[发明专利]在主动降噪系统中模仿次级路径的方法

说明书

本发明涉及在主动降噪系统中模仿次级路径的方法，所述降噪系统包含传输线路、可自适应调节的滤波器和加法单元，其中依据所述加法单元的一种输出信号调节所述可自适应调节的滤波器，还涉及运行主动降噪系统的方法。

噪音源越来越被感受到是一种环境污染并且降低生活质量。因为噪音源往往不可避免，所以有人根据消波原理提出了降噪方法。

主动降噪(ANC或者“主动噪音消除”)的原理基于通过干涉消除声波。这种干涉由一或者多个电声换能器(例如由扬声器)产生。由所述电声换能器发出的信号，借助一个适当的算法来计算并且不断地校正。由一个或者多个传感器提供的信息是计算从所述电声换能器所要发出的信号的基础。它们一方面是关于需要最小化信号特性的信息。为此例如可以采用一个微音器来探测需要最小化的噪音。另一方面则还需要关于保留下来的剩余信号的信息。为此也可以采用微音器。

主动降噪中应用的基本原理已由Paul Lueg博士在1935年公开号为AT-141 998B的一个专利中说明。该文献披露了，如何可以在一个管子中借助产生一个反相位的信号来消除噪音。

一种用于主动降噪的算法需要至少一个用以查明剩余误差的传感器(例如一个微音器)提供的信息。视应用和采用的算法而异，还加上另一个传感器，用来提供关于需要最小化信号特性的信息。此外一个自适应的降噪系统还需要一个或者多个执行器(例如以扬声器的形式)用于输出所述校正信号。所述传感器的信息必须由一个模数转换器转换成一个相应的格式。在通过所述算法处理以后把该信号由一种数模转换器转换回模拟信号并且向所述执行器传输。该转换器的分辨率以及其动力都受限制。

在下文称为ANC的“主动噪音消除”的应用中，所使用的算法的稳定性是一个决定性的因素。当前使用一系列的专用算法，例如LMS(最小均方)或者与之同源的Fx-LMS算法。尤其是所述Fx算法有良好的稳定性并且因此可以良好地用于ANC系统。前缀“Fx”在此表明是模仿所谓的“次级路径”，所述次级路径包含所采用的执行器、传感器、放大器、模数转换器、数模转换器和传输路径的特性以及所有其它对需要传输的信号有影响的特性。该“次级路径”在下文中也称为“部件影响”。

下面对一些常用的用于查明所述次级路径(部件影响)的方法进行说明并且指出其弱点。

其中Muhammad Tahir Akthar、Masahide Abe和MasayukiKawamat在为“声学回波和噪音控制国际工作会议(IWAEN2003)”2003年九月在东京发表的“A New Structure For Feed forwardActive Noise Control Systems with Online Secondary-PathModeling”(一种有在线次级路径模拟的前馈主动噪音控制系统的新结构)的文章中说明了一个集成了次级路径的完整的ANC系统。

在该文献中说明了一种次级路径(部件影响)的离线模拟。该确定所述次级路径的公知方法称为“离线模拟”，因为是在事前，也就是说在系统不工作时确定所述次级路径的特性。

一旦借助白噪音确定了所述部件影响(所述次级路径的特性)，就立即由LMS算法把一个模仿该特性的滤波器计入到所述计算中。

这种确定所述次级路径(部件影响)的方法在特性上共同的是，对于计算所述部件影响(次级路径)与频率响应无关地考虑在所述执行器与传感器之间出现的时间延迟。因为这种时间延迟却是所述次级路径的一个重要特性，在模拟所述部件影响(次级路径)时忽略这种时间延迟有损于整个系统的效率和稳定性。在环境参数改变时，例如气压或者温度改变时，信号的传播时间也改变。如果所述信号的传播时间变短，所述算法通过在所述次级路径的模型中预先给定的延迟慢得不能够提供满意的结果。其结果可能是出现更差的衰减特征并且在极端的情况下形成一个不稳定的系统。

在运行中确定所述次级路径的另一种方法由Sen M.Kuo在美国专利5,940,519中进行了说明。

该方法中的想法在于，附加地给应当消除的噪音混合进一个信号，并且根据该信号的改变确定所述次级路径的(部件影响)的特征。在通过所述执行器(在该情况下是一个扬声器)输出所谓“抗噪音信号”以前，重新滤除掉所述附加的信号。该方法的缺点是，所述信号总是存在。