[发明专利]消噪系统

说明书

在传统的有源消噪(ANC)方案中，检测来自噪声源的噪声，并作出响应驱动位于下游的扬声器产生消噪信号。在发生消噪后，位于扬声器下游的诸如麦克风的动态压力传感器检测合成的噪声，并向扬声器驱动电路提供反馈信号修正来自话筒的消噪信号。所有有源噪声系统的主要复杂性在于将管道特性叠加在消噪处理上，所述消噪处理包括从消噪扬声器向噪声源发射并反射的噪声。由输入麦克风检测这种附加的噪声，若处理不当，将引起系统或反馈的不稳定性。所以，作为消噪部分，需要把控制扬声器反射并生成的噪声从输入麦克风的噪声源引起的噪声辨别并分离出来。传统的有源消噪方案的另一个缺点是在输入噪声传感器、消噪器和误差噪声传感器之间连续地要求渐增的物理距离。物理距离反映检测噪声、处理信息、产生抵销信号和检测抵销信号的结果所需的时间，而且每一步与要求附加物理距离的时间延迟相对应。缩短这些时间延迟导致整体尺寸的减小，从而使ANC更具有商业吸引力。此外，以前的ANC系统用自适应无穷-脉冲-响应(IIR)滤波器来建立从控制扬声器到输出麦克风的反馈的模型。然而，根据它们的结构，很容易引起IIR滤波器的稳定性问题。

本发明所提供的主要改进在于排除了自适应IIR滤波器结构。结果，提供一种具有更稳定的控制结构和较大系统耐用性的系统。本发明采用两个可以单独使用但最好是一起使用的渐增结构。一个特性是应用两个传感麦克风，它们沿着管道相隔一段短距离设置，从而可区分管道中正向和反向传播的波。第二个特性是直接检测消噪扬声器的锥体的速度，它与产生的声音直接相关。将与消噪扬声器的锥体速度成正比的信号与话筒的输入相比并从中减去。这导致在扬声器瞬态响应方面的惊人改进，同时主群时延减小(实验结果达到6毫秒)。

本发明的一个目的在于，提供来自消噪扬声器的信号，它与正向传播声压波成正比。

本发明的另一个目的在于，允许区别从源向ANC系统传播的正向传播压力波前，从而排除了反馈建模的要求。

本发明的又一个目的在于，减小管道相关有源噪声控制所需的输入麦克风与扬声器的距离或声学设备长度。本发明将实现这些目的，和在下文中将变得明显的其它目的。

基本上讲，将多个隔开的检测麦克风设置在或靠近噪声源并处理检测的信号，从而只隔离源于噪声源的声波的正向传播波分量，并将它作为输入提供给抵销扬声器的驱动电路。抵销扬声器的话筒锥体速度与抵销扬声器产生的声音相对应。通过检测话筒锥体的速度并将检测到的速度与驱动信号相比较，可以缩短响应时间和距离。

图1是现有技术的消噪系统的示意图；

图2是本发明的消噪结构的示意图；

图3是图2设备的抵销扬声器的剖面图；

图4是图2设备的前进波滤波器的示意图；

图5是可以替代图4实施例的正向压力波近似滤波器的示意图；

图6是运用控制器的数字实现法构成的系统的示意图；和

图7是运用控制器的模拟实现法构成的系统的示意图。

图1是基于美国专利第4,677,676号和第4,677,677号，它被画成运用自适应无穷-脉冲-响应(IIR)滤波器的有源消噪系统。与其试图用专用的模拟电路和滤波器抵销反馈声音分量，不如建立前馈(检测麦克风到扬声器)和反馈(扬声器到检测麦克风)声道效果的模型。简要地说，在启动时，闭合开关S1，使白噪声源10除了与自适应误差通道滤波器14和乘法器16连接外，还与抵销扬声器12相连。此时，滤波器14-1和14-2的滤波系数为零。断开开关S2，从而白噪声源10为扬声器12提供唯一的输入。滤波器14建立从由白噪声源10引起的对抵销扬声器12的输入电压到由误差麦克风18测得的输出电压这一条通路的模型。向加法器20提供误差麦克风18的输出和滤波器14的输出。把加法器20的输出作为乘法器16的输入，把乘法器16的输出作为滤波器14的第二输入。为了系统的稳定性需要滤波器14，而且在确认误差通路后，将它复制成主控制运算结构的滤波器14-1和14-2。