[发明专利]主动噪声控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及特别是用于汽车和耳机应用中的主动噪声控制(active noise control，ANC)，包括主动电机声音调谐(motor sound tuning，MST)。 

背景技术

噪声通常是用于表示这样的声音的术语，该声音对接收器的信息内容没有贡献，而是被感觉为干扰了有用信号的音频质量。噪声的发出过程可以典型地分成三个区域。这些区域是噪声的产生、其传播(发射)及其感觉。可以看出试图成功降低噪声的尝试最初是针对噪声源本身，例如，通过衰减并随后通过抑制噪声信号的传播来降低噪声。尽管如此，在许多情况下仍不能将噪声信号的发射降低到所需的程度。在这样的情况下，通过叠加补偿信号来去除不希望有的声音的构思得到了应用。 

用于抵消或降低发出的噪声的已知方法和系统(ANC系统和方法)或者用于抵消或降低不希望有的干扰信号的已知方法和系统(例如，通过MST系统和方法)，通过生成抵消声波以叠加到不希望有的信号上来抑制不希望有的噪声，所述抵消声波的幅度和频率值在极大程度上与噪声信号的幅度和频率值完全相同，但是所述抵消声波的相位相对于不希望有的信号偏移了180度。在理想情形下，该方法充分消除了不希望有的噪声。噪声信号的声级的目标性降低的这种效果通常被称为破坏性干扰。 

在这种情况下术语“噪声”既指外部声学声波(诸如汽车的乘客区域中感觉到的环境噪声或运动声音)，也指由机械振动引起的声学声波(例如乘客区域或汽车的开动)。如果声音是不希望有的，那么它们也被称作噪声。每当音乐或语音经由暴露于音频信号的区域(诸如汽车的乘客空间)中的电-声系统而被转播时，信号的听觉感觉通常会被 背景噪声削弱。背景噪声可能由风、引擎、轮胎、风扇及汽车中的其它单元引起，并且因此随速度、道路条件和汽车中的运行状态而变化。 

在现代汽车中，所谓的后座娱乐正变得越来越流行。这是通过这样的系统提供的，该系统提供高质量的音频信号再现并因此需要更加关注或进一步降低所体验的噪声信号。同样地也需要通常通过耳机媒介来将音频信号集中于单独的个人的选项。因此已知的系统和方法既涉及汽车的乘客区域中的声场的应用，也涉及通过耳机的传输。 

特别地，必须考虑由于不希望有的噪声而存在于汽车中的声响-例如从引擎或排气系统发出的分量。由引擎生成的噪声信号通常包括大量正弦分量，这些正弦分量具有与引擎的转速直接相关的幅度和频率值。这些频率分量既包括基频(以每秒的转数表示)的偶次和奇次谐波频率，也包括半阶倍频(half-order multiples)或副谐波(subharmonics)。 

彻底的研究已经显示：低的但恒定的噪声级并不总是被确实地评估。而是，可接受的引擎噪声必须满足严格的要求。谐波音频序列特别受到优待。由于即使对于今天的高度先进的机械引擎设计而言也不能总是排除不谐和音，所以采用一些方法来以积极的方式主动地控制引擎噪声。这种方法被称为电机声音调谐(MST)。为了对这些系统中的声音特性进行建模，例如，采用使用不希望有的音频分量来使它们在源头抵消的方法-例如，通过位于引擎的进气管中的扩音器来生成声学抵消信号。还已知这样的方法，在该方法中，以类似的方式，通过消去不希望有的噪声分量来对汽车的排气系统的声音发射进行建模。 

因为现代数字信号处理和自适应滤波措施得到了利用，所以在近年来用于降低噪声或进行声音建模的主动噪声控制方法和系统正变得日益流行。在典型应用中，例如麦克风的输入传感器被用来得到表示由源头生成的不希望有的噪声的信号。该信号然后被馈送到自适应滤波器的输入端并通过滤波器特性整形为用于控制抵消激励器(例如声学扩音器或机电振动发生器)的输出信号。扩音器或振动发生器生成叠加到源自源头的不希望有的噪声信号或振动上的抵消波或振动。由于在不希望有的噪声上叠加噪声控制声波而产生的观察到的剩余噪声 级通过误差传感器测量，该误差传感器生成相应的误差反馈信号。该反馈信号是用于修改自适应滤波器的参数和特性的基础以便自适应地最小化观察到的噪声或剩余噪声信号的总体水平。反馈信号是用于该响应信号的数字信号处理中的术语。