CN114128310A - 使用麦克风投射消除声音 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有程序代码的音频系统、方法和计算机可读介质以接收与旋转设备(诸如一些示例中的车辆传动系统)有关的谐波信号，并且提供谐波消除(或增强)信号。该谐波消除信号被转换为声音信号，并且反馈传感器(诸如麦克风)检测表示环境中的第一位置处的声能的误差信号。投射滤波器对误差信号进行滤波以提供环境中的第二位置处(诸如在乘员的耳朵的位置处)的估计误差信号。自适应模块基于估计误差信号来调整消除信号。

Description

使用麦克风投射消除声音
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年5月16日提交的标题为“SOUND CANCELLATION USINGMICROPHONE PROJECTION”的美国临时专利申请序列号62/848,888的权益，该美国临时专利申请全文并入本文以用于所有目的。
背景技术
本公开整体涉及使表示远离反馈传感器的位置处的非期望声音的误差信号最小化的系统和方法。
发明内容
下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
各个方面包括用于消除或减少非期望声音的消除系统、方法和/或程序代码，尤其涉及旋转设备的谐波，诸如发动机或其他传动系统谐波和/或其他设备，诸如空调设备、风扇、马达驱动器等。该系统、方法或程序代码包括(或实施)被配置为生成消除信号的消除滤波器。消除信号可以基于从传感器接收的参考信号，诸如转速计或指示转数的其他传感器，诸如发动机或传动系统旋转(例如，每分钟转数)，该传感器提供表示谐波的信号。换能器被设置在声音环境(诸如车辆车厢)内的第一位置处，并且被配置为接收消除信号并且将消除信号转换为环境内的消除音频信号。可将反馈传感器(诸如麦克风)设置在环境内的第二位置处以输出反馈信号，该反馈信号可被视为误差信号，该反馈信号表示第二位置处的声音。一个或多个投射滤波器可被配置为对反馈信号和/或消除信号进行滤波以提供估计误差信号，该估计误差信号表示在远离第一位置和第二位置的第三位置处的非期望谐波声音的估计值。调整模块可被配置为基于估计误差信号来调整消除滤波器，使得消除音频信号与第三位置处的非期望声音进行相消干涉。
根据各种示例，传感器可指示发动机的旋转速率，并且可提供发动机谐波信息。在一些示例中，传感器可提供关于传动系统的其他部分的旋转信息，诸如变速箱、变速驱动桥、车轮等。在特定示例中，传感器可提供关于其他旋转设备的旋转信息，诸如驱动马达，例如用于致动窗、雨刷器等，空调设备、风扇等。在一些情况下，传感器可进一步提供一个或多个基本上呈正弦的信号，该信号指示旋转设备的一个或多个谐波。
在特定示例中，反馈传感器可以是麦克风以检测环境(诸如车辆的车厢)内的声能，并且麦克风的位置可以是车顶、立柱、顶篷或其他位置。在各种示例中，第三位置是乘员的耳朵的预期位置。因此，反馈传感器信号可以是远程麦克风信号，并且估计误差信号可以表示乘员的耳朵处的声能的估计值。因此，估计误差信号可以表示位于第三位置处的虚拟麦克风，例如，车顶麦克风被“投射”到乘员的耳朵的位置。
在各种示例中，估计误差信号基于第二位置(麦克风)与第三位置(乘员的耳朵)之间的声音关系的估计值。在特定示例中，估计误差信号还可基于第一位置(换能器)与第三位置(乘员的耳朵)之间的声音关系的估计值，以及第一位置(换能器)与第二位置(麦克风)之间的声音关系的估计值。
在特定示例中，一个或多个投射滤波器包括第一滤波器，该第一滤波器被配置为估计第二位置与第三位置之间的关系，该第一滤波器被配置为接收反馈信号(在第二位置处的非期望声音)并对其进行滤波并且输出第一滤波信号，该第一滤波信号是第三位置处的非期望声音的估计值。第一滤波器可被称为投射滤波器，例如，因为其将反馈传感器(麦克风)“投射”到替代位置(乘员的耳朵)，以产生在反馈传感器位于替代位置处时反馈信号的估计值。
在一些示例中，一个或多个投射滤波器还包括被配置为估计第一位置(换能器)和第三位置(乘员的耳朵)之间的关系的第二滤波器，该第二滤波器被配置为接收消除信号并对其进行滤波并且输出第二滤波信号，该第二滤波信号是对在第三位置处的消除音频信号的估计值，其中该第二滤波信号被配置为在第一滤波信号和第二滤波信号被求和，基于在反馈传感器处接收的消除音频信号来消除第一滤波信号的一部分。
在特定示例中，可基于特定车辆运行状况来选择一个或多个投射滤波器，如此可以影响第二位置(例如，麦克风)与第三位置(例如，乘员的耳朵)之间的声音关系和/或第一位置(例如，换能器)与第三位置(例如，乘员的耳朵)之间的传递路径，也称为二次路径传递函数。因此，滤波器选择所基于的特定车辆和/或动力系统运行状况可以包括以下中的一者或多者：发动机旋转速率(RPM)、变速箱RPM、发动机输出扭矩(τ)、变速箱输出扭矩、节气门位置、歧管真空、发动机点火正时/速率、发动机和/或变速箱RPM的变化率(例如，delta-RPM、ΔRPM)、其负载/重量和分配、加速(将负载转移到后悬架)、制动/减速(将负载转移到前悬架)、转向/转弯加速(将负载从一侧转移到另一侧)和/或悬架控制和/或阻尼器刚度(例如，液压、气动、电子控制的悬架部件)。
在特定示例中，可基于可能影响车厢传声效果的特定状况来选择一个或多个投射滤波器，如此可影响第二位置与第三位置之间的关系和/或第一位置与第三位置之间的传递路径。滤波器选择所基于的状况可包括以下中的一者或多者：窗位置(打开/关闭的程度)、天窗位置(打开/关闭的程度)、车门微开(例如，舱口打开或关闭)、座椅位置(例如，高度、倾斜、前/后)、后排座椅向下折叠或收起、上座率(乘员的数量、哪些座椅、重量等)，如可通过安全气囊乘员传感器、摄像头等检测到。
在各种示例中，一个或多个投射滤波器包括至少一个预测滤波器，使得第三位置处的非期望声音的估计值是未来时间点的第三位置处的非期望声音的估计值。
以下仍然详细讨论了这些示例性方面和示例的其他方面、示例和优点。本文所公开的示例可以与本文所公开的至少一个原理一致的任何方式与其他示例组合，并且对“示例”、“一些示例”、“另选的示例”、“各种示例”、“一个示例”等的引用不一定互相排斥，并且旨在指示所述的特定特征、结构或特性可包括在至少一个示例中。本文中此类术语的出现未必全都指代相同的示例。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个示例的各个方面，这些附图并非旨在按比例绘制。包括附图以提供对各个方面和示例的例证和进一步理解，并且附图并入本说明书且构成本说明书的一部分，但并非旨在作为本发明的限制的定义。在附图中，在各种图中示出的相同或几乎相同的部件可以类似的参考符号或数字表示。为清楚起见，并不是在每个图中给每个部件都注上标记。在附图中：
图1为示例性声音消除系统的示意图；
图2为另一示例性声音消除系统的示意图；
图3为示例性调谐系统的示意图；
图4为另一示例性声音消除系统的示意图；
图5为另一示例性声音消除系统的示意图；
图6为另一示例性声音消除系统的示意图；并且
图7为另一示例性声音消除系统的示意图。
具体实施方式
消除或减少预定体积中的非期望的声音的声音消除系统，例如车辆车厢中的谐波消除，通常采用反馈传感器(诸如麦克风)来产生表示残余的未消除声音的误差信号(或反馈信号)。该误差信号被反馈到自适应滤波器，该自适应滤波器调整消除信号以尝试使残余的未消除声音最小化。
然而，在一些环境下，反馈传感器可以不定位在最佳位置处。例如，在车辆环境中，反馈传感器可以放置在车顶、立柱或头枕中，但应消除乘客的耳朵处的非期望声音。因此，误差信号指示反馈传感器处的误差，而不指示乘客的耳朵处的误差。这是不期望的，因为消除系统的目的是消除乘客的耳朵处的非期望声音。然而，将麦克风放置在乘客的耳朵上是不切实际的，并且乘客可能无法接受。然而，在一些示例中，由放置在耳朵位置处的麦克风进行的先验测量可以确定耳朵位置与反馈传感器位置之间的声音关系。因此，反馈传感器信号(例如，车顶麦克风)可被“投射”到等效的耳部麦克风信号。换言之，可对车顶麦克风信号进行滤波(基于该两个位置之间的声音关系)以提供虚拟耳部麦克风信号。在各种示例中，反馈传感器位置与乘客耳朵位置之间的声音关系可根据如本文所述的车辆和车厢状况而变化，使得可基于此类车辆和/或车厢状况来选择滤波器。
此外，在车辆和其他环境中，声音消除音频信号通常延迟大约五毫秒，因为音频信号必须从沿车辆车厢周边设置的扬声器传播到乘客的耳朵(例如，消除音频信号必须从距离乘客的耳朵约五英尺处传播，并且声速为约每毫秒一英尺)。该延迟阻止了最佳消除，因为乘客所感知到的消除音频信号指向已经发生的声音。因此，一些示例可包括在不将麦克风放置在乘员的耳朵处的情况下，预测乘员的耳朵处的残余声音的未来值的特征。关于预测声音或残余声音的另外的细节，可参阅2020年4月21日发布的标题为“SYSTEMS ANDMETHODS FOR NOISE-CANCELLATION USING MICROPHONE PROJECTION”的美国专利号10,629,183，该专利全文并入本文以用于所有目的。
本文所公开的各种示例涉及一种消除系统，该消除系统估计表示远离反馈传感器的位置处的残余未消除声音的误差信号。在示例中，该估计基于来自即远程参考麦克风的可用信息，以及来自对这些远程麦克风与乘客的耳朵处的声场之间的关系以及声音消除系统本身的输出的了解的可用信息。
基于所估计的误差信号对自适应滤波器所产生的调整将使所估计的误差信号最小化，从而消除远程位置处而不是反馈传感器处的非期望声音，例如，从而有效地将反馈传感器投射到远程位置处。这可被另选地理解为将消除区从反馈传感器移位到远离该反馈传感器的位置。
图1是示例性声音消除系统100的示意图和/或信号流程图，该声音消除系统包括信号源110、消除滤波器120、换能器130(例如，扬声器或驱动器)、麦克风140(反馈传感器)和适配模块150。在各种示例中，信号源110可以是提供参考信号112的信号发生器，该参考信号可包含表示与环境相关联的旋转设备的谐波的分量。例如，在车辆中，传动系统，例如发动机、变速箱、变速驱动桥、车轮等可生成在车辆中产生可听见的声音的各种谐波。噪声消除系统100可被配置为减少可听见的谐波。因此，信号源110可生成表示旋转设备的谐波的参考信号112。因此，在一些示例中，信号源110可从传感器114接收旋转信息，诸如旋转速率，该旋转速率可以以每分钟转数(RPM)为单位。在一些示例中，参考信号112可包括表示旋转设备的一个或多个谐波的各种频率的多个正弦信号。
消除滤波器120接收参考信号112并对参考信号112进行滤波以产生消除信号122。消除信号122是驱动换能器130以在环境中(例如，在一些示例中，在车辆的车厢中)产生消除音频信号132的驱动器信号。麦克风140是检测环境中的声音并且提供误差信号142的反馈传感器。适配模块150接收参考信号112和误差信号142，并更新消除滤波器120以使误差信号142最小化。因此，适配模块150调整消除滤波器120，使得麦克风140处的谐波声音减小。
在图1的示例性声音消除系统100中，如果麦克风140理想地位于乘员的耳朵处，则系统将有效地减少或去除乘员的耳朵处的谐波的声音。消除音频信号132经由传递函数160(TDE)到达麦克风140，该传递函数是从驱动器(换能器130的位置)到耳朵(麦克风140的位置)的传递函数。在各种示例中，适配模块150可利用传递函数160的估计值进行编程，并且可实施自适应算法，诸如各种最小均方(LMS)或替代算法中的任何一者，以调整消除滤波器120的传递函数W，从而使误差信号142最小化。
虽然图1的示例性声音消除系统100设想了位于乘员的耳朵处或非常靠近乘员的耳朵的麦克风140，但是将麦克风放置在乘员的耳朵附近通常可能是不可接受或不切实际的。在各种示例中，相反地，此类反馈麦克风可位于乘员的耳朵附近但远离乘员的耳朵，诸如车顶、顶篷、头枕、立柱或其他地方。
图2示出另一示例性声音消除系统200，该声音消除系统类似于声音消除系统100，除了反馈传感器(麦克风240)位于远离乘员的耳朵244的位置之外。因此，来自麦克风240的误差信号242可能不表示乘员的耳朵244的位置处的非期望声音。图2的声音消除系统200以与图1的声音消除系统100相同或类似的方式工作，并且由此可以减少在麦克风240的位置处的谐波的声音，但不一定是乘员的耳朵244处的谐波的声音。因此，声音消除系统200未被优化以减少乘员的耳朵244处的谐波声音。
然而，麦克风240的位置处的声音与乘员的耳朵244的位置处的声音存在关系246。关系246取决于声源以及可听见的振动从源传递并通过环境的传声效果的方式。例如，当以特定频率工作时，特定谐波可形成乘员的耳朵244处的谐波的声音与麦克风240处的谐波的声音之间的特定关系246(例如，在振幅和相位方面)。在各种示例中，即使当以相同频率工作时，不同的谐波也可形成不同的关系246(例如，第一谐波可在给定RPM下形成特定频率，而第二谐波在较低RPM下形成特定频率)(例如，100Hz声音信号在一种RPM下可以是第一谐波并且在另一种RPM下可以是第二谐波)。此外，在各种示例中，关系246可随各种运行状况(诸如扭矩、加速度、车辆负载等)中的任何一种运行状况以及环境的声音特性(诸如座椅位置、窗状况、车辆上座率、负载、老化等)而改变。
在各种示例中，针对感兴趣的任何数量的谐波(以适应不同的系统目标)和在各种状况下，对关系246进行先验测量，并且生成投射滤波器以对误差信号242进行滤波以有效地考虑或反转关系246的影响，使得经滤波的信号表示乘员的耳朵244处的误差信号的估计值。根据各种示例，跨一系列旋转速率，从而跨一系列对应的频率，针对每个谐波测量关系246。然后，可将关系246等效地建模为传递函数，作为频率的函数，例如，给定谐波的跨一系列频率的一组相位和振幅关系。因此，在各种示例中，投射滤波器传递函数有效地将麦克风240投射到乘员的耳朵244的位置，并且在本文中可被称为WRE，因为它将远程位置(例如，在一些示例中的车顶位置)与耳朵位置进行相关联。
图3示出示例性调谐系统300，该调谐系统在一些示例中可用于在各种状况下测量耳朵位置处的声音与远程位置处的声音之间的一个或多个关系246。麦克风140被定位在耳朵位置处，并且麦克风240被定位在远程位置处，例如，其中在运行中，它将位于例如车顶、顶篷、立柱等。基于期望改变/消除声音的设备的旋转速率(例如，RPM)，正弦源310提供选定的谐波320(k)(例如，k＝1、2、3、…、n)，诸如符合(1)中的表达式：
Figure BDA0003468303980000071
其中k是谐波数，并且旋转速率(RPM)以每分钟转数表示。混合器330将正弦信号与来自麦克风140、240的相应信号混合以提供耳朵相量(Ek)和远程相量(Rk)。
为清楚起见，每个相量包括振幅和相位信息。虽然音频源(旋转设备)的相位可能不明确，但是预期相量Ek和相量Rk具有基本上恒定的相对相位，例如，其中一个的相位相对于另一个的相位是固定的，并且同样具有它们的相对振幅，并且此类表征给定RPM下的给定谐波k的关系246。在多个旋转速率中的每个速率下进行多个此类测量。谐波k的频率随旋转速率而变化，并且因此关系246可表征为给定谐波k的跨一系列频率的一组振幅和相位关系。
因此，可将关系246等效地视为两个位置例如，耳朵位置(例如，麦克风140)和远程位置(例如，麦克风240)之间的传递函数，传递函数是跨一系列频率的相位和量值关系，诸如从“输入”到“输出”。因此，具有相关的传递函数的滤波器可考虑麦克风240的远程位置，例如，使得滤波器将麦克风的信号“投射”到耳朵位置，例如，如同麦克风240位于耳朵处。
在一些示例中，此类传递函数可被认为是到达位置的第一位置并且当其前进到第二位置时的声能的实际传递函数。这可适用于来自给定源并且在特定运行状况下的音频。例如，来自发动机的100Hz的第一谐波(k＝1)可形成特定关系246，但100Hz的第二谐波(k＝2)可形成不同的关系。同样，来自车辆中的扬声器的100Hz的音调将可能形成非常不同的关系，因为该音调的源位置以及它到两个位置的传输将会与100Hz的第一发动机谐波截然不同。
在各种示例中，可针对每个谐波k，在每个旋转速率下进行多次测量，并且平均相位和振幅关系可用于给定谐波和旋转速率。另外，并且如下文更详细地呈现的，用于给定谐波和旋转速率的关系246可取决于另外的参数，诸如扭矩、负载、窗位置等。在各种示例中，可在不同扭矩(或运行参数的其他变化)下进行多次测量，并且在“平均”扭矩运行状况下，可将平均相位和振幅关系用于给定谐波和旋转速率。
例如，在一些示例中，可在一系列正扭矩状况下进行多次测量，并且当车辆以正扭矩运行时，使用这些测量的平均值。同样，在一些示例中，可在一系列负扭矩状况下进行多次测量，并且当车辆以负扭矩运行时，使用这些测量的平均值。另外，一些示例可包括在多个基本上中性的扭矩状况下进行的多次测量，并且当车辆以基本上中性的扭矩运行时，使用这些测量的平均值。
如上所述，图3是示例性调谐系统300，该调谐系统是进行测量以表征各种旋转速率下的各种谐波的关系246的临时配置。根据本文所述的那些声音消除系统的声音消除系统的各种示例将不包括位于乘员的耳朵处的麦克风140。本文中的各种声音消除系统包括一个或多个投射滤波器，每个投射滤波器将传递函数应用于远程麦克风信号(例如，来自麦克风240)，目的是估计耳部麦克风(例如，麦克风140)将产生的信号(如果它存在的话)。
一些示例可包含多个远程麦克风240，诸如用于车辆中的多个位置。此外，类似于图3的调谐系统的调谐系统的一些示例可包含多个远程麦克风240，并且还可包括多个耳部麦克风140，诸如用于乘员的头部的每一侧和/或用于多个乘员。因此，Rk和Ek各自可以是列向量，其元素的数量分别是远程麦克风的数量和耳部麦克风的数量。在此类示例中，投射滤波器的传递函数(接收远程麦克风信号并且估计耳部麦克风信号的滤波器)可以是矩阵。在其他示例中，此类传递函数可被视为多个投射滤波器，每个投射滤波器将远程麦克风位置投射到耳部麦克风位置。
本文讨论的许多量与旋转速率有关，并且每个谐波在给定旋转速率下具有特定频率。因此，对于给定谐波，所描述的各种量将取决于旋转速率，并且因此取决于频率。为简单起见，下文进一步讨论省略了频率和/或旋转速率的注释，例如“x(f)”和/或“x(RPM)”。此外，在各种情况下也可以排除谐波下标k，但是本领域技术人员应当理解，每个关系和/或投射滤波器传递函数都是跨一系列频率并且是针对于特定谐波。
在已针对各种旋转速率下的特定谐波测量了多个关系246的情况下，如本文所述的投射滤波器的工作是经由投射滤波器传递函数WRE，如等式2中的关系，将远程麦克风信号(R)“投射”或转换为估计的耳部麦克风信号
Figure BDA0003468303980000091
Figure BDA0003468303980000092
给定来自与图3中的调谐系统类似的调谐系统的Ek和Rk的测量数据，可以以各种方式设计投射滤波器传递函数WRE。在至少一个示例中，可根据等式3确定投射滤波器传递函数WRE：
Figure BDA0003468303980000093
其中“H”是厄米算符，并且数量上的条形表示预期值或多个测量结果的平均值。上述表达式表示基于使估计的Ek和实际Ek之间的误差最小化的至少一个示例中的投射滤波器传递函数的至少一种形式。在各种示例中，可通过使其他数量或参数最小化得出其他形式的投射滤波器传递函数。
根据各种示例，根据如图4所示的示例性声音消除系统400应用投射滤波器传递函数WRE。声音消除系统400包括投射滤波器440，该投射滤波器从麦克风240接收误差信号242并且对其进行滤波以生成估计误差信号442。由此估计误差信号442是对已由耳部麦克风提供的误差信号的估计值，例如，参考图1，它是对麦克风140已提供的误差信号142的估计值，其中麦克风140是耳部麦克风。如上所述，各种示例可包括多个麦克风240并且可估计多个耳部麦克风，并且因此投射滤波器440可以是多输入和/或多输出滤波器，例如，WRE可以是矩阵或向量。
继续参考图4，并且如上所述，驱动器130产生也由麦克风240拾取的消除音频信号132。如上所述，转换WRE特定于特定的噪声源(例如，发动机)以及来自该噪声源的特定谐波。因此，对于消除音频信号132，投射滤波器传递函数WRE是不正确的，例如，其没有准确地估计乘员的耳朵位置处的消除音频信号132。因此，来自麦克风240处的消除音频信号132的误差信号242的任何分量基本上是损坏信号。因此，各种示例可包括一个或多个附加的滤波器以校正此类分量。
如上所述，消除信号122是驱动换能器130产生消除音频信号132的驱动器信号D。因此，可通过(4)中的表达式来描述作为消除音频信号132的结果的误差信号242中的内容：
WRE×TDR×D (4)
其中D是驱动器信号(例如，消除信号122)并且TDR是从驱动器信号到远程麦克风240的位置的传递函数。在各种示例中，TDR可以是测量的传递函数和/或估计值。
图5示出类似于声音消除系统400的另一示例性声音消除系统500，该声音消除系统包括附加的滤波器以补偿由投射滤波器440处理的消除音频信号132引起的估计误差信号442中的“损坏”。简言之，声音消除系统500从估计误差信号442中扣除如上文在(4)中所述的“损坏”分量，以产生表示乘员的耳朵处的非期望信号的估计值的信号，而不受消除音频信号132的影响。声音消除系统500还增加消除音频信号132在乘员的耳朵处的影响，以产生信号，该信号是乘员的耳朵处的残余非期望信号的估计值，该信号是适配模块150可用于更新消除滤波器120的估计误差信号。
特别参考图5，声音消除系统500包括第一校正滤波器510，该第一校正滤波器接收驱动器信号122并且输出估计误差信号442的“损坏”部分的估计值(例如，参见上述(4))，然后由组合器520从估计误差信号442扣除该估计值。声音消除系统500还包括第二校正滤波器530，该第二校正滤波器接收驱动器信号122并且输出乘员的耳朵处的消除音频信号132的实际贡献的估计值，然后由组合器540添加该估计值，以产生经校正的估计误差信号542。在各种示例中，第二校正滤波器530应用传递函数TDE，如上所述，该传递函数是从驱动器到乘员的耳朵的位置(或其估计值)的二次路径传递函数。
图6示出示例性声音消除系统600，该声音消除系统是图5的声音消除系统500的简化。声音消除系统600将第一校正滤波器510和第二校正滤波器530与单个校正滤波器610组合，该单个校正滤波器接收驱动器信号122并且输出组合的校正信号612，并且经由组合器620将其添加到估计误差信号442以产生经校正的估计误差信号542。
在各种示例中，校正滤波器610的传递函数可以是不显著的，诸如当如上(4)中所述的“损坏”分量基本上等同于乘客的耳朵处的消除音频信号132的实际贡献时。在此类情况下，可省略校正滤波器610，并且可将系统简化回基本上如图4中示出的系统。
如上所述，用于特定谐波的各种关系246中的任一种关系可基于以下中的任一者或多者而变化：发动机旋转速率(RPM)、变速箱RPM、发动机输出扭矩(τ)、变速箱输出扭矩、节气门位置、歧管真空、发动机点火正时/速率、发动机和/或变速箱RPM的变化率(例如，delta-RPM、ΔRPM)、其负载/重量和分配、加速(将负载转移到后悬架)、制动/减速(将负载转移到前悬架)、转向/转弯加速(将负载从一侧转移到另一侧)和/或悬架控制和/或阻尼器刚度(例如，液压、气动、电子控制的悬架部件)。
因此，在各种示例中，可基于车辆的上述运行参数中的任何运行参数的变化来选择用于投射滤波器的不同传递函数WRE和/或用于校正滤波器的不同传递函数WDE。为了简单起见，在以下描述中，呈现了相对于基于扭矩τ选择不同的传递函数的示例，但是应当理解，上述运行参数或其他运行参数中的任一者可作为选择、改变、检索或存储用于投射滤波器和/或校正滤波器中的任一者的传递函数的基础。
图7示出另一示例性声音消除系统700，该声音消除系统基于扭矩τ(例如来自扭矩传感器730)的指示来调整投射滤波器740和/或校正滤波器710中的一者或多者的传递函数以产生(经校正的)估计误差信号742。
在各种示例中，特定扭矩的滤波器传递函数可通过在该特定扭矩下记录的多次运行中进行测量(例如，经由调谐系统300)来确定，和/或特定扭矩的投射滤波器传递函数WRE可通过评估在该特定扭矩下记录的预期值来估计。在各种示例中，通过测量或确定正扭矩和负扭矩中的各一者，可使用减少数量的滤波器传递函数WRE、WDE(例如，以减少存储需求)。例如，当传动系统处于正输出扭矩与负输出扭矩时，将谐波声音传输到车厢中的机制可能会有显著差异。在各种示例中，正扭矩、负扭矩以及在一些情况下中性扭矩(例如，滑行)的多个水平可各自具有确定的投射。因此，各种示例可存储多个滤波器传递函数WRE、WDE，其中的每一个传递函数可基于当前车辆运行状况(诸如扭矩)而被选择和应用，但是在各种示例中，包括任何数量的附加的运行状况，如上文各种描述。在一些示例中，可针对运行状况，在确定了记录和滤波器传递函数的那些传递函数之间内插系统或方法。例如，在至少一个示例中，系统可能已存储与扭矩值-50牛顿米(Nm)、0Nm和200Nm相关联的滤波器传递函数WRE、WDE，并且在当前扭矩为100Nm时，可在例如所存储的0Nm和200Nm的传递函数之间内插滤波器传递函数。
除了如上所述的车辆动力系统运行和负载之外，用于各种谐波的关系246以及从换能器130到乘员的耳朵244的传递函数160(二次路径)可随着环境(例如，车厢)传声效果改变而变化。因此，本文的声音消除系统或算法的各种示例可基于车厢传声效果的变化而动态地改变(调整、选择)投射滤波器传递函数和/或校正滤波器传递函数。
在各种示例中，车厢传声效果的变化可经由数字控制信号进行传送，并且例如可包括窗打开/关闭状况(哪个窗以及程度)、天窗打开/关闭状况(以及程度)、舱口门打开/闭合状况、后排座椅状况(向下折叠、收起等)、货物/载重负载和上座率，诸如车厢中存在多少乘员、在哪些座椅上以及他们有多大，以及其他。例如，可通过来自座椅中的安全气囊乘员传感器的数据来估计上座率。在一些示例中，相机、视频和/或面部识别系统还可提供关于车厢状况的信息。
虽然本文中已经描述了关于消除或减少旋转设备的谐波的示例，但是可将示例性系统、方法和程序代码有利地应用于谐波声音信号的增强或其他修改。在此类示例中，如本文所述的消除滤波器可以是被配置为并适配于提供增强信号的增强滤波器，该增强信号使换能器提供增强音频信号以修改乘员的耳朵处的一个或多个谐波的声音。可以类似于上述那些示例性系统和方法的方式将反馈传感器(远程麦克风)“投射”到乘员的耳朵位置。因此，在此类示例中，可以类似于本文所述的示例的方式应用投射滤波器和/或校正滤波器中的一者或多者，以提供表示乘员的耳朵处的声音的估计信号，并且可调整增强滤波器(别的消除滤波器)以实现一个或多个谐波的目标声音。
在各种示例中，可针对多个乘员位置执行谐波增强、减少或消除。例如，可包括远程麦克风240以检测在多于一个位置处的声能，并且可存储多个投射滤波器和校正滤波器以用于多个乘员耳朵位置。在此类示例中，可根据实际的上座率和/或用户选择对所选的乘员位置执行谐波增强、减少或消除。例如，可检测后排座椅乘员，并且本文中的示例性系统可以运行以减少后排乘员的耳朵处的谐波，同时也减少操作员的耳朵处(例如，在驾驶员的座椅中)的谐波。然而，当检测到没有后排乘员和/或基于用户选择以禁用后排座椅位置中的谐波减少时，系统可停用后排乘员的耳朵位置处的谐波减少。停用一个或多个位置处的谐波减少可在其他位置处实现更好的谐波减少性能，因为此类系统可使较少位置处的谐波声音含量最小化。
虽然本文中的示例已针对车辆环境进行了描述，但是可将示例性系统、方法和程序代码有利地应用于其他环境中的谐波声音信号的消除、增强或其他修改，诸如工业、制造、工厂、电力生产或其他可能涉及旋转设备的环境，该旋转设备可产生非期望的谐波噪声。
本文所述的功能或其部分，以及其各种修改(下文称为“功能”)可至少部分地经由计算机程序产品实现，例如在信息载体中有形实施的计算机程序，诸如一个或多个非暂态机器可读介质或存储设备，用于执行，或控制一个或多个数据处理装置，例如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件的操作。
计算机程序可以任何形式的编程语言被写入，包括编译或解释语言，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适于用在计算环境中的其他单元。计算机程序可被部署在一个计算机上或在一个站点或多个站点分布以及通过网络互联的多个计算机上执行。
与实现全部或部分功能相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以执行校准过程的功能。功能的全部或部分可被实现为专用目的逻辑电路，例如FPGA和/或ASIC(专用集成电路)。
适用于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来讲，处理器将接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
虽然本文已描述和示出了若干发明示例，但本领域的普通技术人员将易于设想用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或优点中的一个或多个的多种其他设备和/或结构，并且此类变型和/或修改中的每一个被认为在本文所述的本发明示例的范围内。更一般地，本领域的技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和构型旨在为示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构型将取决于使用本发明教导内容的一个或多个具体应用。本领域的技术人员将认识到或通过常规实验就能够确定本文所述的具体的发明示例的许多等同物。因此，应当理解，上述示例仅以举例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以不同于具体描述和要求保护的方式来实践发明示例。本公开的发明示例涉及本文所述的每个单独的特征、系统、制品、材料和/或方法。此外，如果此类特征、系统、制品、材料和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个此类特征、系统、制品、材料和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。

Claims (28)

1.一种声音消除系统，包括：
换能器，所述换能器被配置为接收消除信号并在车辆中产生消除音频信号；
麦克风，所述麦克风被配置为提供表示所述车辆中的第一位置处的声能的误差信号；和
投射滤波器，所述投射滤波器被配置为对所述误差信号进行滤波以提供所述车辆中的第二位置处的估计误差信号，所述投射滤波器基于所述车辆的状况而被选择；和
自适应模块，所述自适应模块基于所述估计误差信号来调整所述消除信号。
2.根据权利要求1所述的声音消除系统，其中所述车辆的所述状况是动力系统运行状况或车厢声音状况中的一者。
3.根据权利要求1所述的声音消除系统，其中所述车辆的所述状况是旋转速率、旋转速率的变化率、扭矩、负载、歧管真空和加速度速率中的一者或多者。
4.根据权利要求1所述的声音消除系统，所述声音消除系统还包括校正滤波器，所述校正滤波器被配置为对所述消除信号进行滤波以提供校正信号，所述校正信号与所述估计误差信号组合以提供校正的估计误差信号，所述声音消除系统被配置为基于所述校正的估计误差信号来调整所述消除信号。
5.根据权利要求4所述的声音消除系统，其中基于所述车辆的所述状况来选择所述校正滤波器。
6.根据权利要求1所述的声音消除系统，所述声音消除系统还包括消除滤波器，所述消除滤波器接收谐波信号并且提供所述消除信号，所述声音消除系统被配置为通过调整所述消除滤波器来调整所述消除信号。
7.一种声音消除系统，包括：
消除滤波器，所述消除滤波器接收与旋转设备有关的谐波信号并且提供消除信号；
换能器，所述换能器耦合到所述消除滤波器，所述换能器接收所述消除信号并且在环境中产生消除音频信号；
麦克风，所述麦克风被配置为提供表示所述环境中的第一位置处的声能的误差信号；
投射滤波器，所述投射滤波器被配置为对所述误差信号进行滤波以提供所述环境中的第二位置处的估计误差信号；和
自适应模块，所述自适应模块基于所述估计误差信号来调整所述消除信号。
8.根据权利要求7所述的声音消除系统，其中所述投射滤波器基于所述旋转设备的运行状况或所述环境的声音状况而被选择。
9.根据权利要求8所述的声音消除系统，其中所述运行状况是旋转速率、旋转速率的变化率、扭矩、负载、歧管真空和加速度速率中的一者或多者。
10.根据权利要求7所述的声音消除系统，所述声音消除系统还包括校正滤波器，所述校正滤波器被配置为对所述消除信号进行滤波以提供校正信号，所述校正信号与所述估计误差信号组合以提供校正的估计误差信号，所述自适应模块被配置为基于所述校正的估计误差信号来调整所述消除信号。
11.根据权利要求10所述的声音消除系统，其中所述校正滤波器基于所述旋转设备的运行状况或所述环境的声音状况而被选择。
12.一种消除声音的方法，包括：
在车辆的车厢中将消除信号转换为消除音频信号；
由反馈传感器检测所述车厢中的第一位置处的误差信号，所述误差信号表示在所述第一位置处的声能；
经由投射滤波器对所述误差信号进行滤波以提供所述车厢中的第二位置处的估计误差信号，所述投射滤波器基于所述车辆的状况而被选择；以及
基于所述估计误差信号来调整所述消除信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述车辆的所述状况是动力系统运行状况或所述车厢的声音状况中的一者。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述车辆的所述状况是旋转速率、旋转速率的变化率、扭矩、负载、歧管真空和加速度速率中的一者或多者。
15.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：经由校正滤波器对所述消除信号进行滤波以提供校正信号，将所述校正信号与所述估计误差信号组合以提供校正的估计误差信号，并且基于所述校正的估计误差信号来调整所述消除信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述校正滤波器基于所述车辆的所述状况而被选择。
17.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括经由消除滤波器对谐波信号进行滤波以提供所述消除信号，并且通过调整所述消除滤波器来调整所述消除信号。
18.一种调整谐波声音的方法，包括：
对与旋转设备有关的谐波信号进行滤波以提供消除信号；
将所述消除信号转换为环境中的消除音频信号；
接收表示所述环境中的第一位置处的声能的误差信号；
对所述误差信号进行滤波以提供所述环境中的第二位置处的估计误差信号；以及
基于所述估计误差信号来调整所述消除信号。
19.根据权利要求18所述的方法，其中对所述误差信号进行滤波以提供估计误差信号是基于所述旋转设备的运行状况或所述环境的声音状况。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述运行状况是旋转速率、旋转速率的变化率、扭矩、负载、歧管真空和加速度速率中的一者或多者。
21.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括对所述消除信号进行滤波以提供校正信号，将所述校正信号与所述估计误差信号组合以提供校正的估计误差信号，基于所述校正的估计误差信号调整所述消除信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其中对所述消除信号进行滤波以提供校正信号是基于所述旋转设备的运行状况或所述环境的声音状况。
23.一种其上记录有指令的非暂态性计算机可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行方法，所述方法包括：
提供待转换为环境中的声音信号的消除信号；
从所述环境中的第一位置处的反馈传感器接收误差信号，所述误差信号表示所述第一位置处的声能；
通过投射滤波器对所述误差信号进行滤波以提供所述环境中的第二位置处的估计误差信号，所述投射滤波器的传递函数基于旋转设备的运行状况而被选择；以及
基于所述估计误差信号来调整所述消除信号。
24.根据权利要求23所述的计算机可读介质，其中所述运行状况是车辆动力系统运行状况或车辆车厢声音状况中的一者。
25.根据权利要求23所述的计算机可读介质，其中所述运行状况是旋转速率、旋转速率的变化率、扭矩、负载、歧管真空和加速度速率中的一者或多者。
26.根据权利要求23所述的计算机可读介质，所述计算机可读介质还包括经由校正滤波器对所述消除信号进行滤波以提供校正信号，将所述校正信号与所述估计误差信号组合以提供校正的估计误差信号，并且基于所述校正的估计误差信号来调整所述消除信号。
27.根据权利要求26所述的计算机可读介质，其中所述校正滤波器基于所述运行状况而被选择。
28.根据权利要求23所述的计算机可读介质，所述计算机可读介质还包括对与所述旋转设备有关的谐波信号进行滤波以提供所述消除信号。
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