技術的實施例提供了用于使用自適應無限脈沖響應(“IIR”)濾波器作為消除器濾波器而實現數字前饋噪聲消除系統和方法的技術。消除器濾波器不斷地進行更新或自適應以將系統和實際的受控對象的變化考慮在內。這種消除器濾波器能夠適應實際的受控對象中的變化和不期望的噪聲信號的到達方向中的變化兩者。當與傳統的有限脈沖響應(“FIR”)濾波器相比時，IIR濾波器降低了系統的延遲。FIR濾波器需要數百個抽頭，并且在低延遲應用中(例如，耳機)是不實用的。在一個實施例中，本專利技術提供了一種系統，該系統包括三個或更多參考麥克風、誤差麥克風、輔路徑模塊、自適應控制器以及消除器濾波器。使用平衡模型降階將FIR受控 對象模型轉換為IIR受控對象(即，自適應IIR濾波器)。由于自適應IIR濾波器的固有的不穩定性，將Schur-Cohn穩定性測試應用于IIR濾波器的傳遞函數的分母系數，以在更新分母系數之前驗證噪聲消除系統的穩定性。如果識別到會影響系統穩定性的干擾，則減緩或停止IIR濾波器的傳遞函數的分母的自適應以維持穩定性。以在線方式識別噪聲消除系統的輔路徑。如果通信信號(例如，音樂信號)的能量水平近似白噪聲信號，則執行輔路徑識另O。然后，生成抗噪聲信號并將其添加到通信信號。在大約60微秒或更少的時間內生成抗噪聲信號。在另一實施例中，本專利技術提供了一種用于耳機的自適應噪聲消除系統。該噪聲消除系統包括多個參考麥克風、誤差麥克風和控制器。所述參考麥克風配置成檢測噪聲信號，所述誤差麥克風配置成檢測聲誤差信號。所述控制器連接到所述多個參考麥克風和所述誤差。所述控制器配置成至少部分地基于針對所述噪聲消除系統的穩定性確定和輔路徑模型來控制IIR消除器濾波器的自適應。所述控制器還配置成控制所述輔路徑的更新、基于所述消除器濾波器來生成抗噪聲信號、以及輸出該抗噪聲信號。所述IIR消除器濾波器生成作為FIR消除器濾波器的平衡模型降階，并且將抗噪聲信號與音頻信號以電方式組合生成組合信號。將所述組合信號提供給輸出揚聲器。在另一實施例中，本專利技術提供了一種用于在包括多個參考麥克風和誤差麥克風的系統中實現自適應噪聲消除的方法。該方法包括使用所述多個參考麥克風來檢測一個或多個噪聲信號；使用所述誤差麥克風來檢測聲誤差信號；以在線方式識別輔路徑模型；以及，確定所述系統的穩定性。該方法還包括至少部分地基于所述穩定性確定和所識別的輔路徑模型來控制IIR消除器濾波器的自適應；基于所述消除器濾波器來生成抗噪聲信號；輸出所述抗噪聲信號；以及，以電方式組合所述抗噪聲信號和音頻信號以生成組合信號。所述IIR消除器濾波器是FIR消除器濾波器的降階。在另一實施例中，本專利技術提供了一種配置成生成抗噪聲信號的控制器。該控制器包括存儲器模塊和處理單元。所述處理單元配置成接收與由參考麥克風檢測的第一聲信號相關的參考信號；接收與由誤差麥克風檢測的第二聲信號相關的誤差信號；以在線方式識別輔路徑模型；以及，確定所述系統的穩定性。所述處理單元還配置成至少部分地基于所述穩定性確定和所識別的輔路徑模型來控制IIR消除器濾波器的自適應；以及，基于所述消除器濾波器來生成抗噪聲信號。所述IIR消除器濾波器是FIR消除器濾波器的降階。通過考慮詳細描述和附圖，本專利技術的其它方面將變得顯而易見。附圖說明圖I示出了模擬前饋噪聲消除系統。圖2示出了自適應前饋噪聲消除系統。圖3示出了根據本專利技術的實施例的數字自適應前饋噪聲消除系統。圖4示出了基于有限脈沖響應(“FIR”)的受控對象模型和基于降階無限脈沖響應(“IIR”)的受控對象模型的脈沖響應。圖5示出了基于FIR的受控對象模型和基于降階IIR的受控對象模型的幅度響 應。圖6示出了用于圖3的噪聲消除系統的時序圖。圖7-10示出了根據本專利技術的實施例的噪聲消除過程。圖11示出了圖3的噪聲消除系統的效果。具體實施例方式在詳細闡述本專利技術的任意實施例之前，應當理解的是，本專利技術并不將其應用限于在下文的描述中闡述的或附圖中示出的組件的構造和排列的細節。本專利技術能夠用于其它實施例且能夠以各種方式實踐或實現。本專利技術在此描述的實施例涉及用于在例如飛機駕駛艙或其它高噪聲環境下使用的耳機的自適應前饋本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：L·泰夫拉普魯馬，T·A·約瑟夫，
申請(專利權)人：羅伯特·博世有限公司，
類型：
國別省市：