CN101473371A - 主动降噪引擎速度的确定 - Google Patents

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Abstract

使用自适应滤波器的主动降噪系统。一种操作主动降噪系统的方法，包括平滑渗漏因子的流。降噪信号的频率可以与主动降噪系统在其中操作的系统所关联的引擎的引擎速度相关。引擎速度信号可以是高延迟信号，并且可以由主动降噪系统通过音频娱乐电路来获得。

Description

主动降噪引擎速度的确定
背景技术
本说明书描述了使用自适应滤波器的主动降噪系统。S.J.Elliot和P.A.Nelson，“Active Noise Control”IEEE Signal ProcessingMagazine，October 1993中总体上对主动噪声控制进行了讨论。
发明内容
在本发明的一个方面中，一种用于操作主动降噪系统的方法，包括：响应于噪声信号来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渗漏因子；对渗漏因子进行平滑，以提供经平滑的渗漏因子；将经平滑的渗漏因子应用于滤波器系数，以提供经修改的滤波器系数；以及响应于该经修改的滤波器系数，提供由幅度(magnitude)表征的主动降噪信号。确定可以响应于触发条件。触发条件可以包括将主动降噪信号在第一频带中的幅度与第一阈值进行比较的结果。触发条件可以包括将主动降噪信号在第二频带中的幅度与第二阈值进行比较的结果。第二阈值与第一阈值可以具有预定的关系。第一阈值可以与使得设备非线性操作相关。触发条件可以包括监控主动降噪系统以确定预定义事件是否发生的结果。该预定义事件可以是：娱乐信号幅度位于使得设备非线性操作的幅度的预定义范围之内。预定义事件可以发生在音频娱乐系统中。音频娱乐系统可以与交通工具相关联。预定义事件可以是主动降噪系统的去激活。预定义事件可以是：噪声信号高于与输入换能器的非线性操作相关联的阈值。
平滑可以包括低通滤波。在平滑之前，确定可以包括选择用于渗漏因子的离散数目个预定值之一。该离散数目可以是2。该离散数目可以大于2。该方法还可以包括：将主动降噪信号与音频娱乐信号合成。音频娱乐信号可以与封闭空间中的音频系统相关联。封闭空间可以是交通工具舱室。
该降噪系统可被配置为安装在交通工具内。
确定可以响应于多个触发条件。渗漏因子确定可以包括确定存在多个触发条件中的哪些；响应于确定第一触发条件存在，选择第一渗漏因子值；以及响应于确定第二触发条件存在，选择第二渗漏因子值。。
在本发明的另一方面中，一种主动降噪系统，包括：自适应滤波器，用于提供主动降噪信号；系数计算器，用于提供用于该自适应滤波器的滤波器系数；以及渗漏调节器，其包括数据平滑器，以提供经平滑的渗漏因子，以应用于滤波器系数。该装置可以包括用于将主动降噪信号幅度与阈值进行比较的电路。该装置还可以包括监控电路，用于监控主动降噪系统，以确定预定义事件是否发生。渗漏调节器可以响应于监控电路。该装置还可以包括音频娱乐系统。监控电路可以包括用于监控音频娱乐系统以确定娱乐音频信号幅度是否位于使得设备非线性操作的幅度的预定范围之内的电路。监控电路还可以包括用于确定主动降噪系统是否已被去激活的电路。主动降噪系统还可以包括输入换能器，用于将周期性的振动能换能为噪声信号，并且监控电路可以包括用于确定噪声信号的幅度是否高于与输入换能器的非线性操作相关联的阈值的电路。
数据平滑器可以包括低通滤波器。渗漏调节器可被构造和布置为选择用于渗漏因子的离散数目个值之一。
该装置还可以包括：音频娱乐系统，用于提供音频娱乐信号；以及合成器，用于合成降噪信号。
在本发明的又一方面，一种用于操作降噪系统的方法，包括：提供渗漏因子值的流；以及对渗漏因子值的流进行平滑，以提供经平滑的渗漏因子值的流。渗漏值的流的每个流的值可以选自离散数目个预定义值。每个渗漏值的流提供可以响应于主动降噪系统的可检测条件。该可检测条件可以是主动降噪系统已被去激活。该可检测条件可以是主动降噪系统已经生成了幅度大于阈值幅度的音频信号。该可检测条件可以是噪声信号的幅度高于与输入换能器的非线性操作相关联的阈值。每个渗漏值的流的提供可以包括从多个预定渗漏因子值中选择渗漏因子值。该方法还可以包括：将经平滑的渗漏因子值的流应用于主动降噪系统的自适应滤波器的系数。
在本发明的另一方面中，一种用于操作主动降噪系统的自适应滤波器的方法，其中该自适应滤波器由系数表征，该方法包括：平滑渗漏因子值的流，以提供经平滑的渗漏因子值；以及将经平滑的渗漏因子值应用于系数，以提供经修改的系数值。渗漏因子值的流可以包括选自离散数目个预定渗漏因子值的值。该离散数目可以是2。提供渗漏因子值的流可以包括计算渗漏因子值。
在本发明的另一方面，一种用于操作主动降噪系统的方法，包括：提供用于降噪信号的第一阈值振幅，其对应于用于第一频率的第一噪声振幅限制；提供用于降噪信号的第二阈值振幅，其对应于用于第二频率的第二噪声振幅限制，其中第二噪声振幅限制与第一噪声振幅限制具有预定关系；计算与降噪系统相关联的自适应滤波器相关联的滤波器系数，以提供由幅度表征的降噪信号；以及，响应于降噪信号的幅度与第一频率处的第一阈值振幅以及与第二频率的第二阈值振幅的比较，确定用于修改滤波器系数的渗漏因子。第二频率可以是第一频率的预定倍数。第二噪声振幅限制可以是非零的。主动降噪系统可以与可与交通工具关联的正弦噪声源(例如，引擎)相关联。第一频率可以与该正弦噪声源(例如，与正弦噪声源相关联的引擎)的频率相关。
在本发明的另一方面，一种主动降噪系统，包括：确定由第一频率表征的第一降噪信号的振幅；以及提供用于第二频率的非零的降噪振幅限制，其中第二频率与第一频率具有预定关系，并且其中降噪振幅限制与第一振幅具有预定关系。该方法还可以包括：响应于由第二频率和振幅所表征的噪声信号，提供自适应滤波器的滤波器系数，以降低该噪声信号的振幅；如果噪声信号振幅大于降噪振幅限制，将第一渗漏因子应用于滤波器系数；以及如果噪声信号的振幅等于或者大于降噪振幅限制，将第二渗漏因子应用于滤波器系数。
该主动降噪系统可以与正弦噪声源相关联，并且第一频率可以与交通工具相关。正弦噪声源可以是与交通工具相关联的引擎。该方法还可以包括清空第一降噪信号。
在本发明的另一方面，一种用于操作主动降噪系统的方法，包括：响应于噪声信号来提供自适应滤波器的滤波器系数，以及确定与滤波器系数相关联的渗漏因子。该确定包括：响应于第一触发条件，提供第一渗漏因子；响应于第二触发条件，提供第二离散渗漏因子；以及在不具备第一触发条件和第二触发条件时，提供默认渗漏因子。
在本发明的另一方面，一种用于操作主动降噪系统的方法，包括：接收代表引擎速度的高延迟信号；提供参考频率的降噪音频信号，该参考频率与引擎速度相关；以及生成与参考频率的预定倍数相对应频率的降噪音频信号。
该方法还可以包括：对封闭空间中的声学能量进行换能，以提供表示该封闭空间中噪声的噪声信号；以及响应于该噪声信号，确定降噪信号的相位和幅度。确定降噪信号的相位和幅度可由包括自适应滤波器的电路来执行。封闭空间可以是交通工具舱室。
在本发明的另一方面，一种用于操作主动降噪系统的方法，包括：从与音频娱乐系统相关联的总线接收表示引擎速度的信号；以及响应于表示引擎速度的信号，生成其频率与该引擎速度相关的降噪音频信号。该方法还包括从总线接收娱乐音频信号。接收表示引擎速度的信号可以包括接收高延迟信号。该方法还可以包括：处理娱乐音频信号，以提供经处理的娱乐音频信号；以及将经处理的娱乐音频信号与降噪音频信号合成。该方法还可以包括从总线接收娱乐系统控制信号。该方法还可以包括从总线接收娱乐音频信号。该方法还可以包括：处理娱乐音频信号，以提供经处理的娱乐音频信号；以及将经处理的娱乐音频信号与降噪音频信号合成。
在本发明的另一方面，一种音频系统，包括：输入元件，用于接收表示引擎速度的信号；以及娱乐音频控制信号电路，用于生成与表示引擎速度的信号相关的频率的降噪信号。
该音频系统还可以包括：音频信号处理电路，用于处理娱乐音频信号，以提供经处理的娱乐音频信号；以及声学驱动器，用于发射与消噪信号相对应的、并且还与经处理的娱乐音频信号相对应的声学能量。
在结合附图阅读下文的详细描述时，其他的特征、目标和优点将变得易见，其中：
附图说明
图1A是主动降噪系统的框图；
图1B是包括作为交通工具内的主动声学降噪系统而实现的、图1A中的主动降噪系统的元件的框图；
图2A是参考频率递送系统以及图1B的娱乐音频信号的递送系统的实现的框图；
图2B是参考频率递送系统以及图1B的娱乐音频信号的递送系统的另一实现的框图；
图3A是示出了图1A和图1B的渗漏调节器的操作的逻辑流程的框图；
图3B是示出了允许较为复杂的渗漏调节策略的渗漏调节器的另一实现的操作的逻辑流程的框图；以及
图4是示出了特定频谱属性的示例的频率响应曲线。
具体实施方式
尽管附图中多个视图的元件可以在框图中示出并且描述为离散元件并且可以称作“电路”，但是除非特别指明，可以将元件实现为模拟电路、数字电路或者执行软件指令的一个或多个微处理器之一或其组合。软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。除非特别指明，否则信号线可以实现为离散的模拟信号线或者数字信号线。多个信号线可以实现为一个离散的数字信号线，其具有适当的信号处理来处理独立的音频信号流，或者其可以实现为无线通信系统的元件。一些处理操作可以按照系数的计算和应用来表示。计算和应用系数的等效项可以由其他模拟或者DSP技术来执行，并且包括在本专利申请的范围之内。除非特别指明，音频信号可以通过数字形式或者模拟形式来编码；在电路图框图中可能未示出传统的数模转换器和模数转换器。本说明书描述主动降噪系统。主动降噪系统通常旨在消除不期望的噪声(也即，目标是零噪声)。然而在实际的降噪系统中，对不期望的噪声进行削弱，但是没有达到完全的降噪。在本说明书中，“趋于零”(driving to zero)表示主动降噪系统的目标是零噪声，尽管可以认识到，实际的结果是显著削弱，而非完全消除。
参考图1A，其示出了主动降噪系统的框图。通信路径38耦合至降噪参考信号生成器19，以用于向降噪参考信号生成器提供参考频率。降噪参考信号生成器耦合至滤波器22和自适应滤波器16。滤波器22耦合至系数计算器20。输入换能器24耦合至控制块37并耦合至系数计算器20，系数计算器20继而双向耦合至渗漏调节器18和自适应滤波器16。自适应滤波器16由功率放大器26耦合至输出换能器28。控制块37耦合至渗漏调节器18。可选地，可以存在附加输入换能器24’，其耦合至系数计算器20，并且可选地，自适应滤波器16可以耦合至渗漏滤波器18。如果存在附加输入换能器24’，通常将存在相应的滤波器23、25。
在操作中，将参考频率或者可以从其得出参考频率的信息提供给降噪参考信号生成器19。降噪参考信号生成器向滤波器22和自适应滤波器16生成降噪信号，其形式可以是周期性信号，诸如具有与引擎速度相关的频率分量的正弦信号。输入换能器24检测具有与参考频率相关的频率分量的周期性振动能，并且将该振动能换能为噪声信号，将该噪声信号提供给系数计算器20。系数计算器20确定用于自适应滤波器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的消噪参考信号的振幅和/或相位，并且将经修改的消噪信号提供给功率放大器26。降噪信号由功率放大器26放大，并由输出换能器28换能为振动能。控制块37控制主动降噪元件的操作，例如通过激活或者去激活主动降噪系统，或者通过调节噪声削弱的量。
自适应滤波器16、渗漏调节器18和系数计算器20重复地和递归地进行操作，以提供使自适应滤波器16修改信号的滤波器系数流，其中当所述信号被换能为周期性振动能时，其削弱输入换能器24所检测到的振动能。滤波器22可由转换函数H(s)来表征，其对主动降噪系统的组件(包括功率放大器26和输出换能器28)以及该系统的操作环境的组件的输入换能器24所换能的能量的影响进行补偿。
输入换能器24、24’可以是将振动能换能为电编码或者数字编码信号的多种类型的设备之一，诸如加速计、麦克风、压电设备以及其他。如果存在不止一个输入换能器24、24’，则可以按照某些方式对来自换能器的经滤波的输入进行合成，例如通过求平均，或者可以为来自一个换能器的输入赋予大于来自其他的权重。滤波器22、系数计算器20、渗漏调节器18以及控制块37可以实现为微处理器(例如，DSP设备)执行的指令。输出换能器28可以是提供周期性振动能的多种机电或者电声设备之一，诸如马达或者声学驱动器。
参考图1B，其示出了包括图1A的主动降噪系统的元件的框图。图1B的主动降噪系统实现为封闭空间中的主动声学降噪系统。图1B被描述为配置用于交通工具舱室，但是其还可以配置用于在诸如房间或者控制台的其他封闭空间中使用。图1B的系统还包括可能与封闭空间关联的音频娱乐或者通信系统的元件。例如，如果封闭空间是诸如轿车、货车、卡车、运动型多用途车、建筑或者农业用车、军事车辆或者飞机的交通工具内的舱室，则音频娱乐或者通信系统可以与该交通工具相关联。娱乐音频信号处理器10通信地耦合至信号线40以接收娱乐音频信号和/或娱乐系统控制信号，并且耦合至合成器14，并且可以耦合至渗漏调节器18。降噪参考信号生成器19通信地耦合至信号线38并耦合至自适应滤波器16和舱室滤波器22’，其中舱室滤波器22’对应于图1A的滤波器22。自适应滤波器16耦合至合成器14、系数计算器20，并且可选地可以直接耦合至渗漏调节器18。系数计算器20耦合至舱室滤波器22’、渗漏调节器18以及麦克风24”，其中麦克风24”对应于图1A的输入换能器24、24’。合成器14耦合至功率放大器26，功率放大器26耦合至声学驱动器28’，其对应于图1A的输出换能器28。控制块37通信地耦合至渗漏调节器18和麦克风24”。在多种交通工具中，娱乐音频信号处理器10耦合至多个合成器14，每个合成器14耦合至功率放大器26和声学驱动器28’。
多个合成器14中的每一个、功率放大器26以及声学驱动器28’可以通过正如放大器和合并器的元件耦合至多个自适应滤波器16之一，每个自适应滤波器16具有与之关联的渗漏调节器18、系数计算器20以及舱室滤波器22。单个自适应滤波器16、相关联的渗漏调节器18以及系数计算器20可以修改提供给不止一个声学驱动器的消噪信号。为了简化，仅示出了一个合成器14、一个功率放大器26和一个声学驱动器28’。每个麦克风24”可以耦合至不止一个系数计算器20。
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、舱室滤波器22’、系数计算器20、渗漏调节器18、控制块37以及合成器14中的全部或者一些可以实现为由一个或多个微处理器或者DSP芯片执行的软件指令。功率放大器26和微处理器或者DSP芯片可以是放大器30的组件。
在操作中，图1B的一些元件进行操作，以便向交通工具的乘坐者提供音频娱乐和可音频呈现的信息(诸如导航指令、可听见的警示提示、蜂窝电话传输、可操作信息[例如，燃油过低指示]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来处理。在合成器14处，将经处理的音频信号与主动降噪信号合成(稍后描述)。经合成的信号由功率放大器26放大，并由声学驱动器28’换能为声学能量。
图1B的设备的一些元件进行操作，以主动降低交通工具舱室内由交通工具引擎和其他噪声源所引起的噪声。将引擎速度提供给降噪参考信号生成器19，引擎速度通常表示为代表引擎转速的脉冲(也称为每分钟转数或者RPM)，降噪参考信号生成器19根据下式确定参考频率：
f(Hz)＝引擎速度(rpm)/60
将参考频率提供给舱室滤波器22’。降噪参考信号生成器19生成消噪信号，其形式可以是周期性信号，例如具有与引擎速度相关的频率分量的正弦波。将消噪信号提供给自适应滤波器16，并继而提供给舱室滤波器22’。麦克风24”将交通工具舱室中的声学能量(其可以包括对应于娱乐音频信号的声学能量)换能为噪声音频信号，该噪声音频信号被提供给系数计算器20。系数计算器20修改自适应滤波器16的系数。自适应滤波器16使用该系数来修改来自降噪参考信号生成器19的消噪信号的振幅和/或相位，并将经修改的消噪信号提供给合成器14。一些电声元件(例如，声学驱动器28’、功率放大器26、麦克风24”和降噪系统的操作环境的元件)的合成效应可以由转换函数H(s)来表征。舱室滤波器22’对转换函数H(s)进行建模和补偿。下面将描述渗漏调节器18和控制块37的操作。
自适应滤波器16、渗漏调节器18和系数计算器20重复地和迭代地进行操作，以提供使自适应滤波器对音频信号进行修改的滤波器系数流，其中当声学驱动器28’发射所述音频信号时，其将麦克风24”所检测到的信号的特定频谱分量的幅度驱动至一些期望的值。该特定频谱分量通常对应于从引擎速度得出的频率的固定倍数。如下所述，特定频谱分量的幅度将被驱动至的特定的期望值可以是零，但是也可以是一些如下将描述的其他值。
可以复制和使用图1A和图1B的元件来生成和修改用于不止一个频率的降噪信号。按照与上述方式相同的方式来生成和修改用于其他频率的降噪信号。
来自娱乐音频信号源的音频信号的内容包括传统的音频娱乐，例如音乐、脱口秀、新闻和体育广播、与多媒体娱乐相关联的音频等，并且如上所述，可以包括可听信息的形式，诸如导航指令、来自蜂窝电话网络的音频传输、与交通工具的操作相关联的警示信号以及关于交通工具的可操作信息。娱乐音频信号处理器可以包括立体声和/或多通道音频处理电路。可以将自适应滤波器16和系数计算器20一起实现为多个滤波器类型之一，例如n-抽头延迟线、Leguerre滤波器；有限脉冲响应(FIR)滤波器以及其他。自适应滤波器可以使用多种类型的自适应策略之一，诸如最小均方(LMS)自适应策略、正则化LMS策略、块LMS策略或者块离散傅立叶变换策略以及其他。合成器14未必是物理元件，而是可以实现为信号的和。
尽管示为单个元件，自适应滤波器16可以包括不止一个滤波器元件。在图1B的系统的一些实施方式中，自适应滤波器16包括两个FIR滤波器元件，一个用于正弦函数，一个用于余弦函数，其中两个正弦波输入位于相同的频率，每个FIR滤波器使用LMS自适应策略，其具有单抽头以及与音频频率采样率r相关的采样率(例如，r/28)。系数计算器20使用的适当的自适应算法可以在Adaptive Filter Theory，4th Edition by Simon Haykin，ISBN 0130901261中找到。下面将讨论渗漏调节器18。
图2A是示出了向降噪参考信号生成器19提供引擎速度以及向音频信号处理器10提供音频娱乐信号的设备的框图。音频信号递送元件可以包括娱乐总线32，其由信号线40耦合至图1B的音频信号处理器10，并且还由信号线38耦合至降噪参考信号生成器19。娱乐总线可以是在交通工具娱乐系统的元件之间传输数字编码的音频信号的数字总线。诸如CD播放器、MP3播放器、DVD播放器或者类似设备或者无线接收机(这些设备均未示出)的设备可以耦合至娱乐总线32，以提供娱乐音频信号。同样耦合至娱乐总线32的可以是表示诸如导航指令、来自蜂窝电话网络的音频传输、与交通工具的操作相关联的警示信号之类信息的音频信号以及其他音频信号的源。引擎速度信号递送元件可以包括交通工具数据总线34，以及将交通工具数据总线34与娱乐总线32相耦合的桥36。已经参考具有娱乐系统的交通工具对示例进行了描述；然而，图2A的系统也可以通过与其他类型的正弦波噪声源(例如，功率转换器)相关联的降噪系统来实现。通过提供总线、信号线和其他信号传输元件的组合，其得到与图2A的系统类似的延迟特性，该系统还可以在不包括娱乐系统的降噪系统中实现。
在操作中，娱乐总线32传输娱乐系统元件的音频信号和/或控制和/或状态信息。交通工具数据总线34可以传送关于交通工具状态的信息，诸如引擎速度。桥36可以接收引擎速度信息，并且可以将引擎速度信息传输至娱乐总线，娱乐总线继而将高延迟引擎速度信号传输至降噪参考信号生成器19。如下文更全面描述的，在图2A和图2B中，术语“高延迟”和“低延迟”应用于事件的发生(诸如，引擎速度的改变)与指明引擎速度改变的信息信号到达主动降噪系统之间的间隔。总线可以能够低延迟地传输信号，但是可能高延迟地递送引擎速度信号，这例如是由于桥36的延迟。
图2B示出了引擎速度信号的信号递送元件以及图1B的娱乐音频信号的信号递送元件的另一实现。娱乐音频信号递送元件包括娱乐音频信号总线49，其由信号线40A耦合至图1B的音频信号处理器10。娱乐控制总线44由信号线40B耦合至图1B的音频娱乐处理器10。引擎速度信号递送元件包括交通工具数据总线34，其由桥36耦合至娱乐控制总线44。娱乐控制总线44由信号线38耦合至降噪参考信号生成器19。
图2B的实施方式类似于图2A的实施方式进行操作，不同之处在于：高延迟引擎速度信号从桥36传输至娱乐控制总线44，并继而传输至降噪参考信号生成器19。音频信号通过信号线40A从娱乐音频信号总线49传输至娱乐音频信号处理器10。娱乐控制信号由信号线40B从娱乐控制总线44传输至图1的娱乐音频信号处理器10。根据交通工具的配置，可以使用交通工具数据总线、娱乐总线、娱乐控制总线、娱乐音频信号总线以及其他类型的总线和信号线的其他组合来将引擎速度信号提供给参考信号生成器19，以及将音频娱乐信号提供给娱乐信号处理器20。
传统的引擎速度信号源包括传感器，其传感或者测量一些引擎速度指示符，诸如曲轴角度、进气管压力、点火脉冲或者其他条件或事件。传感器电路通常是低延迟电路，但是在不便访问或者可能具有不期望操作条件(例如，高温)的位置，需要放置机械的、电的、光学的或者磁的传感器，并且还需要传感器与降噪参考信号生成器19和/或自适应滤波器16和/或舱室滤波器22’之间的通信电路，其通常是专用的物理连接。交通工具数据总线通常是高速的低延迟总线，其包括用于控制引擎或者交通工具的其他重要部件的信息。与交通工具数据总线对接增加了系统的复杂性，而且对与交通工具数据总线对接的设备施加了限制，从而使对接设备不会干扰控制交通工具操作的重要部件的操作。根据图2A和图2B的引擎速度信号递送系统与其他引擎速度信号源和引擎速度信号递送系统相比具有优势，因为其允许主动降噪能力，而无需诸如专用信号线的任何专用部件。根据图2A和图2B的布置进一步是有优势的，因为交通工具数据总线34、桥36和图2A的娱乐总线32或图2B的娱乐控制总线44的一个或二者在很多交通工具中都存在，因此无需用于引擎速度的附加信号线来执行主动降噪。根据图2A和图2B的布置还可以使用娱乐总线32或者娱乐控制总线44与放大器30之间的已有物理连接，并且不需要附加的物理连接，诸如用于添加主动降噪能力的管脚或者终端。由于娱乐总线32或者娱乐控制总线44可以实现为数字总线，图2A的信号线38和40以及图2B的信号线38、40A和40B可以实现为单个物理元件(例如管脚或终端)，其具有用于将信号路由至适当组件的适当电路。
根据图2A和图2B的引擎速度信号递送系统可以是高延迟递送系统，这是由于娱乐总线的带宽、桥36的延迟或者二者。在本说明书的上下文中，“高延迟”表示事件的发生(诸如点火事件或者引擎速度改变)与指明该事件发生的信号到达降噪参考信号生成器19之间的延迟为10ms或者更多。
能够使用高延迟信号进行操作的主动降噪系统是有优势的，因为向主动降噪系统提供低延迟信号通常比使用已经可用的高延迟信号要更为复杂、困难和昂贵。
现在将详细描述渗漏调节器18。图3A是示出了渗漏调节器18的操作的逻辑流程的框图。渗漏调节器选择将由系数计算器20应用的渗漏因子。当通过更新量对已有的系数值进行更新时，渗漏因子是在自适应滤波器中应用于已有系数值的因子α；例如：
(新值new_value)＝α(旧值old_value)+(更新量update amount)渗漏因子的相关信息可以在Simon Haykin的Adaptive Filter Theory的第13.2节，第4版，ISBN 0130901261中找到。逻辑块52确定预定义的触发事件是否发生，或者预定义的触发条件是否存在，其可能导致希望使用备选渗漏因子。下面将讨论事件或者条件的特定示例。如果逻辑块52的值为假，则在渗漏因子确定逻辑块48处应用默认的渗漏因子。如果逻辑块52的值是为真，则可以在渗漏因子确定逻辑块48处应用备选的、通常较低的渗漏因子。备选渗漏因子可以根据算法来计算，或者可以通过根据预定标准从离散数目个预定渗漏因子值中选择渗漏因子来进行操作。可选地，可以例如通过低通滤波对渗漏因子的流进行平滑(块50)，以防止具有不期望结果的渗漏因子的急剧变化。低通滤波使自适应滤波器16应用的渗漏因子将由默认的渗漏因子和备选的渗漏因子限定。其他形式的平滑可以包括扭斜(slew)限制或者在时间上求平均。
图3B是示出了允许不止一个(例如，n个)备选渗漏因子并且允许按照预定优先级来应用该n个备选渗漏因子的渗漏调节器18的操作的逻辑流程的框图。在逻辑块53-1处，确定最高优先级的触发条件是否存在或者事件是否发生。如果逻辑块53-1的值为真，则在逻辑块55-1处，选择与逻辑块53-1的触发条件和事件相关联的渗漏因子，并通过数据平滑器50(如果存在的话)将其提供给系数计算器20。如果块53-1的值为假，则在逻辑块53-2处确定次高优先权的触发条件是否存在或者事件是否发生。如果逻辑块53-2处的值为真，则在逻辑块55-2处选择与逻辑块53-2的触发条件和事件相关联的渗漏因子，并且通过数据平滑器50(如果存在的话)将其提供给系数计算器20。如果逻辑块53-2的值为假，则确定下一最高优先级的触发条件是否存在或者事件是否发生。该过程进行，直到在逻辑块53-n处确定最低(或者说第n高)优先级的触发条件是否存在或者事件是否发生。如果逻辑块53-n处的值为真，则在逻辑块55-n处选择与逻辑块53-n的触发条件和事件相关联的渗漏因子，并且通过数据平滑器50(如果存在的话)将其提供给系数计算器20。如果逻辑块53-n的值为假，则在逻辑块57处，选择默认的渗漏因子，并通过数据平滑器50(如果存在的话)将其提供给系数计算器20。
在图3B的一个实施方式中，有两组触发条件和事件以及两个相关联的渗漏因子(n＝2)。最高优先级触发条件或者事件包括：系统被去激活、降噪信号的频率超出了声学驱动器的频谱范围或者输入换能器(诸如，麦克风)所检测到的噪声具有将导致非线性操作(例如，裁剪)的幅度。与最高优先级触发条件相关联的渗漏因子是0.1。次高优先级的触发条件或者事件包括：来自自适应滤波器16的消除信号幅度超过了阈值幅度、娱乐音频信号的幅度接近(例如，进入例如6dB的预定义范围内)图1B的多个电声元件之一(诸如功率放大器26或者声学驱动器28’)可能非线性操作的信号幅度，或者发生可能导致可听到瑕疵(诸如滴答声或砰砰声，或者失真)的一些其他事件。可能导致可听到瑕疵(诸如滴答声、砰砰声或者失真)的事件可以包括：输出电平被调节，或者降噪信号具有已知将在声学驱动器28或者娱乐音频系统的一些其他部件中导致嗡嗡声或嘎嘎声的幅度或者频率。与次高优先级触发条件和事件相关联的渗漏因子是0.5。默认的渗漏因子是0.999999。
如箭头59-1到59-n所示，逻辑块53-1到53-n从图1A或者图1B的适当元件接收触发事件已经或者将要发生或者触发条件存在的指示。适当的元件可以是图1B的控制块37；然而，该指示可以来自其他元件。例如，如果预定义事件是娱乐音频信号的幅度接近了图1B的元件之一的非线性操作范围，则可以在娱乐音频信号处理器10(在此视图中未示出)中发起指示。
图3A和图3B的过程通常由DSP处理器上的数字信号处理指令来实现。可以根据经验来确定默认渗漏因子以及备选渗漏因子的具体值。一些系统在默认情况下可能不应用渗漏因子。由于渗漏因子是进行乘法运算，因此不应用渗漏因子等同于应用了渗漏因子1。数据平滑器例如可以实现为一阶低通滤波器，其可调谐频率截止例如设置为20Hz。
使用图1A、图1B、图3A和图3B的设备和方法的主动降噪系统是有优势的，因为其明显降低了可听到的滴答声或砰砰声的发生次数，并且因为其明显降低了失真和非线性的发生次数。
为了避免声学驱动器过载或是为了其他原因，主动降噪系统可以控制降噪音频信号的幅度。这些其他原因之一可以是为了将封闭空间中存在的噪声限制为预定的非零目标值，或者换言之，为了在封闭空间中允许预定量的噪声。在一些情况下，可能期望使封闭空间中的噪声具有特定的频谱轮廓，以提供区别性声音或者实现某些效果。
图4示出了特定频谱轮廓的示例。为了简便，将在阐释中省略房间的效果和声学驱动器28的特性。房间的效果将由图1A的滤波器22或者图1B的舱室滤波器22’来建模。均衡器对声学驱动器的声学特性进行补偿。此外，为了有利于按照比率来描述属性，图4的纵坐标是线性的，例如来自麦克风24”的噪声信号的伏特。可以通过标准的数学技术将线性坐标转换为非线性坐标，例如dB。
在图4中，频率f可以与引擎速度相关，例如f(Hz)＝引擎速度(rpm)/60。曲线62表示在没有主动消噪元件操作的情况下的噪声信号。曲线64表示在主动消噪元件操作情况下的噪声信号。数字n1，n2和n3可以是固定数字，从而使得n1f，n2f和n3f是f的固定倍数。因子n1，n2和n3可以是整数，从而可以传统地将频率n1f，n2f和n3f描述为“谐频”，但是不一定得是整数。频率n1f，n2f和n3f处的振幅a1、a2和a3可以具有预期的特性关系，例如a2＝0.6a1或者a2/a1＝0.6并且a3＝0.5a1或者a3/a1＝0.5。这些关系可以作为频率的函数而变化。
在频率f处可能几乎不存在声学能量。主要的噪声通常与汽缸点火相关，对于四冲程、六汽缸引擎，每次引擎旋转会发生三次汽缸点火，因此主要噪声可能位于引擎速度的第三谐频处，因此在此示例中n1＝3。可能期望尽可能降低频率3f(n1＝3)处的振幅，因为频率3f处的噪声是令人反感的。为了实现某些声学效果，可能期望降低频率4.5f(因此，在此示例中n2＝4.5)处的振幅，但是不是竭尽可能的，例如降低为0.5a2。类似地，可能期望将频率6f(因此，在此示例中n3＝6)处的振幅降低为例如0.4a3。在此示例中，参考图1B，降噪参考信号生成器19从引擎速度信号递送系统接收引擎速度，并且生成频率3f处的降噪参考信号。系数计算器16确定适于提供降噪音频信号以便将频率3f处的振幅趋于零的滤波器系数，由此确定振幅a1。在频率3f处的噪声并不令人反感、而是期望实现声学效果的情况下，自适应滤波器可以数字地清空频率3f处的、降噪系统内部的信号。这允许确定振幅a1，而不影响频率3f处的噪声。降噪参考信号生成器19还生成频率4.5f的降噪信号，并且系数计算器20确定适于提供降噪音频信号以便将频率振幅a2趋于零的滤波器系数。然而，在此示例中，期望将频率4.5f处的振幅降低为不小于0.5a2。由于已知a2＝0.6a1，因此当频率4.5f处噪声接近(0.5)(0.6)a1或者说0.3a1时，渗漏调节器18应用备选渗漏因子。类似地，当频率6f处噪声接近(0.4)(0.5)a1或者说0.2a1时，渗漏调节器18应用备选渗漏因子。由此，主动降噪系统在振幅a1方面可以实现预期的频谱轮廓。
可以进行对在此公开的具体装置和技术的多种使用和变更，而不脱离本创造性概念。因此，应当将本发明理解为涵盖每个以及所有在此公开的新颖特征和特征的新颖组合，并且其仅受所附权利要求书的精神和范围的限制。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于操作主动降噪系统的方法，包括：
接收表示引擎速度的低延迟信号；
传送表示引擎速度的高延迟信号；
处理所述高延迟信号以提供参考频率处的降噪参考信号，所述参考频率与所述引擎速度相关；以及
处理所述降噪参考信号以生成与所述参考频率的预定倍数相对应的频率的降噪音频信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
对封闭空间中的声学能量进行换能，以提供表示所述封闭空间中的噪声的噪声信号；以及
响应于所述噪声信号，修改所述降噪参考信号的相位和幅度，以提供所述降噪音频信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定所述降噪信号的所述相位和幅度由包含适应性滤波器的电路来执行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述封闭空间是交通工具舱室。
5.一种主动降噪系统，包括：
用于接收表示引擎速度的低延迟信号并用于传送表示引擎速度的高延迟信号的元件；
降噪参考信号发生器，用于处理所述高延迟信号以提供参考频率处的降噪参考信号，所述参考频率与所述引擎速度相关；以及
降噪电路，用于处理所述降噪参考信号以生成与所述参考频率的预定倍数相对应的频率的降噪音频信号。
6.根据权利要求5所述的主动降噪系统，进一步包括：
麦克风，用于对封闭空间中的声学能量进行换能，以提供表示所述封闭空间中的噪声的噪声信号；
其中，所述降噪电路确定所述降噪参考信号的相位和幅度，以提供所述降噪音频信号。
7.根据权利要求5所述的主动降噪系统，其中，所述降噪电路包括自适应滤波器。
8.根据权利要求5所述的主动降噪系统，其中，所述封闭空间是交通工具舱室。

Claims (14)

1.一种用于操作主动降噪系统的方法，包括：
接收表示引擎速度的高延迟信号；
提供参考频率处的降噪音频信号，所述参考频率与所述引擎速度相关；以及
生成与所述参考频率的预定倍数相对应的频率的降噪音频信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
对封闭空间中的声学能量进行换能，以提供表示所述封闭空间中的噪声的噪声信号；以及
响应于所述噪声信号，确定所述降噪信号的相位和幅度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定所述降噪信号的所述相位和幅度由包含自适应滤波器的电路来执行。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述封闭空间是交通工具舱室。
5.一种用于操作主动降噪系统的方法，包括：
从与音频娱乐系统相关联的总线接收表示引擎速度的信号；以及
响应于表示引擎速度的所述信号，生成其频率与所述引擎速度相关的降噪音频信号。
6.根据权利要求11所述的方法，还包括：
从所述总线接收娱乐音频信号。
7.根据权利要求11所述的方法，其中，所述接收表示引擎速度的所述信号包括接收高延迟信号。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
处理所述娱乐音频信号，以提供经处理的娱乐音频信号；以及
将所述经处理的娱乐音频信号与所述降噪音频信号合成。
9.根据权利要求5所述的方法，还包括从所述总线接收娱乐系统控制信号。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
从所述总线接收娱乐音频信号。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
处理所述娱乐音频信号，以提供经处理的娱乐音频信号；以及
将所述经处理的娱乐音频信号与所述降噪音频信号合成。
12.一种音频系统，包括：
输入元件，用于接收表示引擎速度的信号以及娱乐音频控制信号；以及
电路，用于生成频率与表示引擎速度的所述信号相关的降噪信号。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括：
音频信号处理电路，用于处理所述娱乐音频信号，以提供经处理的娱乐音频信号；以及
声学驱动器，用于发射与消噪信号相对应、并且还与所述经处理的娱乐音频信号相对应的声学能量。
14.根据权利要求12的音频系统，其中，所述主动降噪系统与交通工具相关联。
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