CN117703839A - 具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统 - Google Patents

Abstract

具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统，包含风扇模块、嵌入式控制器、参考麦克风、多声道扬声器模块、波束成形控制模块和主动降噪控制器。波束成形控制模块控制多声道扬声器模块的方位。多声道扬声器模块依据扬声器控制信号来提供反相噪音信号以抵消噪音。参考麦克风用来侦测风扇模块运行时所产生的宽频噪音以提供相对应的宽频噪音信号。主动降噪控制器的虚拟麦克风模块依据参考麦克风和实体误差麦克风间的转移函数、多声道扬声器模块和实体误差麦克风间的转移函数和宽频噪音信号来提供虚拟误差信号，再依据同步信号、宽频噪音信号和虚拟误差信号来产生扬声器控制信号。

Description

具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统

技术领域

本发明提供一种具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统，尤指一种具散热、使用虚拟麦克风信号和使用波束成形技术控制多声道扬声器模块来实现前馈式主动噪音控制功能的电子系统。

背景技术

在现代化的信息社会，电脑系统已经成为多数人不可或缺的信息工具。为了避免元件因过热而发生功率降低或是毁损，电脑系统一般会使用风扇来提供散热功能，以将装置内部所产生的热量排出或是将装置外部的冷空气吸入。

风扇的转速和静压决定了风扇的空气流量，风扇运转时的噪音大约和其转速的五次方根成正比，转速越快散热能力越强，但造成的噪音越大。随着中央处理器的功能越来越强，装置内部所产生的废热也因此增加，加上微型化的趋势会降低热流效率，如何兼顾散热和降噪是重要课题。

发明内容

本发明提供一种具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统，其包含一风扇模块、一嵌入式控制器、一参考麦克风、一多声道扬声器模块、一波束成形(beamforming)控制模块，以及一主动降噪控制器。该风扇模块用来依据一风扇控制信号来运行以提供散热功能。该嵌入式控制器用来提供该风扇控制信号。该参考麦克风用来侦测该风扇模块运行时所产生的宽频噪音以提供相对应的一宽频噪音信号。该多声道扬声器模块至少包含一第一扬声器和一第二扬声器，用来依据一扬声器控制信号来提供一反相噪音信号。该波束成形控制模块用来提供一波束成形控制信号来控制该多声道扬声器模块的方位，以将该第一扬声器和该第二扬声器的出音方向对准一特定位置。该主动降噪控制器用来依据一第一转移函数、一第二转移函数和该宽频噪音信号来提供一虚拟误差信号，以及依据一同步信号、该宽频噪音信号和该虚拟误差信号来产生该扬声器控制信号。该同步信号包含该风扇模块的结构和运行设定的信息，该第一转移函数是为该多声道扬声器模块未运行时该参考麦克风和一实体误差麦克风之间的转移函数，该第二转移函数是为该风扇模块未运行时该多声道扬声器模块和该实体误差麦克风之间的转移函数，且该反相噪音信号包含多个噪音消除波形以抵消该电子系统运行时所产生的噪音。

附图说明

图1为本发明实施例中一种具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统于离线模式下运行时的功能方框图。

图2为本发明实施例中具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统于上线模式下运行时的功能方框图。

图3为本发明实施例电子系统中主动降噪控制器实作方式的示意图。

图4为本发明实施例中具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统在离线模式运行时的流程图。

图5为本发明实施例中具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统在离线模式运行时多声道扬声器模块、参考麦克风、和实体误差麦克风之间在传递信号时的转移函数示意图。

图6为本发明实施例中具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统在上线模式运行时的流程图。

其中，附图标记说明如下：

10：处理器

20：风扇模块

30：嵌入式控制器

40：多声道扬声器模块

50：参考麦克风

60：主动降噪控制器

62：频率计算器

64：信号产生器

66：数字滤波器

68：扬声器模块驱动电路

70：虚拟麦克风模块

71：第一路径补偿转移函数模块

72：第二路径补偿转移函数模块

76：适应性滤波器

80：实体误差麦克风

90：波束成形控制模块

100：电子系统

410-440、610-670：步骤

SPK_L：左声道扬声器

SPK_R：右声道扬声器

S1、S2：位置信号

S_FG：风扇控制信号

S_MIC：扬声器控制信号

S_SYN：同步信号

y(n)：反相噪音信号

y’(n)：处理后反相噪音信号

e(n)：误差信号

e’(n)：虚拟误差信号

f(n)：宽频噪音信号

d(n)：噪音信号

x(n)：参考信号

x’(n)：处理后参考信号

P(Z)、P’(Z)：参考麦克风和实体误差麦克风之间的转移函数

D(Z)、D’(Z)：扬声器模块和参考麦克风之间的转移函数

C(Z)、C’(Z)：扬声器模块和实体误差麦克风之间的转移函数

W(Z)：数字滤波器的参数

具体实施方式

图1为本发明实施例中一种具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统100于离线模式下运行时的功能方框图。图2为本发明实施例中具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统100于上线模式下运行时的功能方框图。

电子系统100包含一处理器10、一风扇模块20、一嵌入式控制器(embeddedcontroller,EC)30、一多声道扬声器模块40、一参考麦克风50、一主动降噪(active noisecancellation,ANC)控制器60，以及一波束成形控制模块90，其中主动降噪控制器60包含一虚拟麦克风模块70。多声道扬声器模块40至少包含一左声道扬声器SPK_L和一右声道扬声器SPK_R。

在本发明中，电子系统100可在离线模式和上线模式下运行。如图1所示，当电子系统100在离线模式下运行时，波束成形控制模块70会依据一位置信号S1来提供一波束成形控制信号S_BF，而多声道扬声器模块40会依据波束成形控制信号S_BF来调整左声道扬声器SPK_L和右声道扬声器SPK_R的方位(出音方向)。此外，主动降噪控制器60会另依据一实体误差麦克风80提供的误差信号e(n)来运行，以求出相关于在特定风扇转速下多声道扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数D’(Z)、多声道扬声器模块40和实体误差麦克风80之间的转移函数C’(Z)，以及参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数P’(Z)。

如图2所示，当电子系统100在上线模式下运行时，波束成形控制模块70会依据一位置信号S2来提供波束成形控制信号S_BF，而多声道扬声器模块40会依据波束成形控制信号S_BF来调整左声道扬声器SPK_L和右声道扬声器SPK_R的方位(出音方向)。此外，主动降噪控制器60的虚拟麦克风模块70会依据转移函数P’(Z)和转移函数C’(Z)和来计算出一虚拟误差信号e’(n)，而主动降噪控制器60会依据虚拟误差信号e’(n)、同步信号S_SYN和相关反相噪音信号y(n)的宽频噪音信号f(n)来提供扬声器控制信号S_MIC以驱动多声道扬声器模块40，使得多声道扬声器模块40能提供反相噪音信号y(n)以抵消虚拟误差信号e’(n)，进而执行前馈式主动噪音控制。说明书后续内容会详述电子系统100在离线模式和上线模式下的详细运行。

处理器10可为一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)或一图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)，其为电子系统100中关键的运算引擎，负责执行作业系统所需的指令与程序，也是电子系统100中废热的主要来源。

风扇模块20视其类型可具备不同结构，主要都是利用马达带动扇叶转动，以将较冷的空气带到机箱内部，并将内部较热的空气排出，进而达到散热效果。在本发明中，风扇模块20会依据嵌入式控制器30提供的一风扇控制信号S_FG来运行，风扇控制信号S_FG的值越大，风扇模块20中的马达转速越快，散热效果越强，但也会产生较大噪音。在电子系统100的运行期间，风扇模块20通常会是主要的噪音来源。在一实施例中，风扇控制信号S_FG可为一脉波频宽调变(Pulse Width Modulation,PWM)的方波信号，通过改变其工作周期(dutycycle)来调整风扇模块20中的马达转速。在一实施例中，风扇模块20可包含一个或多个轴流式风扇或离心式风扇，通常设置在电子系统100背向使用者的后侧。然而，风扇模块20所包含的风扇数目、风扇类型、风扇驱动方式和设置位置并不限定本发明的范畴。

嵌入式控制器30会存储相关电子系统100各项运行的EC代码和开机时重要信号的时序。在关机状态下，嵌入式控制器30会一直保持运行以等待用户的开机信息；在开机状态下，嵌入式控制器30会控制系统的待机/休眠状态、键盘控制器、充电指示灯，和风扇模块20中的马达转速。嵌入式控制器30通常包含一温度感测器(未显示于图1和图2)来监控处理器10的操作温度，并依此输出风扇控制信号S_FG。当处理器10的操作温度越高，风扇控制信号S_FG的工作周期越大，而风扇模块20中的马达转速越快；当处理器10的操作温度越低，风扇控制信号S_FG的工作周期越小，而风扇模块20中的马达转速越慢。

多声道扬声器模块40的左声道扬声器SPK_L和右声道扬声器SPK_R是一种可将电子信号转换成声音信号的电子元件，通常包含振膜(diaphragm)和由电磁铁和音圈所组成的驱动电路。多声道扬声器模块40可依据波束成形控制模块70提供的波束成形控制信号S_BF来调整左声道扬声器SPK_L和右声道扬声器SPK_R的方位，使得左声道扬声器SPK_L和右声道扬声器SPK_R能朝着特定方向发送声音信号。此外，扬声器模块40可依据主动降噪控制器60提供的扬声器控制信号S_MIC来发送反相噪音信号y(n)，当扬声器控制信号S_MIC的电流通过音圈时，音圈即随着电流的频率振动，而和音圈相连的振膜当然也就跟着振动，进而推动周围的空气振动以产生声音。多声道扬声器模块40的作用是在使用者操作电子系统100时提供相关音效，因此通常设置在电子系统100面向使用者的前侧。

参考麦克风50设置在接近风扇模块20中风扇叶片的位置，用来撷取风扇模块20运行时所产生的噪音，并将测量到的宽频噪音信号f(n)传送至主动降噪控制器60，其中宽频噪音信号f(n)包含风扇模块20运行时所产生气流噪音d(n)和多声道扬声器模块40运行时所提供的反相噪音信号y(n)的宽频噪音频谱。在一实施例中，参考麦克风50可为一数字式微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)麦克风，其具备高耐热、高抗振和高抗射频干扰等性能。然而，参考麦克风50的种类并不限定本发明的范畴。

图3为本发明实施例中主动降噪控制器60实作方式的示意图。主动降噪控制器60包含一频率计算器62、一信号产生器64、一数字滤波器66、一扬声器模块驱动电路68、第一路径补偿转移函数模块71、第二路径补偿转移函数模块72、一适应性滤波器76，以及虚拟麦克风模块70。

当电子系统100在离线模式下运行时，主动降噪控制器60可接收同步信号S_SYN、从参考麦克风50接收相关反相噪音信号y(n)的宽频噪音信号f(n)，以及从实体误差麦克风80接收误差信号e(n)，并依此求出多声道扬声器模块40和实体误差麦克风80之间的转移函数C’(Z)、多声道扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数D’(Z)，以及参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数P’(Z)。其中，同步信号S_SYN包含相关风扇模块20的结构(例如各风扇叶片数)和运行设定(例如在不同模式下马达转速)的信息。在图1和图2所示的实施例中，同步信号S_SYN可由嵌入式控制器30提供。在本发明其它实施例中，同步信号S_SYN可由处理器10或其它元件来提供。

当电子系统100在上线模式下运行时，主动降噪控制器60可接收同步信号S_SYN，以及从参考麦克风50接收相关反相噪音信号y(n)的宽频噪音信号f(n)，而虚拟麦克风模块70会依据在离线模式下求出的转移函数C’(Z)和P’(Z)，来提供虚拟误差信号e’(n)。依据同步信号S_SYN、宽频噪音信号f(n)、虚拟误差信号e’(n)，以及在离线模式下求出的转移函数C’(Z)和D’(Z)，主动降噪控制器60可计算出风扇模块20以预定风扇转速运行时所产生噪音中的宽频带噪音，再依此提供扬声器控制信号S_MIC以驱动多声道扬声器模块40，使得多声道扬声器模块40提供的反相噪音信号y(n)能有效地抵消噪音信号d(n)的影响，亦即尽量让虚拟误差信号e’(n)降为0。在图1和图2所示的实施例中，同步信号S_SYN可由嵌入式控制器30提供。在本发明其它实施例中，同步信号S_SYN可由处理器10或其它元件来提供。

图4显示了本发明实施例中具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统100在离线模式运行时的流程图，其包含下列步骤：

步骤410：将实体误差麦克风80设置在一特定位置。

步骤420：将多声道扬声器模块40中所有扬声器的出音方向对准特定位置。

步骤430：在多声道扬声器模块40不运行的状态下，测量参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数P’(Z)。

步骤440：在风扇模块20不运行的状态下，测量多声道扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数D’(Z)以及多声道扬声器模块40和实体误差麦克风80之间的转移函数C’(Z)。

图5显示了本发明实施例中具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统100在离线模式运行时多声道扬声器模块40、参考麦克风50、和实体误差麦克风80之间在传递信号时的转移函数示意图。在图5中，d(n)代表在电子系统100在离线模式运行期间欲消除的噪音信号，f(n)代表参考麦克风50测量到的宽频噪音信号，e(n)代表实体误差麦克风80所输出的误差信号，y(n)代表多声道扬声器模块40所提供的反相噪音信号，S_MIC代表主动降噪控制器60所输出的扬声器控制信号，P(Z)代表参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数，D(Z)代表多声道扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数，而C(Z)代表多声道扬声器模块40和实体误差麦克风70之间的转移函数。当风扇模块20以不同风扇转速来运行时，所产生的风压也会不同，而风扇叶片转动时所造成的风压会影响多声道扬声器模块40、参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数。因此，本发明可在离线模式下求出对应每一风扇转速的转移函数。

在步骤410中，本发明会将实体误差麦克风80设置在特定位置，其中特定位置可为使用者在操控电子系统100时的预期位置。举例来说，当电子系统100为一笔记型电脑时，使用者的头部通常会位于屏幕正前方相隔特定距离之处，因此可将实体误差麦克风80设置在使用者头部的预期位置，例如电子系统100的屏幕正前方约30～45公分，但不局限于此。实体误差麦克风80用来撷取电子系统100在离线模式下运行时的整体噪音，并输出相对应的误差信号e(n)至主动降噪控制器60，其中d(n)代表在电子系统100在离线模式下运行期间欲消除的噪音信号。更详细地说，实体误差麦克风80所输出的误差信号e(n)相关于噪音信号d(n)和所撷取到的反相噪音信号y(n)之间的差值，误差信号e(n)的值越小代表降噪效果越好。

在步骤420中，波束成形控制模块70可依据位置信号S1来提供波束成形控制信号S_BF，使得多声道扬声器模块40中所有扬声器的出音方向皆能对准特定位置，其中位置信号S1相关于使用者在操控电子系统100时的预期位置，可由处理器10、嵌入式控制器30、或其它元件来提供，但不局限于此。

在步骤430中，适应性滤波器76会在多声道扬声器模块40不运行的状态下，测量参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数P’(Z)。更详细地说，在步骤430中，主动降噪控制器60会输出扬声器控制信号S_MIC以关闭多声道扬声器模块40(y(n)的值为0)，此时适应性滤波器76会依据参考麦克风50测量到的宽频噪音信号f(n)和实体误差麦克风80输出的误差信号e(n)来调整数字滤波器66的参数W(Z)。在经过一预定期间的适应性信号处理后，数字滤波器66的参数W(Z)会收敛到一个预定的稳定状况，此时数字滤波器66的参数W(Z)可作为参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数P’(Z)。

在步骤440中，本发明会在无风压状态下测量多声道扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数D’(Z)以及多声道扬声器模块40和实体误差麦克风70之间的转移函数C’(Z)。更详细地说，在步骤440中，嵌入式控制器30会输出风扇控制信号S_FG以关闭风扇模块20，而主动降噪控制器60会输出扬声器控制信号S_MIC以控制多声道扬声器模块40提供反相噪音信号y(n)。在离线模式下，反相噪音信号y(n)为作为测试信号的白噪音(whitenoise)，而适应性滤波器76会依据多声道扬声器模块40提供的反相噪音信号y(n)和实体误差麦克风80输出的误差信号e(n)来调整数字滤波器66的参数W(Z)。在经过一预定期间的适应性信号处理后，数字滤波器66的参数W(Z)会收敛到一个预定的稳定状况，此时数字滤波器66的参数W(Z)可作为无风压状态下多声道扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数D’(Z)。同理，适应性滤波器76会依据多声道扬声器模块40提供的反相噪音信号y(n)和实体误差麦克风80输出的误差信号e(n)来调整数字滤波器66的参数W(Z)。在经过一预定期间的适应性信号处理后，数字滤波器66的参数W(Z)会收敛到一个预定的稳定状况，此时数字滤波器66的参数W(Z)可作为无风压状态下多声道扬声器模块40和实体误差麦克风80之间的转移函数C’(Z)。

图6为本发明实施例中具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统100在上线模式运行时的流程图，其包含下列步骤：

步骤610：决定使用者在操控电子系统100时的所在位置。

步骤620：将多声道扬声器模块40中所有扬声器的出音方向对准使用者在操控电子系统100时的所在位置。

步骤630：参考麦克风50撷取风扇模块20运行时所产生的噪音，并提供相对应的宽频噪音信号f(n)。

步骤640：虚拟麦克风模块70依据转移函数P’(Z)和C’(Z)、宽频噪音信号f(n)和反相噪音信号y(n)来提供一虚拟误差信号e’(n)。

步骤650：主动降噪控制器60依据同步信号S_SYN得到风扇模块20中各风扇叶片数和在各模式下马达转速，并计算出相关扬声器控制信号S_MIC的基准功率值的参考信号x(n)。

步骤660：主动降噪控制器60依据宽频噪音信号f(n)、虚拟误差信号e’(n)和参考信号x(n)求出风扇模块20运行时的实际单叶片基频、实际单叶片倍频、实际叶片通过频率(blade passing frequency,BPF)和实际宽频噪音频谱等信息，并依此提供扬声器控制信号S_MIC。

步骤670：多声道扬声器模块40依据扬声器控制信号S_MIC产生反相噪音信号y(n)；执行步骤610。

在步骤610中，本发明会决定使用者在操控电子系统100时的所在位置。在一实施例中，使用者所在位置可为系统自行定义，例如位于屏幕正前方相隔特定距离之处，其中特定距离可依据电子系统100的类型而有不同值。在另一实施例中，电子系统100可具备影像辨识功能，因此能即时侦测使用者所在位置。

在步骤620中，波束成形控制模块70可依据位置信号S2来提供波束成形控制信号S_BF，使得多声道扬声器模块40中所有扬声器的出音方向皆能对准使用者在操控电子系统100时的所在位置。在一实施例中，位置信号S2可相关于系统自行定义的使用者预期位置，可由处理器10、嵌入式控制器30、或其它元件来提供。在另一实施例中，位置信号S2可相关于使用者在操控电子系统100时的实际位置，可由电子系统100的影像辨识单元来提供。

风扇模块20在运行时的噪音源来自马达转动造成的空气流，其中窄频成份可能源自于由扇叶运动所产生体积位移的厚度噪音，或由扇叶表面的变动性负载力(有轴向的升力与风扇面的拉力)所造成的BPF噪音。由于BPF及相关谐波与在每一风扇叶片通过固定参考点时产生的压力扰动有关，当扇叶尖端产生周期性压力波时就会产生特定的窄频噪音。另一方面，当空气流流经风扇叶片时，会从风扇叶片的边界层(boundary layer)或叶片尖端两侧剥离而形成交替的涡流，此种现象称为涡流剥离(vortex shedding)。涡流剥离会使风扇叶片两侧流体的瞬间速度不同，在不同流体速度下风扇叶片两侧受到的瞬间压力也不同，因此会使风扇叶片发生振动而产生特定的宽频噪音。

在步骤630中，参考麦克风50会在电子系统100运行时撷取风扇模块20在上线模式下运行时因叶片造成的噪音，并提供相对应的宽频噪音信号f(n)。

在步骤640中，虚拟麦克风模块70会依据在离线模式中求出的转移函数P’(Z)和C’(Z)、宽频噪音信号f(n)和反相噪音信号y(n)来提供虚拟误差信号e’(n)，其中e’(n)＝P’(Z)*f(n)+C’(Z)*y(n)。如前所述，P’(Z)为特定风扇转速下参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数，C’(Z)为无风压状态下多声道扬声器模块40和实体误差麦克风70之间的转移函数，而D’(Z)为无风压状态下多声道扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数。在本发明中，虚拟麦克风模块70可通过软体或韧体方式来实施，但不限定本发明的范畴。

在步骤650中，主动降噪控制器60的频率计算器62可依据嵌入式控制器30提供的同步信号S_SYN得知风扇模块20的马达转速、单叶片频率点和叶片数，其中BPF的值为风扇模块20的马达转速和叶片数的乘积。假设风扇模块20的叶片数为37，下列表一显示了频率计算器62所计算出的资料，但并不限定本发明的范畴。马达转速的单位为rpm，而频率单位为赫兹。

马达转速	基频	二倍频	三倍频	四倍频	叶片数	BPF	BPFx2	BPFx3
									500	8.3	16.6	24.9	33.2	37	307.1	614.2	921.3
1000	16.6	33.2	49.8	66.4	37	614.2	1228.4	1842.6
									1500	25	50	75	100	37	925	1850	2775
2000	33.3	66.6	99.9	133.2	37	1232.1	2464.2	3696.3
									2500	41.7	83.4	125.1	166.8	37	1542.9	3085.8	4628.7
3000	50	100	150	200	37	1850	3700	5550
									3500	58.3	116.6	174.9	233.2	37	2157.1	4314.2	6471.3
4000	66.7	133.4	200.1	266.8	37	2467.9	4935.8	7403.7
									4500	75	150	225	300	37	2775	5550	8325
5000	83.3	166.6	249.9	333.2	37	3082.1	6164.2	9246.3
									5500	91.6	183.2	274.8	366.4	37	3389.2	6778.4	10167.6
5700	95	190	285	380	37	3515	7030	10545

表一

接着，主动降噪控制器60的信号产生器64会依据频率计算器62计算出来的资料来产生参考信号x(n)，其中参考信号x(n)包含风扇模块20的预估倍频、预估BPF，以及不同马达转速下声压频谱(dBSPL)等信息，进而决定扬声器控制信号S_MIC的基准功率值，而通过调整数字滤波器66的参数W(Z)可改变扬声器控制信号S_MIC的功率值。

在步骤660中，主动降噪控制器60会依据宽频噪音信号f(n)、虚拟误差信号e’(n)和参考信号x(n)求出风扇模块20运行时的实际单叶片基频、实际单叶片倍频、实际BPF和实际宽频噪音频谱等信息，并依此提供扬声器控制信号S_MIC来驱动扬声器模块驱动电路68以输出扬声器控制信号S_MIC，再驱动多声道扬声器模块40以提供反相噪音信号y(n)，其中W(Z)代表数字滤波器66的可调整运行参数。更详细地说，反相噪音信号y(n)包含多个噪音消除波形，其分别为相关于实际单叶片基频、实际单叶片倍频、实际BPF基频、实际BPF倍频和宽频噪音频谱的反向信号。

在步骤670中，主动降噪控制器60会依据多声道扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数D’(Z)以及扬声器模块40和实体误差麦克风70之间的转移函数C’(Z)来调整扬声器控制信号S_MIC的特性。更详细地说，第一路径补偿转移函数模块71会依据在离线模式下取得相关目前风扇转速的扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数D’(Z)来对反相噪音信号y(n)进行信号处理，并输出相对应的处理后反相噪音信号y’(n)至信号产生器64。信号产生器64会将宽频噪音信号f(n)减去处理后反相噪音信号y’(n)，并输出相对应的参考信号x(n)至数字滤波器66和第二路径补偿转移函数模块72。接着，第二路径补偿转移函数模块72会依据在离线模式下取得相关目前风扇转速的多声道扬声器模块40和实体误差麦克风70之间的转移函数C’(Z)来对参考信号x(n)进行信号处理，并输出相对应的处理后参考信号x’(n)至适应性滤波器76。

适应性滤波器76可依据一特定演算法来对处理后参考信号x’(n)和虚拟误差信号e’(n)进行信号处理，进而调整数字滤波器66的参数W(Z)。更详细地说，处理后参考信号x’(n)包含风扇模块20的马达转速、预估单叶片基频、预估倍频、预估BPF，和预估风压等信息，适应性滤波器76再依据误差信号e(n)即可求出风扇模块20运行时的实际单叶片基频、实际倍频和实际BPF等相关窄频噪音的信息，进而依此调整数字滤波器66的参数W(Z)。如此一来，当数字滤波器66驱动扬声器模块驱动电路68以输出扬声器控制信号S_MIC时，多声道扬声器模块40所产生的反相噪音信号y(n)会反应风扇模块20的实际运行状况、目前风扇转速所造成的风压影响和目前降噪程度。更明确地说，反相噪音信号y(n)包含多个噪音消除波形，其分别为相关于实际单叶片基频、实际单叶片倍频、实际BPF基频、实际BPF倍频、宽频噪音频谱和实际风压的反向信号。在经过信号传递后，扬声器模块40所产生的反相噪音信号y(n)即能有效地抵消噪音信号d(n)的影响，亦即尽量让虚拟误差信号e’(n)降至0。

在一实施例中，适应性滤波器76可依据最小均方(Least mean square,LMS)演算法来对处理后参考信号x’(n)和虚拟误差信号e’(n)进行信号处理。然而，适应性滤波器76所使用的演算法并不限定本发明的范畴。

综上所述，在本发明的具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统100中，首先波束成形控制模块70会在离线模式下控制多声道扬声器模块40的方位，使得每一扬声器的出音方向皆能对准特定位置(例如使用者在操控电子系统100时的预期位置)，接着求出在每一风扇转速下参考麦克风50和实体误差麦克风80之间的转移函数P(Z)、扬声器模块40和参考麦克风50之间的转移函数D(Z)，以及扬声器模块40和实体误差麦克风80之间的转移函数C(Z)。在上线模式下，波束成形控制模块70会控制多声道扬声器模块40的方位，使得每一扬声器的出音方向皆能对准特定位置(例如使用者在操控电子系统100时的预期位置或实际位置)，参考麦克风50会在电子系统100运行时撷取风扇模块20在运行时因叶片造成的噪音并提供相对应的宽频噪音信号f(n)，而虚拟麦克风模块70会依据特定风扇转速下参考麦克风50和实体麦克风80之间的转移函数P’(Z)、无风压状态下扬声器模块40和实体麦克风70之间的转移函数C’(Z)、宽频噪音信号f(n)和反相噪音信号y(n)来提供虚拟误差信号e’(n)。依据同步信号S_SYN、宽频噪音信号f(n)、虚拟误差信号e’(n)，以及在离线模式下求出的转移函数C’(Z)和D’(Z)，主动降噪控制器60可计算出风扇模块20以预定风扇转速运行时所产生噪音中的宽频带噪音，再依此提供扬声器控制信号S_MIC以驱动多声道扬声器模块40，使得扬声器模块40提供的反相噪音信号y(n)能有效地抵消噪音信号d(n)的影响。由于依据转移函数P’(Z)和C’(Z)来运行的虚拟麦克风模块70可模拟实体误差麦克风80的运行，本发明电子系统100不需额外设置实体的误差麦克风即可提供前馈式主动噪音控制功能。由于波束成形控制模块70能即时地调整多声道扬声器模块40的方位，使其能对准使用者在操控电子系统100时的位置发送反相噪音信号y(n)，因此不需在电子系统100后侧的风扇路径上额外设置扬声器即能有效地提供前馈式主动噪音控制功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种具散热和前馈式主动噪音控制功能的电子系统，其包含：

一风扇模块，用来依据一风扇控制信号来运行以提供散热功能；

一嵌入式控制器，用来提供该风扇控制信号；

一参考麦克风，用来侦测该风扇模块运行时所产生的宽频噪音以提供相对应的一宽频噪音信号；

一多声道扬声器模块，其至少包含一第一扬声器和一第二扬声器，用来依据一扬声器控制信号来提供一反相噪音信号；

一波束成形控制模块，用来提供一波束成形控制信号来控制该多声道扬声器模块的方位，以将该第一扬声器和该第二扬声器的出音方向对准一特定位置；以及

一主动降噪控制器，用来：

依据一第一转移函数、一第二转移函数和该宽频噪音信号来提供一虚拟误差信号；以及

依据一同步信号、该宽频噪音信号和该虚拟误差信号来产生该扬声器控制信号；

其中：

该同步信号包含该风扇模块的结构和运行设定的信息；

该第一转移函数是为该多声道扬声器模块未运行时该参考麦克风和一实体误差麦克风之间的转移函数；

该第二转移函数是为该风扇模块未运行时该多声道扬声器模块和该实体误差麦克风之间的转移函数；且

该反相噪音信号包含多个噪音消除波形以抵消该电子系统运行时所产生的噪音。

2.如权利要求1所述的电子系统，其另包含：

一影像辨识单元，用来侦测一使用者在操控该电子系统时的一实际位置，其中该波束成形控制模块另用来依据该实际位置提供该波束成形控制信号。

3.如权利要求1所述的电子系统，其中：

该主动降噪控制器另用来：

在该多声道扬声器模块未运行时测量该参考麦克风和该实体误差麦克风之间的该第一转移函数；

在该风扇模块未运行时测量该多声道扬声器模块和该实体误差麦克风之间的该第二转移函数；

在该风扇模块未运行时测量该多声道扬声器模块和该参考麦克风之间的一第三转移函数；

依据该第一转移函数和该第二转移函数来求出该虚拟误差信号，其中该虚拟误差信号的值为该第一转移函数和该宽频噪音信号的乘积加上该第二转移函数和该反相噪音信号的乘积；且

在测量该第一转移函数、该第二转移函数和该第三转移函数期间，该特定位置是为一使用者在操控该电子系统时的一预期位置。

4.如权利要求3所述的电子系统，其中该主动降噪控制器包含：

一虚拟麦克风模块，用来依据该第一转移函数和该第二转移函数来提供该虚拟误差信号；

一频率计算器，用来依据该同步信号求出该风扇模块的一预估单叶片基频、一预估单叶片倍频和一预估叶片通过频率基频；

一信号产生器，用来依据该预估单叶片基频、该预估单叶片倍频和该预估叶片通过频率基频来产生一参考信号；以及

一数字滤波器，用来对该参考信号执行运算以决定该扬声器控制信号的一基准功率值。

5.如权利要求4所述的电子系统，其中该主动降噪控制器另包含：

一适应性滤波器，用来依据该第二转移函数、该第三转移函数和该虚拟误差信号来调整该数字滤波器在执行运算时所使用的参数，进而适应性地调整该扬声器控制信号的功率值。

6.如权利要求5所述的电子系统，其中：

该适应性滤波器是使用一最小均方演算法来对该参考信号、该宽频噪音信号和该虚拟误差信号来进行信号处理。

7.如权利要求5所述的电子系统，其中该主动降噪控制器另包含：

一第一路径补偿转移函数模块，耦接于该多声道扬声器模块以接收该反相噪音信号，再依据该第三转移函数来对该反相噪音信号进行信号处理，并输出相对应的处理后反相噪音信号至该信号产生器；以及

一第二路径补偿转移函数模块，耦接于该信号产生器以接收该参考信号，再依据该第二转移函数来对该参考信号进行信号处理，并输出相对应的处理后参考信号至该适应性滤波器。

8.如权利要求7所述的电子系统，其中该信号产生器另用来：

将该宽频噪音信号减去该处理后反相噪音信号以提供该参考信号。

9.如权利要求1所述的电子系统，其中该主动降噪控制器另用来：

依据该同步信号、该宽频噪音信号和该虚拟误差信号求出该风扇模块以预定风扇转速运行时的一实际单叶片基频、一实际单叶片倍频、一实际叶片通过频率基频、一实际叶片通过频率倍频和一实际宽频噪音频谱；以及

依据该实际单叶片基频、该实际单叶片倍频、该实际叶片通过频率基频、该实际叶片通过频率倍频和该实际宽频噪音频谱来产生该扬声器控制信号。

10.如权利要求9所述的电子系统，其中该多个噪音消除波形分别为相关于该实际单叶片基频、该实际单叶片倍频、该实际叶片通过频率基频、该实际叶片通过频率倍频和该宽频噪音频谱的反向信号。