專利名稱：具有音頻信號補償?shù)挠性丛肼暱刂葡到y(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有源噪聲控制，更具體地，涉及與音頻系統(tǒng)一起使用的有源噪聲控制。
背景技術：
有源噪聲控制可以用來產生與目標聲音相消干擾的聲波。可以通過揚聲器產生相 消干擾聲波，以與目標聲音結合。在期望得到諸如音樂的音頻聲波的情形下期望進行有源 噪聲控制。音頻/視覺系統(tǒng)可包括各種揚聲器，以產生音頻。這些揚聲器可同時用來產生 相消干擾聲波。 有源噪聲控制系統(tǒng)主要包括麥克風，以檢測相消干擾的目標區(qū)域周圍的聲音。所 檢測到的聲音提供誤差信號，在誤差信號中調整相消干擾聲波。然而，如果也通過普通揚聲 器產生音頻，那么麥克風可以檢測到音頻聲波，其可以被包含在誤差信號中。因而，有源噪 聲控制可以跟蹤不希望被干擾的聲音，諸如此音頻。這會導致不正確地產生的相消干擾。此 外，有源噪聲控制系統(tǒng)會產生相消干擾此音頻的聲波。因此，在有源噪聲控制系統(tǒng)中，需要 從誤差信號中去除音頻分量。

發(fā)明內容
—種有源噪聲控制(ANC)系統(tǒng)可以產生抗噪聲信號，以驅動揚聲器產生聲波，此 聲波相消干擾在目標空間中存在的非期望聲音(undesired sound) 。 ANC系統(tǒng)可以基于代 表非期望聲音的輸入信號產生抗噪聲信號。也可以驅動揚聲器來產生代表期望的音頻信號 的聲波。麥克風可以接收目標空間中存在的聲波，并產生代表信號。此代表信號可以與音 頻補償信號相結合，以去除代表基于所期望的音頻信號的聲波的分量，從而產生誤差信號。 可通過利用已估計的路徑濾波器(path filter)對音頻信號濾波來產生音頻補償信號。可 以通過ANC系統(tǒng)接收誤差信號，以調整抗噪聲信號。 ANC系統(tǒng)可以被配置以接收指示具有第一采樣率的非期望聲音的輸入信號，并將 第一采樣率轉換為第二采樣率。也可以配置ANC系統(tǒng)以接收具有第三采樣率的音頻信號， 并將第三采樣率轉換為第二采樣率。還可以配置ANC系統(tǒng)接收具有第一采樣率的誤差信 號，并將第一采樣率轉換為第二采樣率。ANC系統(tǒng)可以基于輸入信號、音頻信號以及第二采 樣率的誤差信號，以第二采樣率產生抗噪聲信號?？梢詫⒖乖肼曅盘柕牟蓸勇蕪牡诙蓸?率轉換為第一采樣率。 在查閱了隨后的附圖和詳細描述之后，本領域技術人員將明白本發(fā)明的其它系 統(tǒng)、方法、特征以及優(yōu)勢。我們意在使所有這些其它的系統(tǒng)、方法、特征以及優(yōu)勢都包含在此 描述中，包含在本發(fā)明的范圍中，并由隨后的權利要求予以保護。


可以參考如下附圖和描述更好地理解本系統(tǒng)。不需要放大、強調附圖中的組件，重 點在于闡釋本發(fā)明的原理。并且，這些附圖中類似的參考數(shù)字在所有不同的視圖中都指示對應的部分。 圖1示出了范例有源噪聲去除(ANC)系統(tǒng)的概略圖； 圖2示出了實施ANC系統(tǒng)的范例配置的框圖； 圖3示出了實施ANC系統(tǒng)的范例車輛的俯視圖； 圖4示出了實施ANC系統(tǒng)的系統(tǒng)的范例； 圖5示出了具有音頻補償?shù)腁NC系統(tǒng)的操作例； 圖6示出了無限沖激響應(IIR)濾波器的頻率-增益關系圖的例子； 圖7示出了 IIR濾波器的脈沖響應的例子； 圖8示出了產生有限沖激響應(FIR)濾波器的操作例； 圖9示出了產生多個已估計路徑濾波器的操作例； 圖10示出了 ANC系統(tǒng)的多聲道實施的例子。
具體實施例方式
本公開提供了一種系統(tǒng)，其被配置為利用音頻補償產生相消干擾聲波。這主要通 過首先確定非期望聲音的存在，并生成相消干擾聲波來實現(xiàn)?？梢詫⑾嘞蓴_信號作為揚 聲器輸出的一個部分與音頻信號一起包含在其中。麥克風可以從利用揚聲器輸出驅動的擴 音器接收非期望的聲音和聲波。麥克風可以基于所接收到的聲波產生輸入信號。可在產生 誤差信號之前從輸入信號中去除與音頻信號相關的分量。可以使用誤差信號更準確地產生 相消干擾信號，此相消干擾信號產生相消干擾聲波。 在圖1中，示意性示出了有源噪聲控制(ANC)系統(tǒng)100的例子。可以以各種設置， 諸如在車輛內部實現(xiàn)ANC系統(tǒng)IOO，以減少或消除在目標空間102中可以聽到的特殊聲音頻 率或頻率范圍。將圖1的范例ANC系統(tǒng)100配置為在一個或多個期望頻率或頻率范圍上產 生信號，此信號是作為與非期望聲音104相消干擾的聲波而生成的，非期望聲音104在圖1 中用源自聲源106的虛線箭頭表示。在一個例子中，可以將ANC系統(tǒng)IOO配置為相消干擾 在約20-500Hz頻率范圍內的非期望聲音。ANC系統(tǒng)IOO可以接收聲音信號107，此信號指 示在目標空間102中可聽到的從聲源106所發(fā)出的聲音。 可以在目標空間102中放置諸如麥克風108的傳感器。ANC系統(tǒng)100可以產生抗 噪聲信號IIO，在一個例子中，其可以代表與目標空間102中存在的非期望聲音104的相位 相差約180度、幅度大致相等的聲波?？乖肼曅盘柕?80度相移可導致在抗噪聲聲波和非 期望聲音104聲波的相消結合的區(qū)域中與非期望的聲音實現(xiàn)期望的相消干擾。
在圖1中，示出了抗噪聲信號IIO在求和操作112處與由音頻系統(tǒng)116產生的音 頻信號114相加。提供結合的抗噪聲信號IIO和音頻信號114，以驅動揚聲器118產生揚聲 器輸出120。揚聲器輸出120在目標空間102中是可聽到的聲波，其被向麥克風108投射。 作為揚聲器輸出120而產生的聲波的抗噪聲信號IIO分量可以在目標空間102內與非期望 聲音104相消干擾。 麥克風108可以基于對揚聲器輸出120和非期望噪聲104，以及由麥克風108接收 的范圍內的其它可聽信號的結合的檢測而產生麥克風輸入信號122。為了調整抗噪聲信號 IIO，可以使用麥克風輸入信號122作為誤差信號。麥克風輸入信號122可包括代表由麥克 風108接收的任何可聽的信號的分量，其是從抗噪聲110和非期望噪聲104的結合保留的
5分量。麥克風輸入信號122還可以包含這樣的分量，此分量代表由代表音頻信號114的聲 波的輸出所引起的揚聲器輸出120的任何可聽部分?？梢詮柠溈孙L輸入信號108中去除代 表音頻信號114的分量，從而可允許基于誤差信號124產生抗噪聲信號110。 ANC系統(tǒng)100 可以在求和操作126處從麥克風輸入信號122中去除代表音頻信號114的分量，在一個實 施例中，這可通過反轉音頻信號114并將其加至麥克風輸入信號122來進行。結果得到誤 差信號124，將其作為輸入提供給ANC系統(tǒng)100的抗噪聲發(fā)生器125?？乖肼暟l(fā)生器125可 基于誤差信號124和聲音信號107產生抗噪聲信號110。 ANC系統(tǒng)100可基于誤差信號124和聲音信號107對抗噪聲信號110進行動態(tài)調 整，以更準確地產生抗噪聲信號IIO，從而相消干擾在目標空間102內的非期望聲音104。對 代表音頻信號114的分量的去除可使誤差信號124能更準確地反映抗噪聲信號110和非期 望聲音104之間的任何差異。允許代表音頻信號114的分量包括在抗噪聲發(fā)生器125的誤 差信號輸入中可使得抗噪聲發(fā)生器125產生包含與音頻信號114進行相消結合的信號分量 的抗噪聲信號110。因而，ANC系統(tǒng)100可以消除或減少與音頻系統(tǒng)116關聯(lián)的聲音，這種 聲音是不期望的。而且，由于包含了音頻信號114，會不期望地改變抗噪聲信號IIO，從而使 得任何生成的抗噪聲都不能準確跟蹤非期望噪聲104。因此，去除代表音頻信號114的分量 以生成誤差信號124，可以增強由揚聲器118從音頻信號114產生的音頻聲音的保真度，并 能夠更有效地減少或消除非期望聲音104。 在圖2中，通過框圖形式表示范例ANC系統(tǒng)200和范例物理環(huán)境。ANC系統(tǒng)200 可以以與結合圖1所描述的ANC系統(tǒng)100類似的方式工作。在一個例子中，非期望的聲音 x(n)從非期望聲音x(n)的源頭經過物理路徑204到達麥克風206?？梢杂脄域傳遞函數(shù) P(z)表示物理路徑204。在圖2中，非期望聲音x(n)表示非期望聲音的物理表示和利用模 擬-數(shù)字(A/D)轉換器產生的數(shù)字表示。也可以使用非期望聲音x(n)作為自適應濾波器 208的輸入，此自適應濾波器可包含在抗噪聲發(fā)生器209中。可用z域傳遞函數(shù)W(z)表示 自適應濾波器208。此自適應濾波器208可以是數(shù)字濾波器，其被配置為可動態(tài)調整，從而 對輸入進行濾波，以產生期望的抗噪聲信號210作為輸出。 與圖1描述的類似，抗噪聲信號210和由音頻系統(tǒng)214產生的音頻信號212可以結 合，以驅動揚聲器216?？乖肼曅盘?10和音頻信號212的結合可產生聲波，從揚聲器216 輸出。在圖2中用求和操作表示揚聲器216，具有揚聲器輸出218。揚聲器輸出218可以是 經過物理路徑220的聲波，此物理路徑220包括從揚聲器216到麥克風206的路徑。在圖 2中可用z域傳遞函數(shù)S(z)表示物理路徑220?？捎甥溈孙L206接收揚聲器輸出218和非 期望噪聲x(n)，并且，可由麥克風206產生麥克風輸入信號222。在其它例子中，可出現(xiàn)任 意數(shù)量的揚聲器和麥克風。 與圖1所討論的類似，可通過對麥克風輸入信號222的處理，從麥克風輸入信號 222中去除代表音頻信號212的分量。在圖2中，可以處理音頻信號212，以反映音頻信號 212的聲波經過了物理路徑220?？梢酝ㄟ^將物理路徑220估計為估計的路徑濾波器224 來進行此處理，這為經過物理路徑220的音頻信號聲波提供了估計效果。估計的路徑濾波 器224被配置為，模擬音頻信號212的聲波通過物理路徑220的效果，并生成輸出信號234。
在圖2中，可將所述估計的路徑濾波器224表示為z域傳遞函數(shù)g(Z)。
可以處理麥克風輸入信號222，使得如求和操作226所指示，去除表示音頻信號234的分量。這可以通過在求和操作226處反轉已濾波的音頻信號，并將反轉的信號加至麥克風輸入信號222來實現(xiàn)?？蛇x地，可以減去已濾波的音頻信號，或者采用任何其它機制或方法來去除。求和操作226的輸出是誤差信號228，其表示在通過揚聲器216發(fā)出的抗噪聲信號210和非期望噪聲x(n)之間進行了任何相消干擾之后剩余的可聽到的信號?？烧J為ANC系統(tǒng)200中包含從輸入信號222中去除代表音頻信號234的分量的求和操作226。
誤差信號228被發(fā)送給學習算術單元(LAU) 230，此算術單元230被包含在抗噪聲發(fā)生器中。LAU 230可實現(xiàn)各種學習算法，諸如最小均方(LMS)、遞歸最小均方(RLMS)、規(guī)一化最小均方(NLMS)，或者任何其它合適的學習算法。LAU 230也接收經過濾波器224濾波的非期望噪聲x(n)作為輸入。LAU輸出232可以是發(fā)送給自適應濾波器208的更新信號。因此，自適應濾波器208被配置為接收非期望噪聲x(n)和LAU輸出232。 LAU輸出232被發(fā)送給自適應濾波器208，從而通過提供抗噪聲信號210更準確地消去非期望噪聲x(n)。
在圖3中，可在范例車輛302中實現(xiàn)范例ANC系統(tǒng)300。在一個例子中，ANC系統(tǒng)300可被配置為減少或消除與車輛302相關的非期望的聲音。在一個例子中，非期望的聲音可以是與發(fā)動機304相關的發(fā)動機噪聲303 (在圖3中用虛線箭頭表示)。然而，可以減少或消除各種非期望的聲音，諸如，道路噪聲或者與車輛302相關的任何其它非期望的聲音?？梢酝ㄟ^至少一個傳感器306檢測發(fā)動機噪聲303。在一個例子中，傳感器306是加速計，其基于發(fā)動機304的當前工作情況產生發(fā)動機噪聲信號308，指示發(fā)動機噪聲303水平?？梢詫崿F(xiàn)其它方式的聲音檢測，諸如麥克風或者適于檢測與車輛302相關的可聽聲音的任何其它傳感器。信號308可被發(fā)送給ANC系統(tǒng)300。 車輛302可以包含各種音頻/視頻分量。在圖3中，示出車輛302包括音頻系統(tǒng)310，此音頻系統(tǒng)包括各種提供音頻/視頻信息的裝置，諸如AM/FM收音機、CD/DVD播放器、移動電話、導航系統(tǒng)、MP3播放器，或者個人音樂播放器接口。可以在儀表板311中嵌入音頻系統(tǒng)310。可以將音頻系統(tǒng)310配置為用于單聲道、立體聲、5聲道以及7聲道工作，或者任何其它音頻輸出配置。音頻系統(tǒng)310也可以包括其它組件，比如放大器(未示出)，可以在車輛302內部、諸如行李箱313的各種位置放置放大器。 在一個例子中，車輛302可包括多個揚聲器，諸如左后揚聲器326和右后揚聲器328，其位于后窗臺板320上或其內部。車輛302還可包括左側揚聲器322和右側揚聲器324，分別安裝在車門326和328內部。車輛還可包括左前揚聲器330和右前揚聲器332，分別安裝在車門334、336內部。車輛還包括位于儀表板311內部的中央揚聲器338。在其它例子中，車輛302中的音頻系統(tǒng)310也可以具有其它配置。 在一個例子中，可使用中央揚聲器338發(fā)送抗噪聲，以減小在目標空間342中聽到的發(fā)動機噪聲。在一個例子中，目標空間342可以是駕駛員耳旁的區(qū)域，其接近駕駛員座椅347的駕駛員座椅頭枕346。在圖3中，可以在頭枕346內部或鄰近處安放諸如麥克風344的傳感器?？梢砸耘c圖1和2類似的方式將麥克風344連接到ANC系統(tǒng)300。在圖3中，ANC系統(tǒng)300和音頻系統(tǒng)310連接到中央揚聲器338，從而可以結合音頻系統(tǒng)310和ANC系統(tǒng)300產生的信號，以驅動中央揚聲器338并生成揚聲器輸出350 (用虛線箭頭表示)?？蓪⒋藫P聲器輸出350生成為聲波，從而使得抗噪聲與目標空間342中的發(fā)動機噪聲303相消干擾?？梢赃x擇車輛302中的一個或多個其它揚聲器，來產生包括抗噪聲的聲波。此外，可在一個或多個期望目標空間中的車輛的各處安放麥克風344。
在圖4中，示出了以單聲道實現(xiàn)的具有音頻補償?shù)腁NC系統(tǒng)400的例子。在一個例子中，ANC系統(tǒng)400可用于車輛中，諸如圖3的車輛302。與圖1和2中的描述類似，ANC系統(tǒng)400可被配置為產生抗噪聲，以消除或減少目標空間402中的非期望噪聲?？身憫趥鞲衅?04對非期望噪聲的檢測來產生抗噪聲。ANC系統(tǒng)400可產生通過揚聲器406進行發(fā)送的抗噪聲。揚聲器406還可以發(fā)送由音頻系統(tǒng)408產生的音頻信號?？稍谀繕丝臻g402中安放麥克風410，以從揚聲器406接收輸出。麥克風410的輸入信號可補償某信號的存在，該信號代表由音頻系統(tǒng)408產生的音頻信號。在去除此信號分量后，可使用剩余的信號作為ANC系統(tǒng)400的輸入。 在圖4中，傳感器404可產生輸出412，由A/D轉換器414接收。A/D轉換器414以預定的采樣率對傳感器輸出412進行數(shù)字化。可以向采樣率轉換(SRC)濾波器418提供A/D轉換器414的數(shù)字化的非期望聲音信號416。 SRC濾波器418可以對數(shù)字化的非期望聲音信號416進行濾波，以調整非期望聲音信號416的采樣率。SRC濾波器418可以輸出已濾波的非期望聲音信號420，其被作為輸入提供給ANC系統(tǒng)400。也可以向非期望聲音估計路徑濾波器422提供非期望聲音信號420。估計路徑濾波器422可以模擬非期望的聲音從揚聲器406到達目標空間402的效果。濾波器422被表示為z域傳遞函數(shù)^us(Z)。
如之前所討論，麥克風410可檢測聲波，并生成輸入信號424，此輸入信號424包括音頻信號以及在非期望噪聲和揚聲器406的聲波輸出進行相消干擾之后剩余的任何信號?？梢酝ㄟ^具有輸出信號428的A/D轉換器426以預定采樣率對麥克風輸入信號424數(shù)字化。此數(shù)字化的麥克風輸入信號428可被提供給SRC濾波器430， SRC濾波器430對輸出428濾波以改變采樣率。因此，SRC濾波器430的輸出信號432可以是已濾波的麥克風輸入信號428。進一步對信號432進行如下處理。 在圖4中，音頻系統(tǒng)408產生音頻信號444。音頻系統(tǒng)408可包括數(shù)字信號處理器(DSP)436。音頻系統(tǒng)408還可以包括處理器438和存儲器440。音頻系統(tǒng)408可以處理音頻數(shù)據(jù)，以提供音頻信號444。音頻信號444可以有預定的采樣率?？上騍RC濾波器446提供音頻信號444， SRC濾波器446對音頻信號444濾波，以產生輸出信號448，輸出信號448是音頻信號444的已調整采樣率版本。可通過估計的音頻路徑濾波器450對輸出信號448濾波，其中，用z域傳遞函數(shù)^A(z)表示估計的音頻路徑濾波器450。濾波器450可模擬音頻信號444從音頻系統(tǒng)408發(fā)送通過揚聲器406到麥克風410的效果。音頻補償信號452代表對音頻信號444經過物理路徑到達麥克風410之后的音頻信號444的狀態(tài)的估計。音頻補償信號452可以在加法器454處與麥克風輸入信號432結合，以從麥克風輸入信號432中去除代表音頻信號分量444的分量。 誤差信號456可表示的信號是在目標空間402缺少基于音頻信號的聲波時在抗噪聲和非期望聲音之間進行相消干擾的結果。ANC系統(tǒng)400可包括抗噪聲發(fā)生器457，此抗噪聲發(fā)生器457包括自適應濾波器458和LAU 460，此抗噪聲發(fā)生器457被實現(xiàn)為以圖2中描述的方式產生抗噪聲信號462?？梢砸灶A定的采樣率產生抗噪聲信號462。向SRC濾波器464提供信號462， SRC濾波器464對信號462濾波，以調整采樣率，并提供其作為輸出信號466?？上騍RC濾波器468提供音頻信號444， SRC濾波器468可調整音頻信號444的采樣率。SRC濾波器468的輸出信號470代表不同采樣率的音頻信號444?？上蜓訒r濾波器472提供音頻信號470。延時濾波器472可以對音頻信號470延時，從而使ANC系統(tǒng)400產生抗噪聲，以使得音頻信號452與麥克風410所接收的揚聲器406的輸出同步。延時濾波器472的輸出信號474可在加法器476處與抗噪聲信號466相加。結合的信號478可被提供給數(shù)字-模擬(D/A)轉換器480。向揚聲器406提供D/A轉換器480的輸出信號482，其中，揚聲器406可包含放大器(未示出)，以用于產生聲波，此聲波被擴散到目標空間402。
在一個例子中，ANC系統(tǒng)400可以是存儲器中存儲的指令，由處理器執(zhí)行。例如，ANC系統(tǒng)400可以是存儲在音頻系統(tǒng)408的存儲器440中的指令，并由處理器438執(zhí)行。在另一個例子中，ANC系統(tǒng)400可以是存儲在計算機裝置484的存儲器488中的指令，可由計算機裝置484的處理器486執(zhí)行。在其它例子中，ANC系統(tǒng)400的各種特征可以全部或者部分地作為指令存儲在不同的存儲器中，并可由不同的處理器執(zhí)行。存儲器440和488都可以是計算機可讀存儲介質或存儲器，諸如快速緩沖區(qū)、緩沖存儲器、RAM、可移動介質、硬盤驅動器或者其它計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質包括各種類型的易失或非易失的存儲介質?？梢酝ㄟ^處理器438、486實現(xiàn)各種處理技術，諸如多處理、多任務、并行處理等。 在圖5中，流程圖闡釋了在諸如圖4所示的系統(tǒng)中利用有源噪聲控制進行的信號處理的范例操作。步驟502的操作可包括確定是否檢測到非期望的聲音。在圖5所示的例子中，可通過傳感器404進行步驟502，可將傳感器404配置為檢測包含非期望聲音的頻率或頻率范圍。如果沒有檢測到非期望噪聲，則直到檢測到再進行步驟502。如果檢測到非期望噪聲，則可進行步驟504，檢測可聽的聲音并產生輸入信號。在一個例子中，可由諸如麥克風410的傳感器進行步驟504，其中，將麥克風410配置為接收包含揚聲器406的輸出的可聽聲音，以及產生麥克風輸入信號，諸如所述麥克風輸入信號。 操作還可包括步驟506，確定是否當前正生成音頻信號。如果當前正生成音頻信號，則在步驟508從麥克風輸入信號中去除基于音頻的信號分量。在一個例子中，可以利用諸如圖4所示的配置實現(xiàn)步驟508，其中，在加法器454處音頻補償信號452與麥克風輸入信號432結合，產生誤差信號456。 —旦去除了基于音頻的信號，則可進行步驟510，基于已修改的麥克風輸入信號產生抗噪聲信號。在一個例子中，可利用ANC系統(tǒng)400實現(xiàn)步驟510，其中，在接收誤差信號456之后產生抗噪聲信號462?；邴溈孙L輸入信號432和音頻補償信號452的結合得到誤差信號456。 生成抗噪聲信號之后，操作可包括步驟512，基于抗噪聲信號產生聲波，并將聲波導向目標空間。在一個例子中，通過經由揚聲器產生抗噪聲聲波來進行步驟512，例如，揚聲器為圖4中的揚聲器406。揚聲器406可被配置為基于抗噪聲信號466和音頻信號474生成聲波。聲波向目標空間402傳播，從而與目標空間402中存在的非期望聲音相消干擾。
如果步驟506確定沒有生成音頻，則可進行步驟514，基于輸入信號生成抗噪聲信號。在生成此抗噪聲信號之后，進行步驟512，基于抗噪聲信號產生聲波。
如圖4中描述，可以對各種信號進行采樣率調整。選擇采樣率以確保合適的信號處理。例如，可以分別通過A/D轉換器414和426將非期望噪聲信號412和麥克風輸入信號424數(shù)字化為192kHz的采樣率。在一個例子中，A/D轉換器414和426可以是相同的A/D轉換器。 類似地，音頻信號444可以是初始的48kHz采樣率。SRC濾波器468可以將音頻信號444的采樣率增加至192kHz 。可以從ANC系統(tǒng)400產生4kHz的抗噪聲信號462。 SRC濾波器464可將信號462的采樣率增加至192kHz 。此采樣率轉換使得音頻信號474和抗噪聲信號466在加法器476處結合時具有相同的采樣率。 也可以減小各種信號的采樣率。例如，可以通過SRC濾波器418將數(shù)字化的非期望噪聲信號416的采樣率從192kHz減小到4kHz。于是，當ANC系統(tǒng)400接收時，信號420和424的采樣率都是4kHz 。可以通過SRC濾波器446將音頻信號444從48kHz范例采樣率降低到4kHz。通過SRC濾波器430將數(shù)字化的麥克風輸入信號428的采樣率從192kHz降低到4kHz 。這使得音頻補償信號452和麥克風輸入信號432在加法器454處具有相同的采樣率。 在一個例子中，在預定的時間參數(shù)內由SRC 464將抗噪聲采樣率從4kHz增加到192kHz，確保及時生成抗噪聲以到達目標空間402，從而消除非期望噪聲，這也是生成抗噪聲的目的。因此，SRC濾波器464可要求考慮各種設計思路。例如，可以預期非期望噪聲在20-500Hz頻率范圍內。因此，可以在類似范圍生成抗噪聲。可以利用所設想的這類思路設計SRC濾波器464。 可以考慮各種濾波器類型，其中，實現(xiàn)SRC濾波器464。在一個例子中，SRC濾波器464可以是有限沖激響應(FIR)濾波器。FIR濾波器可基于諸如橢圓濾波器的無限沖激響應(IIR)濾波器。圖6示出了作為SRC濾波器464的基礎選擇出的橢圓濾波器的頻率_增益關系的波形圖600的例子。在一個例子中，可如下定義橢圓濾波器的增益G,'(辺)=, 2 其中，e是脈動系數(shù)，Rn是第n階橢圓有理函數(shù)，l是選擇性因子，"是角頻率，而"。是截止頻率。 在一個例子中，可使用此等式設計SRC濾波器464。圖6的波形600基于21階橢圓濾波器。選擇奇數(shù)階次以確保SRC濾波器464的幅度響應在奈奎斯特采樣率下比140dB下降更多。在圖6中，指示出了通帶602、過渡帶604，以及阻帶606。由于其控制通帶波紋608和阻帶波紋610的能力，也可以選擇橢圓濾波器。在一個例子中，通帶波紋608約為0. OldB，阻帶衰減約為100dB。在圖6所示的例子中，阻帶的第一個深度抑制(de印皿ll)約為0. 083Hz，其導致通帶截止約為0. 0816。 —旦選擇了濾波器，則可產生頻率響應，諸如圖7中的頻率響應。波形700示出了通過對1024個樣本的脈沖數(shù)據(jù)集進行濾波生成的由圖6表明其特征的濾波器的數(shù)字脈沖響應，其中，所述1024個樣本的脈沖數(shù)據(jù)集，除了在從零開始的索引512處設置為l之外，其它位置都是零。在生成了選擇的樣本數(shù)之后，可以選擇諸如Blackman Harris窗口之類的窗口 702。窗口 702的大小定義了所選擇樣本的數(shù)目。在一個例子中，選擇1024個樣本在窗口 702之內?？梢圆杉@些樣本并將其結合為FIR濾波器的系數(shù)。然后可以將此FIR濾波器用作為SRC濾波器464。在一個例子中，由SRC濾波器464實現(xiàn)的采樣率提高可以是多級的。例如，在將抗噪聲采樣率從4kHz增加到192kHz的例子中，采樣率提高了 48倍。可以通過六倍和八倍這兩次較小的提高來進行此提高，從而得到經過提高的192kHz的采樣率。 圖8示出了設計可用作為SRC濾波器464的濾波器的范例操作的流程圖?？蛇M行 步驟802，以選擇IIR濾波器類型?？梢赃x擇各種濾波器，諸如橢圓濾波器、巴特沃斯濾波 器、Chebychev濾波器，或者任何其它合適的IIR濾波器。選擇了 IIR濾波器之后，可進行 步驟804，確定所選擇的IIR濾波器的參數(shù)?？赏ㄟ^對濾波器設計方程和所期望的結果進行 比較，諸如，對橢圓濾波器的增益方程和濾波操作過程中的相關頻率進行比較來進行步驟 804。 選擇了參數(shù)之后，可進行步驟806，確定通帶和阻帶之間的差異是否在操作約束條 件之內。如果此差異在操作約束條件之外，可在步驟802重新選擇濾波器類型。如果此差 異可接受，可進行步驟808，確定過渡帶是否在操作約束條件之內。諸如在SRC濾波器464 的設計中，期望得到相對陡峭的過渡帶。如果過渡帶在操作約束條件之外，可在步驟802重 新選擇IIR濾波器的類型。 如果過渡帶可接受，則可進行步驟810，生成所選擇的IIR濾波器的脈沖響應。脈 沖響應的生成可產生諸如圖7所示的波形。生成脈沖響應之后，可進行步驟812，選擇采樣 的窗口大小，諸如圖7的窗口 702。選擇了窗口之后，操作可包括步驟814，在所選擇的窗口 內采集樣本，例如，諸如圖7中的相關描述。在采集了樣本之后，操作可包括步驟816，選擇 具有所采集樣本的系數(shù)的FIR濾波器。選擇了 FIR濾波器之后，操作可包括步驟818，確定 FIR濾波器是否能如期工作。如果此濾波器不能恰當?shù)毓ぷ?，可在步驟802重新選擇IIR濾 波器。 如圖4所述，當非期望的聲音和音頻信號由于不同元件的處理和/或來自不同的 源頭而經過不同的路徑時，所估計的路徑濾波器422和450可以是不同的傳遞函數(shù)。例如， 圖3中，由音頻系統(tǒng)310生成音頻信號，當被生成為從中央揚聲器338到麥克風344的聲波 時，此音頻信號經過電子元件以及車輛內部。為了確定估計的路徑濾波器傳遞函數(shù)，可以實 施訓練方法。圖9描述了確定估計的路徑濾波器的范例操作的流程圖。此操作可包括步驟 902，確定物理路徑的數(shù)目N。路徑的數(shù)目N可確定ANC系統(tǒng)內使用的估計路徑濾波器的數(shù) 目。例如，圖4的單聲道配置可以實現(xiàn)兩個估計的路徑濾波器422和450。在多聲道配置 中，可以使用其它數(shù)量的估計的路徑濾波器，諸如圖10所示的多聲道配置。
—旦在步驟902確定了物理路徑的數(shù)目N，則可進行步驟904，選擇第一條物理路 徑。此方法可包括步驟906，通過所選擇的物理路徑發(fā)送測試信號。在一個例子中，可通過 為ANC配置的系統(tǒng)發(fā)送高斯噪聲或"白"噪聲。也可以使用其它合適的測試信號。例如，在 圖4中，可以發(fā)送測試信號，使其經過ANC系統(tǒng)400的路徑，并通過揚聲器406生成聲波，由 麥克風410檢測。因此，測試信號經過電子元件，以及揚聲器406和麥克風410之間的物理 空間。 可進行步驟908，記錄經過所選擇的物理路徑的輸出。此輸出將用于方法的步驟 910中，以將已記錄的輸出與所發(fā)送的測試信號進行比較。返回圖4所示配置的例子，將響 應于白噪聲生成的誤差信號456與白噪聲輸入信號進行比較。 一旦進行了步驟910的比 較，方法900可包括步驟912，基于已記錄的輸出信號和測試信號之間的比較來確定所選擇 的路徑的傳遞函數(shù)。例如，可以將白噪聲輸入信號與信號432進行比較，以確定傳遞函數(shù)，此傳遞函數(shù)提供了非期望噪聲和已處理的麥克風輸入信號432之間的關系。這允許將濾波 器422配置為模擬非期望噪聲經過物理路徑的效果，從而使ANC系統(tǒng)生成的抗噪聲更加類 似目標空間402中的收聽者所經歷的非期望聲音的相移版本。 可進行步驟914，確定是否選擇了 N個路徑。 一旦選擇了所有N個物理路徑，并確 定了傳遞函數(shù)，則操作結束。然而，如果沒有選擇N個物理路徑，則進行步驟916，選擇下一 個物理路徑。在選擇了下一個物理路徑之后，可進行步驟906，允許通過下一個選擇的物理 路徑發(fā)送測試信號。例如，在圖4中，下一個物理路徑可以是音頻信號444經過元件、經歷 采樣率轉換，以及通過揚聲器和麥克風410之間的距離所通過的物理路徑。可以確定所有 N個物理路徑的傳遞函數(shù)。 圖IO示出了為多聲道系統(tǒng)配置的ANC系統(tǒng)IOOO的框圖。此多聲道系統(tǒng)考慮使用 多個麥克風和揚聲器向單個或多個目標空間提供抗噪聲。隨著麥克風和揚聲器數(shù)量增加， 物理路徑和對應的估計路徑濾波器的數(shù)量以指數(shù)方式增加。例如，圖IO示出了被配置為與 兩個麥克風1002和1004、兩個揚聲器1006和1008(用求和操作闡釋)以及兩個參考傳感 器1010和1012 —起使用的ANC系統(tǒng)1000的例子?？蓪⒖紓鞲衅?010和1012配置為 各自檢測非期望聲音，此非期望聲音可以是兩個不同的聲音，也可以是相同的聲音。參考傳 感器1010和1012分別可生成信號1014和1016，指示所檢測到的非期望聲音。可將各個信 號1014和1016發(fā)送到ANC系統(tǒng)1000的抗噪聲發(fā)生器1013，而用作為ANC系統(tǒng)1000的輸 入，以產生抗噪聲。 可將音頻系統(tǒng)1011配置為生成第一聲道信號1020和第二聲道信號1022。在其 它例子中，可由音頻系統(tǒng)IOII生成任何其它數(shù)目的分離且獨立的聲道，諸如五個、六個，或 者七個聲道?？上驌P聲器1006提供第一聲道信號1020，向揚聲器1008提供第二聲道信號 1022?？乖肼暟l(fā)生器1013可生成信號1024和1026。將信號1024和第一聲道信號1020結 合，從而作為揚聲器1006的揚聲器輸出1028發(fā)送兩個信號1020和1024。類似地，可以結 合信號1022和1026，從而從揚聲器1008發(fā)送兩個信號1022和1026作為揚聲器輸出1030。 在其它例子中，僅向揚聲器1006和1008中的一個或兩個發(fā)送一個抗噪聲信號。
麥克風1002和1004可接收聲波，該聲波包括作為揚聲器輸出1028和1030的聲波 輸出。麥克風1002和1004分別生成麥克風輸入信號1032和1034。麥克風輸入信號1032 和1034各自指示由各個麥克風1002和1004接收的聲音，其可包括非期望聲音和音頻信 號。如所述，可從麥克風輸入信號中去除代表音頻信號的分量。在圖10中，麥克風1002和 1004各自可接收揚聲器輸出1028和1030，以及任何目標的非期望聲音。因此，可以從各個 麥克風輸入信號1032和1034中去除代表與各個揚聲器輸出1028和1030相關的音頻信號 的分量。 在圖10中，通過兩個估計的路徑濾波器對各音頻信號1020和1022濾波?？赏ㄟ^ 估計的路徑濾波器1036對音頻信號1020濾波，此路徑濾波器1036表示從音頻系統(tǒng)1011 到麥克風1002的音頻信號1020的估計的物理路徑(包括元件、物理空間，以及信號處理)。 可通過估計的路徑濾波器1038對音頻信號1022濾波，此路徑濾波器1038表示從音頻系統(tǒng) 1011到麥克風1002的音頻信號1022的估計的物理路徑?？稍谇蠛筒僮?044對已濾波信 號求和，以形成結合的音頻信號1046。在操作1048中使用信號1046消除麥克風輸入信號 1032中存在的類似信號分量。所得到的信號是誤差信號1050，可將誤差信號1050提供給
12ANC系統(tǒng)1000，以生成與傳感器1010檢測到的非期望聲音相關聯(lián)的抗噪聲1024。
類似地，分別由估計的路徑濾波器1040和1042對音頻信號1020和1022濾波。估 計的路徑濾波器1040可表示音頻信號1020從音頻系統(tǒng)1011到誤差麥克風1004所經過的 物理路徑。估計的路徑濾波器1042可表示音頻信號1022從音頻系統(tǒng)1011到誤差麥克風 1004所經過的物理路徑。可在求和操作1052中將音頻信號1020和1022加在一起，以形成 結合的音頻信號1054?？稍诓僮?056中使用音頻信號1054去除麥克風輸入信號1034中 存在的類似信號分量，得到誤差信號1058?？蓪⒄`差信號1058提供給ANC系統(tǒng)1000，以生 成與傳感器1004檢測到的非期望聲音相關聯(lián)的抗噪聲信號1026。 可以以諸如圖9中描述的方式確定所述估計的路徑濾波器1036、 1038、 1040以及 1042。隨著參考傳感器和麥克風數(shù)量增加，可以實現(xiàn)其它估計的路徑濾波器，從而從麥克風 輸入信號中消除音頻信號，以生成誤差信號，使得ANC系統(tǒng)基于誤差信號生成聲音消除信 號，相消干擾一個或多個非期望聲音。 雖然已經描述了本發(fā)明的各種實施例，然而，本領域普通技術人員知道，在本發(fā)明 范圍內可以有更多的實施例和實現(xiàn)方式。這樣，本發(fā)明僅由所附權利要求及其等同進行限 制。
權利要求
一種消聲系統(tǒng)，包括處理器；以及可由所述處理器執(zhí)行的有源噪聲控制系統(tǒng)，該有源噪聲控制系統(tǒng)被配置成接收代表目標空間中存在的聲音的輸入信號，從該輸入信號中去除第一信號分量，以生成誤差信號，以及基于所述誤差信號生成抗噪聲信號，其中，所述抗噪聲信號被配置成驅動揚聲器產生可聽的聲音，從而相消干擾在所述目標空間中存在的非期望聲音。
2. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一信號分量代表由音頻系統(tǒng)生成的音頻 信號。
3. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述有源噪聲控制系統(tǒng)進一步被配置成將音頻 補償信號與所述第一輸入信號結合，從而去除所述第一信號分量。
4. 根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述音頻補償信號基于所述音頻信號。
5. 根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述有源噪聲控制系統(tǒng)被配置成，利用估計的音 頻路徑濾波器對所述音頻信號濾波，以產生所述音頻補償信號。
6. 根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述有源噪聲控制系統(tǒng)進一步被配置成，將所述 音頻信號從第一采樣率轉換為第二采樣率。
7. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述有源噪聲控制系統(tǒng)進一步被配置成將所述輸入信號從第三采樣率轉換為第四采樣率。
8. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第四采樣率是所述第二采樣率。
9. 根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述第二采樣率約為4kHz。
10. 根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述第一采樣率約為48kHz。
11. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述第三采樣率約為192kHz。
12. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述抗噪聲信號被從第一采樣率轉換為高于該 第一采樣率的第二采樣率。
13. —種減小在空間中存在的非期望聲音的音量的方法，包括 生成代表在所述空間中存在的所述非期望聲音的輸入信號； 去除所述輸入信號中代表音頻信號的部分；以及基于去除了所述部分的輸入信號生成抗噪聲信號，以驅動揚聲器產生可聽信號，從而 相消干擾所述非期望聲音。
14. 根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，從所述輸入信號去除所述部分包括 生成音頻補償信號；以及 將所述音頻補償信號與所述輸入信號結合。
15. 根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，生成音頻補償信號進一步包括利用估計的音 頻路徑濾波器對所述音頻信號濾波。
16. 根據(jù)權利要求13所述的方法，進一步包括將所述抗噪聲信號從第一采樣率轉換為 第二采樣率，其中，所述第二采樣率高于所述第一采樣率。
17. 根據(jù)權利要求14所述的方法，進一步包括將所述音頻補償信號從第一采樣率轉換 為第二采樣率，其中，所述第一采樣率高于所述第二采樣率。
18. 根據(jù)權利要求13所述的方法，進一步包括將所述輸入信號從第一采樣率轉換為第 二采樣率，其中，所述第一采樣率高于所述第二采樣率。
19. 在存儲設備中存儲的多個指令，當由處理器執(zhí)行該指令時，使得所述處理器 以第一預定采樣率對第一輸入信號采樣，其中，所述第一輸入信號代表目標空間中的聲音；以所述第一預定采樣率對音頻信號采樣，以生成第一音頻信號； 以192kHz對所述音頻信號采樣，以生成第二音頻信號； 將所述第一音頻信號與所述輸入信號結合，以生成誤差信號； 將所述誤差信號的采樣率從192kHz轉換為所述第一預定采樣率； 基于所述誤差信號生成抗噪聲信號；以及將第二音頻信號和所述抗噪聲信號結合，以生成音頻輸出信號。
20. 根據(jù)權利要求19所述的多個指令，當所述處理器執(zhí)行所述指令時，進一步使得所 述處理器利用估計的音頻路徑濾波器對所述第一音頻信號濾波。
21. 根據(jù)權利要求19所述的多個指令，當所述處理器執(zhí)行所述指令時，進一步使得所 述處理器以所述第一預定采樣率對所述抗噪聲采樣。
22. 根據(jù)權利要求21所述的多個指令，當所述處理器執(zhí)行所述指令時，進一步使得所 述處理器將所述抗噪聲信號的采樣率從所述第一預定采樣率轉換為192kHz，其中，所述第 一預定采樣率低于192kHz 。
23. 根據(jù)權利要求19所述的多個指令，當所述處理器執(zhí)行所述指令時，進一步使得所 述處理器以192kHz對所述第一輸入信號采樣；以及將所述輸入信號的采樣率從192kHz轉換為所述第一預定采樣率。
24. —種生成有源噪聲控制系統(tǒng)的多個估計路徑濾波器的方法，包括 選擇在所述有源噪聲控制系統(tǒng)中存在的第一物理路徑； 選擇在所述有源噪聲控制系統(tǒng)中存在的第二物理路徑； 通過所述第一物理路徑輸入第一信號，以生成第一輸出信號； 通過所述第二物理路徑輸入所述第一信號，以生成第二輸出信號；將所述第一信號與所述第一輸出信號相比較，以生成基于所述第一物理路徑的第一傳 遞函數(shù)；將所述第一信號與所述第二輸出信號相比較，以生成基于所述第二物理路徑的第二傳 遞函數(shù)；基于所述第一傳遞函數(shù)生成第一估計路徑濾波器，并且基于所述第二傳遞函數(shù)生成第 二估計路徑濾波器。
25. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述第一物理路徑包括在所述有源噪聲控制 系統(tǒng)內音頻信號所經過的路徑。
26. 根據(jù)權利要求25所述的方法，其中，所述第一物理路徑進一步包括代表音頻信號 的可聽信號所經過的路徑。
27. 根據(jù)權利要求24所述的方法，其中，所述第二物理路徑包括在所述有源噪聲控制 系統(tǒng)內抗噪聲信號所經過的路徑。
28. 根據(jù)權利要求27所述的方法，其中，所述第二物理路徑包括代表所述抗噪聲信號 的可聽信號所經過的路徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有源噪聲控制系統(tǒng)，其生成抗噪聲信號，以驅動揚聲器產生聲波，從而相消干擾目標空間中的非期望聲音。揚聲器還被驅動來產生代表期望的音頻信號的聲波。在目標空間中檢測到聲波，并生成代表信號。將代表信號與音頻補償信號相結合，從而基于期望的音頻信號去除代表聲波的信號分量，并生成誤差信號。有源噪聲控制基于誤差信號調整抗噪聲信號。有源噪聲控制系統(tǒng)轉換代表非期望聲音、期望的音頻信號以及誤差信號的輸入信號的采樣率。有源噪聲控制系統(tǒng)轉換抗噪聲信號的采樣率。
文檔編號G10K11/178GK101740023SQ20091022644
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權日2008年11月20日
發(fā)明者杜安·沃茨, 瓦桑特·施里達 申請人:哈曼國際工業(yè)有限公司