CN108470562A - 使用可变步长调整的主动噪声控制 - Google Patents

Abstract

一种主动降低交通工具中的噪声的系统和方法(被称为系统)。该系统产生一个或多个控制输出信号来驱动多个扬声器；并基于多个次级路径传递函数来调整控制滤波器的多个控制系数。次级路径传递函数对每一个扬声器与多个麦克风之间的声学路径进行建模。多个控制系数是随时间变化且频率相关的，并且多个控制系数的调整速率基于自适应步长，所述自适应步长基于一个或多个步长标准。

Description

使用可变步长调整的主动噪声控制

技术领域

本公开涉及处理信号，并且具体涉及通过可变步长调整来保持稳定性并降低低频噪声的系统和方法。

背景技术

主动噪声控制对输入信号进行分析并产生输出信号以消除空间声场中的不期望的信号。通过反馈将系统输出的一部分返回给系统的输入，在理想的理论条件下系统保持准确性和稳定性。然而，当声学改变时或当发生意外噪声时，系统可能会迅速收敛到极端的操作状态，该极端的操作状态使系统不稳定并导致噪声产生，而不是抑制不期望的信号。该噪声可能比系统意欲消除的不期望的信号更具破坏性。

附图说明

本公开参考以下附图和描述。附图中的组件不一定按比例绘制，而是说明本公开的原理。此外，在附图中，在不同的视图中，类似的附图标记表示相应的部分。

图1是主动噪声控制系统的框图。

图2是第二主动噪声控制系统的框图。

图3是第三主动噪声控制系统的图示。

图4是主动降噪的过程。

图5是计算调整步长的过程。

图6是第四主动噪声控制系统的框图。

具体实施方式

主动噪声控制系统和方法(被称为系统或ANC系统)通过调整从一个或多个换能器或扬声器生成的一个或多个辅助信号(其与主噪声场进行相消性的干涉)来主动地降低特定空间区域(称为主噪声场)内的不期望的声音。由扬声器生成的次噪声场大致具有不期望的主噪声场的反向声压极性，这有效地降低或基本上消除了主噪声场。系统通过使用一个或多个控制滤波器对一个或多个参考信号进行滤波来产生辅助信号。控制滤波器基于来自空间区域内放置的一个或多个误差麦克风的信号进行动态适配。控制滤波器适配还取决于次级路径滤波器，所述次级路径滤波器是通过校准过程先验估计的。这允许补偿：系统可能操作在的声学环境(诸如交通工具的车厢)所产生的延迟和滤波，以及ANC系统硬件和软件可能固有的处理延迟。该适配被配置成使得在理想条件下的误差麦克风信号将随时间趋向于零，或者趋向于某个规定的目标声音。为确保稳定性，系统遵守用于控制滤波器的调整速率的一个或多个步长标准。

图1的ANC系统能有效地对抗由交通工具产生的不期望的低频引擎噪声而不增加交通工具的重量。当引擎转速(每秒转数(RPS)或每分钟转数(RPM))变化时，交通工具会产生不同的声音，这些声音可能会分散注意力或降低对交通工具质量的感知。在交通工具的环境中，由引擎产生的振动和声学能量通过各种物理机构传递到交通工具车厢内。这些包括通过进气系统的空气路径或来自交通工具内外的排气管路的空气路径以及通过引擎与交通工具底盘之间的振动耦合和随后的从交通工具不同部分到车厢的结构空气耦合的空气路径。声音可以被表示为引擎阶次(order)，其中一些引擎阶次相对于其它引擎阶次是非常强的。例如，在四冲程四缸引擎中，由于引擎操作的周期性，交通工具可能具有占主导的第二引擎阶次。例如，在四缸引擎的第一次运转中，气缸1和3可点火；而在第二次运转中，气缸2和4可点火。这个周期在两次运转中产生了四种不同的爆震。这种周期性可以使得第二引擎阶次比引擎可能产生的其它引擎阶次更占主导优势。

图1的ANC系统可以针对不同的目的而瞄准不同的频率。驾驶员可以选择抑制各种信号频率以模拟期望的驾驶环境(例如，驾驶员可以选择运动模式、舒适模式、经济模式等)和/或系统可以自动选择各种频率或声音进行抑制。输入/输出设备(或处理器)102处理ANC系统的一些输入操作，所述输入操作识别要抑制或消除的目标信号，诸如引擎阶次。还可以从麦克风106、引擎控制单元(ECU)和诸如控制器区域网络(CAN总线)之类的交通工具总线接收信息。ECU监测各种车载传感器，所述车载传感器监测引擎功能和可能产生声音的其它交通工具功能，其包括空气燃料混合物、火花定时、怠速、空气管理、废气再循环、空调离合器控制、碳罐净化、电风扇控制、变矩器离合器、备用燃料、诊断、门打开、窗户打开、天窗打开、座位传感器或这些系统的任何组合。

响应于检测到的信号或交通工具参数(诸如RPM)，参考信号产生模块104对M个不同的参考信号进行合成。在图1中，“/”后面的参考字母表示设备所服务的不同信道的数量(例如，/M指的是M个信道)。在执行引擎阶次降低时，参考信号可以包括一个或多个引擎阶次频率的纯音的总和。参考信号可以包括经由可选的反馈回路接收的下采样信号。下采样信号是从一个或多个麦克风106产生的，并且可以包括宽带噪声分量。下采样信号由下采样器110提供，该下采样器110降低ADC 112所生成的数字音频信号的采样率。在图1中，参考信号产生模块104可以根据时间索引n的函数x_m[m]＝a_m*exp(iQ_m n)来生成M个复参考信号，其中a_m是第m个正弦波的幅度并且Ω_m是第m个正弦波的归一化频率。

参考信号产生模块104向一个或多个控制滤波器108馈送信号，控制滤波器108可以包括FIR滤波器或乘法性复增益。在图1和图2中存在K*M个控制滤波器108。控制滤波器108通过其复控制系数(在时间“n”处可以表示为w_mk[n])来修改每M个复参考信号的增益和相位。在上采样器114增大采样大小之前，可选的放大器β1增大控制滤波器108所产生的控制信号y_mk的幅度。上采样器114向数模转换器(DAC)116提供K个平滑数字信号的信道。DAC 116将数字音频信号转换为模拟波形，该模拟波形然后由可选的音频放大器118进行处理，并由扬声器120转换成声音。

麦克风106将包括主声场和次声场之和的声学声场转换成电信号。J个麦克风106可以具有比窄带麦克风更平的输出响应，以检测各引擎阶次公共的低频特性。可选的音频放大器120对麦克风信号进行放大，然后放大后的麦克风信号经历数字转换和下采样，生成误差信号e_1[n]、e_2[n]、…、e_j[n](如图1和图2中的e_j所示)。

次级路径滤波器124对复参考信号x_m[n]进行滤波以创建次级路径滤波的参考信号或“滤波的x”信号，x’_mkj[n](在图1和图2中示出为x’_mkj)。次级路径滤波器124应用次级路径传递函数或脉冲响应，所述次级路径传递函数或脉冲响应对从每一个扬声器120生成的每一个独立控制信号到每一个麦克风106的声学路径进行估计或建模。次级路径滤波器134对控制信号y_mk进行滤波，滤波后的控制信号被可选的放大器β2放大并由加减器128调节。

在运行时间之前(运行在系统完全起作用之前，例如在预生产时)，校准模块126和加减器130对扬声器120与麦克风106之间的声学路径以及图1中的硬件和/或软件处理延迟进行建模。校准模块126通过每一个扬声器120发送校准信号，例如受控扫描信号、Golay码或随机噪声信号，并测量或估计每一个麦克风106处的响应。校准模块126估计每一个扬声器106与每一个麦克风106之间的声学耦合传递函数。该先验信息然后被存储在存储器中，并被建模为FIR滤波器或者作为乘法性复增益。在图1中，复次级路径滤波器系数s_kj在时间上是固定的。在替代系统中，在线校准在运行时更新FIR系数或乘法性复增益，使得次级路径滤波器系数是动态的。

控制滤波器更新模块122通过处理伪误差信号e’_j[n](在图1和图2中示出为e’_j)和滤波后的x信号x’_mkj[n]来控制该控制滤波器108的调整速率。控制滤波器更新模块122产生连续的复控制系数w_mk[n+1]，并基于先前的复控制系数w_mk[n]值来迭代地更新控制滤波器108的控制系数，如下面的EQ.1中通过滤波后的x的最小均方(FxLMS)算法所表示：

EQ.1

在EQ.1中，“w”表示控制滤波器系数(复数值)，“m”表示引擎阶次；“k”表示扬声器索引；“n”表示时间样本索引；“mu”表示控制调整速率的步长；以及“j”表示麦克风索引。换句话说，通过EQ.1，后续的复控制系数w_mk[n+1]是滤波后的x信号x’_mkj[n]、伪误差信号e’_j[n]和控制控制滤波器108的调整速率的步长或调谐常数mu的乘积与先前的复控制系数w_mk[n]的总和。

控制系数的步长或调谐常数(称为步长或自适应步长)影响ANC系统例如在改变RPM/加速期间快速收敛的稳定性和能力。如果步长过小，则系统收敛速度可能过慢，并且可能会经历信号消除。如果步长过大，则系统收敛速度可能过快，导致系统变得不稳定。为了确保ANC系统的稳定性并优化ANC系统在动态交通工具条件下的操作，步长可能受限于理论最大值，其由EQ.2表示。

EQ.2mu_max＝1/(P_x’*(L+Delta))

在EQ.2中，P_x’[n]表示一个或多个滤波后的x信号的聚合功率E{x’_mkj^2[n]}，L是FIR控制滤波器的长度，并且Delta表示对应于次级路径中的延迟(标量值)的样本数。通过EQ.2，步长与次级路径内的延迟量之间存在反向关系。换句话说，声学环境内次级路径中出现的延迟越多，则最大步长越小，并且ANC系统对不期望的信号的适配越慢，使得ANC系统的效率降低。基于与滤波后的x信号的功率P_x’[n]的上述反向关系，可以使用归一化的FxLMS(FxNLMS)方法来代替FxLMS以根据EQ.3调整滤波器系数。

EQ.3

虽然EQ.3理论上在理想条件下在适当选择标量mu的情况下是稳定的，但是其依赖于对计算滤波后的x信号x’_mkj[n]所使用的次级路径传递函数的合理精确的估计。由于在实践中次级路径传递函数是动态变化的，因此在某些状况下，标量mu可能导致系统不稳定。这类状况可以包括打开窗户、天窗或门、麦克风或扬声器故障或阻塞、系统的硬件组件之间的制造差异、座椅被重新定位或折叠，以及交通工具乘员的数量变化和座位位置变化。使用固定步长的ANC系统可能具有有限的实际应用。一些ANC系统还可以使用FxLMS的其它变体，例如修改的FxLMS或者滤波后的-u LMS，其中标量步长可能经历相同的鲁棒性问题。

EQ.4中提供了具有可变步长调整的FxNLMS算法：

EQ.4

其中mu_mkj[n]是取决于第m个参考信号/正弦波、第k个扬声器/控制输出信道和第j个误差麦克风的步长，并且随着时间索引n而变化。步长可以根据图2中所示的步长计算器132执行的一个或多个步长标准来修改。步长计算器132通知控制滤波器更新模块122生成复控制系数。在图2中，步长计算器可以应用一个或多个步长标准。

第一步长标准使得步长可手动调节和/或在时间和频率上可变。在不同频率下消除深度和收敛速度与稳定性和鲁棒性之间的折衷方面，手动可调的调整速率比标量步长提供更大的灵活性。在该步长标准下，频率相关的可调步长因子可以在不同的频率范围内建立不同的调整速率。它可以在低的听觉频率范围下建立较慢的调整速率，并且在较高的听觉频率范围下建立较高的调整速率。在一个使用情况下，用户可以建立自适应时间表，当发生加速事件时(通过经由一个或多个ECU或交通工具总线来轮询或监测交通工具运行状态而进行检测)，以相对于稳态调整速率而言非常快的调整速率来调整控制系数。在这种使用情况下，当发生巡航速度事件时，用户还可以将调整速率或步长减小到稳态自适应速率。在该步长标准下，如果alpha(f)表示频率相关的可调步长因子，并且“f”表示频率，则EQ.5表示步长标准。

EQ.5mu_mkj[n]α alpha[f_m[n]]，

在EQ.5中，复参考信号的步长mu_mkj[n]与频率相关的手动可调步长因子成正比。在EQ.5中，f_m[n]表示在时间“n”处的第m个参考信号的频率，并且alpha(f)可以通过图形用户界面(GUI)或文本界面手动调整。用户界面可以建立并提供对存储器中码本的访问，所述码本存储多维性能地图。存储器还保留用于执行EQ.5的自适应算法的软件。

第二步长标准取决于估计或测量的在控制输出与麦克风输入之间的次级路径(即从每一个扬声器到每一个麦克风的声学延迟)来建立步长。该备选步长标准使得复参考信号的步长mu_mkj[n]与从扬声器“k”到麦克风“j”的次级路径在频率f_m[n]下的延迟成反比，如EQ.6中所示：

EQ.6mu_mkj[n]α1/Delta_mkj

在EQ.6中，Delta_mkj是从扬声器“k”到麦克风“j”的次级路径在频率f_m[n]下的延迟。次级路径传递函数由校准模块126测量或估计。校准模块126还可以根据每一个次级路径在扫描频率范围上的相位响应来测量或估计相位延迟或群延迟。换句话说，ANC系统测量任何给定频率下的延迟，从而知道每一个次级路径的延迟。因此，该自适应算法创建了每一个扬声器到麦克风组合上的频率相关的步长，而不是如在EQ.2中那样使用标量增量计算最大步长。

当执行EQ.6的自适应算法时，使用离散傅立叶变换(DFT)、离散余弦变换(DCT)或其它方法将次级路径脉冲响应变换到复频域。在系统校准之后，测量或估计在频率f_m[n]下的从扬声器“k”到麦克风“j”的次级路径延迟Delta_mkj。当测量或估计的次级路径中出现零值(例如，次级路径可能由传递函数表示)或者难以准确地测量或估计群延迟或相位延迟时，该自适应算法在整个频率范围内或期望一部分上执行平滑或插值过程。在一些系统中，测量值/估计值被存储在码本中作为与位于频率范围内的对应频率相关联的多维性能图(称为修改后的查找表)。

第三步长标准提供了当ANC系统收敛到不稳定状态时维持没计安全状态的“故障安全(fail-safe)”机制。该备选步长标准防止控制信号y_mk的幅度变得过大，这可能将有害等级的噪声引入封闭空间(例如交通工具车厢)中。在该步长标准下，自适应算法可以建立阈值，该阈值限制作为ANC系统的目标的每一个引擎阶次的输出。可调限幅器阈值是频率相关的，并且可以对应于每一个扬声器“k”，如EQ.7中所示：

EQ.7thresh_mk＝thresh_k(f_m[n])

在EQ.7中，“k”表示扬声器/控制信道；“m”表示引擎阶次；“n”表示时间索引。令g_mk[n]表示对应于扬声器“k”的控制信号的幅度(或能量)。在该步长标准下，复参考信号的步长mu_mkj[n]与先前的控制信号的时间函数T(beta_mk[nN]，…，beta_mk[n-1]，beta_mk[n])直接成比例，如EQ.8中所示：

EQ.8mu_mkj[n]αT(beta_mk[n-N]，...，beta_mk[n-1]，beta_mk[n])

在EQ.8中，先前的控制信号的时间函数T(beta_mk[n])可以由EQ.9表示的阈值条件来定义：

EQ.9其中beta_mk[n]＝{0；g_mk[n]＞＝thresh_mk

1；g_mk[n]＜thresh_mk}

在EQ.8和EQ.9中，T(x)是反映控制信号的历史幅度(或能量)的时间函数。例如，该自适应算法可以处理先前的值beta_mk[n]，其中n＝0，1，2等，并且无限地或者在指定的时间段内或者当阈值(也被称为限幅器阈值)首次被超过时将步长设置为零。在备选系统中，先前的控制信号beta_mk[n]的时间函数是非二进制值。例如，在一些系统中，随着控制信号的能量g_mk[n]接近与引擎阶次和扬声器索引相关联的预定阈值thresh_mk，beta_mk[n]可以成比例地减小。该“故障安全”步长标准提供了可调的与频率和扬声器相关的限幅器阈值，其比标量限幅器提供更大的灵活性。该标准优化了在正常操作期间的消除与防不稳定性保护之间的折衷。

第四步长标准基于一个或多个步长计算器的输出绕过(bypass)了自适应过程。在该标准下，ANC系统响应于检测到的不同发散(divergence)或者不稳定性或异常的类型来定制调整速率。在该标准下，步长计算器控制步长。例如，步长计算器可以停止控制系数的调整，并且一旦检测到不稳定性就立即禁止ANC系统输出。EQ.10表示该标准，其中gamma_mkj[n]代表在时间索引“n”处的步长计算器。

EQ.10mu_mkj[n]α T(gamma_mkj[n-N]，…，gamma_mkj[n-1]，gamma_mkj[n])

其中，

gamma_mkj[n]＝0；麦克风j坏了

0；扬声器k坏了

0；检测到其他预定义的或定制的条件

1；其他情况

在该步长标准中，通过将麦克风信号的能量与期望能量水平进行比较来检测故障麦克风。换句话说，当不存在声音(例如，存在麦克风自噪声或预定麦克风阈值)时，系统将每一个麦克风信号的能量与每一个麦克风在正常运行期间自身产生的麦克风能量进行比较。扬声器故障可以通过测量连续性、每一个扬声器的电流消耗或每一个扬声器的等效阻抗来检测。

备选的步长计算器随时间监测复控制滤波器系数以确定何时发生不稳定状况。使用相关器或相关检测器，通过监测控制输出信号的能量和麦克风信号的能量来检测发散。当两个信号的能量同时增大达足够的时间段时，检测到发散，并且ANC系统可被停用或替代地修改或停用步长。一些ANC系统在频域中在该ANC系统正在产生的特定频率中的每一个频率上执行该比较。备选的相关器随时间监测或跟踪复控制滤波器系数的方差(例如它的增益、相位或增益或相位的方差)。持续很久的高方差级别(例如，超过预定操作阈值的方差)也标识出在一些系统中也基于交通工具的操作状态的发散。例如，当ECU指示引擎操作条件是静态的，例如运行在恒定的RPM和/或节气门位置时，复系数的迭代改变应该反映低的方差。

图3是提高音频封闭体或交通工具中的降噪的第三主动噪声控制系统300的示意图。示例系统包括一个或多个麦克风106、一个或多个音频换能器120、信号发生器处理器302、控制滤波器处理器304、控制滤波器更新处理器306、步长处理器308和可选的校准处理器310。

一个或多个麦克风106可以捕获封闭空间(例如，交通工具车厢)内的主噪声和次噪声。信号发生器处理器302响应于监测到的来自外部源的噪声或交通工具参数(诸如RPM、门和/或窗户的打开和/或关闭等诸如RPM等的来合成M个不同的参考信号x_m[n]或正弦波。控制滤波器处理器304通过其复控制系数修改每M个复参考信号的增益和相位。控制滤波器更新处理器306响应于步长处理器308通过处理经修改的误差信号e’_j(图1和图2所示的伪误差信号)和滤波后的x信号x’_mkj[n]来控制控制滤波器108的调整速率。步长处理器308应用上述的一个或多个步长标准/准则来修改由控制滤波器更新处理器306应用的调整速率，以优化ANC的性能和稳定性。

可选的校准处理器310生成并产生从每一个换能器120发送给每一个麦克风106的受控扫描信号或随机噪声信号，以估计换能器120与麦克风106之间的声学耦合。可选的校准处理器310在该处理过程完全起作用之前运行，例如在预生产时运行。在操作时，可选的校准处理器310测量或估计从每一个换能器120到每一个麦克风106的声学耦合传递函数(也称为次级路径传递函数)。使用测量或估计的声学耦合传递函数(反映在滤波后的x信号x’_mkj[n]中)，所述过程准确地补偿了所述过程可能操作在的小型声学环境(例如，交通工具车厢)内所产生的延迟以及执行所述过程可能固有的信号传播延迟。

图4是主动降噪的过程。该过程可以使用本文参考图1到图3描述的任何系统来实施。该过程通过下述方式来主动地降低在目标空间区域(例如交通工具车厢)内的不期望的声音(称为主声场)：调整从一个或多个传感器或扬声器生成的一个或多个辅助信号(secondary signal)，以产生大致具有与主声场相反的极性的次级声场。这导致主声场和次级声场之间的相消性干涉。该过程通过在402处捕获目标区域内的麦克风信号以及诸如RPM、门和/或窗的打开和/或关闭等外部或交通工具参数来降低不期望的声音。该过程在404处通过应用上述步长标准中的一个或多个来计算控制滤波器适配不期望的目标声音的调整速率。通过处理经修改的或伪误差信号以及滤波后的x信号，在406处更新控制滤波器的复控制系数。控制滤波器在408处通过其更新后的复控制系数来修改一个或多个复参考信号的增益和相位，然后在410处滤波后的控制信号被转换成声音。

在计算图4和图5中的步长之前，可选的校准过程可以在运行时间之前对扬声器与麦克风之间的声学路径以及硬件和/或软件处理延迟进行建模。在操作时，可选的校准过程测量或估计从每一个换能器到每一个麦克风的声学耦合传递函数，并且可以测量作为频率的函数的相位延迟和/或群延迟。传递函数可以表示为脉冲响应，或者使用离散傅里叶变换(DFT)或相关方法表示到频域。传递函数用于对参考信号进行滤波以创建在复控制系数更新中使用的滤波后的x信号，并且可选地用于在创建伪误差信号时对控制信号进行滤波。该过程准确地补偿由声学环境造成的延迟以及执行该过程固有的延迟。

图5是使用步长标准的组合来计算步长500的过程。虽然选择步长标准在图5中是以特定次序处理的，但是备选过程可以以任何顺序执行包括上述所有步长标准的所有其它可能的次序和组合。

在图5中，该过程在502和504处计算麦克风和扬声器统计量。该统计量可以反映控制信号y_mk中的能量(其反映扬声器信号中的能量)和误差信号e_j中的能量(其反映麦克风信号中的能量)。该过程通过统计相关器来测量控制信号中的能量与麦克风信号中的能量之间的关系的强度和方向。在506处，在两个方向上的高于预定水平的强的正的统计相关性(指示这些变量并行地增加或减少的程度)被识别为发散。控制信号和麦克风信号中的能量以及两者之间的相关性也可以作为频率的函数来计算，例如使用离散傅里叶变换(DFT)。因此，当控制信号中的能量和麦克风信号中的能量在特定的引擎阶次或频率下在特定时间段内都在增大时，可以识别为发散。在508处，将与给定引擎阶次和扬声器的复控制系数相关联的增益与相应的阈值进行比较。当复控制系数的增益超过阈值时，在508处识别出发散。当误差信号中的能量不超过麦克风自身的自噪声阈值的能量时，在508处同样识别出发散。当控制信号超过控制信号阈值(指示扬声器短路)和/或由其它方法(诸如扬声器汲取的电流)指示扬声器故障时，则在508处识别出发散。在510处，该过程测量复控制滤波器系数随时间变化的方差(例如，增益、相位或增益的方差)。超过预定阈值的方差(其可以部分地由诸如RPM之类的交通工具参数确定)标识出发散。在512处，计算用于使复控制系数适配目标信号的调整步长。当检测到发散时，与检测到的发散相关联的自适应算法修改该过程的调整速率。在备选过程中，通过自适应算法的组合修改调整速率。该过程可以基于定义的步长计算器的时间函数来修改调整速率。例如，发散可持续一段特定的时间或者直到满足交通工具参数的条件，或者替代地，如果检测到发散的次数已经超过指定的次数，则调整速率可以被永久设置为零，并且可能会发布诊断代码。

图6是第四主动噪声控制系统的框图。该系统包括处理器602、诸如存储器604之类的非暂时性介质(其内容可由处理器602访问)以及I/O接口606。I/O接口606可用于连接设备，诸如附加的麦克风、音频传感器或扬声器，并且接收目标信号输入608。存储器604可以存储指令，所述指令在由处理器602执行时使系统生成与本文所描述的系统相关联的一些或全部功能。例如，存储器604可存储指令，所述指令在由处理器602执行时使系统通过上述控制滤波器610、控制滤波器更新模块612、可选的校准器616和/或发散检测或步长计算器614的一些或所有组合来减少不期望的信号。另外，数据结构、临时变量和其它信息可以将数据存储在数据存储器中。

处理器602可以包括单个处理器或多个处理器，其可以设置在单个芯片上、多个设备上或分布在多于一个的系统上。处理器602可以是执行计算机可执行指令或计算机代码的硬件，该计算机可执行指令或计算机代码具体实施在存储器604或其它存储器中以执行ANC系统的一个或多个特征。处理器602可以包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字电路、模拟电路、微控制器、任何其它类型的处理器或其任何组合。

所公开的存储器604或存储装置可以保留用于实施上述功能的可执行指令的有序列表。机器可读介质可以选择性地但不限于电子介质、磁介质、光学介质、电磁介质、红外介质或半导体介质。机器可读介质的示例的非穷尽列表包括：便携式磁盘或光盘、易失性存储器(诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存))或数据库管理系统。存储器604可以包括可以设置在一个或多个专用存储器设备上或处理器或其它类似设备上的单个设备或多个设备。当功能或步骤被称为“响应”或“响应于”功能或过程而发生时，设备功能或步骤必然由于(或因为)功能而发生。功能或行为仅仅是跟随或发生在另一个之后是不够的。

存储器604还可以存储诸如信号发生器处理器302、控制滤波器处理器304、控制滤波器更新处理器306、步长处理器308和可选的校准处理器310的计算机代码。计算机代码可以包括可由处理器602执行的指令。计算机代码可以用诸如C、C++、汇编语言、信道程序代码和/或计算机语言的任意组合之类的任何计算机语言来编写。存储器604可以将信息存储在数据结构和算法中，包括例如自适应算法、统计相关器、步长、码本、多维性能图、自适应时间表、阈值条件和成果、扬声器和麦克风操作特性、校准等中的一个或多个。

图中所示或所描述的功能、动作或任务可以响应于存储在非暂时性计算机可读介质中或其上的一组或多组逻辑来执行。该功能、动作或任务独立于指令集、存储介质、处理器或处理策略的具体类型，并且可以通过单独或组合操作的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等来执行。在一个实施例中，指令被存储在可移动媒体设备上以供本地或远程系统读取。在其它实施例中，逻辑或指令被存储在远程位置以通过计算机网络或通过无线或有形电话或通信线路传送。在又其它实施例中，逻辑或指令可以被存储在给定的计算机内，诸如例如CPU。

所公开的系统和过程在交通工具车厢内自然地增强了语音而不失真或增加噪声，并且可以还包括在标题为Active Noise Equalization的美国专利第14/245,142号中描述的系统和方法，其公开内容以引用方式并入本文中。交通工具可以包括但不限于汽车、公共汽车、卡车、拖拉机、摩托车、自行车、三轮车、四轮车或其它自行车、船舶、潜水艇、船或其它船只、直升机、无人机、飞机或其它航天器、火车、有轨电车或其它有轨交通工具、航天飞机或其它航天器，以及任何其它类型的交通工具，不管是当前存在还是在本公开之后出现的。换句话说，它包括用于运送人或物的设备或结构。

该系统是完全自动化的，使得辅助信号被连续调整以降低交通工具车厢内的目标信号或噪声水平。随着不同声学环境的出现和被检测，自动发生以下应用：次级路径的群延迟/相位延迟，控制输出信号能量与麦克风输入能量之间的统计相关性，控制系数的方差和/或限制辅助信号的相对幅度。系统操作延迟小，因此交通工具乘员不会觉察到不期望的听觉信号的消除。系统的低延迟操作加强了驾驶员的交通工具模式选择，使得不会明显地干扰所选模式的期望声音。系统不会受到每一个发散检测标准的同时或并行操作的影响-意味着步长标准或并行系统的任何组合可以同时或并行地操作。该系统操作在音乐环境中，并且不会对音乐或其它媒体造成任何可察觉的失真。该系统可以在其它车载系统(诸如信息娱乐处理器和数字信号处理器或DSP)上或其内实施，并与其它系统软件共存。该系统可以快速适应不同的交通工具和车厢类型以及不同的声学配置。

通过查看附图和具体实施方式，其它系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员来说将是或将变得明显。所有这些另外的系统、方法、特征和优点旨在被包括在本说明书内，在本公开的范围内，并且由所附权利要求保护。

Claims (21)

1.一种主动消除使用多个麦克风和多个扬声器的交通工具中的噪声的方法，包括：

产生一个或多个控制输出信号以驱动所述多个扬声器；以及

基于多个次级路径传递函数来调整控制滤波器的多个控制系数，所述多个次级路径传递函数对每一个扬声器与所述多个麦克风中的每一个麦克风之间的声学路径进行建模；

其中所述控制滤波器的所述多个控制系数的调整速率是随时间变化且频率相关的；以及

其中所述控制滤波器的所述多个控制系数的调整速率基于自适应步长，所述自适应步长基于预定的次级声学路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个次级路径传递函数是通过下述方式来测量的：经由所述多个扬声器中的每一个发送信号，并且测量在所述多个麦克风中的每一个处的音频响应。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述多个次级路径传递函数来估计频率相关群延迟。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述自适应步长与所述频率相关群延迟逆相关。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述多个次级路径传递函数来估计频率相关相位延迟。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自适应步长与所述频率相关相位延迟逆相关。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述多个次级路径传递函数来估计总延迟。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述自适应步长与所估计的总延迟逆相关。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述自适应步长基于所述预定的次级声学路径和步长标准。

10.一种编码有机器可执行指令的非暂时性机器可读介质，其中所述机器可执行指令的执行：

产生一个或多个控制输出信号以驱动多个扬声器；以及

基于多个次级路径传递函数来调整控制滤波器的多个控制系数，所述多个次级路径传递函数对每一个扬声器与多个麦克风之间的声学路径进行建模；

其中所述控制滤波器的所述多个控制系数的调整速率是随时间变化且频率相关的；以及

其中所述控制滤波器的所述多个控制系数的调整速率基于自适应步长，所述自适应步长基于步长标准。

11.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述步长标准包括一个或多个能量阈值，所述一个或多个能量阈值用于与所述控制滤波器所产生的控制输出信号的能量进行比较。

12.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述步长标准包括分离的能量阈值，所述分离的能量阈值用于与所述控制滤波器所产生的控制输出信号的与各个引擎阶次相关联的不同分量进行比较。

13.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，还包括：当所述控制滤波器所产生的控制输出信号的能量水平超过能量阈值时，停止对所述控制滤波器的所述多个控制系数的调整。

14.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中所述步长标准包括取决于交通工具的操作状态的设定能量阈值。

15.根据权利要求14所述的非暂时性机器可读介质，其中所述交通工具的操作状态是通过所述交通工具引擎的每分钟转数来测量的。

16.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中所述步长标准包括麦克风自噪声。

17.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中所述步长标准基于每一个扬声器的电流消耗或每一个扬声器的阻抗。

18.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中所述步长标准包括所述控制滤波器所产生的控制输出信号与多个麦克风输入信号中的每一个之间的随时间变化的相关性测度。

19.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中所述步长标准包括所述控制滤波器的所述多个控制系数的统计方差的预定测度。

20.根据权利要求10所述的非暂时性机器可读介质，其中所述步长标准包括基于以下的两个或更多个步长标准：

每一个扬声器与每一个麦克风之间的声学路径的群延迟或相位延迟；

所述控制滤波器所产生的控制输出信号与多个麦克风输入信号中的每一个之间的时域相关性测度；

控制输出信号能量与预定阈值的比较；或者

所述控制滤波器的所述多个控制系数的统计方差的预定测度。

21.一种主动噪声控制系统，包括：

控制滤波器装置，其响应于外部音频源而产生一个或多个控制输出信号以驱动多个扬声器；以及

控制滤波器更新装置，其基于多个次级路径传递函数来调整所述控制滤波器装置的多个控制系数，所述多个次级路径传递函数对多个扬声器与多个麦克风之间的声学路径进行建模；以及

发散检测装置，其响应于步长标准来控制所述多个控制系数的调整速率；

其中所述多个控制系数是随时间变化且频率相关的。