DE102019123971A1

DE102019123971A1 - Aktive lärmkompensation

Info

Publication number: DE102019123971A1
Application number: DE102019123971.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Christoph
Original assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2039-09-07
Also published as: DE102019123971B4

Abstract

Aktive Lärmkompensation beinhaltet Empfangen eines Referenzsignals, das für unerwünschten Störschall repräsentativ ist, der von einer Lärmquelle erzeugt wird, Lärmunterdrückungsfiltern des Referenzsignals mit einer Lärmkompensationsübertragungsfunktion, um ein Lärmunterdrückungssignal zu erzeugen, und Umwandeln des Lärmunterdrückungssignals in Lärmunterdrückungsschall mit einem Lautsprecher. Aktive Lärmkompensation beinhaltet ferner Empfangen des Störschalls mit einem Mikrofon nach Übertragung über einen Primärpfad gemäß einer Primärpfadübertragungsfunktion von der Lärmquelle zum Mikrofon und des Lärmunterdrückungsschalls nach Übertragung über einen Sekundärpfad gemäß einer sekundären Pfadübertragungsfunktion vom Lautsprecher zum Mikrofon und Umwandeln einer Summe des empfangenen Störschalls und des empfangenen Lärmunterdrückungsschalls in ein Fehlersignal mit dem Mikrofon. Aktive Lärmkompensation umfasst ferner Steuern der Lärmkompensationsübertragungsfunktion basierend auf dem Fehlersignal vom Mikrofon und dem gefilterten oder ungefilterten Referenzsignal vom Beschleunigungssensor, sodass der Lärmunterdrückungsschall nach der Übertragung über den Sekundärpfad die Umkehrung des Störschalls nach Übertragung über einen Primärpfad ist, und Modifizieren des dem Lautsprecher zugeführten Lärmunterdrückungssignals, sodass der vom Lautsprecher aus dem Lärmunterdrückungssignal erzeugte Lärmunterdrückungsschall Schallkomponenten enthält, die invers zu den durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers erzeugten Schallkomponenten sind.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Technisches Gebiet
Die Offenbarung betrifft ein System und Verfahren (allgemein als „System“ bezeichnet) zur aktiven Lärmkompensation.
Stand der Technik
Schall ist eine Druckwelle, die aus abwechselnden Kompressions- und Expansionsperioden besteht. Zur Lärmkompensation wird eine Schallwelle über einen Aktor, wie etwa einen Lautsprecher, mit der gleichen Amplitude aber mit umgekehrter Phase (auch als Antiphase bezeichnet) zum ursprünglichen Schall emittiert. Die Wellen vereinigen sich zu einer neuen Welle in einem Prozess, der als Interferenz bezeichnet wird, und heben sich schließlich gegenseitig auf - eine Wirkung, die als destruktive Interferenz bezeichnet wird. Aktive Lärmkompensation (Active Noise Control - ANC) wird üblicherweise unter Verwendung analoger und/oder digitaler Signalverarbeitung erzielt. Adaptive Algorithmen zur Analyse der Wellenform des akustischen Hintergrundgeräuschs erzeugen ein Signal, das phasenverschoben ist, z. B. ein invertiertes Originalsignal. Das invertierte Signal, das als gegenphasiges Signal bezeichnet wird, wird dann verstärkt und der Wandler erzeugt eine Schallwelle, die direkt proportional zur Amplitude der ursprünglichen Wellenform ist, wodurch destruktive Interferenzen erzeugt werden. Dadurch verringert sich effektiv die Lautstärke des wahrnehmbaren Lärms. Die amerikanische Patentanmeldung US2009262951A1 beschreibt eine aktive Geräuschunterdrückungsvorrichtung, die durch Erzeugung eines Unterdrückungsgeräusches ein Geräusch steuert, das von einer Geräuschquelle abgegeben wird. Die Vorrichtung umfasst die Funktionen Unterdrückungsgeräuscherzeugung, Erfassen des Geräusches, das nach der Geräuschunterdrückung verbleibt, Steuersignalerzeugung und Steuern des Unterdrückungsgeräusches abhängig von Unterdrückungssignal und Restgeräuschsignal. Die deutsche Patenanmeldung DE10048625 offenbart ein Rauschdämpfungsverfahren mit einer oder mehreren Interferenzrauschquellen, die über nichtlineare adaptive Filter gesteuert werden, um die Nichtlinearität zwischen der Rauschquelle und den Interferenzrauschsignalen anzupassen. Jedes nichtlineare Filter weist eine Anzahl von FIR-Filtern auf, die entsprechende Ausgangssignale eines Expanders empfangen, wobei die Ausgänge der FIR-Filter summiert werden und ihre Filterkoeffizienten über ein Referenzsignal bestimmt werden, das aus dem Restrauschen erhalten wird.
Typische ANC-Systeme arbeiten nur dann zuverlässig, wenn das zu steuernde System linear und zeitinvariant ist. Diese Anforderungen werden üblicherweise mehr oder weniger erfüllt, aber unter bestimmten Bedingungen können zeitinvariante Nichtlinearitäten in das System eingeführt werden, beispielsweise durch den Lautsprecher, wenn dieser mit einer höheren Leistung betrieben wird. Da ANC-Systeme ferner üblicherweise für einen Betrieb bei niedrigeren Frequenzen ausgelegt sind und Lärmunterdrückung bei niedrigeren Frequenzen erfordern kann, dass der Lautsprecher eine höhere Schallleistung erzeugt, können die Nichtlinearitäten zunehmen. Es ist erwünscht, die negativen Auswirkungen von Nichtlinearitäten auf ANC-Systeme zu reduzieren.
KURZDARSTELLUNG
Ein aktives Lärmkompensationssystem umfasst ein Lärmkompensationsfilter, das dazu ausgebildet ist, an einem Filtereingang ein Referenzsignal zu empfangen und das Referenzsignal mit einer Lärmkompensationsübertragungsfunktion zu filtern, um ein Lärmunterdrückungssignal an einem Filterausgang zu erzeugen, wobei das Referenzsignal repräsentativ für unerwünschten Störschall ist, der von einer Lärmquelle erzeugt wird. Das System beinhaltet ferner einen Lautsprecher, der wirkungsmäßig mit dem Lärmkompensationsfilter gekoppelt und dazu ausgebildet ist, das Lärmunterdrückungssignal in Lärmunterdrückungsschall umzuwandeln, und ein Mikrofon, das dazu ausgebildet ist, den Störschall nach Übertragung über einen Primärpfad gemäß einer Primärpfadübertragungsfunktion von der Lärmquelle an das Mikrofon zu empfangen und den Lärmunterdrückungsschall nach Übertragung über einen Sekundärpfad gemäß einer Sekundärpfadübertragungsfunktion vom Lautsprecher an das Mikrofon zu empfangen, und ferner dazu ausgebildet ist, eine Summe des empfangenen Störschalls und des empfangenen Lärmunterdrückungsschalls in ein Fehlersignal umzuwandeln. Das System beinhaltet ferner eine Filtersteuerung, die wirkungsmäßig mit dem Lärmkompensationsfilter und dem Mikrofon gekoppelt und dazu ausgebildet ist, die Lärmkompensationsübertragungsfunktion des Lärmkompensationsfilters basierend auf dem Fehlersignal vom Mikrofon und dem gefilterten oder ungefilterten Referenzsignal zu steuern, sodass der Lärmunterdrückungsschall nach der Übertragung über den Sekundärpfad die Umkehrung des Störschalls nach der Übertragung über einen Primärpfad ist, und ein nichtlineares Korrekturnetzwerk, das wirkungsmäßig mit der Filtersteuerung und mindestens einem von dem Filtereingang und dem Filterausgang des Lärmkompensationsfilters gekoppelt ist, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk dazu ausgebildet ist, das dem Lautsprecher zugeführte Lärmunterdrückungssignal so zu modifizieren, dass der durch den Lautsprecher aus dem Lärmunterdrückungssignal erzeugte Lärmunterdrückungsschall Schallkomponenten enthält, die invers zu Schallkomponenten sind, die durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers erzeugt werden. Das nichtlineare Korrekturnetzwerk ist zudem dazu ausgebildet, in nicht-rekursiver und nicht-verzögernder Weise die Schallkomponenten zu erzeugen, die invers zu den Schallkomponenten sind, die durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers erzeugt werden.
Ein aktives Lärmkompensationsverfahren beinhaltet Empfangen eines Referenzsignals, das für unerwünschten Störschall repräsentativ ist, der von einer Lärmquelle erzeugt wird, Lärmunterdrückungsfiltern des Referenzsignals mit einer Lärmkompensationsübertragungsfunktion, um ein Lärmunterdrückungssignal zu erzeugen, und Umwandeln des Lärmunterdrückungssignals in Lärmunterdrückungsschall mit einem Lautsprecher. Das Verfahren beinhaltet ferner Empfangen des Störschalls mit einem Mikrofon nach Übertragung über einen Primärpfad gemäß einer Primärpfadübertragungsfunktion von der Lärmquelle zum Mikrofon und des Lärmunterdrückungsschalls nach Übertragung über einen Sekundärpfad gemäß einer sekundären Pfadübertragungsfunktion vom Lautsprecher zum Mikrofon und Umwandeln einer Summe des empfangenen Störschalls und des empfangenen Lärmunterdrückungsschalls in ein Fehlersignal mit dem Mikrofon. Das Verfahren umfasst ferner das Steuern der Lärmkompensationsübertragungsfunktion basierend auf dem Fehlersignal vom Mikrofon und dem gefilterten oder ungefilterten Referenzsignal vom Beschleunigungssensor, sodass der Lärmunterdrückungsschall nach der Übertragung über den Sekundärpfad die Umkehrung des Störschalls nach Übertragung über einen Primärpfad ist, und Modifizieren des dem Lautsprecher zugeführten Lärmunterdrückungssignals, so dass der vom Lautsprecher aus dem Lärmunterdrückungssignal erzeugte Lärmunterdrückungsschall Schallkomponenten enthält, die invers zu den durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers erzeugten Schallkomponenten sind. Das Modifizieren beinhaltet das in nicht-rekursiver und nicht-verzögernder Weise erfolgende Erzeugen derjenigen Schallkomponenten, die invers zu den Schallkomponenten sind, die durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers erzeugt werden.
Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile sind oder werden Fachleuten bei Prüfung der folgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Figuren offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile in dieser Beschreibung enthalten sind, im Umfang der Erfindung liegen und von den nachfolgenden Ansprüchen geschützt werden.
Figurenliste
Das System und das Verfahren können unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und die Beschreibung besser verstanden werden. In den Figuren (FIG.) bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den verschiedenen Beispielen.

1 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das eine beispielhafte grundlegende Einkanal- oder Mehrkanal-Vorwärtskopplung-ANC-Signalverarbeitungsstruktur unter Verwendung eines FXLMS-Algorithmus darstellt.
2 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das die in 1 gezeigte ANC-Signalverarbeitungsstruktur mit einer zusätzlichen Nichtlinearitätskorrektur im Fehlersignalpfad darstellt.
3 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das eine beispielhafte Signalverarbeitungsstruktur darstellt, die ein beispielhaftes nichtlineares Korrekturfilter implementiert, das in der in 2 gezeigten ANC-Signalverarbeitungsstruktur anwendbar ist.
4 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das eine beispielhafte Signalverarbeitungsstruktur darstellt, die einen Oberwellengenerator fünfter Ordnung implementiert, der in der in 3 gezeigten beispielhaften nichtlinearen Korrektur anwendbar ist.
5 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das eine Implementierung eines adaptiven Filters in dem nichtlinearen Korrekturfilter veranschaulicht, das in der in 3 gezeigten Verarbeitungsstruktur verwendet wird.
6 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das eine andere Implementierung eines adaptiven Filters in dem nichtlinearen Korrekturfilter veranschaulicht, das in der in 3 gezeigten Verarbeitungsstruktur verwendet wird.
7 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das die in 1 gezeigte ANC-Signalverarbeitungsstruktur mit einer zusätzlichen Nichtlinearitätskorrektur basierend auf dem Referenzsignal veranschaulicht.
8 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das die in 1 gezeigte ANC-Signalverarbeitungsstruktur mit einer zusätzlichen Nichtlinearitätskorrektur mit Einfrierfunktionalität basierend auf dem Lärmunterdrückungssignal und dem Fehlersignal darstellt.
9 ist ein schematisches Signalflussdiagramm, das eine Nichtlinearitätserfassungsstruktur darstellt, die in der in 8 gezeigten Signalverarbeitungsstruktur anwendbar ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf 1 kann ein beispielhaftes Einkanal- oder Mehrkanal-ANC-System eine Vielzahl L ≥ 1 von Lautsprechern 101 als Aktoren beinhalten, die elektrische Signale in Schallwellen umwandeln, und eine Vielzahl M von Fehlermikrofonen 102 als Sensoren, die Schallwellen in elektrische Signale umwandeln. Sekundärpfade 103 übertragen Schallwellen von den Lautsprechern 101 zu den Fehlermikrofonen 102, die ebenfalls unerwünschten Störschall d (n) empfangen. Der Störschall d(n) ist Lärm, der von einer Lärmquelle 105 stammt, nach Übertragung über die Primärpfade 104. Die (Stör-) Schallwellen, die von der Lärmquelle 105 über die Primärpfade 104 mit den Primärpfadübertragungsfunktionen P(z) an die Mikrofone 102 übertragen werden, und die von den Lautsprechern 101 über die Sekundärpfade 103 mit sekundären Pfadübertragungsfunktionen S(z) an die Mikrofone 102 übertragenen (Lärmunterdrückungs-) Schallwellen interferieren miteinander, was durch Summationsoperationen beschrieben werden kann, wobei n eine diskrete Abtastung einer Zeit t ist und z eine komplexe Frequenz ist.
In dem in 1 gezeigten ANC-System werden R ≥ 1-Referenzsignale x(n), die für den von der Lärmquelle 105 erzeugten Lärm repräsentativ sind, durch Sekundärpfadmodellierungsfilter 106 mit Übertragungsfunktionen Ŝ (z) gefiltert, die die Sekundärpfadübertragungsfunktionen S(z) zur Bereitstellung von L . M-gefilterten Referenzsignalen modellieren. Die M ≥ 1-Signale von den M ≥ 1-Mikrofonen 102, die hier als Fehlersignale e(n) bezeichnet werden, repräsentieren die Leistung des Systems, z. B. die Unterdrückungsleistung im Hinblick auf die L . M-gefilterten Referenzsignale, und einer Filtersteuerung 107 zugeführt, die Steuersignale zum Aktualisieren der Übertragungsfunktionen W(z) von steuerbaren Störschallfiltern 108 erzeugt, d. h. zum Aktualisieren der Filterkoeffizienten davon. Die Lärmkompensationsfilter 108 filtern die R Referenzsignale x(n) mit den Übertragungsfunktionen W(z) und sind dem Lautsprecher 101 vorgeschaltet angeschlossen, um Lautsprechersignale y(n) zuzuführen. Die Übertragungsfunktionen P(z), S(z) und Ŝ(z) können als Filtermatrizen angesehen werden, und die Signale x(n), y(n), d(n) und e(n) können als Signalvektoren angesehen werden. Obwohl in 1 keine Unterscheidung zwischen akustischem Bereich und elektrischem Bereich gemacht wird, befinden sich alle gezeigten Elemente und Operationen im elektrischen Bereich mit Ausnahme des Primärpfads 104, des Sekundärpfads 103 und der akustischen Interferenz an den Mikrofonen 102, die sich im akustischen Bereich befinden. Die Lautsprecher 101 und die Fehlermikrofone 102 können als Wandler von der elektrischen Domäne in die akustische Domäne bzw. von der akustischen Domäne in die elektrische Domäne angesehen werden.
Die Primärpfade 104 und Sekundärpfade 103 weisen ein spektrales Verhalten auf, das sich im Laufe der Zeit ändern kann. Zum Beispiel werden die Sekundärpfade 103 modifiziert, wenn etwas die Akustik beeinflusst oder verändert. Somit ist die Matrix der sekundären Pfadübertragungsfunktionen S(z) zeitabhängig. Die Aktualisierung der entsprechenden Matrix von Übertragungsfunktionen W (z) der Lärmkompensationsfilter 108 wird in diesem Beispiel gemäß einem FX-LMS-Algorithmus (Filtered X Least Mean Square) durchgeführt, bei dem X ein Eingangssignal, z. B. die R-Referenzsignale x(n), darstellt. Es kann jedoch auch jeder andere geeignete Algorithmus verwendet werden.
Zum besseren Verständnis bezieht sich die folgende Beschreibung auf L =1, M = 1 und R = 1, d. h. auf ein Einkanalsystem. Systeme, bei denen mindestens eines von L, M und R größer als eins ist (Mehrkanalsysteme), können jedoch leicht abgeleitet werden, indem L · M · R-Einkanalsysteme kombiniert werden.
Untersuchungen haben ergeben, dass in ANC-Systemen die Hauptquelle für Nichtlinearitäten der Aktor ist, z. B. der Lautsprecher, der Schüttler oder dergleichen (hier: Lautsprecher 101). Der vom Lautsprecher 101 erzeugte und gesendete verzerrte Ton wird vom Fehlermikrofon 102 aufgenommen, sodass das Fehlersignal e(n) alle vom Lautsprecher 101 erzeugten Verzerrungen enthält. Daher wird in einer in 2 gezeigten beispielhaften Umsetzung eine Korrektur des Fehlersignals e(n) mittels eines nichtlinearen Korrekturfilters 201 bereitgestellt, das operativ zwischen dem Fehlermikrofon 102 und der Filtersteuerung 107 eingefügt ist. Beispielsweise eliminiert das nichtlineare Korrekturfilter 201 nichtlineare Komponenten des Fehlersignals e(n) vom Fehlermikrofon 102, um ein korrigiertes Fehlersignal e'(n) an die Filtersteuerung 107 zu senden, anstatt das Fehlersignal e(n) direkt an die Filtersteuerung 107 zu senden, wie in 1 gezeigt. Die Basis für die Korrektur kann das elektrische Unterdrückungssignal y(n) sein, das dem Lautsprecher 101 zugeführt wird, oder alternativ, wie durch eine gepunktete Linie angezeigt, das Referenzsignal x(n).
Zusätzlich oder alternativ kann auch das Referenzsignal x(n) über ein nichtlineares Korrekturfilter 202 auf ähnliche oder identische Weise wie mit dem nichtlinearen Korrekturfilter 201 korrigiert werden, insbesondere wenn das Referenzsignal x(n) von einem akustischen oder mechanischen Sensor wie etwa einem Referenzmikrofon oder einem Beschleunigungssensor (beide nicht gezeigt) erfasst werden kann, da der vom Lautsprecher 101 erzeugte Schall und damit seine Verzerrungen nicht nur auf das Fehlermikrofon 102, sondern auch auf das Referenzmikrofon oder den Beschleunigungsmesser übertragen werden. In vielen Fällen ist es jedoch ausreichend, nur ein nichtlineares Korrekturfilter zu verwenden, d.h. entweder Filter 201 oder Filter 202, da in diesem Fall die Korrelation zwischen dem Referenzsignal x(n) und dem Fehlersignal e(n) bereits ausreichend gering sein kann.
Wie zuvor erwähnt, kann die Basis für die nichtlineare Korrektur das elektrische Unterdrückungssignal y(n) sein, das dem Lautsprecher 101 zugeführt wird, oder das Referenzsignal x(n). In dem nichtlinearen Korrekturfilter 201 wird das Signal y(n) bzw. x(n) gegebenenfalls einem Oberwellengenerator 301 zugeführt, der Signale mit höheren Oberwellen x₂(x), ... x_H(n) des Eingangssignals, d. h. des Signals y(n) oder x(n) erzeugt. Die höheren Oberwellensignale x₂(x), ... x_H(n) und das Fehlersignal e(n) werden einem adaptiven Filter 302 zugeführt, das das Fehlersignal e(n) so filtert, dass die höheren Oberwellen x₂(x), ... x_H(n) aus dem ausgangskorrigierten Fehlersignalfehler e'(n) entfernt oder zumindest unterdrückt werden.
Zur nichtlinearen Korrektur können Polynomfilter wie etwa Volterra-Filter oder in einer einfacheren Form Netzfilter verwendet werden. Trotz der Tatsache, dass Polynomfilter eine gute Leistung aufweisen, sind Volterra-Filter für viele praktische Anwendungen viel zu komplex. Netzfilter, die diagonalen Haupteinträgen einer Volterra-Filtermatrix höherer Ordnung entsprechen, können eine Alternative sein, da sie bei deutlich geringerer Komplexität eine fast ebenso gute Leistung bieten. Eine der Eigenschaften von Netzfiltern ist, dass ein Eingangssignal für den nichtlinearen Teil eines akustischen Echounterdrückungssystems auf höhere Leistungen angehoben wird, wodurch unerwünschte Mischprodukte (Nebenprodukte) erzeugt werden, die aus der folgenden beispielhaften Gleichung leicht ersichtlich sind: sin³(x) = (3/4)-sin(x) - (1/4)·sin(3x). Durch Erhöhen der Leistung des Eingangssignals sin(x) um 3 wird nicht nur die gewünschte (skalierte) dritte höhere Oberwelle 1/4·sin(3x) erzeugt, sondern auch eine unerwünschte (skalierte) Nachbildung des Eingangssignals 3/4·sin(x), was das ursprüngliche Signal erheblich modifiziert, d. h. es verzerrt. Wenn zusätzliche Eingangssignale für die akustische Echounterdrückung verwendet werden, die durch Erhöhen eines ursprünglichen Signals auf eine höhere Leistung erzeugt wurden, kann es schwierig sein, entsprechend erzeugte erwünschte höhere Oberwellen aus den verbleibenden Signalen zu isolieren, bevor sie als zusätzliche Eingänge für die akustische Echounterdrückung verwendet werden. Für das oben skizzierte trigonometrische Beispiel bedeutet dies, dass sin(3x) = 3·sin (x) - 4·sin³(x). Dieses Prinzip kann wiederholt angewendet werden, um eine beliebige Anzahl höherer Oberwellen zu erzeugen.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen, bei der es sich um ein Signalflussdiagramm handelt, das ein beispielhaftes Oberwellenerzeugungsschema (Matrix) fünfter Ordnung zum Erzeugen bis zur fünften Oberwelle eines sinusförmigen Eingangssignals x darstellt = sin(ω), wobei ω eine Winkelfrequenz ist. Das Eingangssignal x ergibt das Oberwellensignal erster Ordnung x₁ = sin (ω) und wird mit einem Multiplikationsknoten 401 mit sich selbst multipliziert (d. h. quadriert), um ein potenziertes Signal zweiter Ordnung q₂ bereitzustellen = sin²(ω), Das potenzierte Signal zweiter Ordnung q₂ wird mit einem Multiplikationsknoten 402 mit -2 multipliziert und dann durch einen Summationsknoten 403 zu 1 addiert, um ein Signal der zweiten Oberwelle X₂ bereitzustellen = cos(2ω). Ferner wird das Eingangssignal x = sin(ω) mit einem Multiplikationsknoten 404 mit dem potenzierten Signal zweiter Ordnung q₂ multipliziert, um ein potenziertes Signal dritter Ordnung q₃ bereitzustellen = q₂ · sin(ω) = si ³(ω). Das potenzierte Signal dritter Ordnung q₃ wird mit einem Multiplikationsknoten 405 mit -4 multipliziert, und das so abgeleitete Produkt wird durch einen Summationsknoten 406 zu dem verdreifachten Signal erster Ordnung 3·sin(ω) addiert, das durch einen Multiplikationsknoten 407 durch Multiplikation des Eingangssignals x = sin(ω) mit 3 bereitgestellt wird, um ein Signal der dritten Oberwelle X₃ bereitzustellen = sin(3ω), Noch weiter wird das Eingangssignal x = sin(ω) mit einem Multiplikationsknoten 408 mit dem potenzierten Signal dritter Ordnung p₃ multipliziert, um ein potenziertes Signal vierter Ordnung q₄ bereitzustellen = q₃·sin((ω) = sin⁴(ω), Das potenzierte Signal q₄ vierter Ordnung wird mit einem Multiplikationsknoten 409 mit 8 multipliziert, und das so abgeleitete Produkt wird durch einen Summationsknoten 410 zu dem vierfachen Signal der zweiten Oberwelle x₂ addiert = 4·cos(2ω). Das vervierfachte Signal der zweiten Oberwelle x₂ wird von einem Multiplikationsknoten 411 durch Multiplikation des Signals der zweiten Oberwelle x₂ = cos(2(ω) mit 4 abgleitet und dann durch einen Summationsknoten 412 zu -3 addiert, um ein Signal der vierten Oberwelle x₄ = cos(4ω) bereitzustellen. Schließlich wird das Eingangssignal sin(ω) mit einem Multiplikationsknoten 413 mit dem potenzierten Signal vierter Ordnung q₄ multipliziert, um ein potenziertes Signal fünfter Ordnung ps = q_4·sin(ω) = sin⁵ (ω) bereitzustellen. Das potenzierte Signal fünfter Ordnung qs wird mit einem Multiplikationsknoten 414 mit 16 multipliziert. Das so abgeleitete Produkt wird durch einen Summationsknoten 415 zu dem fünffachen Signal der dritten Oberwelle 5·sin (3ω) addiert, das von einem Multiplikationsknoten 416 durch Multiplikation des Signals der dritten Oberwelle sin(3ω) mit 5 und anschließender Addition mit einem Summationsknoten 417 zum entkoppelten Signal der ersten Oberwelle 10 · sin(ω) abgeleitet wird. Das entkoppelte Signal der ersten Oberwelle wird von einem Multiplikationsknoten 418 abgeleitet, der das Signal der ersten Oberwelle sin (w) mit 10 multipliziert, um ein Signal der fünften Oberwelle x₅ = sin(5(ω) bereitzustellen.
Die Erzeugung der Oberwellensignale x₁ ... x₅, wie in 4 dargestellt, kann durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden: ${Oberwelle x}_{1} = x = sin (ω)$
${Oberwelle x}_{2} = 1 - 2 \cdot x^{2} = cos (2ω)$
${Oberwelle x}_{3} = 3 x_{1} - 4 x^{3} = 3 x - 4 x^{3} = sin (3ω)$
${Oberwelle x}_{4} = 3 + 4 x_{2} + 8 x^{4} = 4 - 4 \cdot x^{2} + 8 x^{4} cos (4ω)$
$Oberwelle x5 = 10 x_{1} - 5 x_{3} - 16 x^{5} = 10 x - 15 x - {20x}^{3} - 16 x^{5} = sin (5ω) .$
Das in 4 veranschaulichte Oberwellenerzeugungsschema ist ein effizienter Weg, um aus einem Eingangssignal, z. B. dem Eingangssignal x = sin(ω) nicht rekursiv (und optional nicht verzögert, d. h. nur unter Verwendung von arithmetischen Operationen wie etwa Multiplikationen und Summierungen) Signalkomponenten wie etwa höhere Oberwellen durch Erhöhen des Eingangssignals sin(ω) auf höhere Leistungen und Wiederverwenden zuvor berechneter Zwischenwerte zu erzeugen. Wie zu sehen ist, zeigen alle geraden Oberwellen eine 90-Grad- Phasenverschiebung (Cosinus anstelle von Sinus) in Bezug auf die ungeraden Oberwellen, deren Phase mit dem Eingangssignal x übereinstimmt. Da die Oberwellen als Referenzsignale für ein adaptives Filter dienen, bei dem die Filterkoeffizienten automatisch angepasst werden, sind diese Phasenverschiebungen irrelevant, da sie vom adaptiven Filter automatisch kompensiert werden.
5 zeigt eine beispielhafte Umsetzung des adaptiven Filters 302 in dem in 3 gezeigten nichtlinearen Korrekturfilter 201. In diesem Beispiel beinhaltet das adaptive Filter 302 eine Vielzahl von steuerbaren Filtern (nur zwei Filter 501 und 502 sind gezeigt), die jeweils durch eine entsprechende Filtersteuerung (nur zwei Steuerungen 503 und 504 sind gezeigt) gesteuert werden. Die steuerbaren Filter 501 ... 502 und die entsprechenden Filtersteuerungen 503, ... 504 empfangen jeweils eines der höheren Oberwellensignale x₂(n) ... x_H(n). Die steuerbaren Filter 501, 502 haben jeweils eine Übertragungsfunktion H₂(z), ..., H_H(z), die die Sekundärpfadübertragungsfunktion zwischen dem Lautsprecher 101 und dem Mikrofon 102 bei der spezifischen Frequenz des entsprechenden einen der höheren Oberwellensignale x₂(n) ... x_H(n) modelliert und geben ein Signal aus, das das entsprechende höhere Oberwellensignal x₂(n) ... x_H(n) modelliert, nachdem es von dem Lautsprecher 101 auf das Mikrofon 102 übertragen wurde.
Das Ausgangssignal des steuerbaren Filters 501, das Teil einer ersten Stufe ist, wird von einem Subtrahierer 505 in der ersten Stufe von dem Fehlersignal e(n) subtrahiert, um ein Ausgangssignal der ersten Stufe bereitzustellen, das der Filtersteuerung 503 in der ersten Stufe zugeführt wird. Weitere Stufen sind so umgesetzt, dass sie strukturell gleich der ersten Stufe sind, jedoch unterschiedliche Übertragungsfunktionen H(z) aufweisen, wobei in diesen weiteren Stufen das Ausgangssignal des jeweiligen steuerbaren Filters vom Ausgangssignal der vorherigen Stufe subtrahiert wird. Das Ausgangssignal der letzten Stufe, das das steuerbare Filter 502 mit Übertragungsfunktion H_H(z), die Filtersteuerung 504 und einen Subtrahierer 506 beinhaltet, bildet das nichtlinear korrigierte Fehlersignal e'(n). Die Stufen bilden teilweise adaptive Filterstufen, die in Kombination das adaptive Filter 302 in dem in 3 gezeigten nichtlinearen Korrekturfilter 201 bilden.
6 zeigt eine weitere beispielhafte Umsetzung des adaptiven Filters 302 in dem in 3 gezeigten nichtlinearen Korrekturfilter 201. In diesem Beispiel beinhaltet das adaptive Filter 302 eine Vielzahl von steuerbaren Filtern (jeweils sind nur drei Filter 601, 602 und 603 gezeigt), die jeweils durch eine entsprechende Filtersteuerung (nur drei Steuerungen 604, 605 und 606 sind gezeigt) gesteuert werden. Die steuerbaren Filter 601, 602 ... 603 und die entsprechenden Filtersteuerungen 604, 605, ... 606 empfangen jeweils eines der höheren Oberellensignale x₂(n), x₃(n), ... x_H(n). Die steuerbaren Filter 601, 602 ... 603 haben jeweils eine Übertragungsfunktion H₂(z), H₃ (z), ..., H _H(z), die die Sekundärpfadübertragungsfunktion zwischen dem Lautsprecher 101 und dem Mikrofon 102 bei der spezifischen Frequenz des entsprechenden höheren Oberwellensignals x₂(n), x₃(n), ... x_H(n) modelliert und geben ein Signal aus, das das entsprechende Signal des höheren Oberwellensignals x₂(n), x ₃(n), ... x_H(n) modelliert, nachdem es von dem Lautsprecher 101 auf das Mikrofon 102 übertragen wurde.
Das Ausgangssignal des steuerbaren Filters 601, das Teil einer ersten Stufe ist, wird von einem Subtrahierer 607 in der ersten Stufe von dem Fehlersignal e(n) subtrahiert, um ein Fehlersignal der ersten Stufe bereitzustellen, das der Filtersteuerung 604 in der ersten Stufe zugeführt wird. Das Ausgangssignal des steuerbaren Filters 602, das Teil einer zweiten Stufe ist, wird durch einen Addierer 608 zu dem Ausgangssignal des steuerbaren Filters 601 der ersten Stufe, das das Ausgangssignal der ersten Stufe bildet, addiert und die Summe von diesen Signalen wird von einem Subtrahierer 609 in der zweiten Stufe von dem Fehlersignal e (n) subtrahiert, um ein Fehlersignal der zweiten Stufe bereitzustellen, das der Filtersteuerung 605 in der zweiten Stufe zugeführt wird. Weitere Stufen sind so umgesetzt, dass sie strukturell gleich der zweiten Stufe sind, jedoch unterschiedliche Übertragungsfunktionen H(z) aufweisen, wobei in diesen weiteren Stufen das Ausgangssignal des jeweiligen steuerbaren Filters vom Ausgangssignal des steuerbaren Filters der vorherigen Stufe subtrahiert wird. Das Fehlersignal der letzten Stufe, das das steuerbare Filter 603 mit Übertragungsfunktion H_H(z), die Filtersteuerung 606, einen Addierer 610 und einen Subtrahierer 611 beinhaltet, bildet das nichtlinear korrigierte Fehlersignal e'(n). Die Stufen bilden teilweise adaptive Filterstufen, die in Kombination das adaptive Filter 302 in dem in 3 gezeigten nichtlinearen Korrekturfilter 201 bilden.
7 zeigt eine alternative beispielhafte Umsetzung, die auch auf der in 1 gezeigten und in Verbindung damit beschriebenen ANC-Signalverarbeitungsstruktur basiert. Der Einfachheit halber sind das Sekundärpfadmodellierungsfilter 106, die Filtersteuerung 107 und das Lärmkompensationsfilter 108 in der ANC-Steuerung 701 beinhaltet und als solche abgebildet. Ferner werden ein Oberwellengenerator 702, der das Referenzsignal x(n) empfängt, und eine Vielzahl zusätzlicher ANC-Steuerungen (nur zwei Steuerungen 703 und 704 sind gezeigt) zu der in 1 gezeigten ANC-Signalverarbeitungsstruktur hinzugefügt. Der Oberwellengenerator 702 erzeugt aus dem Referenzsignal x(n) beispielsweise in der in 4 gezeigten und beschriebenen Weise Oberwellensignale x₂(n), ... x_H(n), die in die zusätzlichen ANC-Steuerungen 703 ... 704 eingegeben werden. Die zusätzlichen ANC-Controller 703 ... 704 empfangen ferner das/die Fehlersignale zusätzlicher ANC-Steuerungen 703 ... 704. Jede der Vielzahl der zusätzlichen ANC-Steuerungen 703 ... 704 weist eine Struktur auf, die der in Verbindung mit der ANC-Steuerung 701 beschriebenen Struktur ähnlich oder identisch ist, und filtert das entsprechende eine der Oberwellensignale x₂(n), ... x_H(n) derart, dass das entsprechende gefilterte Oberwellensignal x₂(n), ... x_H(n), d. h. das Signal y₂(n), ... y_H(n), invers zu der durch den Lautsprecher 101 bei dieser Frequenz erzeugten Nichtlinearität ist. Alle Signale y₂(n), ... y_H(n) werden von einem Addierer 705 summiert, um das Signal y(n) für den Lautsprecher 101 bereitzustellen.
In einer dritten beispielhaften Umsetzung, die in 8 gezeigt ist, wird eine Anpassungssteuerung 801 zu dem in 1 gezeigten ANC-System hinzugefügt (wenn wieder angenommen wird, dass L =1, M= 1 und R= 1). Die Anpassungssteuerung 801 ist verbunden, um das Fehlersignal e(n) vom Mikrofon 102 und das vom Lärmkompensationsfilter 108 ausgegebene Lautsprechersignal y(n) zu empfangen und die Anpassung der Filtersteuerung 107 zum Steuern der Filterkoeffizienten des Lärmkompensationsfilters 107 zu steuern, wobei der in der Filtersteuerung 107 durchgeführte Anpassungsprozess angehalten wird, wenn und solange eine durch den Lautsprecher erzeugte Nichtlinearität basierend auf dem Fehlersignal e(n) und dem Lautsprechersignal y(n) erfasst wird. Alternativ dazu kann anstelle des Lautsprechersignals y (n) das Referenzsignal x(n) verwendet werden.
Eine beispielhafte Signalflussstruktur, die es ermöglicht, aus einem oder mehreren Fehlersignalen ei(n) und einem oder mehreren Lautsprechersignalen y_i(n) oder einem oder mehreren Referenzsignalen x_i(n) zu erfassen, ob ein System nichtlinear geworden ist oder zu viele Nichtlinearitäten erzeugt, und die zwei verschiedene Erfassungsverfahren verwendet, ist in 9 veranschaulicht. Beispielsweise verwendet eines dieser beiden Erfassungsverfahren, das hier als MSC-Verfahren (Multiple Squared Coherence) bezeichnet wird, die Berechnung mehrerer quadratischer Kohärenzen aus der ersten Oberwelle und höheren Oberwellen des Lautsprechersignals (der Lautsprechersignale) y(n) oder der ersten Oberwelle und der höheren Oberwellen (z. B. zweite und höhere Oberwellen) des Referenzsignals (der Referenzsignale) x(n) in Verbindung mit dem Fehlersignal (den Fehlersignalen) e(n). Bei der Signalverarbeitung ist die Kohärenz eine Statistik, mit der die Beziehung zwischen zwei Signalen oder Datensätzen untersucht werden kann. Sie kann verwendet werden, um die Leistungsübertragung zwischen Eingang und Ausgang eines linearen Systems abzuschätzen. Beispielsweise verwendet das andere Erfassungsverfahren, das hier als Signal-zu-Verzerrungs-Verhältnis-Verfahren (signal to distortion ratio - SDR) bezeichnet wird, eine adaptive Filterung zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen der Energie des Fehlersignals für die erste Oberwelle und der Summe der Energien für die höheren Oberwellen. Das SDR-Verfahren kann leicht umgesetzt werden, indem beispielsweise eine höhere Oberwelle eines Lautsprechersignals mit dem entsprechenden Fehlersignal verglichen wird.
Beispielsweise beinhaltet die in 9 gezeigte beispielhafte Signalflussstruktur eine Prozedur 901 zum Erzeugen von H höheren Oberwellen für jedes der L ≥ 1-Lautsprechersignale y₁(n) ... y _L(n) oder alternativ für jedes der R ≥ 1 Referenzsignale x₁(n) ... x_L(n) zur Ausgabe von H · L höheren Oberwellensignalen bei Eingabe der Lautsprechersignale y₁(n) ... y_L(n) oder H · R entsprechenden höheren Oberwellensignalen bei der Eingabe der Referenzsignale x₁(n) ... x_L(n). In einer Prozedur 902 werden das MSC-Verfahren oder das SDR-Verfahren oder beide basierend bei den H · L oder H · R höheren Oberwellensignalen jeweils auf den L Lautsprechersignalen y₁(n) ... y_L(n) oder den R Referenzsignalen x₁(n) ... x_L(n), die die ersten Oberwellen bilden, und bei M Fehlersignalen e₁(n) ... e_M(n) durchgeführt, um MSC-Ergebnisse und SDR-Ergebnisse auszugeben. In einem Prozess 903 wird mindestens eines der MSC-Ergebnisse und SDR-Ergebnisse ausgewählt und kombiniert, um ein Ausgangssignal MSC(n) des MSC-Verfahrens und ein Ausgangs-SDR(n) des SDR-Verfahrens bereitzustellen. In einer Prozedur 904 wird mindestens eines der Ausgangssignale MSC (n) des MSC-Verfahrens und ein Ausgangs-SDR(n) mit entsprechenden Schwellenwerten MSC_TH bzw. SDR_TH verglichen. Wenn mindestens eines der Ausgangssignale MSC(n) größer als der Schwellenwert MSC_TH ist und das Ausgangssignal SDR(n) größer als der Schwellenwert SDR_TH ist, wird ein nichtlineares Freeze Control Flag an die Filtersteuerung 107 ausgegeben, um den Anpassungsprozess der Filtersteuerung 107 einzufrieren, d. h. anzuhalten. Andernfalls wird ein Flag ausgegeben, das den Anpassungsprozess aktiv lässt.
Das oben beschriebene Verfahren kann in einem computerlesbaren Medium wie etwa einer CD-ROM, einer Platte, einem Flash-Speicher, einem RAM oder ROM, einem elektromagnetischen Signal oder einem anderen maschinenlesbaren Medium als Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor codiert sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann jede Art von Logik verwendet und als analoge oder digitale Logik unter Verwendung von Hardware umgesetzt werden, wie beispielsweise ein oder mehrere integrierte Schaltkreise (einschließlich Verstärkern, Addierern, Verzögerungen und Filtern) oder ein oder mehrere Prozessoren, die Verstärkung, Addieren, Verzögerungen und Filtern ausführen; oder in Software in einer Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) oder in einer Dynamic Link Library (DLL), als Funktionen, die in einem gemeinsam genutzten Speicher verfügbar sind oder als lokale oder Fernprozeduraufrufe definiert sind; oder als Kombination von Hardware und Software.
Das Verfahren kann durch Software und/oder Firmware umgesetzt werden, die auf oder in einem computerlesbaren Medium, einem maschinenlesbaren Medium, einem Propagated-Signal-Medium und/oder signalführendem Medium gespeichert ist. Das Medium kann eine beliebige Vorrichtung umfassen, die ausführbare Anweisungen zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem/r ausführbaren Befehlssystem, - gerät oder -vorrichtung enthält, speichert, kommuniziert, verbreitet oder transportiert. Das maschinenlesbare Medium kann selektiv, ohne darauf beschränkt zu sein, ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches oder infrarotes Signal oder ein Halbleitersystem, -gerät, -vorrichtung oder ein Ausbreitungsmedium sein. Eine nicht erschöpfende Liste von Beispielen eines maschinenlesbaren Mediums beinhaltet: eine magnetische oder optische Platte, einen flüchtigen Speicher wie einen Direktzugriffsspeicher („RAM“), einen Nur-Lese-Speicher („ROM“), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (d. h. EPROM) oder Flash-Speicher oder einen optischen Faser. Ein maschinenlesbares Medium kann auch ein materielles Medium beinhalten, auf das ausführbare Anweisungen gedruckt werden, da die Logik elektronisch als Bild oder in einem anderen Format (z. B. durch einen optischen Scan) gespeichert und dann kompiliert und/oder interpretiert oder anderweitig verarbeitet kann. Das verarbeitete Medium kann dann in einem Computer gespeichert und/oder Maschinenspeicher gespeichert werden.
Die Systeme können zusätzliche oder unterschiedliche Logik beinhalten und können auf viele verschiedene Arten umgesetzt sein. Eine Steuerung kann als Mikroprozessor, Mikrocontroller, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), diskrete Logik oder eine Kombination anderer Arten von Schaltungen oder Logik umgesetzt sein. In ähnlicher Weise können Speicher DRAM, SRAM, Flash oder andere Speichertypen sein. Parameter (z. B. Bedingungen und Schwellenwerte) und andere Datenstrukturen können separat gespeichert und verwaltet, in einen einzelnen Speicher oder eine einzelne Datenbank integriert oder auf viele verschiedene Arten logisch und physisch organisiert werden. Programme und Befehlssätze können Teile eines einzelnen Programms, separate Programme oder auf mehrere Speicher und Prozessoren verteilt sein. Die Systeme können in einer breiten Palette von elektronischen Vorrichtungen beinhaltet sein, einschließlich eines Mobiltelefons, eines Headsets, einer Freisprecheinrichtung, eines Freisprechtelefons, einer Kommunikationsschnittstelle oder eines Infotainmentsystems.
Die Beschreibung der Ausführungsformen wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Geeignete Modifikationen und Variationen der Ausführungsformen können im Lichte der vorstehenden Beschreibung oder durch Praktizieren der Verfahren erworben werden. Beispielsweise können, sofern nicht anders angegeben, eines oder mehrere der beschriebenen Verfahren von einer geeigneten Vorrichtung und/oder einer Kombination von Vorrichtungen durchgeführt werden. Die beschriebenen Verfahren und zugehörigen Handlungen können zusätzlich zu der in dieser Anmeldung beschriebenen Reihenfolge auch in verschiedenen Reihenfolgen parallel und/oder gleichzeitig ausgeführt werden. Die beschriebenen Systeme sind beispielhafter Natur und können zusätzliche Elemente enthalten und/oder Elemente weglassen.
Wie in dieser Anmeldung verwendet, sollte ein Element oder ein Schritt, der im Singular aufgeführt ist und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangeht, so verstanden werden, dass der Plural der Elemente oder Schritte nicht ausgeschlossen wird, sofern kein solcher Ausschluss angegeben ist. Darüber hinaus sind Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ oder „ein Beispiel“ der vorliegenden Offenbarung nicht so auszulegen, dass sie das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten. Die Begriffe „erste(r)“, „zweite(r)“ und „dritte(r)“ usw. werden lediglich als Bezeichnungen verwendet und sollen ihren Objekten keine numerischen Anforderungen oder eine bestimmte Positionsreihenfolge auferlegen.
Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass im Rahmen der Erfindung viele weitere Ausführungsformen und Umsetzungen möglich sind. Insbesondere ist für den Fachmann die Austauschbarkeit verschiedener Merkmale aus verschiedenen Ausführungsformen ersichtlich. Obwohl diese Techniken und Systeme im Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsformen und Beispielen offenbart wurden, versteht es sich, dass diese Techniken und Systeme über die spezifisch offenbarten Ausführungsformen hinaus auf andere Ausführungsformen und/oder Verwendungen und offensichtliche Modifikationen davon ausgeweitet werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009262951 A1 [0002]
DE 10048625 [0002]

Claims

Aktives Lärmkompensationssystem, umfassend: einen Lärmkompensationsfilter (108, 701), der dazu ausgebildet ist, an einem Filtereingang ein Referenzsignal zu empfangen und das Referenzsignal mit einer Lärmkompensationsübertragungsfunktion zu filtern, um ein Lärmunterdrückungssignal an einem Filterausgang zu erzeugen, wobei das Referenzsignal repräsentativ für unerwünschten Störschall ist, der von einer Lärmquelle (105) erzeugt wird; einen Lautsprecher (101), der wirkungsmäßig mit dem Lärmkompensationsfilter (108) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, das Lärmunterdrückungssignal in einen Lärmunterdrückungsschall umzuwandeln; ein Mikrofon (102), das dazu ausgebildet ist, den Störschall nach Übertragung über einen Primärpfad (104) gemäß einer Primärpfadübertragungsfunktion von der Lärmquelle(105) an das Mikrofon (102) und den Lärmunterdrückungsschall nach Übertragung über einen Sekundärpfad (103) gemäß einer sekundären Pfadübertragungsfunktion vom Lautsprecher (101) an das Mikrofon (102) zu empfangen, und ferner dazu ausgebildet, eine Summe des empfangenen Störschalls und des empfangenen Lärmunterdrückungsschalls in ein Fehlersignal umzuwandeln; eine Filtersteuerung (107), die wirkungsmäßig mit dem Lärmkompensationsfilter (108, 701) und dem Mikrofon (102) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, die Lärmkompensationsübertragungsfunktion des Lärmkompensationsfilters (108, 701) basierend auf dem Fehlersignal vom Mikrofon (102) und dem gefilterten oder ungefilterten Referenzsignal zu steuern, sodass der Lärmunterdrückungsschall nach Übertragung über den Sekundärpfad (103) die Inverse des Störschalls nach der Übertragung über den Primärpfad (104) ist; und ein nichtlineares Korrekturnetzwerk (201, 702 801), das wirkungsmäßig mit der Filtersteuerung (107) und mindestens einem von dem Filtereingang und dem Filterausgang des Lärmkompensationsfilters (108, 701) gekoppelt ist, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk (201, 702, 801) dazu ausgebildet ist, das dem Lautsprecher (101) zugeführte Lärmunterdrückungssignal so zu modifizieren, dass der Lärmunterdrückungsschall, der vom Lautsprecher (101) aus dem Lärmunterdrückungssignal erzeugt wird, Schallkomponenten beinhaltet, die invers zu Schallkomponenten sind, die durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers (101) erzeugt werden, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk (201, 702, 801) zudem dazu ausgebildet ist, in nicht-rekursiver und nicht-verzögernder Weise die Schallkomponenten zu erzeugen, die invers zu den Schallkomponenten sind, die durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers (101) erzeugt werden.
System nach Anspruch 1, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk wirkungsmäßig mit der Filtersteuerung (107), dem Filtereingang oder Filterausgang des Lärmkompensationsfilters (108, 701) und dem Mikrofon (102) gekoppelt ist, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk (201) ferner dazu ausgebildet ist, Oberwellensignale zu erzeugen, die repräsentativ für höhere Oberwellen des Lärmunterdrückungssignals sind, und das Fehlersignal basierend auf Oberwellensignalen zu modifizieren.
System nach Anspruch 1, wobei: das nichtlineare Korrekturnetzwerk (702) wirkungsmäßig mit dem Filtereingang des Lärmkompensationsfilters (701) gekoppelt und ferner dazu ausgebildet ist, Oberwellensignale zu erzeugen, die für höhere Oberwellen des Referenzsignals repräsentativ sind; wobei das System ferner Folgendes umfasst: zusätzliche Lärmkompensationsfilter (703, 704), die wirkungsmäßig mit dem nichtlinearen Korrekturnetzwerk (702) gekoppelt und dazu ausgebildet sind, die Oberwellensignale aus dem nichtlinearen Korrekturnetzwerk (702) mit einer Übertragungsfunktion zu filtern, die mit der Lärmkompensationsübertragungsfunktion des Lärmkompensationsfilters bei der Frequenz der entsprechenden Oberwellen identisch ist, um zusätzliche Lärmunterdrückungssignale zu erzeugen; und einen Addierer (705), der wirkungsmäßig mit dem Lärmkompensationsfilter (701) und dem zusätzlichen Lärmkompensationsfilter (703) gekoppelt und dazu ausgebildet ist, alle Lärmunterdrückungssignale vom Lärmkompensationsfilter (701) und den zusätzlichen Störschallfiltern (703, 704) zu summieren, um ein Gesamt-Lärmunterdrückungssignal bereitzustellen, das dem Lautsprecher (101) zugeführt wird.
System nach Anspruch 1, wobei: das nichtlineare Korrekturnetzwerk (801) wirkungsmäßig mit der Filtersteuerung (107), dem Filterausgang des Lärmkompensationsfilters (108) und dem Mikrofon (102) gekoppelt ist, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk (801) ferner dazu ausgebildet ist, Nichtlinearitäten im Fehlersignal im Vergleich zum Lärmunterdrückungssignal zu erfassen und mit der Filtersteuerung (107) die Übertragungsfunktion des Lärmunterdrückungsfilters (108) einzufrieren, solange Nichtlinearitäten im Fehlersignal erfasst werden.
System nach Anspruch 2, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk (201, 702) einen Oberwellensignalgenerator (301, 702), der dazu ausgebildet ist, die Oberwellensignale zu erzeugen, und ein adaptives Filter (302, 501, 502, 601, 602, 603) umfasst, wobei das adaptive Filter (302, 501, 502, 601, 602, 603) von dem Oberwellensignalgenerator (301, 702) gesteuert wird.
System nach Anspruch 4, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk (801) einen Oberwellensignalgenerator (301, 702), der dazu ausgebildet ist, die Oberwellensignale des Lärmunterdrückungssignals oder des Referenzsignals zu erzeugen, und ein adaptives Filter (302, 501, 502, 601, 602, 603) zum Filtern des Fehlersignals unter Steuerung der Oberwellensignale umfasst.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk einen Oberwellengenerator (301) umfasst, der dazu ausgebildet ist, die Oberwellensignale ausschließlich basierend auf arithmetischen Operationen zu erzeugen.
Aktives Lärmkompensationsverfahren, umfassend: Empfangen eines Referenzsignals, das für unerwünschten Störschall repräsentativ ist, der von einer Lärmquelle (105) erzeugt wird; Lärmunterdrückungsfiltern des Referenzsignals mit einer Lärmkompensationsübertragungsfunktion, um ein Lärmunterdrückungssignal zu erzeugen; Umwandlung des Lärmunterdrückungssignals in einen Lärmunterdrückungsschall mit einem Lautsprecher (101); Empfangen des Störschalls mit einem Mikrofon (102) nach Übertragung über einen Primärpfad (104) gemäß einer Primärpfadübertragungsfunktion von der Lärmquelle (105) an das Mikrofon (102), und des Lärmunterdrückungsschalls nach Übertragung über einen Sekundärpfad (103) gemäß einer Sekundärpfadübertragungsfunktion vom Lautsprecher (101) an das Mikrofon (102) und Umwandlung der Summe des empfangenen Störschalls und des empfangenen Lärmunterdrückungsschals in ein Fehlersignal mit dem Mikrofon (102); Steuern der Lärmunterdrückungsübertragungsfunktion basierend auf dem Fehlersignal vom Mikrofon (102) und dem gefilterten oder ungefilterten Referenzsignal der Lärmquelle (105), so dass der Lärmkompensationsschall nach Übertragung über den Sekundärpfad (103) die Inverse des Störschalls nach Übertragung über den primären Pfad (104) ist; und Modifizieren des dem Lautsprecher (101) zugeführten Lärmunterdrückungssignals, sodass der vom Lautsprecher (101) aus dem Lärmunterdrückungssignal erzeugte Lärmkompensationsschall Schallkomponenten enthält, die die Umkehrung von Schallkomponenten sind, die durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers (101) erzeugt werden, wobei das Modifizieren das in nicht-rekursiver und nicht-verzögernder Weise erfolgende Erzeugen derjenigen Schallkomponenten beinhaltet, die invers zu den Schallkomponenten sind, die durch nichtlineares Verhalten des Lautsprechers (101) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Modifizieren des Lärmunterdrückungssignals Erzeugen von Oberwellensignalen, die für höhere Oberwellen des Lärmunterdrückungssignals repräsentativ sind, und Modifizieren des Fehlersignals basierend auf Oberwellensignalen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei: das Modifizieren des Lärmunterdrückungssignals Erzeugen von Oberwellensignalen umfasst, die für höhere Oberwellen des Referenzsignals repräsentativ sind; wobei das Verfahren ferner umfasst zusätzliche Lärmunterdrückungsfilterung zum Filtern der Oberwellensignale mit Übertragungsfunktionen, die mit der Lärmunterdrückungsübertragungsfunktion bei der Frequenz der entsprechenden Oberwellen identisch sind, um zusätzliche Lärmunterdrückungssignale zu erzeugen; und Hinzufügen aller Lärmunterdrückungssignale aus der Lärmkompensationsfilterung und der zusätzlichen Lärmkompensationsfilterung, um ein Gesamt-Lärmunterdrückungssignal bereitzustellen, das dem Lautsprecher (101) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Modifizieren des Lärmunterdrückungssignals das Erfassen von Nichtlinearitäten in dem Fehlersignal im Vergleich zu dem Lärmunterdrückungssignal und das Einfrieren der Übertragungsfunktion der Lärmkompensationsfilterung umfasst, solange Nichtlinearitäten in dem Fehlersignal erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Modifizieren des Lärmunterdrückungssignals das Erzeugen von Oberwellen umfasst, die für höhere Oberwellen und eine durch die Oberwellensignale gesteuerte adaptive Filterung repräsentativ sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Modifizieren des Lärmunterdrückungssignals Erzeugen von Oberwellensignalen, die für höhere Oberwellen des Lärmunterdrückungssignals oder des Referenzsignals repräsentativ sind, und adaptives Filtern des durch die Oberwellensignale gesteuerten Fehlersignals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das nichtlineare Korrekturnetzwerk einen Oberwellengenerator umfasst, der dazu ausgebildet ist, die Oberwellensignale ausschließlich durch arithmetische Operationen zu erzeugen.
Computerprogrammprodukt, umfassend Anweisungen, die bei Ausführung des Programms durch einen Computer, der mit dem Lautsprecher (101) und dem Mikrofon (102) verbunden ist, den Computer veranlassen, das Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 14 auszuführen.
Computer, umfassend einen Prozessor, einen Speicher, einen Lautsprecher (101) und ein Mikrofon (102), wobei der Speicher das Programmprodukt nach Anspruch 15 speichert und der Prozessor dazu ausgebildet ist, die Anweisungen des Programmprodukts auszuführen.