EP1929465A1 - Method for the active reduction of noise, and device for carrying out said method - Google Patents

Method for the active reduction of noise, and device for carrying out said method

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Publication number
EP1929465A1
EP1929465A1 EP06778439A EP06778439A EP1929465A1 EP 1929465 A1 EP1929465 A1 EP 1929465A1 EP 06778439 A EP06778439 A EP 06778439A EP 06778439 A EP06778439 A EP 06778439A EP 1929465 A1 EP1929465 A1 EP 1929465A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
output signal
unit
noise
useful
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06778439A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Harry Bachmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anocsys AG
Original Assignee
Anocsys AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anocsys AG filed Critical Anocsys AG
Publication of EP1929465A1 publication Critical patent/EP1929465A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase

Definitions

  • the present invention relates to a method for active noise reduction according to the preamble of claim 1 and an apparatus for carrying out the method.
  • Noise sources are increasingly perceived as an environmental impact and are considered to reduce the quality of life.
  • noise reduction methods based on the principle of wave cancellation have already been proposed.
  • ANC Active Noise Canceling
  • Transducers such as speakers produced.
  • the signal radiated by the electro-acoustic transducers is calculated by means of a suitable algorithm and continuously corrected.
  • the basis for the calculation of the signal to be radiated by the electro-acoustic transducers is the information supplied by one or more sensors. These are on the one hand information about the nature of the signal to be minimized. For this purpose, for example, a microphone can be used which detects the noise to be minimized. To the others, however, also need information about the remaining residual signal. Again, microphones can be used.
  • noise is actively reduced
  • headphones used by helicopter pilots.
  • noise that comes in headphones from helicopter pilots actively attenuated by knowledge of the noise generated by the drive of the rotors are used.
  • the signal processing in these known headphones is realized by means of analogue technology, i. the acoustic signals and their processing are purely analog.
  • Useful signal such as radio traffic to mix, as both signals are analog.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method for noise reduction, which does not have the above disadvantages. This object is achieved by the features stated in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and a device for carrying out the method are specified in further claims.
  • the inventive method is used for active noise reduction in an input signal, which is supplied to an unknown transfer function.
  • the method consists in that the unknown transfer function or its actual
  • Output is estimated using an adaptive process using the input signal and an error signal.
  • the error signal corresponds to the difference between the estimated output signal and the actual output signal. Furthermore, the estimated
  • the invention is characterized in that a useful signal is superimposed on the noise-reduced output signal, wherein the useful signal does not influence the error signal, and that a calculation cycle of the adaptive process is longer than one clock interval of the useful signal.
  • the hardware used for this purpose does not have to be changed, but an adaptation of the required algorithms that control the adaptive process is sufficient.
  • the fact is taken into account that an active noise reduction high processing power requires. Meanwhile, the demands on the computing power are so high that the input signals to be processed must have a relatively low sampling rate. Input signals with too high sampling rates are therefore not processable. High sampling rates are also not appropriate because an active noise reduction works reliably, especially at relatively low frequencies.
  • a clock interval of the input signal is adapted to the calculation cycle of the adaptive process and that the clock interval of the estimated output signal is adapted to the clock interval of the useful signal.
  • a further embodiment variant of the method according to the invention consists in that the adjustment of the clock interval of the input signal takes place with the aid of a decimation algorithm, and, according to a still further embodiment variant, that the adaptation of the Clock interval of the estimated output signal using an interpolation algorithm.
  • a further embodiment is characterized in that a time difference existing between the useful signal and the noise-reduced output signal is corrected by means of an adaptive delay unit.
  • a device is also provided with an input signal which is acted upon by an unknown transfer function which has an actual output signal.
  • the device further comprises:
  • an adaptive processor unit which is supplied with the input signal and has an estimated output signal
  • Means for generating a noise-reduced output signal, wherein the error signal of the adaptive processor unit is applied are available:
  • a useful signal source for generating a useful signal and - Means for superimposing the useful signal to the noise-reduced output signal, wherein a calculation cycle of the adaptive processor unit is longer than a clock signal of the desired signal.
  • a further embodiment is that the means for generating a noise-reduced output signal is at least one loudspeaker unit, which is acted upon by the actual output signal and the estimated output signal.
  • the at least one loudspeaker unit additionally receives the useful signal.
  • Yet another embodiment of the inventive device is that the Input signal via an analog / digital converter unit is applied to the means for adjusting the sampling interval of the input signal to the calculation cycle of the adaptive processing unit and that the estimated output signal via a digital / analog converter unit is applied to the means for generating a noise-reduced output signal.
  • a first filter unit is arranged before the means for adjusting the sampling interval of the input signal to the calculation cycle of the adaptive process unit.
  • the present invention is based on
  • FIG. 1 is a block diagram with an inventive device in a schematic representation
  • Fig. 2 is a block diagram with another
  • FIG. 3 shows a comparison with the block diagrams according to FIGS. 1 and 2 changed part.
  • FIG. 1 shows a block diagram with a device according to the invention - including transfer function H - for active noise canceller (ANC), wherein the possibility is given to mix a generated in an external useful signal source 7 useful signal S.
  • ANC active noise canceller
  • the transfer function H is initially unknown
  • an actual output O of the transfer function H in the adaptive process unit 15 is estimated.
  • the transfer function H is used to explain the device according to the invention or the method according to the invention and is itself not a part of the method according to the invention or of the device according to the invention.
  • the transfer function H describes an actual output signal O, which is due to a voltage applied to the transfer function H.
  • Input signal I is created. Based on the application in a helicopter mentioned in the introduction to the introduction, the input signal I corresponds to the helicopter noise, as can be found, for example, in the cockpit, and the actual output signal O to the acoustic signal, as is still present in the headphones.
  • the transfer function H therefore describes the change of the input signal I through the headphone shell. Active noise reduction is now achieved by estimating the transfer function H or its output signal.
  • the input signal I is fed via an analog / digital converter unit 1, via a first filter unit 12 and via a first decimation unit 4 to an adaptive processor unit 15.
  • the adaptive Processing unit 15 is determined using an adaptive algorithm, an estimated output O *, which is supplied to an interpolation unit 5.
  • a clock rate is set, which corresponds to the useful signal S.
  • the prerequisite has been created that the estimated output signal 0 * and the useful signal S can be added, which happens in the addition unit 8 by this is acted upon by both the estimated output signal 0 * and the useful signal S.
  • the output signal of the addition unit 8 is supplied via a digital / analog converter unit 2 to a superposition unit 14, to which the actual output signal 0 is likewise supplied, whereby the estimated output signal 0 * is inverted before the superposition ie before the superimposition with the actual output signal 0 *. so that upon coincidence of the two signals, a signal cancellation, ie the estimated output signal 0 * clears the actual output signal 0 completely. If there is no coincidence of the two signals, then no signal cancellation takes place but a reduction corresponding to the degree of agreement.
  • the superposition unit 14 is to be regarded as part of a model which describes the situation - again with reference to the helicopter example - in the space described by the auricle.
  • the estimated output signal 0 * is applied to one, possibly to a plurality of loudspeaker units (not shown in Fig. 1) for generating an acoustic signal.
  • the signal cancellation (at full Coincidence of actual and estimated output signal) or the signal reduction (with still different signals) takes place in the closed space.
  • an error signal ⁇ is fed back to the adaptive processor unit 15.
  • the estimated output signal O * or the transfer function estimated in the adaptive processor unit 15 is optimized until the error signal ⁇ has reached a minimum.
  • a useful signal S is superimposed on a noise-reduced output signal Q. This must be taken into account in the calculation of the error signal ⁇ , this being done by a subtraction unit 9, on the one hand the useful signal S of the useful signal source 7 on the other hand, for example, with a microphone (not shown in Fig. 1) and recorded with a second analog / digital Converter unit 3 converted noise-reduced output signal Q is supplied.
  • the useful signal S must be subtracted during the generation of the error signal ⁇ , which takes place in the subtraction unit 9 as described above.
  • the output signal of the subtraction unit 9 corresponding to the error signal ⁇ must be adapted to its calculation cycle before being passed to the adaptive processor unit 15.
  • a second decimation unit 6 is provided, which carries out the required adaptation in the clock rates or in the clock intervals.
  • a first and / or a second filter unit 12, 13 is provided in the embodiment according to FIG. 1 before the first decimation unit 4 and / or before the second decimation unit 6.
  • the adaptive processor unit 15 is shown in dashed lines. Within the dashed frame two components of the adaptive processor unit 15 are shown, wherein an adjustable transfer function W and an associated with this error calculation unit LMS are present.
  • the adjustable transfer function W ideally coincides with the transfer function H. Only then does the estimated output 0 * correspond to the actual output O and complete signal cancellation is the result. In case of inequality, a correspondingly reduced signal cancellation or only a signal reduction takes place.
  • the error calculation unit LMS acts on the adjustable transfer function W in such a way that the largest possible signal reduction or even a complete signal cancellation is obtained. For this For example, a so-called LMS (Least Mean Square) algorithm is suitable, although this is one of many possible implementation variants.
  • LMS Least Mean Square
  • the two analog / digital converter units 1 and 3 convert an analog signal recorded for example with a microphone (not shown in FIG. 1) into corresponding digital signals. Furthermore, a calculated digital signal, namely the estimated output signal 0 *, is converted by the digital / analogue converter unit 2 into an analogue signal which, for example, is applied to a loudspeaker (not shown in FIG. 1). Since the converter units 1, 2 and 3 are part of the same CODEC, they are operated at the same sampling rate.
  • the CODEC has to work with a high sampling rate as soon as the useful signal S is to satisfy corresponding qualitative requirements, as is the case, for example, with music.
  • the sampling rate is 44.1 kHz. Consequently, the converter units 1 to 3 are also operated with this clock frequency of 44.1 kHz.
  • the Indian By contrast, the algorithm used by adaptive processor unit 15 operates at much lower frequencies, for example at 8 kHz. This conversion is, as mentioned, performed by the decimation units 4 and 6.
  • the interpolation unit 5 converts the adaptive one
  • Processor unit 15 estimated output signal, which has a sampling rate of 8 kHz, in the 44.1 kHz necessary for the reproduction of music.
  • Subtracting unit 9 applied to an identical sampling rate. As a result, the signals can be easily added or subtracted.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the present invention
  • filter units 12 and 13 are provided in front of the respective decimation units 4 and 6, respectively.
  • the two filter units 12 and 13 now ensure that the following decimation units 4 and 6 take into account only relevant signal components by filtering out all signal components above half of the reduced sampling rate, in this case all signal components above 4 kHz.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the present invention, in which no filter units 12 and 13 are provided. Accordingly, a deterioration of the signal processing, in particular in the adaptive processor unit 15, to be expected here, because at this variant must be reckoned with antialiasing effects.
  • FIG. 3 shows a modified part of the block diagram shown in FIGS. 1 and 2.
  • an adaptive delay unit 20 is included in the signal path between the addition unit 8 and the subtraction unit 9 before its input in order to be able to compensate for a delay of the useful signal S.
  • the delay of the useful signal S arises in the signal path via the addition unit 8, the digital / analogue
  • a flexible adaptation of the hardware of the present invention requires a digital implementation of the active noise reduction unit. Since loudspeakers are already present in such active noise reduction units, integration of other acoustic signals, such as speech or music, is desired.
  • CODECs are an efficient option for this purpose. They are cheap and optimized for audio applications and also have several channels. A CODEC will open all channels with identical sampling rate. Examples of suitable CODECs are the algorithms with the designations TLV 320 AIC 23 or TLV 320 AIC 25, which have been developed by Texas Instruments Inc. However, the present invention is not limited to the use of these algorithms.
  • the adaptation of the clock rates or of the clock intervals can be carried out in a digital signal processing unit (DSP - Digital Signal Processor), which is present in any case in a variant of the inventive apparatus for calculating the adaptive processes. This eliminates additional costs that otherwise have to be expended for the decimation units or the interpolation units.
  • DSP Digital Signal Processor

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Abstract

Disclosed is a method in which a digital system is used for actively reducing noise. According to said method, a digital user signal can be transmitted at a different sampling rate, said sampling rate being adjusted with the aid of adequate converters.

Description

Verfahren zur aktiven Geräuschveπninderung und eine Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensMethod for active Geräuschveπninderung and an apparatus for performing the method
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Geräuschverminderung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .The present invention relates to a method for active noise reduction according to the preamble of claim 1 and an apparatus for carrying out the method.
Lärmquellen werden zunehmend als Umweltbelastung wahrgenommen und gelten als Verminderung der Lebensqualität. Da sich Lärmquellen häufig jedoch nicht vermeiden lassen, wurden bereits Verfahren zur Geräuschreduktion vorgeschlagen, die auf dem Prinzip der Wellenauslöschung basieren.Noise sources are increasingly perceived as an environmental impact and are considered to reduce the quality of life. However, as noise sources are often unavoidable, noise reduction methods based on the principle of wave cancellation have already been proposed.
Das Prinzip der aktiven Geräuschreduktion (ANC oder "Active Noise Cancelling") beruht auf der Auslöschung von Schallwellen durch Interferenzen. Diese Interferenzen werden von einem oder mehreren elektro-akustischenThe principle of Active Noise Canceling (ANC) is based on the cancellation of sound waves due to interference. These interferences are from one or more electro-acoustic
Wandlern, beispielsweise von Lautsprechern, erzeugt. Das von den elektro-akustischen Wandlern abgestrahlte Signal wird mittels eines dazu geeigneten Algorithmus berechnet und laufend korrigiert. Als Grundlage für die Berechnung des von den elektro-akustischen Wandlern auszustrahlenden Signals dienen die von einem oder mehreren Sensoren gelieferten Informationen. Dies sind zum einen Informationen über die Beschaffenheit des zu minimierenden Signals. Hierzu kann zum Beispiel ein Mikrofon verwendet werden, welches das zu minimierende Geräusch erfasst. Zum anderen werden aber auch Informationen über das verbleibende Restsignal benötigt. Auch hierzu können Mikrophone verwendet werden.Transducers, such as speakers produced. The signal radiated by the electro-acoustic transducers is calculated by means of a suitable algorithm and continuously corrected. The basis for the calculation of the signal to be radiated by the electro-acoustic transducers is the information supplied by one or more sensors. These are on the one hand information about the nature of the signal to be minimized. For this purpose, for example, a microphone can be used which detects the noise to be minimized. To the others, however, also need information about the remaining residual signal. Again, microphones can be used.
Eine bekannte Anwendung, bei der Störgeräusche aktiv reduziert werden, sind zum Beispiel von Helikopterpiloten verwendete Kopfhörer. So werden Störgeräusche, die in Kopfhörer von Helikopterpiloten gelangen, aktiv gedämpft, indem Kenntnisse der vom Antrieb der Rotoren stammenden Störgeräusche ausgenutzt werden. Die Signalverarbeitung bei diesen bekannten Kopfhörern ist mit Hilfe von Analogtechnologie realisiert, d.h. die akustischen Signale und deren Verarbeitung erfolgt rein analog.One known application in which noise is actively reduced is, for example, headphones used by helicopter pilots. Thus, noise that comes in headphones from helicopter pilots, actively attenuated by knowledge of the noise generated by the drive of the rotors are used. The signal processing in these known headphones is realized by means of analogue technology, i. the acoustic signals and their processing are purely analog.
Bei den bekannten Kopfhörern ist es möglich, einIt is possible with the known headphones
Nutzsignal, wie zum Beispiel Funkverkehr, beizumischen, da beide Signale analog sind.Useful signal, such as radio traffic to mix, as both signals are analog.
Allen analogen Anwendungen ist gemeinsam, dass sie für eine spezifische Situation optimiert sind. Eine Übertragung auf andere Anwendungen ist in der Regel nicht einfach zu bewerkstelligen. Es ist mithin immer eine Neukonzeption der Hardware erforderlich, wenn Lösungen für neue Anwendungen bereitgestellt werden müssen.All analog applications have in common that they are optimized for a specific situation. A transfer to other applications is usually not easy to accomplish. It is therefore always a new design of the hardware required when solutions for new applications must be provided.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Geräuschreduktion anzugeben, dass die vorstehenden Nachteile nicht aufweist. Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in weiteren Ansprüchen angegeben.The present invention is therefore based on the object of specifying a method for noise reduction, which does not have the above disadvantages. This object is achieved by the features stated in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and a device for carrying out the method are specified in further claims.
Das erfindungsgemässe Verfahren dient zur aktiven Geräuschreduktion in einem Eingangssignal, das einer unbekannten Übertragungsfunktion zugeführt wird. Das Verfahren besteht nun darin, dass die unbekannte Übertragungsfunktion bzw. dessen tatsächlichesThe inventive method is used for active noise reduction in an input signal, which is supplied to an unknown transfer function. The method consists in that the unknown transfer function or its actual
Ausgangssignal mit Hilfe eines adaptiven Prozesses unter Verwendung des Eingangssignals und eines Fehlersignals geschätzt wird. Das Fehlersignal entspricht dabei dem Unterschied zwischen dem geschätzten Ausgangssignal und dem tatsächlichen Ausgangssignal. Ferner wird das geschätzteOutput is estimated using an adaptive process using the input signal and an error signal. The error signal corresponds to the difference between the estimated output signal and the actual output signal. Furthermore, the estimated
Ausgangssignal vom tatsächlichen Ausgangssignal zur Bildung eines geräuschreduzierten Ausgangssignals subtrahiert. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Nutzsignal dem geräuschreduzierten Ausgangssignal überlagert wird, wobei das Nutzsignal das Fehlersignal nicht beeinflusst, und dass ein Berechnungszyklus des adaptiven Prozesses länger als ein Taktintervall des Nutzsignals ist.Subtracts output signal from the actual output signal to form a noise reduced output signal. The invention is characterized in that a useful signal is superimposed on the noise-reduced output signal, wherein the useful signal does not influence the error signal, and that a calculation cycle of the adaptive process is longer than one clock interval of the useful signal.
Damit ist ein flexibles Verfahren geschaffen, das sich sehr schnell auf eine neue Anwendung übertragen lässt.This creates a flexible process that can be quickly transferred to a new application.
Insbesondere muss die hierfür verwendete Hardware nicht geändert werden, sondern eine Anpassung der erforderlichen Algorithmen, die den adaptiven Prozess steuern, reicht aus. Darüber hinaus wird dem Umstand Rechnung getragen, dass eine aktive Geräuschreduktion eine hohe Rechenleistung erfordert. Die Anforderungen an die Rechenleistung sind derweil so hoch, dass die zu verarbeitenden Eingangssignale eine relativ tiefe Abtastrate aufweisen müssen. Eingangssignale mit zu hohen Abtastraten sind demzufolge nicht verarbeitbar. Hohe Abtastraten sind auch deshalb nicht angebracht, weil eine aktive Geräuschreduktion insbesondere bei relativ tiefen Frequenzen zuverlässig funktioniert .In particular, the hardware used for this purpose does not have to be changed, but an adaptation of the required algorithms that control the adaptive process is sufficient. In addition, the fact is taken into account that an active noise reduction high processing power requires. Meanwhile, the demands on the computing power are so high that the input signals to be processed must have a relatively low sampling rate. Input signals with too high sampling rates are therefore not processable. High sampling rates are also not appropriate because an active noise reduction works reliably, especially at relatively low frequencies.
Bei einer Ausführungsvariante des erfindungsgemässenIn an embodiment of the inventive
Verfahrens ist es vorgesehen, dass ein Taktintervall des Eingangssignals an den Berechnungszyklus des adaptiven Prozesses angepasst wird und dass das Taktintervall des geschätzten Ausgangssignals an das Taktintervall des Nutzsignals angepasst wird.Method is provided that a clock interval of the input signal is adapted to the calculation cycle of the adaptive process and that the clock interval of the estimated output signal is adapted to the clock interval of the useful signal.
Damit wird dem Umstand weiter Rechnung getragen, dass aufgrund der verfügbaren Rechenleistung ein reduzierter Verarbeitungszyklus beim adaptiven Prozess erforderlich ist. Im Zusammenhang mit den verwendeten Begriffen "Taktintervall" und "Berechnungszyklus" wird darauf hingewiesen, dass dessen reziproke Werte den jeweiligen Abtastraten entsprechen.This further takes into account the fact that, due to the available computing power, a reduced processing cycle is required in the adaptive process. In the context of the terms "clock interval" and "calculation cycle", it is pointed out that their reciprocal values correspond to the respective sampling rates.
Eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die Anpassung des Taktintervalls des Eingangssignals mit Hilfe eines Dezimationsalgorithmus erfolgt, und, gemäss einer noch weiteren Ausführungsvariante, dass die Anpassung des Taktintervalls des geschätzten Ausgangssignals mit Hilfe eines Interpolationsalgorithmus erfolgt.A further embodiment variant of the method according to the invention consists in that the adjustment of the clock interval of the input signal takes place with the aid of a decimation algorithm, and, according to a still further embodiment variant, that the adaptation of the Clock interval of the estimated output signal using an interpolation algorithm.
Sowohl Dezimationsalgorithinen als auch Interpolationsalgorithmen zur Änderung der Abtastraten von digitalen Signalen sind beispielsweise durch Ronald E. Crochiere und Lawrence R. Rabiner in der Veröffentlichung mit dem Titel "Multirate Digital Signal Processing" (Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1983) beschrieben worden.Both decimation algorithms and interpolation algorithms for changing the sampling rates of digital signals are described, for example, by Ronald E. Crochiere and Lawrence R. Rabiner in the publication titled "Multirate Digital Signal Processing" (Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1983 ).
Ferner zeichnet sich eine weitere Ausführungsform dadurch aus, dass ein zwischen dem Nutzsignal und dem geräuschreduzierten Ausgangssignal vorhandener Laufzeitunterschied mit Hilfe einer adaptiven Verzögerungseinheit korrigiert wird.Furthermore, a further embodiment is characterized in that a time difference existing between the useful signal and the noise-reduced output signal is corrected by means of an adaptive delay unit.
Neben dem erfindungsgemässe Verfahren ist auch eine Vorrichtung mit einem Eingangssignal angegeben, das einer unbekannten Übertragungsfunktion beaufschlagt ist, die ein tatsächliches Ausgangssignal aufweist. Die Vorrichtung umfasst ferner:In addition to the method according to the invention, a device is also provided with an input signal which is acted upon by an unknown transfer function which has an actual output signal. The device further comprises:
- eine adaptive Prozessoreinheit, der das Eingangssignal beaufschlagt ist und ein geschätztes Ausgangssignal aufweist,an adaptive processor unit, which is supplied with the input signal and has an estimated output signal,
- Mittel zur Erzeugung eines Fehlersignals aus dem geschätzten Ausgangssignal und dem tatsächlichen Ausgangssignal und- Means for generating an error signal from the estimated output signal and the actual output signal and
- Mittel zur Erzeugung eines geräuschreduzierten Ausgangssignals, wobei das Fehlersignal der adaptiven Prozessoreinheit beaufschlagt ist. Des Weiteren sind vorhanden:Means for generating a noise-reduced output signal, wherein the error signal of the adaptive processor unit is applied. Furthermore are available:
- eine Nutzsignalquelle zur Erzeugung eines Nutzsignals, und - Mittel zur Überlagerung des Nutzsignals dem geräuschreduzierten Ausgangssignal, wobei ein Berechnungszyklus der adaptiven Prozessoreinheit länger als ein Taktsignal des Nutzsignals ist.- A useful signal source for generating a useful signal, and - Means for superimposing the useful signal to the noise-reduced output signal, wherein a calculation cycle of the adaptive processor unit is longer than a clock signal of the desired signal.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst:Another embodiment of the device according to the invention comprises:
- Mittel zum Anpassen eines Abtastintervalls des Eingangssignals an den Berechnungszyklus der adaptiven Prozessoreinheit und - Mittel zum Anpassen eines Abtastintervalls des geschätzten Ausgangssignals an ein Abtastintervall des Nutzsignals .- Means for adjusting a sampling interval of the input signal to the calculation cycle of the adaptive processor unit and - means for adjusting a sampling interval of the estimated output signal to a sampling interval of the useful signal.
Ein weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Mittel zur Erzeugung eines geräuschreduzierten Ausgangssignals mindestens eine Lautsprechereinheit ist, der das tatsächliche Ausgangssignal und das geschätzte Ausgangssignal beaufschlagt sind.A further embodiment is that the means for generating a noise-reduced output signal is at least one loudspeaker unit, which is acted upon by the actual output signal and the estimated output signal.
Ferner ist es in einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen, dass der mindestens einen Lautsprechereinheit zusätzlich das Nutzsignal beaufschlagt ist.Furthermore, it is provided in a further embodiment that the at least one loudspeaker unit additionally receives the useful signal.
Eine noch weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass das Eingangssignal über eine Analog/Digital-Wandlereinheit den Mittel zum Anpassen des Abtastintervalls des Eingangssignals an den Berechnungszyklus der adaptiven Prozesseinheit beaufschlagt ist und dass das geschätzte Ausgangssignal über eine Digital/Analog-Wandlereinheit den Mitteln zur Erzeugung eines geräuschreduzierten Ausgangssignals beaufschlagt ist.Yet another embodiment of the inventive device is that the Input signal via an analog / digital converter unit is applied to the means for adjusting the sampling interval of the input signal to the calculation cycle of the adaptive processing unit and that the estimated output signal via a digital / analog converter unit is applied to the means for generating a noise-reduced output signal.
Schliesslich besteht eine weitere Ausführungsvariante darin, dass eine erste Filtereinheit vor dem Mittel zum Anpassen des Abtastintervalls des Eingangssignals an den Berechnungszyklus der adaptiven Prozesseinheit angeordnet ist.Finally, another embodiment is that a first filter unit is arranged before the means for adjusting the sampling interval of the input signal to the calculation cycle of the adaptive process unit.
Die vorliegende Erfindung wird anhand vonThe present invention is based on
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen im Folgenden weiter erläutert. Es zeigen:Embodiments with reference to drawings further explained below. Show it:
Fig. 1 ein Blockdiagramm mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Darstellung,1 is a block diagram with an inventive device in a schematic representation,
Fig. 2 ein Blockdiagramm mit einer weiterenFig. 2 is a block diagram with another
Ausführungsvariante, ebenfalls in schematischer Darstellung, undEmbodiment, also in a schematic representation, and
Fig. 3 einen gegenüber den Blockdiagrammen gemäss Fig. 1 und 2 geänderten Teil.Fig. 3 shows a comparison with the block diagrams according to FIGS. 1 and 2 changed part.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung - inklusive Übertragungsfunktion H - zur aktiven Geräuschreduktion ("active noise canceller" - ANC), wobei die Möglichkeit gegeben ist, ein in einer externen Nutzsignalquelle 7 erzeugtes Nutzsignal S beizumischen.1 shows a block diagram with a device according to the invention - including transfer function H - for active noise canceller (ANC), wherein the possibility is given to mix a generated in an external useful signal source 7 useful signal S.
Die Übertragungsfunktion H ist zunächst eine unbekannteThe transfer function H is initially unknown
Grosse, die in einer adaptiven Prozesseinheit 15 geschätzt wird. Alternativ wird ein tatsächliches Ausgangssignal O der Übertragungsfunktion H in der adaptiven Prozesseinheit 15 geschätzt. Die Übertragungsfunktion H wird zur Erläuterung der erfindungsgemässen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet und ist selbst nicht ein Teil des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. der erfindungsgemässen Vorrichtung. Die Übertragungsfunktion H beschreibt ein tatsächliches Ausgangssignal O, das aufgrund eines an der Übertragungsfunktion H angelegtenGreat, which is estimated in an adaptive process unit 15. Alternatively, an actual output O of the transfer function H in the adaptive process unit 15 is estimated. The transfer function H is used to explain the device according to the invention or the method according to the invention and is itself not a part of the method according to the invention or of the device according to the invention. The transfer function H describes an actual output signal O, which is due to a voltage applied to the transfer function H.
Eingangssignals I entsteht. Bezogen auf die in der Beschreibungseinleitung erwähnte Anwendung bei einem Helikopter entspricht das Eingangssignal I dem Helikoptergeräusch, wie es beispielsweise im Cockpit vorzufinden ist, und das tatsächliche Ausgangssignal O dem akustischen Signal, wie es im Kopfhörer noch vorhanden ist. Die Übertragungsfunktion H beschreibt demzufolge die Veränderung des Eingangssignals I durch die Kopfhörerschale. Eine aktive Geräuschreduktion wird nun damit erreicht, dass die Übertragungsfunktion H bzw. dessen Ausgangssignal geschätzt wird. Hierzu ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, das Eingangssignal I über eine Analog/Digital- Wandlereinheit 1, über eine erste Filtereinheit 12 und über eine erste Dezimationseinheit 4 einer adaptiven Prozessoreinheit 15 zugeführt. In der adaptiven Prozessoreinheit 15 wird unter Verwendung eines adaptiven Algorithmus ein geschätztes Ausgangssignal O* bestimmt, das einer Interpolationseinheit 5 zugeführt wird. In der Interpolationseinheit 5 wird eine Taktrate eingestellt, die dem Nutzsignal S entspricht. Damit ist die Voraussetzung geschaffen worden, dass das geschätzte Ausgangssignal 0* und das Nutzsignal S addiert werden können, was in der Additionseinheit 8 geschieht, indem diese sowohl vom geschätzten Ausgangssignal 0* als auch vom Nutzsignal S beaufschlagt ist. Das Ausgangssignal der Additionseinheit 8 wird über eine Digital/Analog-Wandlereinheit 2 einer Superpositionseinheit 14 zugeführt, der das tatsächliche Ausgangssignal 0 ebenfalls zugeführt wird, wobei das geschätzte Ausgangssignal 0* vor der Superposition d.h. vor der Überlagerung mit dem tatsächlichen Ausgangssignal 0* invertiert wird, so dass bei Übereinstimmung der beiden Signale eine Signalauslöschung erfolgt, d.h. das geschätzte Ausgangssignal 0* löscht das tatsächliche Ausgangssignal 0 vollständig aus. Ist keine Übereinstimmung der beiden Signale gegeben, so erfolgt keine Signalauslöschung sondern eine dem Grad der Übereinstimmung entsprechende Reduktion.Input signal I is created. Based on the application in a helicopter mentioned in the introduction to the introduction, the input signal I corresponds to the helicopter noise, as can be found, for example, in the cockpit, and the actual output signal O to the acoustic signal, as is still present in the headphones. The transfer function H therefore describes the change of the input signal I through the headphone shell. Active noise reduction is now achieved by estimating the transfer function H or its output signal. For this purpose, as can be seen from FIG. 1, the input signal I is fed via an analog / digital converter unit 1, via a first filter unit 12 and via a first decimation unit 4 to an adaptive processor unit 15. In the adaptive Processing unit 15 is determined using an adaptive algorithm, an estimated output O *, which is supplied to an interpolation unit 5. In the interpolation unit 5, a clock rate is set, which corresponds to the useful signal S. Thus, the prerequisite has been created that the estimated output signal 0 * and the useful signal S can be added, which happens in the addition unit 8 by this is acted upon by both the estimated output signal 0 * and the useful signal S. The output signal of the addition unit 8 is supplied via a digital / analog converter unit 2 to a superposition unit 14, to which the actual output signal 0 is likewise supplied, whereby the estimated output signal 0 * is inverted before the superposition ie before the superimposition with the actual output signal 0 *. so that upon coincidence of the two signals, a signal cancellation, ie the estimated output signal 0 * clears the actual output signal 0 completely. If there is no coincidence of the two signals, then no signal cancellation takes place but a reduction corresponding to the degree of agreement.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Superpositionseinheit 14 als Teil eines Modells anzusehen ist, das die Situation - wiederum mit Bezug auf das Helikopterbeispiel - im durch die Ohrmuschel beschriebenen Raum beschreibt. Tatsächlich wird das geschätzte Ausgangssignal 0* auf eine, gegebenenfalls auf mehrere Lautsprechereinheiten (in Fig. 1 nicht dargestellt) zur Erzeugung eines akustischen Signals gegeben. Die Signallöschung (bei vollständiger Übereinstimmung von tatsächlichem und geschätztem Ausgangssignal) bzw. die Signalreduktion (bei noch unterschiedlichen Signalen) erfolgt im geschlossenen Raum.It should be noted that the superposition unit 14 is to be regarded as part of a model which describes the situation - again with reference to the helicopter example - in the space described by the auricle. In fact, the estimated output signal 0 * is applied to one, possibly to a plurality of loudspeaker units (not shown in Fig. 1) for generating an acoustic signal. The signal cancellation (at full Coincidence of actual and estimated output signal) or the signal reduction (with still different signals) takes place in the closed space.
Damit sich die adaptive Prozessoreinheit 15 bzw. die in dieser durchgeführten Berechnungen laufend der sich allenfalls ändernden Übertragungsfunktion H angepasst werden kann, wird ein Fehlersignal ε an die adaptive Prozessoreinheit 15 zurückgeführt. Darin wird das geschätzte Ausgangssignal O* bzw. die in der adaptiven Prozessoreinheit 15 geschätzte Übertragungsfunktion so lange optimiert, bis das Fehlersignal ε ein Minimum erreicht hat.In order that the adaptive processor unit 15 or the calculations carried out in it can be adapted continuously to the possibly changing transfer function H, an error signal ε is fed back to the adaptive processor unit 15. Therein, the estimated output signal O * or the transfer function estimated in the adaptive processor unit 15 is optimized until the error signal ε has reached a minimum.
Erfindungsgemäss wird ein Nutzsignal S einem geräuschreduzierten Ausgangssignal Q überlagert. Dies muss bei der Berechnung des Fehlersignals ε berücksichtigt werden, wobei dies durch eine Subtraktionseinheit 9 bewerkstelligt wird, der einerseits das Nutzsignal S der Nutzsignalquelle 7 anderseits das beispielsweise mit einem Mikrophon (in Fig. 1 nicht dargestellt) aufgenommene und mit einer zweiten Analog/Digital-Wandlereinheit 3 konvertierte geräuschreduzierte Ausgangssignal Q zugeführt wird. Als Folge der Überlagerung des Nutzsignals S und des geschätzten Ausgangssignals 0* zur Bildung des tatsächlichen Ausgangssignals O muss bei der Erzeugung des Fehlersignals ε das Nutzsignal S subtrahiert werden, was in der Subtraktionseinheit 9 wie vorstehend beschrieben erfolgt. Da die Digital/Analog-Wandlereinheit 2 und die Analog/Digital-Wandlereinheit 3 mit der gleichen Taktrate betrieben werden, ist das dem Fehlersignal ε entsprechende Ausgangssignal der Subtraktionseinheit 9 vor einer Übergabe an die adaptive Prozessoreinheit 15 an deren Berechnungszyklus anzupassen. Hierzu ist eine zweite Dezimationseinheit 6 vorgesehen, welche die erforderliche Anpassung in den Taktraten bzw. in den Taktintervallen vornimmt .According to the invention, a useful signal S is superimposed on a noise-reduced output signal Q. This must be taken into account in the calculation of the error signal ε, this being done by a subtraction unit 9, on the one hand the useful signal S of the useful signal source 7 on the other hand, for example, with a microphone (not shown in Fig. 1) and recorded with a second analog / digital Converter unit 3 converted noise-reduced output signal Q is supplied. As a result of the superposition of the useful signal S and the estimated output signal 0 * to form the actual output signal O, the useful signal S must be subtracted during the generation of the error signal ε, which takes place in the subtraction unit 9 as described above. Since the digital / analog converter unit 2 and the analog / digital converter unit 3 at the same clock rate to be operated, the output signal of the subtraction unit 9 corresponding to the error signal ε must be adapted to its calculation cycle before being passed to the adaptive processor unit 15. For this purpose, a second decimation unit 6 is provided, which carries out the required adaptation in the clock rates or in the clock intervals.
Damit so genannte Antialiasing-Effekte verhindert werden können, ist in der Ausführungsvariante gemäss Fig. 1 vor der ersten Dezimationseinheit 4 und/oder vor der zweiten Dezimationseinheit 6 eine erste und/oder eine zweite Filtereinheit 12, 13 vorgesehen.So that so-called antialiasing effects can be prevented, a first and / or a second filter unit 12, 13 is provided in the embodiment according to FIG. 1 before the first decimation unit 4 and / or before the second decimation unit 6.
In Fig. 1 ist die adaptive Prozessoreinheit 15 strichliniert dargestellt. Innerhalb der strichlinierten Umrahmung sind zwei Komponenten der adaptiven Prozessoreinheit 15 dargestellt, wobei eine einstellbare Übertragungsfunktion W und eine mit dieser wirkverbundenen Fehlerberechnungseinheit LMS vorhanden sind. Die einstellbare Übertragungsfunktion W stimmt im Idealfall mit der Übertragungsfunktion H überein. Nur dann entspricht das geschätzte Ausgangssignal 0* dem tatsächlichen Ausgangssignal O und eine vollständige Signalauslöschung ist das Resultat. Bei Ungleichheit erfolgt eine entsprechend reduzierte Signalauslöschung bzw. lediglich eine Signalreduktion. Die Fehlerberechnungseinheit LMS wirkt derart auf die einstellbare Übertragungsfunktion W ein, dass eine möglichst grosse Signalreduktion oder sogar eine vollständige Signallöschung erhalten wird. Hierzu eignet sich beispielsweise ein so genannter LMS- (Least Mean Square) -Algorithmus, wobei es sich hierbei um eine von vielen möglichen Realisierungsvarianten handelt. Grundsätzlich sind die aus der adaptiven Signalverarbeitung bekannten Algorithmen zur Bestimmung des geschätzten Ausgangssignals, wie sie beispielsweise von Ronald E. Crochiere und Lawrence R. Rabiner in der Veröffentlichung mit dem Titel "Multirate Digital Signal Processing" (Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1983) beschrieben worden sind, in der adaptiven Prozessoreinheit 15 verwendbar.In Fig. 1, the adaptive processor unit 15 is shown in dashed lines. Within the dashed frame two components of the adaptive processor unit 15 are shown, wherein an adjustable transfer function W and an associated with this error calculation unit LMS are present. The adjustable transfer function W ideally coincides with the transfer function H. Only then does the estimated output 0 * correspond to the actual output O and complete signal cancellation is the result. In case of inequality, a correspondingly reduced signal cancellation or only a signal reduction takes place. The error calculation unit LMS acts on the adjustable transfer function W in such a way that the largest possible signal reduction or even a complete signal cancellation is obtained. For this For example, a so-called LMS (Least Mean Square) algorithm is suitable, although this is one of many possible implementation variants. Basically, the algorithms known from adaptive signal processing for determining the estimated output signal, as described, for example, by Ronald E. Crochiere and Lawrence R. Rabiner in the publication titled "Multirate Digital Signal Processing" (Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, US Pat. New Jersey, 1983) can be used in the adaptive processor unit 15.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die zwei Analog/Digital-Wandlereinheiten 1 und 3 ein beispielsweise mit einem Mikrophon (in Fig. 1 nicht dargestellt) aufgezeichnetes analoges Signal in entsprechende digitale Signale umwandeln. Ferner wird ein berechnetes digitales Signal, nämlich das geschätzte Ausgangssignal 0*, mit der Digital/Analog-Wandereinheit 2 in ein analoges Signal gewandelt, das beispielsweise einem Lautsprecher (in Fig. 1 nicht dargestellt) beaufschlagt wird. Da die Wandlereinheiten 1, 2 und 3 Teil desselben CODEC sind, werden sie mit identischer Abtastrate betrieben.It has already been pointed out that the two analog / digital converter units 1 and 3 convert an analog signal recorded for example with a microphone (not shown in FIG. 1) into corresponding digital signals. Furthermore, a calculated digital signal, namely the estimated output signal 0 *, is converted by the digital / analogue converter unit 2 into an analogue signal which, for example, is applied to a loudspeaker (not shown in FIG. 1). Since the converter units 1, 2 and 3 are part of the same CODEC, they are operated at the same sampling rate.
Der CODEC muss mit einer hohen Abtastrate arbeiten, sobald das Nutzsignal S entsprechende qualitative Ansprüche befriedigen soll, wie es zum Beispiel bei Musik der Fall ist. Bei CD-Qualität beträgt die Abtastrate 44,1 kHz. Demzufolge sind die Wandlereinheiten 1 bis 3 ebenfalls mit dieser Taktfrequenz von 44,1 kHz zu betreiben. Der in der adaptiven Prozessoreinheit 15 verwendete Algorithmus arbeitet hingegen mit wesentlich tieferen Frequenzen, beispielsweise mit 8 kHz. Diese Umwandlung wird, wie erwähnt, von den Dezimationseinheiten 4 und 6 durchgeführt. Die Interpolationseinheit 5 wandelt das der adaptivenThe CODEC has to work with a high sampling rate as soon as the useful signal S is to satisfy corresponding qualitative requirements, as is the case, for example, with music. For CD quality, the sampling rate is 44.1 kHz. Consequently, the converter units 1 to 3 are also operated with this clock frequency of 44.1 kHz. The Indian By contrast, the algorithm used by adaptive processor unit 15 operates at much lower frequencies, for example at 8 kHz. This conversion is, as mentioned, performed by the decimation units 4 and 6. The interpolation unit 5 converts the adaptive one
Prozessoreinheit 15 geschätzte Ausgangssignal, welches eine Abtastrate von 8 kHz hat, in die für die Wiedergabe von Musik nötigen 44,1 kHz um.Processor unit 15 estimated output signal, which has a sampling rate of 8 kHz, in the 44.1 kHz necessary for the reproduction of music.
Damit weisen die der Additionseinheit 8 und derThus, the addition of the unit 8 and the
Subtraktionseinheit 9 zugeführten Signale eine identische Abtastrate auf. Als Folge davon lassen sich die Signale problemlos addieren bzw. subtrahieren.Subtracting unit 9 applied to an identical sampling rate. As a result, the signals can be easily added or subtracted.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsvariante der vorliegendenFig. 1 shows an embodiment of the present invention
Erfindung, bei der Antialiasing-Effekte vermieden werden. Hierfür sind in erwähnter Weise Filtereinheiten 12 und 13 vor den jeweiligen Dezimationseinheiten 4, respektive 6, vorgesehen. Die beiden Filtereinheiten 12 und 13 sorgen nun dafür, dass die nachfolgenden Dezimationseinheiten 4 und 6 nur relevante Signalanteile berücksichtigen, indem sie alle Signalanteile oberhalb der Hälfte der reduzierten Abtastrate herausfiltern, in diesem Fall also alle Signalanteile oberhalb 4 kHz.Invention in which antialiasing effects are avoided. For this purpose filter units 12 and 13 are provided in front of the respective decimation units 4 and 6, respectively. The two filter units 12 and 13 now ensure that the following decimation units 4 and 6 take into account only relevant signal components by filtering out all signal components above half of the reduced sampling rate, in this case all signal components above 4 kHz.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, bei der keine Filtereinheiten 12 und 13 vorgesehen sind. Entsprechend ist hier eine Verschlechterung der Signalverarbeitung, insbesondere in der adaptiven Prozessoreinheit 15, zu erwarten, weil bei dieser Variante mit Antialiasing-Effekten gerechnet werden muss .Fig. 2 shows an embodiment of the present invention, in which no filter units 12 and 13 are provided. Accordingly, a deterioration of the signal processing, in particular in the adaptive processor unit 15, to be expected here, because at this variant must be reckoned with antialiasing effects.
Fig. 3 zeigt einen geänderten Teil des in Fig. 1 und 2 gezeigten Blockdiagramms. So ist im Signalpfad zwischen der Additionseinheit 8 und der Subtraktionseinheit 9 vor dessen Eingang eine adaptive Verzögerungseinheit 20 enthalten, um eine Verzögerung des Nutzsignals S kompensieren zu können. Die Verzögerung des Nutzsignals S entsteht im Signalpfad über die Additionseinheit 8, die Digital/Analog-FIG. 3 shows a modified part of the block diagram shown in FIGS. 1 and 2. Thus, an adaptive delay unit 20 is included in the signal path between the addition unit 8 and the subtraction unit 9 before its input in order to be able to compensate for a delay of the useful signal S. The delay of the useful signal S arises in the signal path via the addition unit 8, the digital / analogue
Wandlereinheit 2 und die Analog/Digital-Wandlereinheit 3. Dementsprechend muss das Nutzsignal S, das direkt der Subtraktionseinheit 9 zugeführt wird, verzögert werden, damit eine exakte Berechnung des Fehlersignals ε möglich ist.Converter unit 2 and the analog / digital converter unit 3. Accordingly, the useful signal S, which is fed directly to the subtraction unit 9, delayed, so that an accurate calculation of the error signal ε is possible.
Eine flexible Anpassung der Hardware der vorliegenden Erfindung erfordert eine digitale Realisierung der aktiven Geräuschreduktionseinheit. Da bei solchen aktiven Geräuschreduktionseinheiten ohnehin Lautsprecher vorhanden sind, ist eine Integration anderer akustischer Signale, wie zum Beispiel Sprache oder Musik, erwünscht.A flexible adaptation of the hardware of the present invention requires a digital implementation of the active noise reduction unit. Since loudspeakers are already present in such active noise reduction units, integration of other acoustic signals, such as speech or music, is desired.
Wie bereits darauf hingewiesen worden ist, sind die beispielsweise mit Mikrophonen erfassten Signale analog und müssen zur weiteren Verarbeitung mit der adaptiven Prozessoreinheit in ein digitales Format umgewandelt werden. CODECs stellen hierzu eine effiziente Variante dar. Sie sind günstig und für Audioanwendungen optimiert und besitzen ausserdem mehrere Kanäle. Ein CODEC wird auf allen Kanälen mit identischer Abtastrate betrieben. Als CODEC eignen sich beispielsweise die Algorithmen mit den Bezeichnungen TLV 320 AIC 23 oder TLV 320 AIC 25, welche von der Firma Texas Instruments Inc. entwickelt worden sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung dieser Algorithmen eingeschränkt.As has already been pointed out, the signals detected for example with microphones are analog and must be converted into a digital format for further processing with the adaptive processor unit. CODECs are an efficient option for this purpose. They are cheap and optimized for audio applications and also have several channels. A CODEC will open all channels with identical sampling rate. Examples of suitable CODECs are the algorithms with the designations TLV 320 AIC 23 or TLV 320 AIC 25, which have been developed by Texas Instruments Inc. However, the present invention is not limited to the use of these algorithms.
Die Verwendung von herkömmlichen Wandlereinheiten anstelle von CODEC 's für jeden Kanal ist grundsätzlich denkbar, wobei dann für jeden Kanal eine individuelle Abtastrate eingestellt werden kann.The use of conventional converter units instead of CODECs for each channel is basically conceivable, in which case an individual sampling rate can be set for each channel.
Die Anpassung der Taktraten bzw. der Taktintervalle können in einer digitalen Signalverarbeitungseinheit (DSP - Digital Signal Processor) vorgenommen werden, der bei einer Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Berechnung der adaptiven Prozesse ohnehin vorhanden ist. Damit entfallen zusätzliche Kosten, die ansonsten für die Dezimationseinheiten bzw. die Interpolationseinheiten aufgewendet werden müssen. The adaptation of the clock rates or of the clock intervals can be carried out in a digital signal processing unit (DSP - Digital Signal Processor), which is present in any case in a variant of the inventive apparatus for calculating the adaptive processes. This eliminates additional costs that otherwise have to be expended for the decimation units or the interpolation units.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur aktiven Geräuschreduktion in einem Eingangssignal (I), das einer unbekannten Übertragungsfunktion (H) zugeführt wird, wobei das Verfahren darin besteht, dass die unbekannte Übertragungsfunktion (H) bzw. dessen tatsächliches Ausgangssignal (0) mit Hilfe eines adaptiven Prozesses unter Verwendung des Eingangssignals (I) und eines Fehlersignals (ε) geschätzt wird, wobei das FehlersignalA method for active noise reduction in an input signal (I) which is fed to an unknown transfer function (H), the method being that the unknown transfer function (H) or its actual output signal (0) by means of an adaptive process Using the input signal (I) and an error signal (ε) is estimated, the error signal
(ε) dem Unterschied zwischen dem geschätzten Ausgangssignal (O*) und dem tatsächlichen Ausgangssignal (0) entspricht, und dass das geschätzte Ausgangssignal (0*) vom tatsächlichen Ausgangssignal (0) zur Bildung eines geräuschreduzierten Ausgangssignals (Q) subtrahiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nutzsignal (S) dem geräuschreduzierten Ausgangssignal (Q) überlagert wird, wobei das Nutzsignal (S) das Fehlersignal (ε) nicht beeinflusst, und dass ein Berechnungszyklus des adaptiven Prozesses länger als ein Taktintervall des Nutzsignals (S) ist.(ε) corresponds to the difference between the estimated output (O *) and the actual output (0) and that the estimated output (0 *) is subtracted from the actual output (0) to form a noise reduced output (Q), characterized in that a useful signal (S) is superimposed on the noise-reduced output signal (Q), wherein the useful signal (S) does not influence the error signal (ε) and that a calculation cycle of the adaptive process is longer than one clock interval of the useful signal (S).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Taktintervall des Eingangssignals (I) an den Berechnungszyklus des adaptiven Prozesses angepasst wird und dass das Taktintervall des geschätzten Ausgangssignals (0*) an das Taktintervall des Nutzsignals (S) angepasst wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a clock interval of the input signal (I) is adapted to the calculation cycle of the adaptive process and that the clock interval of the estimated output signal (0 *) to the clock interval of the useful signal (S) is adjusted.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Taktintervalls des Eingangssignals (I) it Hilfe eines Dezimationsalgorithmus erfolgt.3. The method according to claim 2, characterized in that the adaptation of the clock interval of the input signal (I) by means of a decimation algorithm.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Taktintervalls des geschätzten Ausgangssignals (O*) mit Hilfe eines Interpolationsalgorithmus erfolgt .4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the adaptation of the clock interval of the estimated output signal (O *) takes place with the aid of an interpolation algorithm.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Nutzsignal (S) und dem geräuschreduzierten Ausgangssignal (Q) vorhandener Laufzeitunterschied mit Hilfe einer Verzögerungseinheit (20) korrigiert wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that between the useful signal (S) and the noise-reduced output signal (Q) existing delay difference is corrected by means of a delay unit (20).
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Eingangssignal (I), das einer unbekannten Übertragungsfunktion (H) beaufschlagt ist, die ein tatsächliches Ausgangssignal (O) aufweist, ferner:6. An apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 5 with an input signal (I), which is applied to an unknown transfer function (H) having an actual output signal (O), further:
- eine adaptive Prozessoreinheit (15) , der das Eingangssignal (I) beaufschlagt ist und ein geschätztes Ausgangssignal (0*) aufweist,an adaptive processor unit (15), which is supplied with the input signal (I) and has an estimated output signal (0 *),
- Mittel zur Erzeugung eines Fehlersignals (ε) aus dem geschätzten Ausgangssignal (0*) und dem tatsächlichen- Means for generating an error signal (ε) from the estimated output signal (0 *) and the actual
Ausgangssignal (0) undOutput signal (0) and
- Mittel (14) zur Erzeugung eines geräuschreduzierten Ausgangssignals (Q) , wobei das Fehlersignal (ε) der adaptiven Prozessoreinheit (15) beaufschlagt ist, gekennzeichnet durch- means (14) for generating a noise-reduced output signal (Q), wherein the error signal (ε) of the adaptive processor unit (15) is acted upon, marked by
- eine Nutzsignalquelle (7) zur Erzeugung eines Nutzsignals (S) , und- A useful signal source (7) for generating a useful signal (S), and
- Mittel zur Überlagerung des Nutzsignals (S) dem geräuschreduzierten Ausgangssignal (Q) , wobei ein Berechnungszyklus der adaptiven Prozesseinheit (15) länger als ein Taktsignal des Nutzsignals (S) ist.- Means for superimposing the useful signal (S) the noise-reduced output signal (Q), wherein a calculation cycle of the adaptive process unit (15) is longer than a clock signal of the useful signal (S).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner gekennzeichnet durch - Mittel (4) zum Anpassen eines Abtastintervalls des7. Apparatus according to claim 6, further characterized by - means (4) for adjusting a sampling interval of
Eingangssignals (I) an den Berechnungszyklus der adaptiven Prozesseinheit (15) undInput signal (I) to the calculation cycle of the adaptive process unit (15) and
- Mittel (5) zum Anpassen eines Abtastintervalls des geschätzten Ausgangssignals (O*) an ein Abtastintervall des Nutzsignals (S) .- Means (5) for adjusting a sampling interval of the estimated output signal (O *) to a sampling interval of the useful signal (S).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14) zur Erzeugung eines geräuschreduzierten Ausgangssignals (Q) mindestens eine Lautsprechereinheit ist, der das tatsächliche8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the means (14) for generating a noise-reduced output signal (Q) is at least one speaker unit, the actual
Ausgangssignal (O) und das geschätzte Ausgangssignal (0*) beaufschlagt sind.Output signal (O) and the estimated output signal (0 *) are applied.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Lautsprechereinheit zusätzlich das Nutzsignal (S) beaufschlagt ist.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the at least one loudspeaker unit in addition to the useful signal (S) is acted upon.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal (I) über eine Analog/Digital-Wandlereinheit (1) den Mittel (4) zum Anpassen des Abtastintervalls des Eingangssignals (I) an den Berechnungszyklus der adaptiven Prozesseinheit (15) beaufschlagt ist und dass das geschätzte Ausgangssignal (O*) über eine Digital/Analog-Wandlereinheit (2) den Mitteln (14) zur Erzeugung eines geräuschreduzierten Ausgangssignals (Q) beaufschlagt ist.10. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the input signal (I) via an analog / digital converter unit (1) the means (4) for Adjustment of the sampling interval of the input signal (I) to the calculation cycle of the adaptive processing unit (15) is applied and that the estimated output signal (O *) via a digital / analog converter unit (2) the means (14) for generating a noise-reduced output signal (Q ) is acted upon.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Filtereinheit (12) vor den Mittel (4) zum Anpassen des Abtastintervalls des Eingangssignals (I) an den Berechnungszyklus der adaptiven Prozesseinheit (15) angeordnet ist. 11. The device according to claim 7, characterized in that a first filter unit (12) before the means (4) for adjusting the sampling interval of the input signal (I) to the calculation cycle of the adaptive process unit (15) is arranged.
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