[发明专利]自适应噪声控制

说明书

技术领域

本发明涉及自适应噪声控制和消除，并尤其涉及用于对幅度和相位方面的消除性能进行控制的系统和方法。

背景技术

与有用声音信号相对照，干扰噪声(也称为“噪声”或“干扰声音信号”)是不希望被例如收听者听到或感知到的声音。在机动车辆中，干扰噪声可包括由发动机和/或与其机械耦接的部件(例如风扇)的机械振动、从车辆上方和车辆周围经过的风、和/或接触例如铺砌表面的轮胎产生的声音信号。尤其对于较低的频率范围，已知噪声控制系统和方法使用相消性相干(即，通过将噪声信号与补偿信号叠加)来消除或至少降低辐射到收听空间内的噪声。然而，这些系统和方法的可行性依赖于成本有效的、高性能的数字信号处理器的发展，这些数字信号处理器可与适当数量的适宜的传感器和换能器(transducer)一起使用。

通常，主动式的噪声抑制或降低系统还被称为“主动式噪声控制”(ANC)系统，该系统产生具有与要被抑制的噪声信号振幅相同且频率相同的分量的补偿声音信号。但是，该补偿声音信号相对于噪声信号具有180度的相位偏移。结果，至少在收听空间内的特定位置处，由于补偿声音信号和噪声信号之间的相消性相干，该噪声信号被消除或降低。在该上下文中“收听空间”是ANC展现其噪声抑制的效果的空间，例如，车辆的乘客舱。

现代的主动式噪声控制系统实施数字信号处理和数字滤波技术。典型地，噪声传感器(例如麦克风或非声学传感器)被用于提供代表噪声源生成的干扰噪声信号的电参考信号，该参考信号被馈给自适应滤波器，该自适应滤波器将经滤波的参考信号供应给声学换能器(例如扬声器)。该声学换能器产生相位与在该收听空间的限定部分(“收听位置”)以内的噪声信号反相的补偿声场(compensation sound field)。该补偿声场与噪声信号相互作用，从而消除或至少衰减在收听位置内的噪声。收听环境和/或收听空间以内的剩余噪声可使用麦克风来感应。因而产生的麦克风输出信号被用作“误差信号”并被提供给自适应滤波器，此处该自适应滤波器的滤波系数被修正，使得该误差信号的模方(norm)(例如功率)被最小化，因此收听者最终感知到的剩余噪声被最小化。

所有可应用的算法均向自适应系统的输出和感应到的误差信号之间的附加物理设备(physical plant)提供了补偿。已知的算法包括：例如滤波x LMS(FXLMS)、滤波误差LMS(FELMS)和修正滤波x LMS(MFXLM)。

代表从声学换能器(即扬声器)到误差信号传感器(即麦克风)的声学传输路径的模型(物理设备)被用于实现FXLMS、FELMS、MFXLMS(或任意相关的)算法。这种从扬声器到麦克风的声学传输路径通常被称为ANC系统的“次路径(secondary path)”，而从噪声源到麦克风的声学传输路径通常被称为ANC系统的“主路径(primary path)”。用于确定(identify)次路径的传输函数的相应处理被称为“次路径系统确定”。

ANC系统的次路径系统的传输函数(即频率响应)可对自适应滤波器的收敛特性(convergence behavior)具有相当大的影响，并因此对其稳定性特性，以及对自适应的速度具有相当大的影响。次路径系统的频率响应(即，振幅响应和/或相位响应)在ANC系统工作期间可能会发生改变。变化的次路径传输函数可对主动式噪声控制的性能，特别是对由FXLMS、FELMS或MFXLMS算法产生的自适应的速度和质量具有负面影响。当实际的次路径传输函数发生改变并不再匹配在主动式噪声控制系统中使用的先前确定的次路径传输函数时导致了这种负面的影响。所有这些影响限制了ANC系统可获得的衰减性能。

而且，在特定应用中，期望的是相对于频率控制噪声衰减的能级和相位。

目前普遍需要一种自适应噪声控制，这种自适应噪声控制应具有可选择的消除特征，同时保持自适应的速度和质量以及自适应噪声控制的稳健性(robustness)。

发明内容