ES2915268T3 - Un sistema y método para la reducción activa de un ruido acústico de audio predefinido mediante la utilización de señales de sincronización - Google Patents

Un sistema y método para la reducción activa de un ruido acústico de audio predefinido mediante la utilización de señales de sincronización Download PDF

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Abstract

Un método que comprende: adquirir digitalmente (32) un ruido predeterminado de una fuente de ruido (91); generar (42) una señal de sincronización; combinar eléctricamente (34) la señal de sincronización con el ruido predeterminado adquirido; transmitir la señal de sincronización por un primer altavoz (81) hacia una zona silenciosa predefinida (63), en donde dicho primer altavoz se sitúa cerca de dicha fuente, de manera que la señal de sincronización transmitida y el ruido predeterminado se combinan acústicamente; adquirir, utilizando un micrófono (62) colocado en la zona silenciosa predefinida: a) el ruido predeterminado combinado acústicamente y la señal de sincronización transmitida, y b) el ruido indefinido acústico circundante (94) en la zona silenciosa predefinida; separar la señal de sincronización transmitida de la señal adquirida por el micrófono; separar la señal de sincronización de la señal de sincronización combinada eléctricamente y el ruido predeterminado; generar una señal antifase con base en: c) la señal de sincronización combinada eléctricamente y el ruido predeterminado, d) el ruido predeterminado combinado acústicamente adquirido y la señal de sincronización transmitida, y e) la señal de sincronización transmitida por separado, f) la señal de sincronización separada combinada eléctricamente; y transmitir acústicamente la señal antifase utilizando un segundo altavoz (82), con el fin de atenuar sustancialmente el ruido que se escucha en la zona silenciosa predefinida.

Description

DESCRIPCIÓN
Un sistema y método para la reducción activa de un ruido acústico de audio predefinido mediante la utilización de señales de sincronización
Campo de la invención
Un sistema y dispositivo para la reducción activa del ruido acústico de audio.
Antecedentes de la inversión
Para facilitar la comprensión de las descripciones y Figuras en la presentación de la presente invención, a continuación, se proporciona un índice de las abreviaturas utilizadas:
AAAS Señal Acústica de Audio Ambiental
Ablock Bloque de Canales Acústicos
ADC (A/D) Convertidor de Analógico a Digital
ANC Cancelación activa del ruido
ASYNC SYNC Acústica
DAC (D/A) Convertidor de Digital a Analógico
DSP Procesador de Señal Digital
EA Señal Acústica de Audio Eléctrica
Eblock Bloque de canales eléctricos
ESYNC SYNC Eléctrica
FIR Respuesta de Impulso Finito
FxLMS Filtro X LMS
GSM Marca de Secuencia Generada
GTT Etiqueta de Tiempo Generada
Imic Micrófono Interior
LMS Mínimo Cuadrado Medio
QAAS Señal Acústica de audio Eléctrica
QASYNC SYNC Acústica Silenciosa
QEAAS Señal Acústica de Audio Eléctrica Silenciosa
QESYNC SYNC Eléctrica Silenciosa
RTC Reloj en Tiempo Real
RTT Etiqueta de Tiempo Recibida
Smic Micrófono de Cantante
SNR Relación Señal/Ruido
SOF Inicio de Trama
SYNC Señal(es) de Sincronización
TEAAS Señal Acústica de Audio Eléctrica Transmitida
TESYNC SYNC Eléctrica Transmitida
La cancelación activa del ruido (ANC) es un dominio específico del procesamiento de señales acústicas que pretende cancelar una señal ruidosa generando su señal acústica opuesta (denominada "señal antifase").La idea de utilizar señales antifases ha ganado considerable interés a partir de la década de 1980, debido al desarrollo de medios de procesamiento de señales digitales.
La presente invención es un método y un sistema para la reducción activa de señales acústicas de audio predefinidas emitidas desde una fuente o fuentes predefinidas en un área de elección predefinida.
Con el fin de hacer referencia a la técnica anterior y explicar y describir la presente invención, se definen los términos utilizados en el texto:
La invención tiene como objetivo reducir el ruido acústico de audio predefinido en un área o áreas predefinidas, denominadas en lo sucesivo "zona(s) silenciosa(s)", sin reducir otras señales de audio ambiental producidas dentro o fuera de la(s) zona(s) silenciosa(s), y sin reducir ningún ruido acústico de audio fuera de la(s) zona(s) silenciosa(s).Dentro de la(s) zona(s) silenciosa(s), las personas experimentan una atenuación sustancial del ruido acústico predefinido, por lo que pueden conversar, trabajar, leer o dormir sin interferencias.
La(s) zona(s) silenciosa(s) se refiere en el contexto de la presente invención indistintamente a áreas públicas y/o privadas, interiores y/o exteriores.
El ruido acústico de audio predefinido al que se hace referencia en el presente texto se origina a partir de una fuente de ruido específica como, entre otros, una máquina mecánica, la voz humana (por ejemplo, ronquidos, conversaciones) o música de un amplificador de audio a través de un altavoz.
El término "acústico" tal como lo define el diccionario Merriam Webster (http://www.merriamwebster.com/dictionary/acoustic) es: a) "relacionado con los sentidos o los órganos del oído, con el sonido o con la ciencia de sonidos"; b) operado por o utilizando ondas sonoras. El mismo diccionario define el término "sonido" en el contexto de la acústica como: a) impresión auditiva particular; b) la sensación percibida por el sentido del oído; c) energía radiante mecánica que se transmite por ondas de presión longitudinales en un medio material (como el aire) y es la causa objetiva de la audición. El mismo diccionario define "señal" en el contexto de una "señal de sonido" como "un sonido que da información sobre algo o que le dice a alguien que haga algo" y en el contexto de la electrónica como "una cantidad física detectable o impulso (como un voltaje, corriente o resistencia de campo magnético) mediante el cual se pueden transmitir mensajes o información”. El término "audio" se define por el diccionario Merriam Webster como: relacionado con el sonido que se escucha en una grabación o transmisión."Ruido" en el contexto del sonido en la presente invención se define como: a) un sonido que carece de una calidad musical agradable o es notablemente desagradable; b) cualquier sonido no deseado o que interfiere con la audición de algo. El término "emitir" se define por el diccionario Merriam Webster como: "enviar”. El mismo diccionario define el término "fase" como: a) "una apariencia o estado particular en un ciclo de cambios que se repite regularmente"; b) "una parte distinguible en un curso, desarrollo o ciclo”. Por lo tanto, "en fase" significa: "de manera sincronizada o correlacionada", y "fuera de fase" significa: a) "de manera no sincronizada"; b) "no en correlación”. El término "antifase" se deriva lógicamente y significa: "en una fase opuesta", lo que significa sincronizado y correlacionado, como en fase, pero opuesto en curso/dirección”. Dado que la onda acústica es un movimiento de aire cuya dirección, se altera hacia adelante y hacia atrás rápidamente, la creación de una onda acústica en antifase significa que la onda generada tiene la misma velocidad de cambio de dirección, pero en direcciones opuestas y tiene la misma amplitud momentánea.
El término escala MEL se refiere a una escala perceptiva de tonos que los oyentes juzgan que tienen la misma distancia entre sí. En el contexto de esta invención, la escala MEL se utiliza para calibrar el sistema.
El filtro de FIR es una abreviatura de: Filtro de Respuesta de Impulso Finito, común en los sistemas de procesamiento de señales digitales, y se utiliza comúnmente en la presente invención
LMS es una abreviatura de: Algoritmo de Mínimos Cuadrados Medios, utilizado para imitar un filtro deseado al encontrar los coeficientes de filtro que se relacionan con la producción de los mínimos cuadrados medios de la señal de error (la diferencia entre la señal deseada y la real).En la presente invención se despliega por los ordenadores del sistema para evaluar la antifase. Algunas variaciones de dicho filtro son comunes en el campo. El FxLMS es la utilización del filtro en la presente invención.
En el contexto de la presente invención se definen términos adicionales:
El término "sistema" en referencia a la presente invención comprende los componentes que funcionan juntos formando un todo unificado y se ilustran en las Figuras 5 y 6.La estructura y función de los componentes se explica en detalle más adelante en el texto.
El término "Señales Acústicas de Audio" es cualquier señal acústica de audio en el aire, cuya fuente puede ser natural y/o artificial. En el contexto de la presente invención, se refiere a la acústica de audio no predefinida que no es necesario reducir.
El término "Señales Acústicas de audio Ambiental" se denomina en el presente texto como: "AAAS". Típicamente, la AAAS puede generarse por, entre otros, una máquina y/o seres humanos y/o animales, como se muestra en la Figura 1; como ejemplo de caso específico, puede ser música u otras voces de audio del amplificador de audio, como se muestra en la Figura 2; y/o por otra(s) fuente(s) de ruido acústico predefinidas. En la presente invención, tanto una única como una pluralidad de AAAS predefinidas dirigidas hacia (a) zona(s) silenciosa(s) se denominan indistintamente como "AAAS dirigida" y "ruido acústico predefinido”. En la presente invención, la AAAS predefinido es/son la(s) señal(es) que se reducirá(n) en la(s) zona(s) silenciosa(s) mientras que las Señales Acústicas de Audio no se reducen.
El término "distorsión acústica" significa en el contexto del presente texto: la infidelidad o la tergiversación de una señal acústica en una ubicación específica, con respecto a su fuente, por medio de sus parámetros acústicos tales como: componentes de frecuencias, amplitud momentánea, replicaciones, reverberaciones y retardo.
El término "antifase AAAS" en el contexto del presente texto describe la amplitud momentánea precisa de la señal que se opone (niega) la AAAS predefinida original cuando realmente llega a la zona silenciosa, es decir, después de haberse distorsionado acústicamente debido a factores físicos. Más específicamente, la presión de aire acústica de la AAAS antifase generada por el sistema en la zona silenciosa es la presión de aire acústica negativa originada por la fuente de AAAS predefinida, ya que llega distorsionada a la zona silenciosa. La presente invención trata dinámicamente con esta distorsión.
La cancelación activa de la AAAS predefinida en una zona silenciosa se logra mediante la fusión acústica de una AAAS objetivo con su AAAS antifase. La cancelación de la AAAS predefinida por la AAAS antifase se denomina indistintamente "interferencia destructiva".
En el presente texto los términos: "cascos" y/o "auriculares" se denominan indistintamente "Altavoces Silenciadores". En la presente invención, la AAAS antifase se genera en la(s) zona(s) silenciosa(s) y se transmite al aire de forma síncrona y precisa en correlación con la AAAS predefinido. Esto se hace utilizando una señal de sincronización única, abreviada como: SYNC.
En relación con la técnica anterior, en la actualidad existen sistemas comerciales que generan señales antifases en respuesta a la AAAS. Estos sistemas típicamente, pero no exclusivamente, se relacionan con auriculares que incluyen un micrófono interno y un micrófono externo. El micrófono externo recibe la AAAS del entorno y envía la señal a un DSP (procesador de señal digital) que produce una AAAS antifase adecuados que se transmiten a través de una membrana dentro de los auriculares. El micrófono interno recibe la AAAS desde el espacio confinado de los auriculares y lo transmite al sistema de procesamiento como retroalimentación para controlar y eliminar las AAAS residuales. Típicamente, los auriculares también proporcionan una barrera física acústica entre la AAAS externo y el espacio interno de los auriculares. También están disponibles en el mercado sistemas que comprenden un conjunto de micrófonos y altavoces que generan la AAAS antifase en un área relativamente grande expuesta a a Aa S, eliminando así la penetración de la AAAS en una zona específica creando una barrera de cancelación de sonido. La ventaja de los auriculares silenciosos con cancelación activa del ruido (ANC) es la capacidad de controlar las señales antifases para proporcionar una buena atenuación de las AAAS recibidas.
La desventaja de "silenciar los auriculares de ANC" es la desconexión del usuario del entorno. El usuario no puede tener una conversación ni escuchar señales acústicas de audio mientras utiliza los auriculares. Además, los auriculares de ANC atenúan principalmente las frecuencias más bajas del espectro de audio, mientras que las frecuencias más altas están menos atenuadas.
Los auriculares de ANC silenciadores son más efectivos cuando la AAAS es monótona (por ejemplo, el ruido de un avión).Cuando se pretende lograr el silencio con equipos que no se pueden llevar puestos, se requiere un conjunto complejo de micrófonos y altavoces para lograr una clara distinción, o barrera, entre las zonas ruidosas y silenciosas. Las desventajas son los altos costos y los grandes requisitos de construcción.
En ubicaciones expuestas a AAAS monótonas y repetitivas, como, entre otros, aviones, salas de refrigeración y centros de computación, las AAAS se caracterizan típicamente por una banda de frecuencia limitada en el rango de hasta aproximadamente 7 KHz. Dado que en estos casos la AAAS tiene una frecuencia limitada, resulta relativamente fácil predecirla y, por lo tanto, generar y transmitir la AAAS antifase adecuada en una zona silenciosa designada. Esta transmisión se realiza a través de altavoces o en auriculares especialmente designados. Están disponibles en el mercado sistemas para la eliminación de AAAS monótonas y repetitivas o en bajas frecuencias AAAS.
Actualmente se hace referencia a la AAAS en el contexto de la presente invención:
Dado que las AAAS (típicamente una combinación de música y/o señales acústicas vocales) son difíciles de predecir, ya que no son estacionarias (es decir, típicamente no son repetitivas y suelen cubrir un amplio espectro de la capacidad auditiva humana, incluidas las señales de alta frecuencia), no es una tarea sencilla generar una AAAS antifase completamente efectiva para lograr las zonas silenciosas deseadas. Típicamente, los sistemas para crear zonas silenciosas se limitan a los auriculares. Si se desea una zona silenciosa en un espacio significativamente más grande que el volumen limitado del espacio auditivo (por ejemplo, alrededor de una mesa, o al menos alrededor de la cabeza), se requieren altavoces multidireccionales que emitan la AAAS antifase.
Para reducir sustancialmente las AAAS cuya fuente se encuentra a más de unos pocos centímetros de una zona silenciosa, la distorsión de la AAAS debido a su viaje desde la fuente a la zona silenciosa (el tiempo que transcurre para que las ondas sonoras se propaguen por el aire) hay que tenerlo en cuenta. El cálculo para cancelar la AAAS tiene que adaptarse completamente a la amplitud momentánea, las reverberaciones, la respuesta de frecuencia y el tiempo mientras se transmite la AAAS antifase. La presente invención resuelve este problema y ofrece una adaptación dinámica a los parámetros del entorno, calculando en línea el comportamiento del canal y la respuesta a una señal estacionaria conocida que es la SYNC.
Dado que la propagación de la SYNC en el aire tiene la misma ruta que el ruido no deseado, es posible evaluar dinámicamente la distorsión de la ruta acústica y la señal antifase que se genera utilizando el cálculo de distorsión de la SYNC.
Con el fin de superar las dificultades en la correlación precisa entre la AAAS y la AAAS antifase, se han descrito varios sistemas y métodos, ninguno de los cuales ha tenido un éxito completo en la creación de una "zona silenciosa" distinta en una distancia de más de unas decenas de centímetros de la fuente de la AAAS.
La AAAS se puede eliminar de manera efectiva a una distancia de solo unas pocas decenas de centímetros de su fuente, en un volumen espacial que tiene una configuración de forma cónica estrecha, que se origina en la fuente AAAS.
La AAAS se propaga en el medio ambiente en patrones irregulares, no necesariamente en patrones concéntricos o paralelos, por lo tanto, de acuerdo con la técnica anterior descrita en el documento US7317801 por Amir Nehemia, para reducir las AAAS emitidas por una sola o varias fuentes en una ubicación determinada, un solo altavoz que emita señales acústicas antifases es insuficiente. Típicamente, la cancelación efectiva de AAAS entrantes en una zona silenciosa requiere la transmisión de varias señales acústicas antifase bien sincronizadas y dirigidas para crear un "muro de protección acústica de audio".
Para superar la necesidad de un "muro de protección acústica de audio" que en muchos casos es ineficaz o requiere costosos sistemas acústicos de audio, el documento US7317801 describe un sistema de reducción de la AAAS activa que transmite directamente la AAAS antifase en la dirección de la zona silenciosa deseada desde la fuente de la AAAS original. El efecto del sistema de reducción de la AAAS de Amir depende de la orientación precisa de la AAAS antifase transmitida a la zona silenciosa objetivo. Cuanto más lejos esté la zona silenciosa de la fuente de la AAAS, menos eficaz será la AAAS antifase dirigida. La zona silenciosa tiene que estar dentro del volumen de la configuración espacial cónica de la señal acústica emitida por la fuente AAAS antifase.
El sistema de Amir comprende un transductor de entrada y un accionador de salida que se ubican físicamente uno al lado del otro en la misma ubicación. En una modalidad, el transductor de entrada y el accionador de salida son un híbrido representado por un único elemento. El sistema de reducción de ruido activo se ubica lo más cerca posible de la fuente de ruido y funciona para generar una onda de sonido de cancelación "anti ruido" (similar a la antifase) con un retraso mínimo y fase opuesta con respecto a la fuente de ruido. Para superar el retraso del sonido y los efectos de eco, un transductor en una ubicación fuera de campo desde la fuente de la AAAS recibe y transmite la entrada a un circuito de corrección de no linealidad, un circuito de cancelación retrasada y un amplificador de ganancia variable. Las ondas acústicas del ruido cancelado (el ruido más la cancelación anti ruido que se emiten al entorno) se dirigen hacia o hacia una ubicación de fuente de la AAAS específica, creando una "zona silenciosa" dentro del área ruidosa. Si se requiere una ampliación de la zona silenciosa, se deben utilizar varios transductores de entrada combinados y un accionador de salida.
La mayoría de los sistemas de la técnica anterior se refieren a la reducción de todo el ruido ambiental, sin distinguir entre las señales de audio acústicas ambientales. El método y el sistema de la presente invención reducen el ruido de forma selectiva.
Un ejemplo de un sistema de reducción de ruido disfrazable se describe en el documento US 20130262101 (Sriram) en el que un sistema de reducción de la AAAS activa con detector de ruido remoto se ubica cerca de la fuente de ruido y transmite las señales AAAS a un dispositivo primario donde se utilizan para generar señales acústicas antifases, reduciendo así el ruido. Por lo tanto, se puede lograr una mejora de la señal acústica en la zona silenciosa mediante la transmisión directa de AAAS antifase en la dirección de la zona silenciosa deseada desde la fuente de la AAAS original.
Además, el documento US 6,330,336 B1 describe un sistema para cancelar el ruido de una fuente de ruido, utilizando un primer altavoz para emitir antirruido, un micrófono en la zona silenciosa y un segundo altavoz cerca de la fuente de ruido para emitir ruido blanco que se detecta por el micrófono para estimar la respuesta de frecuencia de la ruta acústica entre la fuente de ruido y el micrófono. La fuente de ruido se detiene mientras se mide la respuesta de frecuencia y se reinicia después. No se describe la utilización de una señal SYNC.
El método y el sistema de la presente invención reducen el ruido de forma selectiva. Es decir, sólo se atenúa el ruido acústico de audio predefinido mientras se mantienen otras señales de audio acústicas ambientales (deseadas).Dichas señales pueden ser, entre otras, sonidos de habla no amplificados, voces circundantes, conversaciones circundantes, etc. El método se basa en añadir señales de sincronización sobre la señal predefinida, tanto eléctrica como acústicamente, para así distinguir la señal predefinida de otras.
Resumen de la invención
La presente invención de un método y sistema para la reducción activa de una fuente de ruido acústico de audio predefinida utiliza señales de sincronización de audio para generar una señal acústica antifase bien correlacionada.
El método y sistema, ilustrados en la Figura 5 en un diagrama de bloques esquemático, utiliza la diferencia de velocidad en la que la onda de sonido acústico "viaja" (o se propaga) a través del aire (denominado "canal acústico") en comparación con la velocidad en la que la electricidad y las señales electromagnéticas "viajan" (transmitidas) a través de una sustancia conductora sólida, o transmitidas por ondas electromagnéticas (denominadas "canal eléctrico").
La correlación precisa entre los sonidos acústicos que viajan a través del aire con la señal de audio transmitida eléctricamente se realiza utilizando señales de sincronización únicas, denominadas indistintamente como "SYNC", que se imponen a la señal de ruido acústico de audio no deseada y se detectable en la zona silenciosa. La SYNC se utiliza para la evaluación en línea y en tiempo real de las distorsiones del canal acústico y la sincronización precisa de la generación de antifase. Dado que se transmite en amplitud constante y otros parámetros conocidos constantes, como la frecuencia, la velocidad, los datos del preámbulo y la etiqueta de tiempo, es posible medir la respuesta de la ruta acústica. La utilización de la SYNC permite evaluar las distorsiones ambientales acústicas que pueden aparecer debido al eco, las reverberaciones, la respuesta no lineal de frecuencia o debido a otros mecanismos de distorsión.
La presente invención es un sistema y método para la reducción activa de un ruido acústico de audio predefinido utilizando la SYNC y se relaciona con el ruido acústico de audio no deseado que se genera y transmite por al menos una fuente de ruido acústico de audio predefinido, como una máquina ruidosa, o la voz humana o audio amplificado, como música, hacia una zona o zonas silenciosas en las que se atenúa el ruido acústico de audio específico (definido) no deseado. La atenuación se obtiene transmitiendo la señal antifase, utilizando altavoz(es) ubicado(s) en la zona silenciosa. El altavoz transmite la señal antifase precisamente en el tiempo adecuado y con la amplitud momentánea adecuada al ruido acústico de audio que llega a la zona silenciosa. La precisión se logra utilizando la SYNC que se envía junto con el ruido no deseado (definido).
La interacción entre el ruido acústico de audio y la señal acústica antifase se coordina por la SYNC que está presente en ambos canales que llegan a la zona silenciosa: eléctricamente (alámbrico o inalámbrico) y acústicamente (por aire).
Dado que el canal acústico es significativamente más lento que el canal eléctrico, es posible ejecutar todos los cálculos necesarios antes de la llegada de la señal acústica a la zona silenciosa. Dichos cálculos permiten filtrar solo la señal de ruido acústico de audio no deseado utilizando la señal acústica de audio antifase como interferencia destructiva, sin cancelar otras señales acústicas, lo que permite que las personas dentro de la zona silenciosa conversen entre sí y también con las personas afuera de la zona silenciosa sin interferirse por el ruido acústico de audio no deseado.
La presente invención de un sistema para la reducción activa de una acústica de audio predefinida requiere que la AAAS predefinida (también denominado "ruido predeterminado") sea adquirido por el sistema electrónicamente. En la Figura 3 y la Figura 4 se ilustran opciones para la adquisición eléctrica de la AAAS (la Figura 3 para un caso típico, la Figura 4 para un caso privado) de una fuente de la AAAS predefinida. En la Figura 1 y la Figura 2 se ilustran las fuentes de las AAAS (la Figura 1 para una fuente típica, la Figura 2 para un caso privado).La SYNC se genera por un generador de señal único y transmitido al aire por uno o más altavoces colocados muy cerca de la fuente de la AAAS predeterminada en la dirección de la zona silenciosa a través del "canal acústico”. La SYNC que se combina en el aire con la AAAS predefinida transmitido se denomina SYNC-Acústica (referido como: ASYNC).Simultáneamente, en la AAAS predefinida adquirida en la fuente se convierte en señal eléctrica, designada EAAS, y se combina con la SYNC convertida eléctricamente, designado SYNC Eléctrica (denominado: ESYNC).La señal combinada de EAAS+ESYNC se transmite eléctricamente a través de un "canal eléctrico" inalámbrico o cableado a un receptor en la zona silenciosa.
La señal acústica ambiental combinada predeterminada AAAS+ASYNC y el ruido acústico indefinido circundante son captados por el sistema en una zona silenciosa mediante un micrófono. La señal, abreviada como "TEAAS+t Es YNC" (la suma de la "T" de "transmitido") derivada del canal eléctrico, se recibe en la zona silenciosa por un receptor correspondiente.
Tanto los canales acústicos como los eléctricos llevan la misma información digital incrustada en la señal SYNC. La información digital SYNC incluye una marca de tiempo que identificó el intervalo específico en el que ambos se generaron. La marca de tiempo de identificación permite correlacionar entre los dos canales recibidos en la zona silenciosa,
La diferencia horaria, en la que ambos canales se reciben en la zona silenciosa, permite calcular con precisión, durante el tiempo de retardo, el momento exacto de transmisión de la señal acústica antifase.
La señal antifase se genera en base a la AAAS predeterminada adquirida eléctricamente, y considera el retardo mencionado y las características de la función de distorsión del canal que fueron calculadas en línea. La Figura 11 ilustra el mecanismo de bucle cerrado que converge cuando la AAAS predefinida se atenúa sustancialmente. El algoritmo de cálculo emplea un filtro de FIR adaptativo, W(z), que opera en la señal ASYNC (SYNC[n]en la Figura 11), cuyos parámetros se actualizan periódicamente empleando el mecanismo FxLMS (Filtrados X mínimos cuadrados medios), de modo que la señal antifase provoca la máxima atenuación de la señal ASYNC tal como se recibe en la zona silenciosa. yA[n].En la Figura 11 se ilustra el resultado del algoritmo, que es casi igual a y[n], donde y[n] representa los ruidos indefinidos circundantes. YA[n], sin embargo, casi no tiene x[n]residuales. Dado que la señal SYNC se distribuye por el espectro de audio, se asume el mismo filtro para la AAAS predefinida que la distorsión del canal, mientras se genera la AAAS antifase.
La señal de sincronización tiene tal amplitud, duración y tasa de aparición que no se escuchará acústicamente por personas en toda el área de transmisión de la AAAS, incluidas las zonas silenciosas. Esto se logra mediante el control dinámico de la amplitud y el tiempo de la señal SYNC, por lo que una SNR mínima entre la amplitud de la señal SYNC y la amplitud de la AAAS predefinida hace posible detectar la señal SYNC. El término "SNR" se refiere a Relación Señal/Ruido y es la relación, expresada en db, entre dos señales, donde una es una señal de referencia y la otra es un ruido.
La actualización y resolución periódica y continua de la señal SYNC asegura la generación precisa en el tiempo y la amplitud momentánea de la señal antifase en la zona silenciosa, maximizando así la atenuación del ruido acústico de audio no deseado en la zona silenciosa. Además, la actualización y resolución periódica y continua de las señales SYNC mejora significativamente la atenuación del ruido acústico no deseado en el extremo superior del espectro de audio, donde los "dispositivos silenciadores" de la técnica anterior se limitan. También se adapta a entornos dinámicos donde hay movimientos alrededor de la zona silenciosa que afectan las condiciones acústicas, o donde la fuente de ruido o la zona silenciosa varían en su ubicación relativa.
Para la reducción activa de las AAAS predefinidas no deseadas de acuerdo con la presente invención, los altavoces silenciadores pueden tener varias configuraciones, formas, propósitos previstos y tamaños, incluidos auriculares y cascos.
La invención permite utilizar varias zonas silenciosas simultáneamente. Esto requiere la duplicación de un amplificador, un altavoz silenciador y al menos un micrófono para cada zona silenciosa adicional.
La invención permite que una zona silenciosa se mueva dinámicamente dentro del área. Esto se logra inherentemente mediante la tasa de repetición de sincronización.
Breve descripción de los dibujos
Para comprender mejor la presente invención y apreciar sus aplicaciones prácticas, se proporcionan las siguientes figuras y dibujos a los que se hace referencia a continuación. Cabe señalar que las figuras se proporcionan únicamente como ejemplos y de ningún modo limitan el alcance de la invención. Los componentes similares se indican mediante números de referencia similares.
La Figura 1 ilustra esquemáticamente un caso típico en el que la AAAS predefinida se emite directamente desde la fuente de ruido.
La Figura 2 ilustra esquemáticamente un caso privado en el que la AAAS predefinida se emite indirectamente desde un sistema de amplificación comercial en el que se utiliza un altavoz como fuente de ruido.
La Figura 3 ilustra esquemáticamente la fusión de la señal SYNC Eléctrica convertida en señal SYNC acústica, con la AAAS predefinida, donde la AAAS predefinida se emite directamente desde la fuente de ruido.
La Figura 4 ilustra esquemáticamente la señal sincronización eléctrica fusionada convertida en señal sincronización acústica, con AAAS predefinido, donde la AAAS predefinido se emite desde un sistema de amplificación.
La Figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra los componentes principales del método y sistema de la presente invención, para la reducción activa de una AAAS predefinida y su modo de empleo entre sí.
La Figura 6 es una presentación esquemática detallada de una modalidad del sistema de la presente invención, donde la AAAS predefinida se adquiere por el componente de multiplexación y transmisión en cualquiera de las configuraciones mostradas en la Figura 1 o la Figura 2.
La Figura 7 es un diagrama de bloques funcional que ilustra las principales rutas de flujo de señales entre los componentes principales (ilustrados en la Figura 5) del sistema (con énfasis en SYNC) de la presente invención, La Figura 8 ilustra esquemáticamente una estructura básica de un "paquete SYNC" típico.
La Figura 9 ilustra esquemáticamente la característica física de un SYNC típico.
La Figura 10 es una ilustración gráfica de la propagación de señales principales a través del sistema dentro de un intervalo de tiempo.
La Figura 11 ilustra el proceso algorítmico que emplea el sistema de la presente invención, considerando el dominio acústico y el dominio eléctrico.
Descripción detallada de una invención
La Figura 5 ilustra esquemáticamente los componentes principales de un sistema y método (10) para la reducción activa de una señal de ruido acústico de audio de la presente invención y su modo de empleo relativo entre sí. La Figura ilustra los tres componentes principales del sistema:1) un componente de multiplexación y difusión de audio (30); 2) componente de sincronización y transmisión (40); y 3) un componente silenciador (50).En la Figura 6 se da una explicación detallada de los tres componentes principales del sistema (10).La estructura y utilización de la señal de sincronización, denominada "señal SYNC", se proporciona más adelante en el texto, así como el análisis del algoritmo de empleo de la SYNC.
El método y sistema de la presente invención se basan en generar una señal antifase que se sincroniza con el ruido predefinido, mediante la utilización de señales de sincronización dedicadas, denominadas en el presente texto como "SYNC". Las señales SYNC se generan eléctricamente (38) y luego se emiten acústicamente a través del aire mientras se combinan con la señal acústica de ruido predefinida (AAAS).Tanto el ruido predefinido como la SYNC acústico (84), entre otros sonidos acústicos que viajan por el aire, se reciben en la zona silenciosa, donde se detecta la señal SYNC. Simultáneamente, la señal SYNC se combina eléctricamente con la señal de ruido predefinida adquirida (41) y se transmite eléctricamente a la zona silenciosa, donde nuevamente se detecta la señal SYNC. La señal SYNC detectada en cada uno de los dos canales sincroniza un generador antifase con el ruido predefinido original, para crear una(s) zona(s) silenciosa(s) por interferencia acústica.
La Figura 6 es una ilustración gráfica esquemática de modalidades del empleo del sistema (10) para la reducción activa del ruido acústico de audio predefinido (91).
Actualmente se hace referencia a la explicación de varios componentes que comprenden las tres unidades de componentes principales (30), (40) y (50) que comprenden el sistema de la presente invención, presentado en un diagrama de bloques en la Figura 5:
El componente de multiplexación y transmisión de audio (30) es típicamente un sistema de amplificación comercialmente disponible que, en el contexto de la presente invención, comprende:
1) Una "caja de mezclas" de señales (34) que combina entradas de señales eléctricas individuales derivadas de audio (35, 36, 37 mostradas en la Figura 2 y la Figura 4).La caja de mezclas tiene una entrada reservada para la señal SYNC, que se enruta a (al menos) un componente de salida eléctrica;
2) Un micrófono opcional (32);
3) Un amplificador de potencia de audio (33);
4) Uno o más altavoces (80 u 81) que se muestran en la Figura 3 y la Figura 4;
El componente de sincronización y transmisión (40) comprende:
1) un procesador de señal digital, denominado DSP1 (42);
2) un transmisor cableado o inalámbrico (43);
El componente silenciador (50) comprende:
1) Un micrófono, denominado Emic, designado en las Figuras como:(62), ubicado preferentemente en el borde de la zona silenciosa (63);
2) Un segundo micrófono opcional, denominado Imic, designado en las Figuras como:(70), que se ubica en la zona silenciosa (63) preferentemente en su centro aproximado;
3) un transductor (un digitalizador que es un convertidor de analógico a digital) (58);
4) Un receptor alámbrico o inalámbrico (52), que corresponde al transmisor (43);
5) Un procesador de señal digital, denominado:DSP2 (54);
6) Un transductor (un convertidor de digital a analógico) (88);
7) Un amplificador de audio (60);
8) Un altavoz utilizado como altavoz silenciador (82) que transmite la AAAS antifase.
Con la excepción de los siguientes: micrófono Emic (62); el altavoz silenciador (82); y el segundo micrófono opcional (Imic) (70) - todos los subcomponentes que comprenden el componente silenciador (50) no necesariamente tienen que ubicarse dentro o cerca de la zona silenciosa (63).
En los casos en que se desee más de una sola zona silenciosa (63), cada una de las zonas debe contener lo siguiente: un micrófono Emic (62); un altavoz silenciador (82); y, opcionalmente, también un micrófono Imic (70). A continuación se describe el modo de operación del sistema (10) para la reducción activa de la AAAS predefinida de la presente invención. El modo de operación del sistema (10) puede ser aplicable simultáneamente a más de una sola zona silenciosa.
La precisión de la coincidencia en tiempo y amplitud entre la AAAS y la AAAS antifase en la zona silenciosa se logra utilizando una señal de sincronización única que se fusiona con la señal acústica y eléctrica de la AAAS. Las señales de sincronización se denominan indistintamente SYNC. La SYNC tiene dos tareas principales:1) cronometrar con precisión el generador antifase; y 2) para asistir en la evaluación de la distorsión del canal acústico. La Figura 7 muestra el diagrama funcional del sistema.
Para describir el modo de operación del sistema (10), como se ilustra en la Figura 6, el enfoque primero se centra en explicar la caracterización, el procesamiento y el enrutamiento de la señal SYNC (38).La Figura 7 se refiere (también) para explicar la utilización del uso funcional de SYNC.
Como se ilustra en la Figura 6, la señal SYNC (38) es generada por DSP1 (42) que reside en el componente de sincronización y transmisión (40).Se transmite hacia la caja de mezclas (34) que reside en el componente de multiplexación y transmisión de audio (30).La SYNC tiene tal caracterización física que contiene información específica como se describe en el contexto de la descripción dada para la Figura 8 y la Figura 9 a continuación. Las definiciones relacionadas con la(s) señal(es) SYNC (38), ilustradas en la Figura 8 y la Figura 9, se presentan actualmente:
El sistema generador de SYNC emplea dos mecanismos de reloj:1) un Reloj en Tiempo Real de alta resolución (por ejemplo, -10 microsegundos, no limitado), que se utiliza para marcar con precisión los eventos del sistema, denominado RTC; y 2) una resolución baja (por ejemplo ~10 milisegundos, no limitado) contador cíclico libre con -10 estados (no limitado), denominado contador secuencial generado.
Una señal SYNC tiene las siguientes propiedades, como se muestra en la Figura 9:
1) Amplitud constante (551) - es el valor utilizado como referencia para resolver la atenuación de las señales (552, 554);
2) El intervalo constante (561) es el tiempo que transcurre entre dos paquetes de SYNC consecutivos (tasa de repetición de aproximadamente 50 Hz, no limitada).Esta tasa asegura una actualización frecuente del cálculo. También se utilizará una tasa constante para minimizar el esfuerzo de buscar la señal SYNC en el flujo de datos; 3) Un solo ciclo (o unos pocos más; no limitado) de una frecuencia constante, así llamado ciclo SYNC (562) (por ejemplo, alrededor de 18 KHz; ciclo de alrededor de 55 microsegundos, no limitado).
Pocos ciclos SYNC están presentes durante el período SYNC (563), aproximadamente 500 microsegundos, sin límite, por cada intervalo de tiempo. Esta frecuencia constante se utiliza para la detección de la señal SYNC. No obstante, la frecuencia constante puede variar entre los intervalos SYNC, para permitir la calibración dinámica del canal acústico de la respuesta acústica y eléctrica en el espectro de frecuencia.
Cuando la amplitud de un ciclo SYNC es cero, la traducción binaria se denomina '0' binario; cuando la amplitud del ciclo SYNC no es cero, la traducción binaria se denomina '1' binario. Esto permite codificar datos sobre la señal SYNC. También se pueden utilizar otros métodos de modulación de SYNC.
La Figura 8 ilustra esquemáticamente un "paquete SYNC" típico (450) cuya información transportada por la señal SYNC, dentro del período SYNC (563).Un paquete SYNC contiene, entre otros, los siguientes datos mediante codificación binaria digital:
1) un patrón de Inicio de Trama predefinido (451) denominado SOF, que define bien el comienzo de los datos del paquete;
2) una Marca de Secuencia Generada (452), denominada:"GSM", que es una copia del contador secuencial generado en el momento en que la señal SYNC se generó originalmente para el paquete específico,
3) información digital adicional (453), tal como valor de frecuencia SYNC y códigos de instrucciones para activar partes del "sistema silencioso", a petición/necesidad/demanda/planes futuros.
El foco ahora se dirige a la descripción del flujo de la señal SYNC:
La Figura 10 ilustra un ejemplo de la utilización de un paquete SYNC (450) sobre la AAAS y demuestra el flujo de señales en un sistema donde la fuente de AAAS (marcada con 91 en la Figura 3 y en la Figura 4) se propaga a la zona silenciosa (63) y llega después del retraso (570).
Típicamente, la señal eléctrica combinada (41) fluye a través del transmisor y el receptor como una señal transmitida. La señal transmitida, abreviada como TEAAS+TESYNC y designada (39), se recibe en la zona silenciosa relativamente inmediatamente como señal QEAAS+QESYnC (78).El término "QEAAS+QESYNC" se refiere a la parte de audio recibida eléctricamente (QEAAS) y la parte SYNC recibida eléctricamente (ESYNC) en la zona silenciosa. La señal acústica predefinida AAAS+ASYNC (84) es más lenta y llega a la zona silenciosa después del retardo del canal (570).Este es el momento preciso en que se transmite la antifase AAAS+ASYNC (86).
El enfoque ahora se dirige a la identificación de datos binarios digitales:
La separación del paquete SYNC (450) de la señal combinada comienza identificando ciclos individuales. Esto se hace utilizando un filtro de paso de banda estrecha centrado en la frecuencia SYNC (562).El filtro se activa en el período de tiempo SYNC (563) dentro del intervalo de tiempo SYNC (561).Cuando el filtro cruza un cierto nivel de amplitud relativo a la amplitud constante SYNC (551), los datos binarios de '1' y '0' pueden interpretarse dentro de este período. Después de identificar los datos binarios, se puede crear una estructura de datos, como se ilustra en la Figura 8:El SOF (451) puede considerarse, entre otros, un patrón binario predefinido único que se utiliza para identificar el inicio de la siguiente trama, lo que permite acumular bits binarios y crear así el GSM (452) y los datos (453) .
El sistema copia el momento de detección del final de la SOF (451).Este momento se registra desde el RTC y se utiliza para generar con precisión la antifase. Este momento se define en el presente texto como "el momento SYNC" (454) como se muestra en la Figura 8.
La separación de la AAAS predefinida de la señal combinada se realiza eliminando el paquete SYNC (450) de la señal combinada utilizando un filtro de parada de banda estrecha durante el período de tiempo SYNC (563), o por otros medios.
El momento SYNC en cada uno de los dos canales recibidos (el acústico y el eléctrico) se resuelve y se adjunta al bloque correspondiente, como se muestra en la Figura 10 (ver la identificación de GTT y RTT).La acción adjunta se llama Etiquetado de Tiempo. El momento SYNC de cada uno de los canales se denomina etiqueta de tiempo recibido, abreviado como RTT. Dado que la transición a través del canal eléctrico es rápida, es razonable asumir que el Tiempo Generado (GTT) es casi igual al RTT del canal eléctrico.
Para encontrar y definir la distorsión del canal acústico y generar la AAAS antifase, el sistema, cuyo algoritmo se ilustra en la Figura 11, cambia lógicamente su estado entre los siguientes cuatro estados:
1) Calibración del estado de las rutas secundarias. Este es un estado de calibración inicial fuera de línea, durante la instalación del sistema y en el entorno más estéril (sin perturbaciones) posible, es decir, no hay ningún ruido predefinido activo ni ningún otro ruido, en la medida de lo posible. En este estado, la distorsión del canal acústico se calcula generando ruido blanco y generando la señal SYNC de los altavoces. Luego se reciben por los micrófonos. Este estado pretende resolver las rutas secundarias del sistema, marcados S1(z).
2) Validación de la estimación de rutas secundarias. Es un estado de calibración fina fuera de línea, que se utiliza para validar la calibración inicial y también se realiza de la manera más estéril posible. El sistema intenta atenuar las señales SYNC únicamente (no AAAS) con la FIR previamente calculada, mientras utiliza la ruta secundaria estimada, marcada SA(z).Si la atenuación no ha tenido éxito, el sistema intenta calibrar nuevamente con un orden de FIR más alto.
3) Estado en línea, llamado Estado Inactivo. Este estado pretende resolver la distorsión de la ruta primaria, mientras el sistema ya se instala y funciona; la señal SYNC tiene una amplitud relativamente baja y todavía la SNR (señal SYNC relativa a la señal recibida (72) en la zona silenciosa) está por encima de cierto nivel mínimo. En este estado, el componente de la señal SYNC de la señal combinada predefinida AAAS+ASYNC (84) se utiliza para adaptar los parámetros de la función de distorsión, denominados como:P1(z), es decir, el sistema está empleando su mecanismo FxLMS para encontrar los parámetros de FIR W(z) que minimizan el componente SYNC de la señal combinada. La idea es que el mismo filtro probablemente atenúe el componente AAAS predefinido de la señal combinada. El sistema utiliza esta FIR para generar la señal AAAS antifase. Cuando la SNR se degrada o cuando no se detecta la señal SYNC, el sistema pasa al Estado ocupado.
4) Estado en línea, denominado Estado Ocupado donde el sistema ya se instala y funciona, y se conoce la distorsión del canal acústico W(z) de los estados anteriores. La SNR (señal SYNC relativa a la señal recibida (72) en la zona silenciosa) es baja, por lo que el sistema utiliza la última FIR conocida para generar la señal AAAS antifase. Además, el sistema aumenta la señal SYNC para recuperar la SNR mínima requerida y, por lo tanto, pasa al Estado inactivo.
Mientras está fuera de línea, es decir, mientras el sistema aún no está en utilización, debe someterse al procedimiento de calibración de las rutas secundarias, marcadas S1 (z) en la Figura 11:DSP2 genera ruido blanco por el altavoz silenciador (82), en lugar de AAAS+ASYNC antifase (86), que se recibe por el micrófono (62) en la zona silenciosa. Luego, DSP1 y DSP2, respectivamente, analizan las señales recibidas y producen la respuesta del canal acústico secundario a las frecuencias de audio.
El procedimiento de calibración continúa en el estado de calibración fina, descrito anteriormente, para validar la calibración. La validación se realiza cuando DSP2 genera una señal SYNC (38) bien definida; transmitido por el altavoz (82) y recibido en la zona silenciosa por el micrófono (62), como se describió anteriormente. Se despliegan varias frecuencias, por ejemplo, escala MEL en la zona silenciosa, DSP2 como el controlador FxLMS que se muestra en la Figura 11, actualiza el modelo del canal acústico W(z) (por ejemplo, con base en el filtro de FIR), empleando el mecanismo FxLMS, donde las señales transmitidas se conocen y esperan. La señal a minimizar es QAAS+QASYNC (72).Cuando el proceso de minimización está en un nivel requerido, significa que la diferencia entre una señal recibida y la salida del sistema en el altavoz silenciador (82) es mínima, por lo que el filtro estimó el canal con alta fidelidad.
En Estado inactivo, la señal SYNC se transmite en una amplitud relativamente baja, mientras que la señal AAAS antifase se genera para interferir con la AAAS predefinida que se recibe en la zona silenciosa. Los parámetros FIR, W(z), se actualizan continuamente utilizando el mecanismo FxLMS para minimizar el residuo del ASYNC (83) por su antifase. En este estado en línea, la AAAS predefinido fluye a través del filtro cuyos parámetros se definen por la señal SYNC, generando así antifase tanto para la AAAS predefinido como para la SYNC. Cuando DSP2 no detecta SYNC, o se observa una degradación de SNR (del SYNC relativo a la señal recibida) (mediante la cancelación de SYNC), la actualización se detiene y el sistema pasa al estado Ocupado. El sistema volverá a entrar en Estado inactivo cuando la SNR vuelva a superar un determinado umbral.
En Estado ocupado, la señal SYNC se transmite en una amplitud relativamente baja. En este estado, el sistema genera antifase utilizando los parámetros de distorsión W(z) del canal acústico, tal como se calcularon recientemente.
Los parámetros FIR actuales se utilizan para la cancelación activa de ruido
El enfoque ahora se dirige al flujo de la señal SYNC junto con la AAAS predefinida, hasta que se genera con precisión la antifase:
La AAAS predefinida se adquiere digitalmente en el sistema y, por lo tanto, se convierte en señales eléctricas. Esto se hace colocando un micrófono (32) lo más cerca posible de la fuente de ruido (90) como se muestra en la Figura 3, o directamente desde un sistema electrónico como se muestra en la Figura 4.En cualquier caso, la AAAS predefinida adquirida se denomina EAAS.
Las señales de ruido convertidas eléctricamente denominadas EAAS se integran en la "caja de mezclas" (34) con la señal SYNC (38).Las señales integradas son amplificadas por el amplificador (33).Las señales convertidas eléctricamente integradas se denominan "EAAS+ESYNC" (41).
Como se mencionó anteriormente, la señal SYNC (38) generada por DSP1 (42) en el componente SYNC y transmisor (40), se convierte en una señal acústica, denominada: ASYNC (83).La ASYNC (83) se amplifica por un amplificador de audio (33) y transmite al aire por, entre otros, un altavoz dedicado (81) como se muestra en la Figura 3, o por un altavoz del sistema de audio general (de utilización común) (80) como se muestra en la Figura 4.En ambos casos (mostrado en las Figuras) la señal acústica ASYNC (83) y la AAS (91) se fusionan en el aire. Las señales fusionadas se denominan AAAS+ASYNC (84).En el camino hacia el micrófono Emic (62) en la zona silenciosa, las señales fusionadas (84) se distorsionan por P1(z) como se muestra en la Figura 11.Las señales combinadas (84) son las que cancela la señal del altavoz silenciador (82).
Mientras que AAAS+ASYNC (84) sale del componente de multiplexación y transmisión (30), junto con una diferencia de tiempo insignificante, la señal combinada EAAS+ESYNC (41) se reenvía al componente de transmisión (43), que la transmite por cable o por método inalámbrico hacia un receptor correspondiente (52) en el componente silenciador (50).
La señal TEAAS+TESYNC (39) transmitida eléctricamente es una combinación de la información de audio AAAS transmitida eléctricamente, denominada "TEAAS", y la información SYNC transmitida eléctricamente, denominada "TESYNC".
El canal eléctrico es robusto, por lo tanto, los datos en la salida del receptor (78) se reciben exactamente como los datos en la entrada del transmisor (39) sin pérdida ni distorsión adicional, y con un retraso insignificante.
En el componente silenciador (50), el receptor (52) envía las señales integradas, denominadas QEAAS+QESYNC (78), al DSP2 (54).
DSP2 (54) ejecuta un algoritmo de separación cuya entrada es la señal combinada QEAAS+QESYNC (78) y su salida son dos señales separadas: QEAAS y QESYNC.
En este punto DSP2 (54) guarda lo siguiente en su memoria:
1) GSM (452) como aparecía en el paquete QESYNC, como se muestra en la Figura 8;
2) RTT, que es la hora exacta en que DSP2 ha recibido el paquete específico de QESYNC (78);
3) Datos QEAAS (453) como se muestra en la Figura 8.
Los tres elementos juntos se denominan "Eblock".DSP2 (54) almacena el Eblocken su memoria.
En el componente silenciador (50) el micrófono EMIC (62), colocado en el borde de la zona silenciosa (63), adquiere la señal acústica en las inmediaciones de la zona silenciosa. Esta señal se compone de la señal AAAS+ASYNC (84), distorsionada por el canal acústico, y también de las voces circundantes en las inmediaciones de la zona silenciosa, denominada señal QAAS (94) que se muestra en la Figura 6.En la Figura 11 que describe el algoritmo desplegado en esta invención, la señal SYNC se representa como SYNC(n); el ruido no deseado se representa como x(n); las voces circundantes QAAS se representan como y(n); y yA(n) representa las voces del entorno que pueden distorsionarse un poco debido a los ruidos residuales.
Las señales integradas adquiridas, denominadas QAAS+QAAS+QASYNC (72), y enviadas a DSP2 (54).
DSP2 (54) ejecuta un algoritmo de separación cuya entrada es la señal combinada QAAS+QAAS+QASYNC (72).Este es el mismo algoritmo de separación que se describió anteriormente con respecto a QEAAS y QESYNC procesados en la señal combinada QEAAS+QESYNC (78) procedente del receptor (52).En este punto, su salida son dos señales separadas: QAAS+QAAS y QASYNC.
En este punto DSP2 (54) guarda lo siguiente en su memoria
1) GSM (452) como aparece en el paquete QASYNC como se muestra en la Figura 8;
2) RTT, que es la hora exacta en que DSP2 ha recibido el paquete específico de QASYNC (72).
3) Datos QAAS+QAAS (453), como se muestra en la Figura 8.
Los tres elementos juntos se denominan "Ablock". El DSP2 (54) almacena el Ablock en su memoria.
El DSP2 (54) ejecuta un algoritmo de correlación de la siguiente manera: El DSP2 toma el GSM escrito en el Ablock más reciente y busca en la memoria un Eblock que tenga el mismo GSM. Esto es para ubicar dos bloques correspondientes que representen el mismo intervalo, pero con retraso.
El DSP2 luego extrae los datos QEAAS de Eblock.
El DSP2 utiliza la RTT del canal acústico reciente para cronometrar el generador de antifase con los datos de Eblock, como se muestra en la Figura 7.
El DSP2 (54) calcula continuamente la respuesta del canal acústico a la señal SYNC repetitiva, como se describió anteriormente en el Estado inactivo.
Ya que el Eblock que se almacena en la memoria el tiempo suficiente antes de que DSP2 lo necesite para sus cálculos; y dado que el filtro FIR, representado como W(z) en la Figura 11, se adapta; y puesto que se conoce la ruta del canal secundario S1(z); y ya que se conoce el momento preciso para transmitir la antifase DSP2; por lo tanto, es posible generar con exactitud y precisión la antifase acústica AAAS.
Después de desdigitalizar la señal, utilizando un convertidor DAC (88) y amplificar (56), se envía hacia el altavoz (82).Esta señal tiene el retraso calculado con precisión (como se explicó anteriormente), es decir, la señal antifase se transmitirá justo en el momento apropiado con la señal acústica entrante AAAS+ASYNC (84) como se escucha en el borde de la zona silenciosa y como se muestra en la Figura 6.
El proceso que se describió anteriormente se repite secuencialmente para cada bloque, es decir, para cada intervalo SYNC (561) que se muestra en la Figura 9, lo que garantiza la continuidad del sonido y también compensa las variaciones físicas que pueden ocurrir, como el movimiento relativo, las reverberaciones y las variaciones de la respuesta en frecuencia.
La onda antifase acústica AAAS+ASYNC (86) generada por DSP2 (54) y transmitida por el altavoz silenciador (82) coincide con precisión en tiempo y amplitud antifase momentánea con AAAS+ASYNC (84) tal como se escucha en el borde de la zona silenciosa (63).Las dos ondas acústicas se interfieren entre sí, por lo que reducen significativamente la(s) señal(es) AAAS (91) en la zona silenciosa.
Opcionalmente, para reducir aún más la AAAS residual dentro de la zona silenciosa (63), se puede utilizar un micrófono adicional, marcado (70) en la Figura 6.Este micrófono se sitúa en la zona silenciosa, preferiblemente en su centro aproximado, y recibe AAAS predefinidos "residuales" que se originan a partir de una coherencia incompleta entre las AAAS predefinidos entrantes y las AAAS antifase generados.
Dado que la transmisión de la AAAS antifase coincidente en la zona silenciosa depende de la AAAS predefinida recibida por el micrófono Emic (62) en el borde de la zona silenciosa, es posible variar la ubicación de la zona silenciosa de acuerdo al deseo del usuario o las restricciones (es decir, cambio dinámico de la ubicación de la zona silenciosa dentro del área).El cambio de ubicación se realiza moviendo el micrófono Emic (62) y el altavoz silenciador antifase (82), y el micrófono opcional Imic (70), si está en utilización, a una (nueva) ubicación de zona silenciosa deseada.
La temporización precisa y la amplitud momentánea de la AAAS ASYNC (86) antifase transmitida por el altavoz silenciador (82) frente al AAAS+ASYNC (84) predefinido transmitido por el altavoz (80, 81) como se muestra en la Figura 6, proporciona una zona silenciosa (63) donde todavía se puede escuchar QAAS (94) (QAAS son sonidos como, entre otros, hablar y/o conversar cerca o en la zona silenciosa) mientras que la AAAS predefinido no se escucha en el interior).
La presente invención asegura que los oyentes no se interferirán debido a la presencia de las señales SYNC en el aire: de acuerdo a la Figura 9, la amplitud de la señal de sincronización (551) transmitida es sustancialmente pequeña en relación con la amplitud de audio de la AAAS predefinida (553), por lo tanto, los oyentes no escuchan las señales SYNC. Además, la amplitud de la señal SYNC se controla por DSP2, como se describió anteriormente, moviéndose entre los estados del sistema Inactivo y Ocupado. Esta estructura SYNC no perturba la audición humana y no distorsiona la AAAS predefinido fuera de la zona silenciosa o el QAAS dentro de la zona silenciosa. Como se presenta en la Figura 8, cada paquete SYNC (450) incluye un GSM bien definido (452) que se asocia al momento en que se generó la SYNC. Como se ilustra en la Figura 10, la etiqueta de tiempo GSM permite que DSP2 (54) identifique de manera única el paquete específico que se extrajo anteriormente de QEAAS+QESYNC (78), de acuerdo a la etiqueta de tiempo GSM que se extrajo recientemente de QAAS+ASYNC (72).La identificación garantiza una correlación fiable y completa de la señal de audio entre la señal almacenada eléctricamente que se utiliza para construir la señal antifase y la señal acústica entrante en la zona silenciosa.
Además, opcionalmente, como se ilustra en la Figura 8, la señal SYNC puede incluir datos adicionales (453) que se utilizarán, entre otros, como códigos de instrucción para activar partes del "sistema de silenciamiento", previa solicitud/necesidad/demanda/planes futuros y/u otros datos.
La generación de la señal acústica antifase que se basa en la señal acústica eléctrica adquirida previamente, permite la cancelación de señales de ruido de audio predefinidas solo, en la zona silenciosa, sin interferir con otras señales de audio circundantes y en la zona.
Utilizando la señal acústica antifase utilizando la señal acústica eléctrica preadquirida, mejora significativamente la atenuación AAAS predefinida en el extremo superior del espectro de frecuencia de audio, donde las técnicas anteriores son limitadas.
La actualización repetitiva de la señal acústica antifase en la zona silenciosa en tiempo y amplitud momentánea asegura la actualización de la señal antifase según los cambios en el entorno, como la ubicación relativa de los componentes o los oyentes en la zona silenciosa.
Debe quedar claro que la descripción de las modalidades y Figuras adjuntas expuestas en esta descripción sirven únicamente para una mejor comprensión de la invención, sin limitar su alcance.
También debe quedar claro que un experto en la técnica, después de leer la presente memoria descriptiva, podría realizar ajustes o enmiendas a las Figuras adjuntas y modalidades descritas anteriormente sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método que comprende:
adquirir digitalmente (32) un ruido predeterminado de una fuente de ruido (91); generar (42) una señal de sincronización;
combinar eléctricamente (34) la señal de sincronización con el ruido predeterminado adquirido; transmitir la señal de sincronización por un primer altavoz (81) hacia una zona silenciosa
predefinida (63), en donde dicho primer altavoz se sitúa cerca de dicha fuente, de manera que la señal de sincronización transmitida y el ruido predeterminado se combinan acústicamente;
adquirir, utilizando un micrófono (62) colocado en la zona silenciosa predefinida:
a) el ruido predeterminado combinado acústicamente y la señal de sincronización transmitida, y b) el ruido indefinido acústico circundante (94) en la zona silenciosa predefinida;
separar la señal de sincronización transmitida de la señal adquirida por el micrófono;
separar la señal de sincronización de la señal de sincronización combinada eléctricamente y el ruido predeterminado;
generar una señal antifase con base en:
c) la señal de sincronización combinada eléctricamente y
el ruido predeterminado,
d) el ruido predeterminado combinado acústicamente adquirido y la señal de sincronización transmitida, y e) la señal de sincronización transmitida por separado,
f) la señal de sincronización separada combinada eléctricamente; y
transmitir acústicamente la señal antifase utilizando un segundo altavoz (82),
con el fin de
atenuar sustancialmente el ruido que se escucha en la zona silenciosa predefinida.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
dicha adquisición del ruido predeterminado de la fuente de ruido se realiza utilizando un micrófono colocado cerca de la fuente de ruido; o
la señal de sincronización transmitida tiene una amplitud menor que el ruido predeterminado.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cálculo de la señal antifase comprende evaluar una distorsión de una ruta acústica entre la fuente de ruido y la zona silenciosa predefinida.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la señal de sincronización tiene una amplitud constante, intervalos constantes, velocidades constantes y frecuencia constante.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde cada una de las señales de sincronización contiene al menos una de:
una definición digital de un comienzo de la señal de sincronización;
una etiqueta de tiempo para identificar de forma única la señal de sincronización; e
información digital sobre una frecuencia de la señal de sincronización.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende además: calcular un momento exacto para transmitir acústicamente la señal antifase, en base a la comparación de la diferencia de tiempo en la que se adquiere el ruido predeterminado, y se recibe la señal de sincronización combinada eléctricamente y el ruido predeterminado, en la zona silenciosa predefinida.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha separación de la señal de sincronización transmitida del ruido predeterminado combinado acústicamente adquirido y la señal de sincronización transmitida y el ruido indefinido en la zona silenciosa predefinida, se realiza utilizando un filtro de paso de banda estrecha centrado en una frecuencia de audio de la señal de sincronización.
8. Un sistema que comprende un procesador que se configura para provocar la ejecución de las siguientes etapas:
adquirir digitalmente, utilizando un medio de adquisición de señal (32), un ruido predeterminado de una fuente de ruido (91);
generar (42) una señal de sincronización;
combinar eléctricamente (34) la señal de sincronización con el ruido predeterminado adquirido; transmitir la señal de sincronización por un primer altavoz (81) hacia una zona silenciosa
predefinida (63),
en donde dicho primer altavoz se sitúa cerca de dicha fuente, de manera que la señal de sincronización transmitida y el ruido predeterminado se combinan acústicamente;
adquirir, utilizando un micrófono (62) colocado en la zona silenciosa predefinida:
a) el ruido predeterminado combinado acústicamente y la señal de sincronización transmitida, y b) el ruido indefinido acústico circundante (94) en la zona silenciosa predefinida;
separar la señal de sincronización transmitida de la señal adquirida por el micrófono;
separar la señal de sincronización de la señal de sincronización combinada eléctricamente y el ruido predeterminado;
generar una señal antifase con base en:
c) la señal de sincronización combinada eléctricamente y el ruido predeterminado,
d) el ruido predeterminado combinado acústicamente adquirido y la señal de sincronización transmitida, y e) la señal de sincronización transmitida por separado,
f) la señal de sincronización separada combinada eléctricamente; y
transmitir acústicamente la señal antifase utilizando un segundo altavoz (82), para atenuar sustancialmente el ruido que se escucha en la zona silenciosa predefinida.
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en donde:
dicha adquisición del ruido predeterminado de la fuente de ruido se realiza utilizando un micrófono colocado cerca de la fuente de ruido; o
la señal de sincronización transmitida tiene una amplitud menor que el ruido predeterminado.
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el cálculo de la señal antifase comprende evaluar una distorsión de una ruta acústica entre la fuente de ruido y la zona silenciosa predefinida.
11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la señal de sincronización tiene una amplitud constante, intervalos constantes, velocidades constantes y frecuencia constante.
12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en donde cada una de las señales de sincronización contiene al menos una de:
una definición digital de un comienzo de la señal de sincronización;
una etiqueta de tiempo para identificar de forma única la señal de sincronización; e
información digital sobre una frecuencia de la señal de sincronización.
13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicho procesador se configura además para provocar la ejecución de la siguiente etapa:
calcular un momento exacto para transmitir acústicamente la señal antifase, en base a la comparación de la diferencia de tiempo en la que se adquiere el ruido predeterminado, y se recibe la señal de sincronización combinada eléctricamente y el ruido predeterminado, en la zona silenciosa predefinida.
14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, en donde dicha separación de la señal de sincronización transmitida del ruido predeterminado combinado acústicamente adquirido y la señal de sincronización transmitida y el ruido indefinido en la zona silenciosa predefinida, se realiza utilizando un filtro de paso de banda estrecha centrado en una frecuencia de audio de la señal de sincronización.
15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en donde dicho procesador se configura además para provocar la calibración, antes de que esté presente el ruido predeterminado, generando ruido blanco y realizando las etapas de la reivindicación 1 con base en el ruido blanco en lugar del ruido predeterminado.
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