EP4002871A1 - Verfahren zur adaption von anc-kopfhörern - Google Patents

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EP4002871A1
EP4002871A1 EP20207549.5A EP20207549A EP4002871A1 EP 4002871 A1 EP4002871 A1 EP 4002871A1 EP 20207549 A EP20207549 A EP 20207549A EP 4002871 A1 EP4002871 A1 EP 4002871A1
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EP
European Patent Office
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filter
headphones
anc
signal processor
complementary
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20207549.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Perkmann
Daniel Wöhrer
Ludwig KOLLENZ
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.)
Austrian Audio GmbH
Original Assignee
Austrian Audio GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to EP21207962.8A priority patent/EP4002875A1/de
Priority to US17/454,782 priority patent/US11587543B2/en
Publication of EP4002871A1 publication Critical patent/EP4002871A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04R2460/01—Hearing devices using active noise cancellation

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting or calibrating ANC headphones, according to the preamble of claim 1 and WO 2010/049241 A1 .
  • the final setting of the level can also change the changes that occur over the life of a headphone, be it the quality of the shielding by the headphone shells or their cushions, be it electronic drift in the amplifiers or the loudspeaker or the microphone due to aging processes necessary moving membranes etc. are taken into account.
  • ANC headphones are tuned by measuring the impulse responses of prototypes and determining "mean" (optimized) filter characteristics, which are programmed accordingly on the signal processors (usually ANC ICs). These filter characteristics are used in all headphones in this series.
  • the real impulse response is measured piece by piece and the gain of the ANC microphone is adjusted as best as possible to the difference between the measurement results and the desired end result.
  • ANC headphones are also understood to mean earphones, so-called in-ear, earbud, on-ear and circumaural-ear headphones and also hearing aids of all kinds.
  • a desired transmission path is determined during the development of the headphones, the transmission paths of the produced ANC headphones are measured, (recursive) filters for the signal processor are determined from the measurements so that the headphones have the desired (ideal) transmission path, which The filter coefficients and/or amplification factors determined in this way are stored or activated on the signal processor.
  • the method according to the invention includes that in the course of the measurement of the finished product the filter characteristics are changed and adapted to the respective individual product, which is made possible by the structure of the signal processor because they have Bluetooth or other wireless connection options, or via a galvanic interface such as USB or similar are accessible. Since the measurement results are available in digital form and are processed digitally (without this being absolutely necessary), it is easy to adapt the digital filter coefficients of the signal processor as desired using these data transmission options.
  • the desired filter properties are not only tuned to reduce external noise as completely as possible, but also always take stability into account in order to avoid all types of clipping and rattling.
  • the transfer functions determined in this way are broken down into second-order polynomials, which makes it possible to use the biquadratic cascades that are frequently used in signal processors.
  • the method according to the invention uses IIR filters since these require significantly less computing power and memory than FIR filters with the same result. In addition, some ICs only allow IIR filters, so this method can be used universally.
  • This can be a feedforward, feedback or hybrid system.
  • a measuring system determines the impulse responses of the transmission paths (feedforward and feedback). This can be done using all the usual methods, such as excitation using chirps or noise, but is not limited to these.
  • the known characteristics of the microphones and the driver, which are already available, must be added (by means of convolution) to the determined impulse responses of the passive sections.
  • x(n) is the transmission path from the speaker of the ANC headphones to the extinction point of the feedforward ANC system (coupler microphone, artificial head microphone, real head with probe microphone, or similar) and m(n) is the transmission path correspond to the feedforward microphone.
  • the target function p(n) corresponds to the passive transmission path to the point of extinction. From the existing three paths x(n), m(n) and p(n), the desired complementary function f(n) be calculated by deconvolution and then approximated by the method according to the invention.
  • the feedback path is determined by achieving a target impulse response t(n) through deconvolution.
  • H n ⁇ i n t n
  • the measured real impulse response h(n) also known as the secondary path (corresponding to the transmission path between ANC headphones, loudspeaker and feedback microphone), folded with the calculated impulse response i(n) results in the target function t(n).
  • the impulse responses for feedforward and feedback are given.
  • the individual functions and the resulting already approximated complementary filter impulse response are in Fig.4 shown.
  • a given impulse response can be viewed as an FIR filter of the length of the impulse response, with the values of each sample acting as the filter coefficients.
  • a given integrated circuit does not necessarily have the ability to use an FIR filter for ANC due to hardware limitations (such filters require too many taps).
  • an IIR filter on the other hand, it is already possible because the feedback structure requires fewer taps. It is therefore advantageous to approximate the given impulse response using an IIR polynomial.
  • the Prony method in Fig.1 shown, used, which approximates the given impulse response by exponentially damped cosine oscillations.
  • the invention is not limited to the Prony method.
  • the determined transfer function has more coefficients than required: ANC filters are usually defined up to 2kHz, since good passive damping can be expected above this. Optionally, the order of the transfer function can be reduced.
  • Impulse responses are typically recorded at a lower sample rate than used in the ANC system. 44.1 or 48kHz are common, while an ANC system is more likely to be clocked at 192 or 384kHz.
  • the determined IIR filter must therefore be scaled from e.g. 48kHz to 384kHz, whereby the frequency response in absolute terms (in Hz) should remain the same (in a relevant range).
  • the scaling of an IIR filter is not obvious because the transfer function has to change.
  • the method proposed here uses poles and zeros of the transfer function H(z).
  • the DC component (0Hz) can be found at the (Cartesian) coordinate 1 + 0j, while half the sampling frequency can be found at -1 + 0j (Nyquist frequency).
  • the Nyquist frequency is 24kHz. In radians it is ⁇ , which is half the unit circle.
  • ⁇ is half the unit circle.
  • ⁇ equals 192kHz. That means there is more bandwidth (in Hz) in the same range in radians.
  • poles/zeros which are at the Nyquist frequency for the low sampling rate: Since this moves for the higher sampling rate (from ⁇ to ⁇ ⁇ ), these poles/zeros must also move and be mirrored along the abscissa by a real value get filters. This process can result in more zeros than poles, resulting in an ill-defined transfer function. Add poles close to the origin point so that their influence is small but the transfer function becomes well defined. It is known that a polynomial with more coefficients in the numerator than in the denominator is not well defined since it would be anti-causal.
  • the scaling can be done after the decomposition into biquadratic filters.
  • the decomposition can be done using partial fractions.
  • the feedback filter is programmed in the signal processor of a feedback ANC system with the coefficients of the calculated complementary function approximated according to the above description.
  • This programming is usually accomplished via the development environment of the respective signal processors (ANC ICs) or by importing firmware provided with the coefficients using the methods already explained.
  • the invention can be modified and changed in various ways, so the measuring device can have or consist of any other arrangement of microphones in addition to the possibilities mentioned of an artificial head, etc., as long as only the required data are recorded that are familiar to the person skilled in the art with knowledge of the invention.
  • Approximation methods other than the Prony method mentioned and presented can be used, in particular if other filters and signal processors than those mentioned in the description are present, analog methods can also be used, even if this is not customary at the moment, it is nevertheless easily transferrable for the person skilled in the art with knowledge of the invention.
  • Adjustments to headphones that have been in use for a long time are also possible without any problems.
  • Embodiments of the invention provide, for example, that in step b) the transmission links are measured digitally at the sampling rate of the measuring system, that the ANC headphones have a clock rate given by the digital signal processor, that the clock rate is higher than the sampling rate and that the /the approximated ANC filter(s) are scaled in the ratio of the sampling rate to the clock rate, whereby the frequency response of the approximated complementary filter(s) remains the same in absolute terms, in Hertz.
  • a further embodiment provides that in step e) the order of the approximated complementary filter/s is/are higher than the signal processor(s) can process and that the order of the approximated complementary filter/s is suitable for the performance of the signal processor(s) is reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung bzw. Anpassung eines ANC-Kopfhörers der über zumindest einen Signalprozessor verfügt, auf dem zumindest ein Filter, insbesondere ein IIR-Filter, und dessen Parameter gespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst:a) Aufsetzen des Kopfhörers auf ein Messmittel, beispielsweise einen Kuppler, einen Kunstkopf mit Messmikrofonen, einen realen Kopf mit Sondenmikrofonen, mit einer Datenübertragung und einer EDV,b) Vermessen der relevanten Übertragungsstrecken, unter Anregen des ANC-Kreises des Kopfhörers, beispielsweise durch Chirpen oder Rauschen,c) Definition zumindest einer Zielfunktion zur Kalkulation der Komplementärfunktion zumindest einer Übertragungsstrecke der ANC-Kreis des Kopfhörers,d) Berechnen der Impulsantwort der Komplementärfunktion/en aus den Messungen der relevanten Übertragungsstrecken,e) Approximation der Parameter des/der Filter/s, die zum Erreichen der Komplementärfunktion/en notwendig sind,f) Eingeben bzw. Aktivieren der berechneten Parameter im Signalprozessor

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung bzw. Kalibrierung eines ANC-Kopfhörers, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 und der WO 2010/049241 A1 .
  • Diese Druckschrift, entsprechend der US 9,779,714 schlägt vor, dass im Zuge der Herstellung eines ANC-Kopfhörers dieser mit einem aus Versuchen abgeleiteten Filter (entsprechend einem Equalizer) auf einen Kunstkopf mit Mikrofonen aufgesetzt wird, dass das von den Lautsprechern abgestrahlte Signal bei Auftreten (bekannten) äußeren Lärms festgestellt wird, und dass durch Einstellung des Verstärkungspegels des ANC-Mikrofons eine bestmögliche Löschung des Umgebungslärms erzielt wird. Diese Einstellung des Mikrofons wird sodann für die Lebensdauer des Kopfhörers verwendet.
  • Trotz der Einfachheit dieses Verfahrens haften ihm einige Mängel an, insbesondere können keinerlei Abweichungen in der Charakteristik vom Versuchshörer berücksichtigt werden. Durch die endgültige Einstellung des Pegels können auch die im Laufe des Lebens eines Kopfhörers auftretenden Änderungen, sei es die Qualität der Abschirmung durch die Kopfhörerschalen bzw. deren Polster, sei es elektronische Drift bei den Verstärkern oder beim Lautsprecher oder beim Mikrofon durch Alterungsprozesse der dabei unbedingt notwendigen, bewegten Membranen etc. berücksichtigt werden.
  • Allgemein kann zum Stand der Technik gesagt werden, dass die Abstimmung von ANC-Kopfhörern durch Messen der Impulsantworten von Prototypen und Bestimmung "mittlerer" (optimierter) Filtercharakteristiken erfolgt, die auf den Signalprozessoren (in der Regel ANC-ICs) entsprechend programmiert werden. Diese Filtercharakteristiken werden bei allen Kopfhörern dieser Serie verwendet. Im Zuge der Herstellung der eigentlichen Produkte wird Stück für Stück die reale Impulsantwort gemessen und es wird die Verstärkung des ANC-Mikrofons bestmöglich an den Unterschied von Messergebnissen und gewünschten Endresultat angepasst.
  • Unter ANC-Kopfhörer werden in der Anmeldung und den Ansprüchen auch Ohrhörer, sogenannte In-Ear, Earbud, On-Ear und Circumaural-Ear Hörer und auch Hörgeräte aller Art verstanden.
  • Es ist Ziel und Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, das in der Lage ist auch derartige Abweichungen sowie Unterschiede zu der gewünschten, für das jeweilige Einzel-Produkt idealen, Filtercharakteristik zu berücksichtigen.
  • Diese Ziele werden erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Kennzeichen erreicht, mit anderen Worten; es wird eine anzustrebende Übertragungsstrecke im Zuge der Entwicklung des Kopfhörers festgelegt, es werden die Übertragungsstrecken des produzierten ANC-Kopfhörers gemessen, aus den Messungen werden (rekursive) Filter für den Signalprozessor so ermittelt, dass der Kopfhörer die angestrebte (idealen) Übertragungsstrecke aufweist, die so ermittelten Filterkoeffizienten und/oder Verstärkungsfaktoren werden am Signalprozessor gespeichert bzw. aktiviert.
  • Genauer ausgeführt, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung bzw. Anpassung eines ANC-Kopfhörers, der über zumindest einen Signalprozessor verfügt, auf dem zumindest ein Filter, insbesondere ein IIR-Filter, und dessen Parameter gespeichert sind, folgende Schritte:
    1. a) Aufsetzen des Kopfhörers auf ein geeignetes Messmittel, (beispielsweise einen Kuppler, einen Kunstkopf mit Messmikrofonen, einen realen Kopf mit Sondenmikrofonen) mit einer Datenübertragung und einer analogen oder digitalen EDV,
    2. b) Vermessung der relevanten Übertragungsstrecken unter Anregen des ANC Kreises des Kopfhörers, beispielsweise durch Chirpen oder Rauschen,
    3. c) Definition zumindest einer Zielfunktion zur Kalkulation der Komplementärfunktion zumindest einer Übertragungsstrecke der ANC Anwendung,
    4. d) Berechnen der Impulsantwort der Komplementärfunktion/en aus den Messungen der relevanten Übertragungsstrecken,
    5. e) Approximation der Parameter des/der Filter/s, die zum Erreichen der Komplementärfunktion/en notwendig sind,
    6. f) Eingeben bzw. Aktivieren der berechneten Parameter im Signalprozessor
  • Allgemein gesagt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren, dass im Zuge der Messung beim fertigen Produkt die Filtercharakteristik geändert und an das jeweilige Einzel-produkt angepasst wird, was durch die Struktur der Signalprozessor ermöglicht ist, weil diese über Bluetooth oder andere drahtlose Verbindungsmöglichkeit verfügen, oder aber über eine galvanische Schnittstelle wie USB oder Ähnliches zugänglich sind. Da die Messergebnisse digital vorliegen und digital verarbeitet werden (ohne dass dies zwingend notwendig wäre) ist es ein Leichtes, über diese Datenübertragungsmöglichkeiten die digitalen Filterkoeffizienten der Signalprozessor wunschgemäß anzupassen.
  • Es braucht nicht extra erwähnt zu werden, dass eine derartige Anpassung auch nach Jahren noch am benutzten Produkt vorgenommen werden kann, wenn ein entsprechender Messplatz zur Verfügung steht, um eventuelle Änderungen im akustischen Verhalten durch die eingangs erwähnten Alterungsprozesse auszugleichen.
  • Es soll auch nur kurz darauf hingewiesen werden, dass die angestrebten Filtereigenschaften nicht nur auf eine möglichst vollständige Reduktion der Außengeräusche abgestimmt werden, sondern auch stets die Stabilität berücksichtigen, um alle Arten von Übersteuerungen und Klirren zu vermeiden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die so bestimmten Transferfunktionen in Polynome zweiter Ordnung zerlegt, wodurch es möglich wird die bei Signalprozessoren häufig verwendeten biquadratischen Kaskaden anzuwenden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
    die Fig. 1 den Graphen einer Approximation einer erfindungsgemäß errechneten Impulsantwort (Komplementärfunktion), aus gemessenen Übertragungsstrecken und Zielfunktion, mittels Prony Methode,
    die Fig. 2 ein Beispiel eines IIR Filters von 48kHz umgesetzt für 384kHz. Die linke Spalte zeigt das Original, die Rechte die Version bei höherer Abtastrate. Oben sind die Pole und Nullstellen in der komplexen Ebene dargestellt, unten Magnituden-(strichliert) und Phasengang (durchgezogen),
    die Fig. 3 das Ergebnis der Abtastratenanpassung der Impulsantwort am Beispiel der mit biquadratischen Filtern (IIR) approximierten Komplementärfilterfunktion und
    die Fig. 4 die Einzelfunktionen eines Feedback-Systems mit h(n) (links oben), t(n) (links unten) und durch Dekonvolution erhaltene und approximierte Komplementärfilter - Impulsantwort (rechts oben), rechts unten: das Ergebnis der Faltung von Sekundärstrecke und approximiertem Komplementärfilter - Impulsantwort zur Kontrolle der erfolgreichen Synthetisierung der Zielfunktion.
  • Ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das dabei verwendete Optimierungsverfahren (Methode) wird im Folgenden beschrieben:
    Die hier erfindungsgemäße Methode verwendet IIR-Filter, da diese deutlich weniger Rechenleistung und Speicher als FIR-Filter bei gleichem Ergebnis bedürfen. Zusätzlich erlauben manche ICs ausschließlich IIR-Filter, sodass diese Methode universell einsetzbar ist. Es kann sich hierbei um ein Feedforward-, ein Feedback- oder ein Hybrid-System handeln. Ein Messsystem ermittelt die Impulsantworten der Übertragungsstrecken (Feedforward und Feedback). Dies kann mit allen üblichen Methoden erfolgen, etwa durch Anregung mittels Chirps oder Rauschen ist aber nicht auf diese beschränkt. Zu den ermittelten Impulsantworten der passiven Strecken müssen noch die bekannten Charakteristiken der Mikrophone und des Treibers, die ja vorliegen, hinzugefügt werden (mittels Konvolution). Somit ist die Impulsantwort der Feedforward-Strecke gegeben über: x n ∗ m n ∗ f n = − p n
    Figure imgb0001
  • Wobei x(n) der Übertragungsstrecke des Lautsprechers des ANC-Kopfhörers zum Auslöschungs-Punkt des Feedforward ANC Systems (Kupplermikrofon, Kunstkopfmikrofon, realer Kopf mit Sondenmikrofon, o.Ä.) und m(n) der Übertragungsstrecke zum Feedforwardmikrofon entsprechen. Die Zielfunktion p(n) entspricht bei einem Feedforward-System der passiven Übertragungsstrecke zum Auslöschungspunkt Aus den vorliegenden drei Strecken x(n), m(n) und p(n) kann also analog zum Feedback-System die angestrebte Komplementärfunktion f(n) durch Dekonvolution errechnet und anschließend nach dem erfindungsgemäßen Verfahren approximiert werden.
  • Die Feedback-Strecke wird ermittelt, indem eine Ziel-Impulsantwort t(n) durch Dekonvolution erreicht wird. h n ∗ i n = t n
    Figure imgb0002
  • Die gemessene reale Impulsantwort h(n) die auch als Sekundärstrecke (entsprechend der Übertragungsstrecke zwischen ANC-Kopfhörer, Lautsprecher und Feedbackmikrofon) bezeichnet wird, gefaltet mit der errechneten Impulsantwort i(n) ergibt die Zielfunktion t(n). Somit sind die Impulsantworten für Feedforward und Feedback gegeben. Die Einzelfunktionen sowie die resultierende bereits approximierte Komplementärfilter-Impulsantwort sind in Fig.4 dargestellt.
  • Eine gegebene Impulsantwort kann als FIR-Filter der Länge der Impulsantwort betrachtet werden, wobei die Werte der einzelnen Samples als Filterkoeffizienten fungieren. Die Übertragungsfunktion hat somit die Form H z = ∑ i = 0 M b i z − i
    Figure imgb0003
  • Ein IIR-Filter hingegen hat die Form H z = ∑ i = 0 M b i z − i ∑ i = 0 N a i z − i
    Figure imgb0004
  • Ein gegebener integrierter Schaltkreis hat aufgrund von Limitationen der Hardware nicht notwendigerweise die Möglichkeit ein FIR-Filter für ANC zu nutzen (solche Filter benötigt zu viele Taps). Mit einem IIR-Filter ist es hingegen schon möglich, da die rückgekoppelte Struktur weniger Taps benötigt. Daher ist es vorteilhaft die gegebene Impulsantwort durch ein IIR-Polynom zu approximieren.
  • Es gibt hierzu verschiedene Möglichkeiten: In einer Ausführungsform wird die Prony-Methode, in Fig.1 dargestellt, verwendet, welche die gegebene Impulsantwort durch exponential-gedämpfte Kosinus-Schwingungen approximiert. (Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Prony-Methode beschränkt.) f ^ t = ∑ i = 1 M A i e σ i t cos ω i t + ϕ i
    Figure imgb0005
  • Durch die Approximation besitzt die ermittelte Transferfunktion mehr Koeffizienten als benötigt: ANC-Filter werden üblicherweise bis 2kHz definiert, da oberhalb eine gute passive Dämpfung erwartet werden kann. Optional kann die Ordnung der Transferfunktion reduziert werden.
  • Impulsantworten werden im Regelfall bei einer geringeren Abtastrate als im ANC-System verwendet aufgezeichnet. Üblich sind 44.1 oder 48kHz, während ein ANC-System eher 192 oder 384kHz getaktet ist. Das ermittelte IIR-Filter muss somit von z.B. 48kHz auf 384kHz skaliert werden, wobei der Frequenzgang absolut gesehen (in Hz) gleich bleiben soll (in einem relevanten Bereich).
  • Die Skalierung eines IIR-Filters ist nicht offensichtlich, da sich die Transferfunktion ändern muss. Die hier vorgeschlagene Methode nutzt Pole und Nullstellen der Transferfunktion H(z). Der Einheitskreis auf der z-Ebene bildet den Frequenzgang ab (welcher auch über die Fourier Transformation ermittelt werden kann), da dort z = e jω
    Figure imgb0006
  • An der (kartesischen) Koordinate 1 + 0j ist der DC-Anteil (0Hz) zu finden, während an -1 + 0j die halbe Abtastfrequenz zu finden ist (Nyquist-Frequenz). Für 48kHz ist die Nyquist Frequenz 24kHz. In Radiant handelt es sich um π, also den halben Einheitskreis. Für die höhere Abtastrate (384kHz) ist π gleich 192kHz. Das bedeutet im selben Bereich in Radiant befindet sich mehr Bandbreite (in Hz).
  • Wird eine Gerade vom Ursprungspunkt (0 + 0j) durch einen Pol (oder eine Nullstelle) bis zu Einheitskreis gezogen ist zunächst deren Winkel (bezogen auf die Abszisse) für die niedrige Abtastrate ersichtlich. Der Punkt am Einheitskreis entspricht einer Frequenz f in Hz. f = φ π f s 2 in Hz
    Figure imgb0007
  • Der Punkt am Einheitskreis in Hz kann für die erhöhte Abtastrate in korrespondierenden Radianten umgerechnet werden. φ u = f 0.5 f su π
    Figure imgb0008
  • Somit ist der Winkel bekannt um welchen die Pole und Nullstellen gedreht werden müssen um die Transferfunktion für die höhere Abtastrate zu skalieren. Zusätzlich müssen die Dämpfungsfaktoren angepasst werden. Die Linien konstanter Dämpfung der s-Ebene werden durch entsprechende Abbildung (bilineare Transformation, Impuls Invarianz, o.ä.) zu spiralförmigen Wurzel-Ortskurve auf der z-Ebene. Vom ursprünglichen Punkt eines Pols oder einer Nullstelle muss die Orts-Wurzel-Funktion zum DC-Punkt ermittelt werden. Die neue Position eines Pols/ Nullstelle ist an der Intersektion zwischen Orts-Wurzel-Funktion und des neuen Winkels für die höhere Abtastrate. Das Ergebnis dieser Anpassung ist in Fig.2 (rechts oben und unten) dargestellt.
  • Sonderregelungen des Vorgehens sind nötig für Pole/ Nullstellen welche an der Nyquist-Frequenz für die niedrige Abtastrate liegen: Da diese für die höhere Abtastrate wandert (von π zu < π) müssen diese Pole/Nullstellen mitwandern und entlang der Abszisse gespiegelt werden um ein reellwertiges Filter zu erhalten. In Zuge dieses Vorgangs können mehr Nullstellen als Pole entstehen, was zu einer nicht wohldefinierten Übertragungsfunktion führt. Es sind Pole nahe des Ursprungspunkts hinzuzufügen, so dass deren Einfluss gering ist aber die Übertragungsfunktion wohldefiniert wird. Es ist bekannt, dass ein Polynom mit mehr Koeffizienten im Zähler als im Nenner nicht wohldefiniert ist, da es anti-kausal wäre.
  • Nach skalieren der Übertragungsfunktion, entsprechend der Fig. 3, ist diese in Funktionen 2. Ordnung zu zerlegen (biquadratische Kaskade), da diese meist in ICs umgesetzt werden kann und auch stabiler sind. Optional kann die Skalierung auf nach der Zerlegung in biquadratische Filter erfolgen. Die Zerlegung kann mittels Partialbruchzerlegung erfolgen.
  • Die so gewonnenen Koeffizienten für biquadratische, somit rekursive, Filter können in eine Differenzengleichung umgewandelt und in einem passenden integrierten Schaltkreis verwendet werden. Da die meisten ANC ICs in Ihrer Programmieroberfläche/Entwicklungsumgebung die Möglichkeit haben, Filterkoeffizienten i.d.R. IIR manchmal auch FIR direkt einzugeben, ist dies problemlos durchführbar.
  • Dabei wird beispielsweise im Signalprozessor eines Feedback ANC Systems das Feedback Filter mit den Koeffizienten, der nach obiger Beschreibung approximierten, errechneten Komplementärfunktion, programmiert. Diese Programmierung wird in der Regel über die Entwicklungsumgebung der jeweiligen Signalprozessoren (ANC ICs) oder durch einspielen einer mit den Koeffizienten versehenen Firmware über die bereits erläuterten Methoden bewerkstelligt.
  • Die Erfindung kann verschiedentlich abgewandelt und verändert werden, so kann das Messmittel neben den genannten Möglichkeiten eines Kunstkopfes, etc. jede andere Anordnung von Mikrofonen haben bzw. daraus bestehen, solange nur die benötigten, dem Fachmann in Kenntnis der Erfindung geläufigen, Daten erfasst werden.
  • Es können andere Approximationsverfahren als die genannte und dargelegte Prony-Methode verwendet werden, insbesondere, wenn andere Filter und Signalprozessoren als in der Beschreibung genannt, vorliegen, es können auch analoge Verfahren verwendet werden, wenn das auch derzeit nicht üblich ist, so ist es doch in Kenntnis der Erfindung für den Fachmann leicht übertragbar.
  • Ob zu Beginn des Verfahrens im Signalprozessor ein beliebiges oder ein aufgrund der Erfahrung schon in etwa angepasstes Filter konfiguriert ist, spielt letztlich keine Rolle, da ein nochmaliges Durchlaufen des Verfahrens vom Schritt b) an, eventuell mit weiteren Wiederholungen, zu einem raschen Erreichen des optimal erreichbaren Zustandes führt.
  • Dies ist insbesondere bei der Endanpassung einer ganzen Serie von Kopfhörern spürbar, bei denen von einer Anfangskonfiguration ausgegangen werden kann, die beispielsweise durch den ersten erfindungsgemäß konfigurierten Kopfhörer erreicht ist.
  • Auch Adjustierungen von bereits länger benutzten Kopfhörern sind problemlos möglich.
  • Ausgestaltungen der Erfindung sehen beispielsweise vor, dass im Schritt b) die Messung der Übertragungsstrecken digital mit der Abtastrate des Messsystems erfolgt, dass der ANC-Kopfhörer eine, vom digitalen Signalprozessor gegebene, Taktrate aufweist, dass die Taktrate höher ist als die Abtastrate und dass die/der approximierte/n ANC Filter im Verhältnis der Abtastrate zur Taktrate skaliert werden, wobei der Frequenzgang der/des approximierten Komplementärfilter/s absolut, in Hertz, betrachtet gleich bleibt.
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass im Schritt e) die Ordnung des/der approximierten Komplementärfilter/s höher ist/sind als der/die Signalprozessor(en) verarbeiten kann(können) und dass die Ordnung der/des approximierten Komplementärfilter/s passend für die Leistung des(der) Signalprozessors(en) reduziert wird.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Kalibrierung bzw. Anpassung eines ANC-Kopfhörers der über zumindest einen Signalprozessor verfügt, auf dem zumindest ein Filter, insbesondere ein IIR-Filter, und dessen Parameter gespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst:
    a) Aufsetzen des Kopfhörers auf ein Messmittel, beispielsweise einen Kuppler, einen Kunstkopf mit Messmikrofonen, einen realen Kopf mit Sondenmikrofonen, mit einer Datenübertragung und einer EDV,
    b) Vermessen der relevanten Übertragungsstrecken, unter Anregen des ANC-Kreises des Kopfhörers, beispielsweise durch Chirpen oder Rauschen,
    c) Definition zumindest einer Zielfunktion zur Kalkulation der Komplementärfunktion zumindest einer Übertragungsstrecke des ANC-Kreises des Kopfhörers,
    d) Berechnen der Impulsantwort der Komplementärfunktion/en aus den Messungen der relevanten Übertragungsstrecken,
    e) Approximation der Parameter des/der Filter/s, die zum Erreichen der Komplementärfunktion/en notwendig sind,
    f) Eingeben bzw. Aktivieren der berechneten Parameter im Signalprozessor.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) die Messung der Übertragungsstrecken digital mit der Abtastrate des Messsystems erfolgt, dass der ANC-Kopfhörer einen digitalen Signalprozessor gegebenen Taktrate aufweist, dass die Taktrate höher ist als die Abtastrate und dass die/der approximierte/n ANC Filter/s im Verhältnis der Abtastrate zur Taktrate skaliert werden, wobei der Frequenzgang der/des approximierten Komplementärfilter/s absolut, in Hertz, betrachtet gleich bleibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) die Ordnung des/der approximierten Komplementärfilter/s höher ist/sind als der/die Signalprozessor(en) verarbeiten kann(können) und dass die Ordnung der/des approximierten Komplementärfilter/s passend für die Leistung des(der) Signalprozessors(en) reduziert wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Kontrolle und/oder genaueren Kalibrierung ab Schritt b) wiederholt wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfhörer einer aus einer Serie ist, bei der die ursprünglichen Parameter des Filters aufgrund vorhergehender Tests eingegeben bzw. aktiviert sind.
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