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CN102356426B - 主动降噪自适应滤波 - Google Patents

主动降噪自适应滤波 Download PDF

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CN102356426B CN201080012470.XA CN201080012470A CN102356426B CN 102356426 B CN102356426 B CN 102356426B CN 201080012470 A CN201080012470 A CN 201080012470A CN 102356426 B CN102356426 B CN 102356426B
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Abstract

一种主动降噪系统，其在存在高幅度干扰噪声的情况下降低偏离的发生率。有限频率范围阈值被建立起来。

Description

主动降噪自适应滤波
技术领域
背景技术
本说明书描述一种主动降噪系统，并且更具体而言，描述一种在存在高幅度干扰噪声的情况下降低自适应滤波器的偏离的主动降噪系统。
发明内容
在一个方面，一种装置包括前馈主动降噪系统，该系统包括用于将某位置处的声学噪声转换成噪声信号的换能器；用于确定该噪声信号在宽频带频率范围中的幅度的电路；用于将该噪声信号在该宽频带频率范围中的幅度与宽频带阈值进行比较的电路；用于确定该噪声信号在该宽频带频率范围的有限部分上的幅度的电路；用于将该噪声信号在该宽频带频率范围的该有限部分中的幅度与有限频率范围阈值进行比较的电路；以及用于在该噪声信号在宽频带频率范围中的幅度超过宽频带阈值或者该噪声信号在宽频带频率范围的有限部分中的幅度超过有限频率范围阈值的情况下对该噪声信号进行修改的电路。用于修改噪声信号的电路可以包括用于对施加至该噪声信号的增益进行修改的电路。该主动降噪系统还可以包括用于对噪声信号进行过滤以提供经低通滤波的噪声信号的低通滤波器，以及用于向用于在宽频带频率范围的有限部分中比较噪声信号的电路提供经低通滤波的噪声信号的电路。主动降噪还可以包括用于对噪声信号进行过滤以提供经带通滤波的噪声信号的带通滤波器，以及用于向用于在宽频带频率范围的有限部分中比较噪声信号的电路提供经带通滤波的噪声信号的电路。该主动降噪系统可以用于降低交通工具舱室中的声学噪声。宽频带阈值可以不同于有限频率范围阈值。
在另一方面，一种装置包括前馈主动降噪系统，该系统包括交通工具舱室；用于将该交通工具舱室中的声学噪声转换成噪声信号的换能器；用于确定该噪声信号在频率范围的有限部分中的幅度的电路；用于将该噪声信号在该频率范围的该有限部分中的幅度与有限频率范围阈值进行比较的电路；以及用于在该噪声信号在频率范围的有限部分中的幅度超过该有限频率范围阈值的情况下对该噪声信号进行修改的电路。该主动降噪系统还可以包括用于确定该噪声信号在宽频带频率范围上的幅度的电路；用于将该噪声信号在该宽频带频率范围中的幅度与宽频带阈值进行比较的电路；以及用于在该噪声信号在频率范围的有限部分中的幅度超过有限频率范围阈值或者该噪声信号在宽频带频率范围中的幅度超过宽频带阈值的情况下对该噪声信号进行修改的电路。宽频带范围阈值可以不同于有限频率范围阈值。用于修改噪声信号的电路可以包括用于对施加至该噪声信号的增益进行修改的电路。该主动降噪系统还可以包括用于对噪声信号进行过滤以提供经低通滤波的噪声信号的低通滤波器，以及用于向用于在频率范围的有限部分中比较噪声信号的电路提供经低通滤波的噪声信号的电路。该主动降噪系统还可以包括用于对噪声信号进行过滤以提供经带通滤波的噪声信号的带通滤波器，以及用于向用于在频率范围的有限部分中比较噪声信号的电路提供经带通滤波的噪声信号的电路。
在又一方面，一种用于操作用以降低噪声的前馈主动降噪系统的方法，包括检测某位置处的声能；将声学噪声转换成噪声信号；确定该噪声信号在宽频带频率范围中的幅度；将该噪声信号在宽频带频率范围中的幅度与宽频带阈值进行比较；确定该噪声信号在宽频带频率范围的有限部分上的幅度；将该噪声信号在宽频带频率范围的有限部分中的幅度与有限频率范围阈值进行比较；以及如果该噪声信号在宽频带频率范围中的幅度超过宽频带阈值或者该噪声信号在宽频带频率范围的有限部分中的幅度超过有限频率范围阈值，则对该噪声信号进行修改。对噪声信号进行修改可以包括修改施加至该噪声信号的增益。用于操作主动降噪系统的方法还可以包括在宽频带频率范围的有限部分中对噪声信号进行比较之前对该噪声信号进行低通滤波。用于操作主动降噪系统的方法还可以包括在宽频带频率范围的有限部分中对噪声信号进行比较之前对该噪声信号进行带通滤波。所述位置为交通工具舱室。宽频带阈值可以不同于有限频率范围阈值。
在另一方面，一种用于操作前馈主动降噪系统的方法，包括将交通工具舱室中的声学噪声转换成噪声信号；确定该噪声信号在频率范围的有限部分中的幅度；将该噪声信号在频率范围的有限部分中的幅度与有限频率范围阈值进行比较；以及如果该噪声信号在频率范围的有限部分中的幅度超过该有限频率范围阈值，则对该噪声信号进行修改。用于操作主动降噪系统的方法还可以包括确定该噪声信号在宽频带频率范围上的幅度；将该噪声信号在宽频带频率范围中的幅度与宽频带阈值进行比较；以及如果该噪声信号在频率范围的有限部分中的幅度超过有限频率范围阈值或者该噪声信号在宽频带频率范围中的幅度超过宽频带阈值，则对该噪声信号进行修改。对噪声信号进行修改可以包括修改施加至该噪声信号的增益。用于操作主动降噪系统的方法还可以包括在频率范围的有限部分中对噪声信号进行比较之前对该噪声信号进行低通滤波。用于操作主动降噪系统的方法还可以包括在频率范围的有限部分中对噪声信号进行比较之前对该噪声信号进行带通滤波。有限频率范围阈值可以不同于宽频带阈值。
在联系以下附图阅读以下详细描述时，其他特征、目标和优点将从中显现。在附图中：
附图说明
图1A和图1B为主动降噪系统的框图；
图2为主动降噪系统的一部分的操作的框图；
图3至图7为幅度与频率间关系的描绘；以及
图8为主动降噪系统的操作的一部分的逻辑框图。
具体实施方式
虽然附图的若干图示的元件可被显示及描述为框图中的分立元件和可以被称为“电路”，但除非另外注明，否则这些元件可以实现为模拟电路、数字电路或者一个或多个执行软件指令的微处理器中之一或者其组合。软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。除非另外注明，否则信号线可以实现为分立的模拟或数字信号线。多个信号线可以伴随适当的信号处理而实现为一个分立的数字信号线用以对单独的音频信号流进行处理，或者实现为无线通信系统的元件。某些处理操作可以通过对系数的计算和应用来表示。对系数的计算及应用的等价操作可由其他模拟或DSP技术来执行，并且包含在本专利申请的范围之内。除非另外注明，否则音频信号可以以数字形式或模拟形式进行编码；常规数模转换器以及模数转换器可不在电路图中示出。本说明书描述主动降噪系统。主动降噪系统通常旨在用于消除不期望的噪声(即，目标是零噪声)。然而，在实际的降噪系统中不期望的噪声得到衰减，但并未达到完全降噪。在本说明书中，“趋零驱动(driving toward zero)”意指主动降噪系统的目标是零噪声，但应当认识到，实际结果为显著衰减，而非完全消除。
参照图1A，其示出了前馈主动降噪系统的框图。通信路径38耦合至降噪参考信号发生器19，用于向该降噪参考信号发生器呈送参考频率F。降噪参考信号发生器耦合至滤波器22和自适应滤波器16。滤波器22耦合至系数计算器20。输入换能器24耦合至控制块37并且耦合至系数计算器20，系数计算器20转而双向耦合至泄漏调节器18和自适应滤波器16。自适应滤波器16通过功率放大器26耦合至输出换能器28。控制块37耦合至泄漏调节器18。可选地，可以存在与系数计算器20耦合的附加输入换能器24’，并且可选地，自适应滤波器16可以耦合至泄漏调节器18。如果存在附加输入换能器24’，则通常将存在对应的滤波器23、25。
在工作中，参考频率，或者可以从中导出参考频率的信息，被提供给降噪参考信号发生器19。降噪参考信号发生器生成发往滤波器22和发往自适应滤波器16的降噪信号，其形式可以是周期性信号，如具有与引擎速度有关的频率分量的正弦曲线。输入换能器24监测具有与参考频率有关的频率分量的周期性振动能，并将振动能转换成噪声信号(有时亦称“错误信号”，为简便起见，下文称为噪声信号)，该噪声信号被提供给系数计算器20。系数计算器20确定针对自适应滤波器16的系数。自适应滤波器16使用来自系数计算器20的系数，修改来自降噪参考信号发生器19的消噪参考信号的幅度和/或相位并且将经修改的消噪信号提供给功率放大器26。降噪信号由功率放大器26进行放大，并且由输出换能器28转换成振动能。控制块37例如通过激活或去激活主动降噪系统或者通过调节噪声衰减量来控制主动降噪元件的操作。
自适应滤波器16、泄漏调节器18以及系数计算器20重复地和递归地进行操作，以提供一连串滤波器系数，该一连串滤波器系数使得自适应滤波器16对信号进行修改，该信号在被转换成周期性振动能时，衰减由输入换能器24检测到的振动能。滤波器22，其可由传递函数H(s)表征，对主动降噪系统的组件(包括功率放大器26和输出换能器28)以及该系统操作所处的环境对输入换能器24所转换的能量的影响做出补偿。
输入换能器24、24’可以是许多类型的将振动能转换成电信号或者数字编码信号的器件(诸如，加速计、麦克风、压电器件等等)中之一。如果存在不止一个输入换能器24、24’，则来自换能器的经过滤输入可以诸如通过求平均的方式组合，或者来自一个换能器的输入的权重可以重于其他输入。滤波器22、系数计算器20、泄漏调节器18以及控制块37可以实现成由微处理器(诸如DSP器件)执行的指令。输出换能器28可以是许多提供周期性振动能的机电器件或者电声器件(诸如马达或者声学驱动器)中之一。
参照图1B，其示出了包括图1A的前馈主动降噪系统的元件的框图。图1B的前馈主动降噪系统被实现为交通工具舱室中的主动声音降噪系统，但其还可以被配置用于在诸如房间或者控制台之类的封闭空间中使用，或者用于在诸如放下顶蓬的敞篷车、打开车窗的车辆或者在非封闭空间中操作的机器之类的非封闭环境中使用。图1B的系统还包括音频娱乐或通信系统的元件。举例而言，如果图1B的系统在诸如客车、厢式货车、卡车、运动多用途运载车、工程或农业车辆、军用车辆或者飞机之类的交通工具内的舱室中实现，则音频娱乐或通信系统可以与交通工具相关联。娱乐音频信号处理器10可操作地耦合至信号线40以接收娱乐音频信号和/或娱乐系统控制信号C，并且耦合至组合器14并且可以耦合至泄漏调节器18。降噪参考信号发生器19可操作地耦合至信号线38以及耦合至自适应滤波器16和舱室滤波器22’，该舱室滤波器22’对应于图1A的滤波器22。自适应滤波器16耦合至组合器14、系数计算器20，并且可选地可以直接耦合至泄漏调节器18。系数计算器20耦合至舱室滤波器22’、泄漏调节器18以及麦克风24”，该麦克风24”对应于图1A的输入换能器24、24’。组合器14耦合至功率放大器26，该功率放大器26耦合至声学驱动器28’，该声学驱动器28’对应于图1A的输出换能器28。控制块37可操作地耦合至泄漏调节器18并且耦合至麦克风24”。在许多交通工具中，娱乐音频信号处理器10耦合至多个组合器14，其中每个组合器都耦合至功率放大器26和声学驱动器28’。
多个组合器14、功率放大器26和声学驱动器28’中的每一个可以通过诸如放大器和组合器之类的元件耦合至多个自适应滤波器16中之一，该多个自适应放大器16中的每一个具有与其相关联的泄漏调节器18、系数计算器20和舱室滤波器22。单个的自适应滤波器16、相关的泄漏调节器18以及系数计算器20可以修改向不止一个声学驱动器呈送的消噪信号。为简单起见，仅示出了一个组合器14、一个功率放大器26和一个声学驱动器28’。每个麦克风24”可以耦合至不止一个系数计算器20。
娱乐音频信号处理器10、降噪参考信号发生器19、自适应滤波器16、舱室滤波器22’、系数计算器20、泄漏调节器18、控制块37以及组合器14的全部或者其中的一些可以实现成由一个或多个微处理器或DSP芯片执行的软件指令。功率放大器26和微处理器或DSP芯片可以是放大器30的组件。
在操作中，图1B的某些元件进行操作以向交通工具乘员提供音频娱乐以及音频呈现的信息(诸如导航指令、声音警告指标、蜂窝电话传输、操作信息[例如，低燃油量指示]等等)。来自信号线40的娱乐音频信号由娱乐音频信号处理器10进行处理。经处理的音频信号在组合器14处与主动降噪信号(稍后描述)相组合。经组合的信号由功率放大器26进行放大并且由声学驱动器28’转换成声能。
图1B的某些元件进行操作以主动地降低交通工具舱室中由交通工具引擎及其他噪声源导致的噪声。引擎速度信号E，其通常表示为指示引擎转速(亦称每分钟转数或者RPM)的脉冲，被提供给降噪参考信号发生器19，该降噪参考信号发生器19根据来确定参考频率。与该参考频率有关的信号被提供给舱室滤波器22’。降噪参考信号发生器19生成消噪信号，其形式可以是周期性信号，诸如具有与引擎速度的谐波有关的频率分量的正弦曲线。消噪信号被提供给自适应滤波器16并且同时提供给舱室滤波器22’。麦克风24”将交通工具舱室中的声能(其中声能可以包括与娱乐音频信号对应的声能)转换成噪声音频信号，该噪声音频信号被提供给系数计算器20。系数计算器20对自适应滤波器16的系数进行修改。自适应滤波器16使用该系数来修改来自降噪参考信号发生器19的消噪信号的幅度和/或相位，并将经修改的消噪信号提供给信号组合器14。一些电声元件(例如，声学驱动器28’、功率放大器26、麦克风24”以及降噪系统操作所处的环境)的组合效应可由传递函数H(s)表征。舱室滤波器22’将传递函数H(s)模型化并且对其做出补偿。下面将要描述泄漏调节器18和控制块37的操作。
自适应滤波器16、泄漏调节器18以及系数计算器20重复地和递归地进行操作，以提供一连串滤波器系数，该一连串滤波器系数使得自适应滤波器16对音频信号进行修改，该音频信号在由声学驱动器28’辐射时，将麦克风24”所检测到的信号的特定频谱分量的量值驱动至某一期望值。特定频谱分量通常对应于导出自引擎速度的频率的固定倍数。特定期望值可以是零，但也可以是如下文所述的某个其他值。
图1A和图1B的元件还可以被复制并且用于生成及修改针对不止一个频率的降噪信号。针对其他频率的降噪信号以与上文所述相同的方式被生成和修改。
来自娱乐音频信号源的音频信号的内容包括常规音频娱乐，举例而言，诸如音乐、国际互联网上的数字化的日常电台讨论广播(talkradio)、新闻及体育广播、关联于多媒体娱乐的音频等，并且如上文所述，可以包括诸如导航指令、来自蜂窝电话网络的音频传输、关联于交通工具的操作的警告信号以及关于交通工具的操作信息之类的音频信息形式。娱乐音频信号处理器可以包括立体声和/或多声道音频处理电路。自适应滤波器16和系数计算器20可以一同实现为诸如n-抽头延迟线、Leguerre滤波器、有限脉冲响应(FIR)滤波器等之类的若干滤波器类型中之一。自适应滤波器可以使用诸如最小均方(LMS)自适应方案、归一化LMS方案、块LMS方案或者块离散傅立叶变换方案等之类的若干类型的自适应方案中之一。组合器14不一定是物理元件，而是可以实现为信号的加和。
虽然将自适应滤波器16示为单个元件，但其可以包括不止一个滤波器元件。在图1B的系统的某些实施方式中，自适应滤波器16包括2个FIR滤波器元件，各一个用于正弦函数和余弦函数，二者的正弦输入均为同一频率，每个FIR滤波器使用采用单个抽头的LMS自适应方案以及可以与音频频率采样率r(例如)相关的采样率。适于由系数计算器20使用的自适应算法可见于Adaptive FilterTheory(4th Edition by Simon Haykin，ISBN 0130901261)。
许多交通工具中主动降噪系统被设计用于衰减处于参考频率的引擎噪声。有时以下与引擎无关的事件(例如驶过大的隆包)或条件(例如打开的车窗)可能导致在参考频率上具有大量声能的高幅度干扰噪声。高幅度干扰噪声可以是非相关的或者宽频带的或者二者皆然，并且通常是与引擎的操作不相关的某些事件或条件导致的结果。源于导致高幅度干扰噪声的事件或条件的、由输入换能器24或24’检测到的噪声信号的部分可能如引擎所导致的噪声信号的部分一样大，或者甚至更大。这可能使得自适应系统偏离，从而造成不期望的听觉假象。
图2示出了用于防止在参考频率处具有声能的高幅度干扰噪声所造成的系统偏离的主动降噪系统的操作的框图。(图1A的)输入换能器24(或者图1B的输入换能器24’)通过噪声信号调节器102耦合至系数计算器20。(输入换能器24和系数计算器20在图1A/图1B和图2中在空间上是反转的；然而，逻辑布置在图1A/图1B和图2中是相同的)。
在操作中，噪声信号调节器102从输入换能器24接收噪声或错误信号N，并且在块104处确定在该噪声信号中是否存在高幅度干扰噪声。如果存在高幅度干扰噪声，则在块106处以使得自适应系统不偏离的方式对该噪声信号进行修改，并将噪声信号N’呈送给系数计算器。如果在步骤104处不存在高幅度干扰噪声，则将噪声信号呈送给系数计算器以便主动降噪系统正常工作。
在一个实施方式中，块102、104和106由执行DSP所执行的软件指令来进行，并且在块106处对噪声信号进行的修改包括修改施加至噪声信号的增益，这可以包括将增益设置为一(从而使信号即不被放大也不被衰减)或者将增益设置为零(从而将噪声信号设置为零)。
确定是否存在高幅度干扰噪声的一种方法是测量噪声信号的宽频带幅度以及确定该宽频带幅度是否高于阈值。该方法在图3中得以说明。曲线108A按照频率表示引擎噪声的最高预期幅度。最高预期幅度曲线可以凭经验确定。引擎噪声通常为参考频率的已知谐波处的窄频带。曲线110A表示噪声信号。曲线112A表示阈值幅度。如果噪声信号的幅度高于阈值112A，则确定存在高幅度干扰噪声。如果噪声信号的幅度低于阈值幅度，则确定不存在高幅度干扰噪声。
然而在某些情况下，可能难以设置阈值幅度。例如在图4中，如果引擎噪声的最高预期幅度曲线(由曲线108B表示)具有相对于噪声信号(由曲线110B表示)较高的峰值，则可能难以设置可准确确定高幅度干扰噪声存在与否的阈值。如果将阈值设置在水平112B(这对于由曲线107B表示的典型引擎噪声曲线是适当的)，则即使在高幅度干扰噪声不存在的情况下仍然可能确定其存在。如果将阈值设置在水平113B(这对于最高预期幅度曲线108B是适当的)，则即使在高幅度干扰噪声存在的情况下仍然可能确定其不存在。
图5图示了可以在其中引擎噪声的最高幅度(在图5中由曲线108C表示)几乎同干扰噪声的幅度一样大或者更大的情况下使用的、确定是否存在高幅度干扰噪声的方法。图5的方法在干扰噪声(由曲线110C表示)相对为窄频带或者在引擎噪声的第一峰值以下或者在引擎噪声的峰值幅度之间的频率处具有高幅度或者二者皆然的情况下最为有效。噪声信号以频率f1与f2之间的通频带被带通滤波，或者以截断频率f3被低通滤波，其中频率f1和f2位于引擎噪声的幅度峰值之间，频率f3位于引擎噪声的第一幅度峰值以下。带限噪声的幅度被与可以低于宽频带阈值113C的频带阈值112C进行比较，该宽频带阈值113C可以与图4的宽频带阈值113B相同并且甚至可以低于引擎噪声的峰值幅度。如果幅度高于频带阈值，则确定存在高幅度干扰噪声。通常情况下，低通滤波器方法比带通滤波器方法更易于实现。对于带通方法而言，由于出现峰值的频率可能随诸如引擎速度等条件而改变，因此峰值之间的频率f1和f2也可能发生改变。虽然以上的说明采用了低通滤波器或者带通滤波器，但是也可以使用其他检测带限能量的方法，例如快速傅立叶变换(FFT)或者最小均方(LMS)滤波器等。
在图6的情况中，引擎噪声曲线108D类似于图5的引擎噪声108C。然而，高幅度干扰噪声110D在频率f3以下不具有高声能水平，但却在引擎噪声的最高预期幅度的频率处具有高声能水平。如果将图5的方法应用于图6的情况，则即使在高幅度干扰噪声存在的情况下仍然可能确定其不存在。
在图6的情况中(如引擎噪声曲线108D和干扰噪声曲线110D所指示)，高幅度干扰噪声的存在可由图7中图形显示并于图8中逻辑呈现的方法准确确定。图7和图8的方法同时包括图6的频带阈值112D和宽频带阈值113D。图8的高噪声确定块104同时包括图3(宽频带阈值，块110)和图5(频带阈值，块108)的确定方法。如果任一个阈值被超过，则确定存在高幅度干扰噪声。如果任何阈值均未被超过，则确定不存在高幅度干扰噪声。图8示出了块104的逻辑的效果。存在产生相同结果的等效过程；举例而言，决策块110可以位于决策块108之前，或者可将噪声信号并行地呈送给块108和110，并且决策块108和110的输出由OR运算器进行处理。在块108之前，可对噪声信号进行低通滤波(如低通滤波器109所指示)或者带通滤波以促进与阈值进行比较。
在一个实施方式中，采用低通滤波器，以20Hz的截断频率、0.1的低频阈值和0.3的宽频带阈值，对噪声信号进行滤波，其中1.0表示120dB SPL信号水平。其他实施方式可以具有不同的阈值，并且1.0表示其他信号水平，并且低通滤波器可以具有某些其他截断频率。
图7和图8的高噪声确定块可以扩展以包括用于确定是否存在高幅度干扰噪声的2个以上的测试以及不同的逻辑布置。
返回图2，如果确定存在高幅度干扰噪声，则在块106处对噪声信号进行修改。修改噪声信号从而使自适应滤波器不偏离的一种方法是在一段时间(例如，100毫秒)内降低麦克风的增益。修改噪声信号的其他方法包括带限衰减。降低麦克风增益的后果是自适应系统“滑翔(coast)”，亦即，其连续输出抵消信号，但并不试图适应于抵消干扰噪声。
在不偏离本发明概念的情况下可以对在此公开的特定装置和技术做出多种使用或者对其做出新的发展。因此，本发明应当被认为包含在此公开的每个新颖特征以及新颖特征组合，并且仅由随附权利要求的精神和范围所限定。

Claims (14)

1.一种前馈主动降噪系统，包括
换能器，用于将某位置处的声学噪声转换成噪声信号；
用于确定所述噪声信号在宽频带频率范围的有限部分上的幅度的电路；
用于将所述噪声信号在所述宽频带范围的所述有限部分中的幅度与有限频率范围阈值进行比较的电路；以及
用于在所述噪声信号在宽频带频率范围的所述有限部分中的幅度超过所述有限频率范围阈值的情况下对所述噪声信号进行修改的电路。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
用于确定所述噪声信号在宽频带频率范围上的幅度的电路；
用于将所述噪声信号在宽频带频率范围中的幅度与宽频带阈值进行比较的电路；
用于在所述噪声信号在频率范围的所述有限部分中的幅度超过所述有限频率范围阈值或者所述噪声信号在所述宽频带频率范围中的幅度超过所述宽频带阈值的情况下对所述噪声信号进行修改的电路。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的系统，其中所述用于修改所述噪声信号的电路包括用于对施加至所述噪声信号的增益进行修改的电路。
4.根据权利要求1或者权利要求2所述的系统，还包括：
用于对所述噪声信号进行滤波以提供经低通滤波的噪声信号的低通滤波器；以及
用于向所述用于在所述宽频带频率范围的所述有限部分中比较所述噪声信号的电路提供所述经低通滤波的噪声信号的电路。
5.根据权利要求1或者权利要求2所述的系统，还包括：
用于对所述噪声信号进行滤波以提供经带通滤波的噪声信号的带通滤波器；以及
用于向所述用于在所述宽频带频率范围的所述有限部分中比较所述噪声信号的电路提供所述经带通滤波的噪声信号的电路。
6.根据权利要求1或者权利要求2所述的系统，其中所述主动降噪系统用于降低交通工具舱室中的声学噪声。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述宽频带阈值不同于所述有限频率范围阈值。
8.一种用于操作前馈主动降噪系统的方法，包括：
将交通工具舱室中的声学噪声转换成噪声信号；
确定所述噪声信号在宽频带频率范围的有限部分上的幅度；
将所述噪声信号在所述宽频带频率范围的有限部分中的幅度与有限频率范围阈值进行比较；以及
如果所述噪声信号在所述宽频带频率范围的所述有限部分中的幅度超过所述有限频率范围阈值，则对所述噪声信号进行修改。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
确定所述噪声信号在宽频带频率范围上的幅度；
将所述噪声信号在所述宽频带频率范围中的幅度与宽频带阈值进行比较；以及
如果所述噪声信号在所述频率范围的所述有限部分中的幅度超过所述有限频率范围阈值或者所述噪声信号在所述宽频带频率范围中的幅度超过所述宽频带阈值，则对所述噪声信号进行修改。
10.根据权利要求8或者权利要求9所述的方法，其中所述修改所述噪声信号包括对施加至所述噪声信号的增益进行修改。
11.根据权利要求8或者权利要求9所述的方法，还包括在所述宽频带频率范围的所述有限部分中比较所述噪声信号之前对所述噪声信号进行低通滤波。
12.根据权利要求8或者权利要求9所述的方法，还包括在所述宽频带频率范围的所述有限部分中比较所述噪声信号之前对所述噪声信号进行带通滤波。
13.根据权利要求8或者权利要求9所述的方法，其中所述位置为交通工具舱室之中。
14.根据权利要求8或者权利要求9所述的方法，其中所述宽频带阈值不同于所述有限频率范围阈值。
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Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8949120B1 (en) * 2006-05-25 2015-02-03 Audience, Inc. Adaptive noise cancelation
US8194873B2 (en) * 2006-06-26 2012-06-05 Davis Pan Active noise reduction adaptive filter leakage adjusting
US20070297619A1 (en) * 2006-06-26 2007-12-27 Bose Corporation*Ewc* Active noise reduction engine speed determining
US9247346B2 (en) 2007-12-07 2016-01-26 Northern Illinois Research Foundation Apparatus, system and method for noise cancellation and communication for incubators and related devices
US8204242B2 (en) * 2008-02-29 2012-06-19 Bose Corporation Active noise reduction adaptive filter leakage adjusting
US8355512B2 (en) * 2008-10-20 2013-01-15 Bose Corporation Active noise reduction adaptive filter leakage adjusting
US8306240B2 (en) * 2008-10-20 2012-11-06 Bose Corporation Active noise reduction adaptive filter adaptation rate adjusting
US9020158B2 (en) 2008-11-20 2015-04-28 Harman International Industries, Incorporated Quiet zone control system
US8135140B2 (en) * 2008-11-20 2012-03-13 Harman International Industries, Incorporated System for active noise control with audio signal compensation
US8718289B2 (en) 2009-01-12 2014-05-06 Harman International Industries, Incorporated System for active noise control with parallel adaptive filter configuration
US8189799B2 (en) * 2009-04-09 2012-05-29 Harman International Industries, Incorporated System for active noise control based on audio system output
US8199924B2 (en) 2009-04-17 2012-06-12 Harman International Industries, Incorporated System for active noise control with an infinite impulse response filter
US8077873B2 (en) 2009-05-14 2011-12-13 Harman International Industries, Incorporated System for active noise control with adaptive speaker selection
TW201202676A (en) * 2010-03-15 2012-01-16 Nat Acquisition Sub Inc Configurable electronic device reprogrammable to modify the device frequency response
FR2967508B1 (fr) * 2010-11-16 2014-02-21 Ixmotion Procede et dispositif de controle actif de vibrations mecaniques par mise en oeuvre d'une loi de controle constituee d'un correcteur central et d'un parametre de youla
DE102011086728B4 (de) * 2011-11-21 2014-06-05 Siemens Medical Instruments Pte. Ltd. Hörvorrichtung mit einer Einrichtung zum Verringern eines Mikrofonrauschens und Verfahren zum Verringern eines Mikrofonrauschens
US8892046B2 (en) * 2012-03-29 2014-11-18 Bose Corporation Automobile communication system
US9959852B2 (en) 2013-01-18 2018-05-01 Bose Corporation Vehicle engine sound extraction
US9031248B2 (en) 2013-01-18 2015-05-12 Bose Corporation Vehicle engine sound extraction and reproduction
US9167067B2 (en) 2013-02-14 2015-10-20 Bose Corporation Motor vehicle noise management
US9118987B2 (en) 2013-03-12 2015-08-25 Bose Corporation Motor vehicle active noise reduction
US9177542B2 (en) * 2013-03-29 2015-11-03 Bose Corporation Motor vehicle adaptive feed-forward noise reduction
US20140314241A1 (en) * 2013-04-22 2014-10-23 Vor Data Systems, Inc. Frequency domain active noise cancellation system and method
CA2814303A1 (en) 2013-04-26 2014-10-26 Cellphone-Mate, Inc. Apparatus and methods for radio frequency signal boosters
US9837066B2 (en) 2013-07-28 2017-12-05 Light Speed Aviation, Inc. System and method for adaptive active noise reduction
US9591403B2 (en) 2013-08-22 2017-03-07 Bose Corporation Instability detection and correction in sinusoidal active noise reduction systems
US9177541B2 (en) 2013-08-22 2015-11-03 Bose Corporation Instability detection and correction in sinusoidal active noise reduction system
US9269344B2 (en) 2013-09-03 2016-02-23 Bose Corporation Engine harmonic cancellation system afterglow mitigation
US9609423B2 (en) 2013-09-27 2017-03-28 Volt Analytics, Llc Noise abatement system for dental procedures
CA2953619A1 (en) 2014-06-05 2015-12-10 Interdev Technologies Inc. Systems and methods of interpreting speech data
US9240819B1 (en) * 2014-10-02 2016-01-19 Bose Corporation Self-tuning transfer function for adaptive filtering
US9508335B2 (en) 2014-12-05 2016-11-29 Stages Pcs, Llc Active noise control and customized audio system
US9747367B2 (en) 2014-12-05 2017-08-29 Stages Llc Communication system for establishing and providing preferred audio
US10609475B2 (en) 2014-12-05 2020-03-31 Stages Llc Active noise control and customized audio system
US9654868B2 (en) 2014-12-05 2017-05-16 Stages Llc Multi-channel multi-domain source identification and tracking
US10121464B2 (en) * 2014-12-08 2018-11-06 Ford Global Technologies, Llc Subband algorithm with threshold for robust broadband active noise control system
US9786262B2 (en) 2015-06-24 2017-10-10 Edward Villaume Programmable noise reducing, deadening, and cancelation devices, systems and methods
EP3156999B1 (en) * 2015-10-16 2022-03-23 Harman Becker Automotive Systems GmbH Engine noise control
US9589574B1 (en) 2015-11-13 2017-03-07 Doppler Labs, Inc. Annoyance noise suppression
US9654861B1 (en) 2015-11-13 2017-05-16 Doppler Labs, Inc. Annoyance noise suppression
US10945080B2 (en) 2016-11-18 2021-03-09 Stages Llc Audio analysis and processing system
US9980075B1 (en) 2016-11-18 2018-05-22 Stages Llc Audio source spatialization relative to orientation sensor and output
US9980042B1 (en) 2016-11-18 2018-05-22 Stages Llc Beamformer direction of arrival and orientation analysis system
KR102801495B1 (ko) * 2016-11-25 2025-04-29 삼성전자주식회사 전자 장치 및 전자 장치 제어 방법
US10397691B2 (en) 2017-06-20 2019-08-27 Cubic Corporation Audio assisted dynamic barcode system
DE102017210688B4 (de) * 2017-06-26 2021-10-14 Audi Ag Schallerzeugungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
CN107633839A (zh) * 2017-08-25 2018-01-26 中国科学院声学研究所 一种用于主动噪声控制的声波通信系统与方法
CN108366320A (zh) * 2018-01-08 2018-08-03 联创汽车电子有限公司 车载前馈主动降噪系统
CN108847208B (zh) 2018-05-04 2020-11-27 歌尔科技有限公司 一种降噪处理方法、装置和耳机
US11282493B2 (en) * 2018-10-05 2022-03-22 Westinghouse Air Brake Technologies Corporation Adaptive noise filtering system
US10891935B2 (en) * 2019-05-07 2021-01-12 Harman International Industries, Incorporated In-vehicle noise cancellation adaptive filter divergence control
KR102863361B1 (ko) 2021-06-24 2025-09-22 아날로그 디바이시즈 인터내셔널 언리미티드 컴퍼니 전력 증폭기의 전하 트래핑 효과들을 위해 전송 신호를 보상하는 시스템들 및 방법들
CN113708850B (zh) * 2021-09-17 2023-07-04 上海闻泰电子科技有限公司 降低噪声的方法、装置、电子设备和介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5499302A (en) * 1992-05-26 1996-03-12 Fujitsu Ten Limited Noise controller
US5649018A (en) * 1993-04-07 1997-07-15 Noise Cancellation Technologies, Inc. Hybrid analog/digital vibration control
CN1573917A (zh) * 2003-06-17 2005-02-02 本田技研工业株式会社 主动振动噪声控制装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3803357A (en) * 1971-06-30 1974-04-09 J Sacks Noise filter
JP2564446B2 (ja) * 1992-05-26 1996-12-18 富士通テン株式会社 騒音制御装置
AU7355594A (en) 1993-06-23 1995-01-17 Noise Cancellation Technologies, Inc. Variable gain active noise cancellation system with improved residual noise sensing
JP3502594B2 (ja) * 2000-05-24 2004-03-02 松下電器産業株式会社 車輌用能動騒音低減装置
US6963649B2 (en) * 2000-10-24 2005-11-08 Adaptive Technologies, Inc. Noise cancelling microphone
JP3946667B2 (ja) 2003-05-29 2007-07-18 松下電器産業株式会社 能動型騒音低減装置
EP1577879B1 (en) * 2004-03-17 2008-07-23 Harman Becker Automotive Systems GmbH Active noise tuning system, use of such a noise tuning system and active noise tuning method
US20070297619A1 (en) 2006-06-26 2007-12-27 Bose Corporation*Ewc* Active noise reduction engine speed determining
US8194873B2 (en) * 2006-06-26 2012-06-05 Davis Pan Active noise reduction adaptive filter leakage adjusting
US8068616B2 (en) 2006-12-28 2011-11-29 Caterpillar Inc. Methods and systems for controlling noise cancellation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5499302A (en) * 1992-05-26 1996-03-12 Fujitsu Ten Limited Noise controller
US5649018A (en) * 1993-04-07 1997-07-15 Noise Cancellation Technologies, Inc. Hybrid analog/digital vibration control
CN1573917A (zh) * 2003-06-17 2005-02-02 本田技研工业株式会社 主动振动噪声控制装置

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