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TWI868915B - 用以產生抗噪訊號的主動降噪電路以及主動降噪方法 - Google Patents

用以產生抗噪訊號的主動降噪電路以及主動降噪方法 Download PDF

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TWI868915B
TWI868915B TW112134469A TW112134469A TWI868915B TW I868915 B TWI868915 B TW I868915B TW 112134469 A TW112134469 A TW 112134469A TW 112134469 A TW112134469 A TW 112134469A TW I868915 B TWI868915 B TW I868915B
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noise reduction
active noise
static
adaptive
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TW112134469A
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許肇凌
漆力文
何詩凱
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達發科技股份有限公司
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Abstract

一種用以產生一抗噪訊號的主動降噪電路。該主動降噪電路包含複數個濾波器。該複數個濾波器包含至少一第一濾波器以及至少一第二濾波器。該至少一第一濾波器用以產生至少一第一濾波器輸出，其中該至少一第一濾波器中的每一者均具有以串聯方式連接之至少一非靜態濾波器與至少一靜態濾波器。該至少一第二濾波器用以產生至少一第二濾波器輸出，其中該至少一第二濾波器中的每一者均具有至少一適應性濾波器。該抗噪訊號是由該至少一第一濾波器輸出與該至少一第二濾波器輸出所共同控制。該至少一第一濾波器與該至少一第二濾波器是以並聯方式連接。

Description

用以產生抗噪訊號的主動降噪電路以及主動降噪方法
本發明有關於降噪/消噪(noise reduction/cancellation)，尤指一種具有以並聯方式連接之複數個濾波器的主動降噪電路與相關方法。
主動降噪(active noise cancellation/active noise control,ANC)可根據疊加原理來消除不想要的噪音，明確來說，具有相同振幅但是相反相位之抗噪(anti-noise)訊號會被產生並與不想要的噪音結合，進而造成兩個噪音訊號在本地安靜區(例如使用者的耳鼓膜)進行相消。相較於靜態(static)主動降噪技術(其採用的濾波器係數是在工廠中所調校而定且固定不變的)，適應性(adaptive)主動降噪技術可以針對不同耳機配戴風格的個人來分別找到較佳的濾波器係數，然而，適應性主動降噪技術的穩定性會低於靜態主動降噪技術的穩定性，且適應性主動降噪技術的控制難度與複雜度會高於靜態主動降噪技術的控制難度與複雜度。更明確來說，靜態主動降噪技術較容易設計並較容易控制主動降噪濾波器，並在耳機(例如耳塞式耳機)適當配戴之下具有穩定效能，然而，靜態主動降噪技術對於不同的個人及不同的耳機配戴風格/習慣卻是十分敏感。適應性主動降噪技術對於不同的個人以及不同的耳機配戴風格/習慣則是十分強健，並在耳機(例如耳塞式耳機)沒有適當配戴之下具有較佳效能，然而，適應性主 動降噪技術需要對主動降噪濾波器提供複雜控制，且可能因為錯誤控制(false control)之下所適應性調整的不正確的轉移函數(transfer function)而產生副作用。
因此，需要一種創新的主動降噪設計，其可結合靜態主動降噪與適應性主動降噪來得到較佳主動降噪效能與使用者體驗。
本發明的目的之一在於提供具有以並聯方式連接之複數個濾波器的主動降噪電路與相關方法。
在本發明的一個實施例中，揭露一種用以產生一抗噪訊號的主動降噪電路。該主動降噪電路包含複數個濾波器。該複數個濾波器包含至少一第一濾波器以及至少一第二濾波器。該至少一第一濾波器用以產生至少一第一濾波器輸出，其中該至少一第一濾波器中的每一者均具有以串聯方式連接之至少一非靜態濾波器與至少一靜態濾波器。該至少一第二濾波器用以產生至少一第二濾波器輸出，其中該至少一第二濾波器中的每一者均具有至少一適應性濾波器。該抗噪訊號是由該至少一第一濾波器輸出與該至少一第二濾波器輸出所共同控制。該至少一第一濾波器與該至少一第二濾波器是以並聯方式連接。
在本發明的一個實施例中，揭露一種用以產生一抗噪訊號的主動降噪方法。該主動降噪方法包含：使用以並聯方式連接之至少一第一濾波器與至少一第二濾波器，來得到該至少一第一濾波器的至少一第一濾波器輸出以及該至少一第二濾波器的至少一第二濾波器輸出，其中該至少一第一濾波器中的每一者均具有以串聯方式連接之至少一非靜態濾波器與至少一靜態濾波器，以及 該至少一第二濾波器中的每一者均具有至少一適應性濾波器；以及結合該至少一第一濾波器輸出與該至少一第二濾波器輸出來產生該抗噪訊號。
本發明所揭示之並聯主動降噪濾波器設計可結合加權靜態主動降噪與適應性主動降噪，進而得到較佳主動降噪效能與使用者體驗。
100,600,700,800,900,1000,1100,1200:主動降噪系統
102:參考麥克風
104:誤差麥克風
106,400,500,601,701,801,901,1001,1101,1201:主動降噪電路
108:消噪喇叭
110_1,110_N:第一濾波器
112_1,112_M:第二濾波器
114,404,506,608,708,808,810,1106,1218,1220,1516:結合電路
116:控制電路
402,502_1,502_K:第三濾波器
504_1,504_J:第四濾波器
602,702_1,702_N,802,1002,1006,1202,1212,1400,1502,1504:加權靜態主動
降噪濾波器
604,704,804,1004,1204,1214:適應性主動降噪濾波器
606,706,806,1008,1206,1216,1406,1514:主動降噪濾波器控制器
1402,1506,1510:非靜態濾波器
1404,1508,1512:靜態濾波器
x[n]:參考信號
y[n]:抗噪訊號
e[n]:誤差訊號
y11[n],y1N[n]:第一濾波器輸出
y21[n],y2M[n]:第二濾波器輸出
W1,W2,Wn,812,1104,1222:濾波器
WFF1(z),WFF2(z),P(z),S(z),WFFN(z),WFF0(z),WFB1(z),WFB2(z),
Figure 112134469-A0305-12-0025-65
(z),Wweight(z),Wstatic(z),Wweight1(z),Wstatic1(z),Wweight2(z),Wstatic2(z):轉移函數
d[n]:噪音訊號
y’[n]:訊號
Figure 112134469-A0305-12-0026-99
[n]:估計訊號
第1圖為本發明一實施例之主動降噪系統的示意圖。
第2圖為本發明一實施例之並聯主動降噪濾波器設計的概念的示意圖。
第3圖為並聯主動降噪濾波器設計的轉移函數於依序地逐一設計多個主動降噪濾波器的過程中所獲得的降噪結果的示意圖。
第4圖為本發明一實施例之另一主動降噪電路的示意圖。
第5圖為本發明一實施例之再另一主動降噪電路的示意圖。
第6圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第一種主動降噪系統的示意圖。
第7圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第二種主動降噪系統的示意圖。
第8圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第三種主動降噪系統的示意圖。
第9圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第四種主動降噪系統的示意圖。
第10圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第五種主動降噪系統的示意圖。
第11圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第六種主動降噪系統的示意圖。
第12圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第七種主動降噪系統的示意圖。
第13圖為本發明一實施例之串聯主動降噪濾波器設計的概念的示意圖。
第14圖為本發明一實施例之第一種加權靜態主動降噪濾波器設計的示意圖。
第15圖為本發明一實施例之第二種加權靜態主動降噪濾波器設計的示意圖。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬技術領域具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件，本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的“包含”及“包括”為一開放式的用語，故應解釋成“包含但不限定於”。此外，“耦接”或“耦合”一詞在此包含任何直接及間接的電性連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接於該第二裝置，或者通過其它裝置和連接手段間接地電性連接至該第二裝置。
第1圖為本發明一實施例之主動降噪系統的示意圖。主動降噪系統100可以安裝在耳機(例如耳塞式耳機)中，於本實施例中，主動降噪系統100包含一參考麥克風(reference microphone)102、一誤差麥克風(error microphone)104、一主動降噪電路106以及一消噪喇叭(cancelling loudspeaker)108。根據主動降噪電路106所實際採用的主動降噪架構，參考麥克風102與誤差 麥克風104兩者之一可以是選擇性的(optional)。主動降噪電路106用來產生一抗噪訊號y[n]以進行降噪/消噪，明確來說，抗噪訊號y[n]可以是數位訊號，其會被傳送至消噪喇叭108來播放類比的抗噪，其中類比的抗噪是想要透過疊加來降低/消除不想要的環境噪音。參考麥克風102是用以自外部噪音源擷取環境噪音，並且產生一參考信號x[n]。誤差麥克風104是用以擷取降噪/消噪後的殘餘噪音，並產生一誤差訊號e[n]。根據主動降噪電路106所採用的主動降噪架構，參考信號x[n]與誤差訊號e[n]兩者或其一可被主動降噪電路106所使用。
於本實施例中，主動降噪電路106具有複數個濾波器，其包含一或多個第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0005-28
1)以及一或多個第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0005-29
1)，其中M與N為正整數，且M可以等於或不同於N。第一濾波器110_1~110_N的個數以及第二濾波器112_1~112_M的個數可以根據實際設計需求而被調整。於一範例中，主動降噪電路106可以包含單一第一濾波器110_1(N=1)以及複數個第二濾波器112_1~112_M(M>1)。於另一範例中，主動降噪電路106可以包含複數個第一濾波器110_1~110_N(N>1)以及單一第二濾波器112_1(M=1)。於再另一範例中，主動降噪電路106可以包含單一第一濾波器110_1(N=1)及單一第二濾波器112_1(M=1)。於本實施例中，第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0005-30
1)中的每一者均具有以串聯方式連接之至少一非靜態(non-static)濾波器以及至少一靜態(static)濾波器，以及第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0005-31
1)中的每一者則均具有至少一適應性(adaptive)濾波器，舉例來說，第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0005-32
1)中的每一者為具有加權靜態的濾波器係數(其可藉由施加一加權係數(weighting factor)至固定的濾波器係數來產生)與加權靜態的頻率響應(其可藉由施加該加權係數至固定的頻率響應來產生)的加權靜態主動降噪濾波器(weighted static ANC filter)，以及第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0005-33
1)中的每一 者為具有可適應性調整的濾波器係數與可變的頻率響應的適應性主動降噪濾波器(adaptive ANC filter)。於適應性主動降噪濾波器以及加權靜態主動降噪濾波器被主動降噪電路106所採用的案例中，主動降噪電路106可另包含一控制電路116，其用以適應性地調整每一個適應性主動降噪濾波器的濾波器係數以及適應性地調整每一個加權靜態主動降噪濾波器的加權係數，舉例來說，針對每一適應性主動降噪濾波器，控制電路116可包含一主動降噪濾波器控制器(ANC filter controller)，且該主動降噪濾波器控制器可採用最小均方(least mean square,LMS)演算法、正規化最小均方(normalized LMS,NLMS)演算法、基於濾波-x最小均方(filtered-x LMS,Fx-LMS)演算法或遞迴最小平方(recursive least squares,RLS)演算法來更新該適應性主動降噪濾波器的濾波器係數。於另一範例中，針對每一加權靜態主動降噪濾波器，控制電路116可包含一主動降噪濾波器控制器，且該主動降噪濾波器控制器可採用任何合適的演算法(例如最小均方演算法)來更新該加權靜態主動降噪濾波器的加權係數。由於最小均方演算法、正規化最小均方演算法、基於濾波-x最小均方演算法及遞迴最小平方演算法的細節已是熟習技藝者所知，為了簡潔起見，進一步的描述便在此省略。
主動降噪電路106具有並聯主動降噪濾波器(parallel ANC filter)設計，以及主動降噪電路106所包含之第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0006-20
1)中的每一者均具有串聯主動降噪濾波器(series ANC filter)設計，如第1圖所示，第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0006-21
1)以及第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0006-22
1)以並聯方式來連接。第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0006-23
1)用以分別產生第一濾波器輸出y11[n]~y1N[n](N
Figure 112134469-A0305-12-0006-24
1)來作為抗噪輸出。第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0006-25
1)用以分別產生第二濾波器輸出y21[n]~y2M[n](M
Figure 112134469-A0305-12-0006-26
1)來作為抗噪輸出。於本實施例中，主動降噪電路106所輸出的抗噪訊號y[n]是由第一濾波器輸出y11[n]~y1N[n](N
Figure 112134469-A0305-12-0006-27
1)與第二濾波器輸出y21[n]~y2M[n](M
Figure 112134469-A0305-12-0007-17
1)所共同(jointly)控制，舉例來說，主動降噪電路106另包含一結合電路(例如加法器)114，用以結合第一濾波器輸出y11[n]~y1N[n](N
Figure 112134469-A0305-12-0007-18
1)與第二濾波器輸出y21[n]~y2M[n](M
Figure 112134469-A0305-12-0007-19
1)來產生抗噪訊號y[n]。一般來說，單一濾波器往往因為本身限制而無法趨近於理想的主動降噪濾波器，而使用更多的濾波器是一種可以讓所設計之主動降噪濾波器與理想的主動降噪濾波器之間的差距得以最小化的方式，基於這樣的觀察，本發明便提出一種並聯主動降噪濾波器設計(其包含採用串聯主動降噪濾波器設計來實作的至少一濾波器)，其可同時受益於第一濾波器110_1~110_N(例如加權靜態主動降噪濾波器)的優點以及第二濾波器112_1~112_M(例如適應性主動降噪濾波器)的優點，可降低設計複雜度，且提供更多的設計彈性。
第2圖為本發明一實施例之並聯主動降噪濾波器設計的概念的示意圖。多個主動降噪濾波器W1、W2、...、Wn以並聯方式來連接。主動降噪濾波器W1~Wn可以是有限脈衝響應(Finite Impulse Response,FIR)濾波器或無限脈衝響應(Infinite Impulse Respense,IIR)濾波器。此外，每個主動降噪濾波器的抽頭(tap)個數可以根據實際設計需求來調整，換言之，主動降噪濾波器W1~Wn中的一個主動降噪濾波器所具有的抽頭個數可以等於或不同於主動降噪濾波器W1~Wn中的另一個主動降噪濾波器所具有的抽頭個數，因此，本發明所提出之並聯主動降噪濾波器設計可透過使用更多抽頭的主動降噪濾波器來增加更多的彈性。
抗噪訊號y[n]可以利用以下算式來表示：y[n]=x[n]*(W 1+W 2+…+W n )=x[n]* W 1+x[n]* W 2+…+x[n]* W n ，因此，並聯主動降噪濾波器設計所產生之抗噪訊號於概念上是類似於多個抗噪訊號的總和，其中主動降噪 濾波器W1~Wn可以一起共同設計或者是依序地逐一設計。第3圖為並聯主動降噪濾波器設計的轉移函數於依序地逐一設計多個主動降噪濾波器W1~Wn的過程中所獲得的降噪結果的示意圖。若要依序地逐一設計主動降噪濾波器W1~Wn，則第二個及後續的主動降噪濾波器W2~Wn可以一個接著一個地依據基於先前設計之主動降噪濾波器所提供之主動降噪進行降噪/消噪後的殘餘噪音所定義的新的轉移函數來進行設計，如此一來，多個主動降噪濾波器便可輕易地且有系統地獲得。
第13圖為本發明一實施例之串聯主動降噪濾波器設計的概念的示意圖。多個主動降噪濾波器W1、W2、...、Wn以串聯方式來連接。主動降噪濾波器W1~Wn可以是有限脈衝響應濾波器或無限脈衝響應濾波器。抗噪訊號y[n]可以利用以下算式來表示：y[n]=x[n]*(W 1 * W 2 *...* W n )，串聯主動降噪濾波器使用更多的抽頭可以帶來更多彈性以逼近理想的主動降噪濾波器，然而，當濾波器長度(抽頭個數)達到某個數值之後，減噪效能便會達到飽和，雖然串接更多的主動降噪濾波器等效是一個具有更多抽頭的濾波器(其於濾波器長度達到某個數值之後便不再帶來好處)，然而，若將靜態濾波器與非靜態濾波器結合於同一串聯主動降噪濾波器中，則仍可以是具有助益的，其中非靜態濾波器可以用來調整(shape)靜態濾波器的轉移函數以得到更好的主動降噪效能。
第14圖為本發明一實施例之第一種加權靜態主動降噪濾波器設計的示意圖。第一濾波器110_N(N=1)可以使用加權靜態主動降噪濾波器1400來實作。加權靜態主動降噪濾波器1400為串聯主動降噪濾波器，包含以串聯方式連接之具有轉移函數Wweight(z)的非靜態濾波器1402與具有轉移函數Wstatic(z)的靜態濾波器1404。於本實施例中，轉移函數Wweight(z)是由主動降噪濾波器控制器(圖 中標示為Wweight(z)控制器)1406所適應性調整的適應性加權係數(adaptive weighting factor)。舉例來說，將轉移函數Wweight(z)串接至靜態轉移函數Wstatic(z)可以模型化(model)使用者的鬆或緊配戴狀況。在使用者於緊配戴狀況下使用耳塞式耳機的情況之下，靜態轉移函數Wstatic(z)所要相乘的轉移函數Wweight(z)可以在低頻頻帶被設為較小的加權係數(亦即較低的增益)。在使用者於鬆配戴狀況下使用耳塞式耳機的情況之下，靜態轉移函數Wstatic(z)所要相乘的轉移函數Wweight(z)可以在低頻頻帶被設為較大的加權係數(亦即較高的增益)。主動降噪濾波器控制器1406可以透過像是額外感測器或麥克風所擷取的訊號來獲得配戴狀態並根據配戴狀態來調整轉移函數Wweight(z)。於一設計範例中，主動降噪濾波器控制器1406會因應輸入訊號S1、S2中的一者或兩者來調整非靜態濾波器1402的轉移函數Wweight(z)，例如，主動降噪濾波器控制器1406會接收誤差訊號e[n](S2=e[n])以及參考訊號x[n](S1=x[n])，並參照參考訊號x[n](S1=x[n])與誤差訊號e[n](S2=e[n])兩者來產生一參數以控制轉移函數Wweight(z)，然而，此僅作為範例說明之用，而非作為本發明的限制。於一設計變化中，除了輸入訊號S1、S2，主動降噪濾波器控制器1406可另接收抗噪訊號y[n]來得到額外的主動降噪效能提升。
第15圖為本發明一實施例之第二種加權靜態主動降噪濾波器設計的示意圖。第一濾波器110_1~110_N(N>1)中之一者可以使用加權靜態主動降噪濾波器1502來實作，以及第一濾波器110_1~110_N(N>1)中之另一者可以使用加權靜態主動降噪濾波器1504來實作。兩個加權靜態主動降噪濾波器1502、1504是透過結合電路(例如加法器)1516而以並聯方式來結合。加權靜態主動降噪濾波器1502為串聯主動降噪濾波器，包含以串聯方式連接之具有轉移函數Wweight1(z)的非靜態濾波器1506與具有轉移函數Wstatic1(z)的靜態濾波器1508。加權 靜態主動降噪濾波器1504為串聯主動降噪濾波器，包含以串聯方式連接之具有轉移函數Wweight2(z)的非靜態濾波器1510與具有轉移函數Wstatic2(z)的靜態濾波器1512。於本實施例中，轉移函數Wweight1(z)是由主動降噪濾波器控制器(圖中標示為Wweight(z)控制器)1514中所包含之一控制器所適應性調整的適應性加權係數，以及轉移函數Wweight2(z)是由主動降噪濾波器控制器(圖中標示為Wweight(z)控制器)1514中所包含之另一控制器所適應性調整的適應性加權係數。兩個加權靜態主動降噪濾波器1502、1504可被設計來模型化不同的鬆或緊配戴程度，舉例來說，靜態轉移函數Wstatic1(z)是針對緊配戴狀況來設計，以及靜態轉移函數Wstatic2(z)是針對鬆配戴狀況來設計。將轉移函數Wweight1(z)串接至靜態轉移函數Wstatic1(z)以及將轉移函數Wweight2(z)串接至靜態轉移函數Wstatic2(z)可以模型化使用者的鬆或緊配戴狀況。在使用者於較緊的配戴狀況下使用耳塞式耳機的情況之下，靜態轉移函數Wstatic1(z)所要相乘之轉移函數Wweight1(z)會設為較大的加權係數(亦即增益)，其會大於指派給靜態轉移函數Wstatic2(z)所要相乘之轉移函數Wweight2(z)的加權係數。在使用者於較鬆的配戴狀況下使用耳塞式耳機的情況之下，靜態轉移函數Wstatic1(z)所要相乘之轉移函數Wweight1(z)會設為較小的加權係數(亦即增益)，其會小於指派給靜態轉移函數Wstatic2(z)所要相乘之轉移函數Wweight2(z)的加權係數。主動降噪濾波器控制器1514可以透過像是額外感測器或麥克風所擷取的訊號來獲得配戴狀態並根據配戴狀態來調整轉移函數Wweight1(z)、Wweight2(z)。於一設計範例中，主動降噪濾波器控制器1514會因應輸入訊號S1、S2中的一者或兩者來調整非靜態濾波器1506的轉移函數Wweight1(z)，以及會因應輸入訊號S1、S2中的一者或兩者來調整非靜態濾波器1510的轉移函數Wweight2(z)，例如，主動降噪濾波器控制器1514會接收誤差訊號e[n](S2=e[n])以及參考訊號x[n](S1=x[n])，並參照參考訊號x[n](S1=x[n])與誤差訊號e[n](S2=e[n])兩者來產生一參數以控制轉移函數Wweight1(z)、Wweight2(z)，然而， 此僅作為範例說明之用，而非作為本發明的限制。於一設計變化中，除了輸入訊號S1、S2，主動降噪濾波器控制器1514可另接收抗噪訊號y[n]來得到額外的主動降噪效能提升。
於一實作範例中，第一濾波器110_1~110_N中的每一者為主動降噪電路106所採用之一加權靜態前饋式(feed-forward,FF)主動降噪架構(亦即基於靜態前饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的前饋式主動降噪架構)的一部分，以及第二濾波器112_1~112_M中的每一者為主動降噪電路106所採用之一適應性前饋式主動降噪架構的一部分，亦即，主動降噪電路106所採用之一主動降噪架構為一加權靜態前饋式主動降噪架構與一適應性前饋式主動降噪架構的組合。第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0011-66
1)均為加權靜態主動降噪濾波器，其可用以模型化同一使用者的鬆或緊配戴狀況。第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0011-67
1)均為適應性濾波器，其可針對第一濾波器110_1~110_N(其為加權靜態主動降噪濾波器)無法充分模型化之不同使用者之間的個人差異來進行模型化。本發明以並聯方式結合了第一濾波器110_1~110_N(例如加權靜態主動降噪濾波器，每一者具有一個指定的轉移函數Wweight(z)* Wstatic(z)、Wweight1(z)* Wstatic1(z)或Wweight2(z)* Wstatic2(z))以及第二濾波器112_1~112_M(例如適應性濾波器，每一者具有一指定的轉移函數Wadapt(z))，以得到較佳的主動降噪效能。
於另一實作範例中，第一濾波器110_1~110_N中的每一者為主動降噪電路106所採用之一加權靜態反饋式(feedback)主動降噪架構(亦即基於靜態反饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的反饋式主動降噪架構)的一部分，以及第二濾波器112_1~112_M中的每一者為主動降噪電路106所採用之一適應性反饋式主動降噪架構的一部分，亦即，主動降噪電路106所採用之一主動降 噪架構為一靜態反饋式主動降噪架構與一適應性反饋式主動降噪架構的組合。第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0012-68
1)均為加權靜態主動降噪濾波器，其可用以模型化同一使用者的鬆或緊配戴狀況。第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0012-69
1)均為適應性濾波器，其可針對第一濾波器110_1~110_N(其為加權靜態主動降噪濾波器)無法充分模型化之不同使用者之間的個人差異來進行模型化。本發明以並聯方式結合了第一濾波器110_1~110_N(例如加權靜態主動降噪濾波器，每一者具有一個指定的轉移函數Wweight(z)* Wstatic(z)、Wweight1(z)* Wstatic1(z)或Wweight2(z)* Wstatic2(z))以及第二濾波器112_1~112_M(例如適應性濾波器，每一者具有一指定的轉移函數Wadapt(z))，以得到較佳的主動降噪效能。
請注意，第1圖所示之主動降噪電路106僅作為範例說明之用，而非作為本發明的限制條件，於其它設計變化中，主動降噪電路106可以適當修改而包含額外的主動降噪濾波器。
第4圖為本發明一實施例之另一主動降噪電路的示意圖。第1圖所示之主動降噪電路106可以被第4圖所示之主動降噪電路400所取代。主動降噪電路400包含前述以並聯方式連接的第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0012-70
1)及第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0012-71
1)，且另包含一或多個第三濾波器402，為了簡潔起見，第4圖中僅繪示單一第三濾波器402。第三濾波器402是用以產生一第三濾波器輸出y3[n]以作為抗噪輸出，請注意，第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0012-72
1)及第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0012-73
1)中並未有任一濾波器是以並聯方式來跟第三濾波器402連接。於本實施例中，主動降噪電路400所輸出的抗噪訊號y[n]是由第一濾波器輸出y11[n]~y1N[n](N
Figure 112134469-A0305-12-0012-74
1)、第二濾波器輸出y21[n]~y2M[n](M
Figure 112134469-A0305-12-0012-75
1)與第三濾波器輸出y3[n]來共同控制，舉例來說，主動降噪電路400另包含一結合電路(例如加 法器)404，用以結合第一濾波器輸出y11[n]~y1N[n](N
Figure 112134469-A0305-12-0013-76
1)、第二濾波器輸出y21[n]~y2M[n](M
Figure 112134469-A0305-12-0013-77
1)與第三濾波器輸出y3[n]來產生抗噪訊號y[n]。於本發明的一些實施例中，第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0013-78
1)中的每一者為具有加權靜態的濾波器係數與加權靜態的頻率響應的加權靜態主動降噪濾波器，第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0013-79
1)中的每一者為具有可適應性調整的濾波器係數與可變的頻率響應的適應性主動降噪濾波器，以及第三濾波器402可以是具有加權靜態的濾波器係數與加權靜態的頻率響應的加權靜態主動降噪濾波器或者是具有可適應性調整的濾波器係數與可變的頻率響應的適應性主動降噪濾波器。舉例來說，第三濾波器402可以由第14圖所示之加權靜態主動降噪濾波器1400來實作。於適應性主動降噪濾波器及加權靜態主動降噪濾波器被主動降噪電路400所採用的案例中，主動降噪電路400可另包含前述的控制電路116，用以適應性地調整每一個適應性主動降噪濾波器的濾波器係數，以及適應性地調整每一個加權靜態主動降噪濾波器的加權係數。舉例來說，針對每一適應性主動降噪濾波器，控制電路116可包含一個主動降噪濾波器控制器，且該主動降噪濾波器控制器可採用最小均方演算法、正規化最小均方演算法、基於濾波-x最小均方演算法或遞迴最小平方演算法，來更新該適應性主動降噪濾波器的濾波器係數。於另一範例中，針對每一加權靜態主動降噪濾波器，控制電路116可包含一主動降噪濾波器控制器，且該主動降噪濾波器控制器可採用任何合適的演算法(例如最小均方演算法)來更新該加權靜態主動降噪濾波器的加權係數。
於一實作範例中，第一濾波器110_1~110_N中的每一者為主動降噪電路400所採用之一加權靜態前饋式主動降噪架構(亦即基於靜態前饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的前饋式主動降噪架構)的一部分，第二濾波器112_1~112_M中的每一者為主動降噪電路400所採用之一適應性前饋式主動降 噪架構的一部分，以及第三濾波器402為主動降噪電路400所採用之一加權靜態反饋式主動降噪架構(亦即基於靜態反饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的反饋式主動降噪架構)的一部分，亦即，主動降噪電路400所採用之一主動降噪架構為一混合式(hybrid)主動降噪架構，其為一加權靜態前饋式主動降噪架構、一適應性前饋式主動降噪架構與一加權靜態反饋式主動降噪架構的組合。
於另一實作範例中，第一濾波器110_1~110_N中的每一者為主動降噪電路400所採用之一加權靜態前饋式主動降噪架構(亦即基於靜態前饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的前饋式主動降噪架構)的一部分，第二濾波器112_1~112_M中的每一者為主動降噪電路400所採用之一適應性前饋式主動降噪架構的一部分，以及第三濾波器402為主動降噪電路400所採用之一適應性反饋式主動降噪架構的一部分，亦即，主動降噪電路400所採用之一主動降噪架構為一混合式主動降噪架構，其包含一加權靜態前饋式主動降噪架構、一適應性前饋式主動降噪架構與一適應性反饋式主動降噪架構的組合。
於再另一實作範例中，第一濾波器110_1~110_N中的每一者為主動降噪電路400所採用之一加權靜態反饋式主動降噪架構(亦即基於靜態反饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的反饋式主動降噪架構)的一部分，第二濾波器112_1~112_M中的每一者為主動降噪電路400所採用之一適應性反饋式主動降噪架構的一部分，以及第三濾波器402為主動降噪電路400所採用之一加權靜態前饋式主動降噪架構(亦即基於靜態前饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的前饋式主動降噪架構)的一部分，亦即，主動降噪電路400所採用之一主動降噪架構為一混合式主動降噪架構，其包含一加權靜態反饋式主動降噪架構、一適應性反饋式主動降噪架構與一加權靜態前饋式主動降噪架構的組合。
於再另一實作範例中，第一濾波器110_1~110_N中的每一者為主動降噪電路400所採用之一加權靜態反饋式主動降噪架構的一部分，第二濾波器112_1~112_M中的每一者為主動降噪電路400所採用之一適應性反饋式主動降噪架構的一部分，以及第三濾波器402為主動降噪電路400所採用之一適應性前饋式主動降噪架構的一部分，亦即，主動降噪電路400所採用之一主動降噪架構為一混合式主動降噪架構，其包含一加權靜態反饋式主動降噪架構、一適應性反饋式主動降噪架構與一適應性前饋式主動降噪架構的組合。
如第4圖所示，主動降噪電路400具有一組以並聯方式連接的第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0015-80
1)與第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0015-81
1)，其中第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0015-82
1)中的每一者均具有以串聯方式連接的至少一非靜態濾波器與至少一靜態濾波器。然而，這僅作為範例說明之用，而非作為本發明的限制條件，於其它實施方式中，主動降噪電路400可被適當修改而包含一組以上以並聯方式連接的濾波器。
第5圖為本發明一實施例之再另一主動降噪電路的示意圖。第1圖所示之主動降噪電路106可以被第5圖所示之主動降噪電路500所取代。主動降噪電路500包含前述以並聯方式連接的第一濾波器110_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0015-83
1)及第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0015-84
1)，以及另包含以並聯方式連接的第三濾波器502_1~502_K(K
Figure 112134469-A0305-12-0015-85
1)及第四濾波器504_1~504_J(J
Figure 112134469-A0305-12-0015-86
1)，其中J與K均是正整數，以及J可以等於或不同於K。第三濾波器502_1~502_K的個數以及第四濾波器504_1~504_J的個數可以根據實際設計需求來調整，於一範例中，主動降噪電路500可以包含單一第三濾波器502_1(K=1)及多個第四濾波器504_1~504_J(J>1)，於另 一範例中，主動降噪電路500可以包含多個第三濾波器502_1~502_K(K>1)及單一第四濾波器504_1(J=1)，於再另一範例中，主動降噪電路500可以包含單一第三濾波器502_1(K=1)與單一第四濾波器504_1(J=1)。
請注意，第一濾波器1102_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0016-87
1)及第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0016-88
1)中並未有任一濾波器以並聯方式連接至第三濾波器502_1~502_K(K
Figure 112134469-A0305-12-0016-89
1)或第四濾波器504_1~504_J(J
Figure 112134469-A0305-12-0016-90
1)，此外，第一濾波器1102_1~110_N(N
Figure 112134469-A0305-12-0016-91
1)與第三濾波器502_1~502_K(K
Figure 112134469-A0305-12-0016-92
1)中的每一者為具有加權靜態的濾波器係數與加權靜態的頻率響應的加權靜態主動降噪濾波器，以及第二濾波器112_1~112_M(M
Figure 112134469-A0305-12-0016-93
1)與第四濾波器504_1~504_J(J
Figure 112134469-A0305-12-0016-94
1)中的每一者為具有可適應性調整的濾波器係數與可變的頻率響應的適應性主動降噪濾波器。於一範例中，第三濾波器502_K(K=1)可以由第14圖所示之加權靜態主動降噪濾波器1400來實作。於另一範例中，第三濾波器502_1~502_K(K
Figure 112134469-A0305-12-0016-95
1)中的一者可以由第15圖所示之加權靜態主動降噪濾波器1502來實作，以及第三濾波器502_1~502_K(K
Figure 112134469-A0305-12-0016-96
1)中的另一者可以由第15圖所示之加權靜態主動降噪濾波器1504來實作。
於適應性主動降噪濾波器以及加權靜態主動降噪濾波器被主動降噪電路500所採用的案例中，主動降噪電路500可另包含前述的控制電路116，用以適應性地調整每一個適應性主動降噪濾波器的濾波器係數，以及適應性地調整每一個加權靜態主動降噪濾波器的加權係數。舉例來說，針對每一適應性主動降噪濾波器，控制電路116可包含一個主動降噪濾波器控制器，且該主動降噪濾波器控制器可採用最小均方演算法、正規化最小均方演算法、基於濾波-x最小均方演算法或遞迴最小平方演算法，來更新該適應性主動降噪濾波器的濾波器係 數。於另一範例中，針對每一加權靜態主動降噪濾波器，控制電路116可包含一主動降噪濾波器控制器，且該主動降噪濾波器控制器可採用任何合適的演算法(例如最小均方演算法)來更新該加權靜態主動降噪濾波器的加權係數。
第三濾波器502_1~502_K(K
Figure 112134469-A0305-12-0017-34
1)用以分別產生第三濾波器輸出y31[n]~y3K[n](K
Figure 112134469-A0305-12-0017-35
1)來作為抗噪輸出。第四濾波器504_1~504_J(J
Figure 112134469-A0305-12-0017-36
1)用以分別產生第四濾波器輸出y41[n]~y4J[n](J
Figure 112134469-A0305-12-0017-37
1)來作為抗噪輸出。於本實施例中，主動降噪電路500所輸出的抗噪訊號y[n]是由第一濾波器輸出y11[n]~y1N[n](N
Figure 112134469-A0305-12-0017-38
1)、第二濾波器輸出y21[n]~y2M[n](M
Figure 112134469-A0305-12-0017-39
1)、第三濾波器輸出y31[n]~y3K[n](K
Figure 112134469-A0305-12-0017-40
1)與第四濾波器輸出y41[n]~y4J[n](J
Figure 112134469-A0305-12-0017-41
1)來共同控制，舉例來說，主動降噪電路500另包含一結合電路(例如加法器)506，用以結合第一濾波器輸出y11[n]~y1N[n](N
Figure 112134469-A0305-12-0017-42
1)、第二濾波器輸出y21[n]~y2M[n](M
Figure 112134469-A0305-12-0017-43
1)、第三濾波器輸出y31[n]~y3K[n](K
Figure 112134469-A0305-12-0017-44
1)與第四濾波器輸出y41[n]~y4J[n](J
Figure 112134469-A0305-12-0017-45
1)來產生抗噪訊號y[n]。
於一實作範例中，第一濾波器110_1~110_N中的每一者為主動降噪電路500所採用之一加權靜態前饋式主動降噪架構(亦即基於靜態前饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的前饋式主動降噪架構)的一部分，第二濾波器112_1~112_M中的每一者為主動降噪電路500所採用之一適應性前饋式主動降噪架構的一部分，第三濾波器502_1~502_K(K
Figure 112134469-A0305-12-0017-46
1)中的每一者為主動降噪電路500所採用之一加權靜態反饋式主動降噪架構(亦即基於靜態反饋式主動降噪架構與一或多個加權係數的反饋式主動降噪架構)的一部分，以及第四濾波器504_1~504_J(J
Figure 112134469-A0305-12-0017-47
1)中的每一者為主動降噪電路500所採用之一適應性反饋式主動降噪架構的一部分，亦即，主動降噪電路500所採用之一主動降噪架構為一混合式主動降噪架構，其為一加權靜態前饋式主動降噪架構、一適應性前饋式 主動降噪架構、一加權靜態反饋式主動降噪架構與一適應性反饋式主動降噪架構的組合。
為了更加理解本發明的技術特徵，以下便參照隨附的圖式而提出多個主動降噪系統範例。此外，後續所述之主動降噪系統範例中所採用的任何加權靜態主動降噪濾波器可以由前述之靜態主動降噪濾波器1400、1502、1504之一者來實作。
第6圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第一種主動降噪系統的示意圖。主動降噪系統600包含一主動降噪電路601。主動降噪電路601可以基於第1圖所示之並聯主動降噪濾波器設計來實作。於本實施例中，主動降噪電路601包含具有轉移函數WFF1(z)(例如WFF1(z)=Wweight(z)* Wstatic(z))的加權靜態主動降噪濾波器602、具有轉移函數WFF2(z)的適應性主動降噪濾波器604、主動降噪濾波器控制器(圖中標示為WFF2(z)控制器)606以及結合電路608，其中轉移函數WFF2(z)是由主動降噪濾波器控制器606所適應性調整的濾波器係數所定義，以及轉移函數WFF1(z)的加權係數Wweight(z)是由另一主動降噪濾波器控制器(例如第14圖所示之主動降噪濾波器控制器1406)所適應性調整。參考訊號x[n](其包含取樣值，以指示參考麥克風102所擷取的環境噪音)與降噪/消噪發生處的噪音訊號d[n]之間的聲學路徑(亦稱為主要路徑(primary path))的轉移函數可表示為P(z)，換言之，具有轉移函數P(z)的主要路徑代表參考麥克風102與誤差麥克風104之間的聲學路徑。抗噪訊號y[n](其為主動降噪電路601的輸出)與誤差訊號e[n](其為誤差麥克風104所擷取的殘餘噪音)之間的電聲(electro-acoustic)通道(亦稱為次要路徑(secondary path))的轉移函數可表示為S(z)，換言之，具有轉移函數S(z)的次要路徑代表消噪喇叭輸入(亦即主動降噪 電路601的抗噪輸出)與誤差麥克風輸出之間的電聲通道。如第6圖所示，訊號y’[n]可由抗噪訊號y[n]通過次要路徑轉移函數S(z)的傳遞而產生。既然轉移函數P(z)、S(z)的定義以及主動降噪的操作原理為熟習技藝者所知，為了簡潔起見，進一步的說明便在此省略。
於本實施例中，主動降噪電路601採用的主動降噪架構為加權靜態前饋式主動降噪架構與適應性前饋式主動降噪架構的組合，其中加權靜態主動降噪濾波器602為加權靜態前饋式主動降噪架構的一部分，適應性主動降噪濾波器604為適應性前饋式主動降噪架構的一部分，加權靜態主動降噪濾波器602與適應性主動降噪濾波器604以並聯方式連接，以及結合電路608結合加權靜態主動降噪濾波器602與適應性主動降噪濾波器604的濾波器輸出，來產生抗噪訊號y[n]。
第7圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第二種主動降噪系統的示意圖。主動降噪系統700包含一主動降噪電路701。主動降噪電路701可以基於第1圖所示之並聯主動降噪濾波器設計來實作。於本實施例中，主動降噪電路701包含分別具有轉移函數WFF1(z)~WFFN(z)(例如WFF1(z)=Wweight1(z)* Wstatic1(z)以及WFFN(z)=WweightN(z)* WstaticN(z))的加權靜態主動降噪濾波器702_1~702_N、具有轉移函數WFF0(z)的適應性主動降噪濾波器704、主動降噪濾波器控制器(圖中標示為WFF0(z)控制器)706以及結合電路708，其中轉移函數WFF0(z)是由主動降噪濾波器控制器706所適應性調整的濾波器係數所定義，以及轉移函數WFF1(z)~WFFN(z)之個別的加權係數Wweight1(z)~WweightN(z)中的每一者是由另一主動降噪濾波器控制器(例如第15圖所示之主動降噪濾波器控制器1514)所適應性調整。於本實施例中，主動降噪電路701採用的主動降噪架構為 加權靜態前饋式主動降噪架構與適應性前饋式主動降噪架構的組合，其中加權靜態主動降噪濾波器702_1~702_N每一者為加權靜態前饋式主動降噪架構的一部分，適應性主動降噪濾波器704為適應性前饋式主動降噪架構的一部分，加權靜態主動降噪濾波器702_1~702_N與適應性主動降噪濾波器704以並聯方式連接，以及結合電路708結合加權靜態主動降噪濾波器702_1~702_N與適應性主動降噪濾波器704的濾波器輸出，來產生抗噪訊號y[n]。
第8圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第三種主動降噪系統的示意圖。主動降噪系統800包含一主動降噪電路801。主動降噪電路801可以基於第1圖所示之並聯主動降噪濾波器設計來實作。於本實施例中，主動降噪電路801包含具有轉移函數WFB1(z)(例如WFB1(z)=Wweight(z)* Wstatic(z))的加權靜態主動降噪濾波器802、具有轉移函數WFB2(z)的適應性主動降噪濾波器804、主動降噪濾波器控制器(圖中標示為WFB2(z)控制器)806、結合電路808、810以及濾波器812，其中轉移函數WFB2(z)是由主動降噪濾波器控制器806所適應性調整的濾波器係數所定義，以及轉移函數WFB1(z)的加權係數Wweight(z)是由另一主動降噪濾波器控制器(例如第14圖所示之主動降噪濾波器控制器1406)所適應性調整。於本實施例中，主動降噪電路801採用的主動降噪架構為加權靜態反饋式主動降噪架構與適應性反饋式主動降噪架構的組合，其中加權靜態主動降噪濾波器802為加權靜態反饋式主動降噪架構的一部分，適應性主動降噪濾波器804為適應性反饋式主動降噪架構的一部分，加權靜態主動降噪濾波器802與適應性主動降噪濾波器804以並聯方式連接，以及結合電路808結合加權靜態主動降噪濾波器802與適應性主動降噪濾波器804的濾波器輸出，來產生抗噪訊號y[n]。濾波器812具有轉移函數
Figure 112134469-A0305-12-0020-97
(z)，其為次要路徑轉移函數S(z)的估計(estimation)。在此反饋架構中，濾波器812與結合電路810被共同使用來從所量 測的誤差訊號e[n]產生估計訊號
Figure 112134469-A0305-12-0021-63
[n]，估計訊號
Figure 112134469-A0305-12-0021-64
[n]為d[n]的估計，其中d[n]=P(z)* x[n]，而P(z)是未知的。
第9圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第四種主動降噪系統的示意圖。主動降噪系統900包含一主動降噪電路901。主動降噪電路901可以基於第1圖所示之並聯主動降噪濾波器設計來實作。主動降噪電路801與主動降噪電路901之間最主要的差異在於主動降噪電路901所採用之加權靜態反饋式主動降噪架構的組態(configuration)不同於主動降噪電路801所採用之加權靜態反饋式主動降噪架構的組態，進一步來說，加權靜態主動降噪濾波器802於第9圖中的輸入訊號是估計訊號
Figure 112134469-A0305-12-0021-98
[n]，不同於第8圖中的輸入訊號是誤差訊號e[n]。
第10圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第五種主動降噪系統的示意圖。主動降噪系統1000包含一主動降噪電路1001。主動降噪電路1001可以基於第4圖所示之並聯主動降噪濾波器設計來實作。於本實施例中，主動降噪電路1001包含具有轉移函數WFF1(z)(例如WFF1(z)=Wweight_FF(z)*Wstatic_FF(z))的加權靜態主動降噪濾波器1002、具有轉移函數WFF2(z)的適應性主動降噪濾波器1004、具有轉移函數WFB1(z)(例如WFB1(z)=Wweight_FB(z)*Wstatic_FB(z))的加權靜態主動降噪濾波器1006、主動降噪濾波器控制器(圖中標示為WFF2(z)控制器)1008以及結合電路1010，其中轉移函數WFF2(z)是由主動降噪濾波器控制器1008所適應性調整的濾波器係數所定義，以及轉移函數WFF1(z)的加權係數Wweight_FF(z)與轉移函數WFB1(z)的加權係數Wweight_FB(z)中的每一者是由另一主動降噪濾波器控制器(例如第14圖所示之主動降噪濾波器控制器1406)所適應性調整。於本實施例中，主動降噪電路1001採用的主動降 噪架構為混合式主動降噪架構，其為加權靜態前饋式主動降噪架構、適應性前饋式主動降噪架構與加權靜態反饋式主動降噪架構的組合，其中加權靜態主動降噪濾波器1002為加權靜態前饋式主動降噪架構的一部分，適應性主動降噪濾波器1004為適應性前饋式主動降噪架構的一部分，加權靜態主動降噪濾波器1006為加權靜態反饋式主動降噪架構的一部分，加權靜態主動降噪濾波器1002與適應性主動降噪濾波器1004以並聯方式連接，以及結合電路1010結合加權靜態主動降噪濾波器1002、1006與適應性主動降噪濾波器1004的濾波器輸出，來產生抗噪訊號y[n]。
第11圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第六種主動降噪系統的示意圖。主動降噪系統1100包含一主動降噪電路1101。主動降噪電路1101可以基於第4圖所示之並聯主動降噪濾波器設計來實作。主動降噪電路1001與主動降噪電路1101之間最主要的差異在於主動降噪電路1101所採用之加權靜態反饋式主動降噪架構的組態不同於主動降噪電路1001所採用之加權靜態反饋式主動降噪架構的組態，明確來說，主動降噪電路1101另包含具有轉移函數
Figure 112134469-A0305-12-0022-56
(z)(其為次要路徑轉移函數S(z)的估計)的濾波器1104以及結合電路1106，濾波器1104與結合電路1106被共同使用來從所量測的誤差訊號e[n]產生估計訊號
Figure 112134469-A0305-12-0022-58
[n]，其中估計訊號
Figure 112134469-A0305-12-0022-61
[n]為d[n]的估計(d[n]=P(z)* x[n]，而P(z)是未知的)。
第12圖為本發明一實施例之具有並聯主動降噪濾波器設計的第七種主動降噪系統的示意圖。主動降噪系統1200包含一主動降噪電路1201。主動降噪電路1201可以基於第5圖所示之並聯主動降噪濾波器設計來實作。於本實施例中，主動降噪電路1201包含具有轉移函數WFF1(z)(例如WFF1(z)= Wweight_FF(z)*Wstatic_FF(z))的加權靜態主動降噪濾波器1202、具有轉移函數WFF2(z)的適應性主動降噪濾波器1204、主動降噪濾波器控制器(圖中標示為WFF2(z)控制器)1206、具有轉移函數WFB1(z)(例如WFB1(z)=Wweight_FB(z)*Wstatic_FB(z))的加權靜態主動降噪濾波器1212、具有轉移函數WFB2(z)的適應性主動降噪濾波器1214、主動降噪濾波器控制器(圖中標示為WFB2(z)控制器)1216、結合電路1218、1220以及濾波器1222，其中轉移函數WFF2(z)是由主動降噪濾波器控制器1206所適應性調整的濾波器係數所定義，轉移函數WFB2(z)是由主動降噪濾波器控制器1216所適應性調整的濾波器係數所定義，以及轉移函數WFF1(z)的加權係數Wweight_FF(z)與轉移函數WFB1(z)的加權係數Wweight_FB(z)中的每一者是由另一主動降噪濾波器控制器(例如第14圖所示之主動降噪濾波器控制器1406)所適應性調整。於本實施例中，主動降噪電路1201採用的主動降噪架構為混合式主動降噪架構，其為加權靜態前饋式主動降噪架構、適應性前饋式主動降噪架構、加權靜態反饋式主動降噪架構與適應性反饋式主動降噪架構的組合，其中加權靜態主動降噪濾波器1202為加權靜態前饋式主動降噪架構的一部分，適應性主動降噪濾波器1204為適應性前饋式主動降噪架構的一部分，加權靜態主動降噪濾波器1212為加權靜態反饋式主動降噪架構的一部分，適應性主動降噪濾波器1214為適應性反饋式主動降噪架構的一部分，加權靜態主動降噪濾波器1202與適應性主動降噪濾波器1204以並聯方式連接，加權靜態主動降噪濾波器1212與適應性主動降噪濾波器1214以並聯方式連接，以及結合電路1218結合加權靜態主動降噪濾波器1202、1212與適應性主動降噪濾波器1204、1214的濾波器輸出，來產生抗噪訊號y[n]。再者，濾波器1222(具有轉移函數
Figure 112134469-A0305-12-0023-52
(z)，其為次要路徑轉移函數S(z)的估計)以及結合電路1220被共同使用來從所量測的誤差訊號e[n]產生估計訊號
Figure 112134469-A0305-12-0023-53
[n]，其中估計訊號
Figure 112134469-A0305-12-0023-54
[n]為d[n]的估計(d[n]=P(z)* x[n]，而P(z)是未知的)。
綜上所述，具有適應性加權係數的非靜態濾波器與具有固定轉移函數的靜態濾波器的串聯可以模型化使用者的鬆或緊配戴狀況，以及加權靜態主動降噪濾波器與適應性主動降噪濾波器的並聯使得適應性主動降噪濾波器可以針對加權靜態主動降噪濾波器無法充分模型化之不同使用者之間的個人差異來進行模型化。以前饋式主動降噪架構為例，靜態主動降噪濾波器可被設計而擅長於模型化P’(z)(其為從參考麥克風102至特定耳膜(例如標準HATS或GRAS人工耳)的轉移函數)，然而，當目標P’(z)實際上不同於工廠中所校正的轉移函數時，則靜態主動降噪濾波器的效能會隨之劣化。適應性主動降噪濾波器則是擅長於模型化P(z)(其是從參考麥克風102至誤差麥克風104的轉移函數)的變動。由於耳膜處沒有感測器，因此很難針對差異△p=P'(z)-P(z)的效應進行模型化，本發明便提出利用加權靜態主動降噪濾波器來處理同一使用者的不同配戴狀況，並利用加權靜態主動降噪濾波器與適應性主動降噪濾波器的並聯來處理不同使用者的P’(z)變動。同樣的發明概念可應用於反饋式主動降噪架構與混合式主動降噪架構。簡而言之，透過採用本發明所提出的主動降噪電路設計，可以使得任何主動降噪系統具有更佳的主動降噪效能。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100:主動降噪系統
102:參考麥克風
104:誤差麥克風
106:主動降噪電路
108:消噪喇叭
110_1,110_N:第一濾波器
112_1,112_M:第二濾波器
114:結合電路
116:控制電路
x[n]:參考信號
y[n]:抗噪訊號
e[n]:誤差訊號
y11[n],y1N[n]:第一濾波器輸出
y21[n],y2M[n]:第二濾波器輸出

Claims (17)

  1. 一種用以產生一抗噪訊號的主動降噪電路，包含：複數個濾波器，包含：至少一第一濾波器，用以產生至少一第一濾波器輸出，其中該至少一第一濾波器中的每一者包含：至少一非靜態濾波器；以及至少一靜態濾波器，其中該至少一非靜態濾波器以及該至少一靜態濾波器是以串聯方式連接；以及至少一第二濾波器，用以產生至少一第二濾波器輸出，其中該至少一第二濾波器中的每一者包含：至少一適應性濾波器；其中該抗噪訊號是由該至少一第一濾波器輸出與該至少一第二濾波器輸出所共同控制；以及該至少一第一濾波器與該至少一第二濾波器是以並聯方式連接。
  2. 如請求項1所述之主動降噪電路，其中該至少一第一濾波器為該主動降噪電路所採用之一加權靜態前饋式主動降噪架構的一部分，以及該至少一第二濾波器為該主動降噪電路所採用之一適應性前饋式主動降噪架構的一部分。
  3. 如請求項2所述之主動降噪電路，其中該複數個濾波器另包含：至少一第三濾波器，用以產生至少一第三濾波器輸出，其中該抗噪訊號是由該至少一第一濾波器輸出、該至少一第二濾波器輸出與該至少一第三濾波器輸出所共同控制；以及該至少一第三濾波器為該主動降噪電路所採 用之一反饋式主動降噪架構的一部分。
  4. 如請求項3所述之主動降噪電路，其中該反饋式主動降噪架構為一加權靜態反饋式主動降噪架構，以及該至少一第三濾波器中的每一者包含以串聯方式連接之至少一非靜態濾波器與至少一靜態濾波器。
  5. 如請求項3所述之主動降噪電路，其中該反饋式主動降噪架構為一適應性反饋式主動降噪架構，以及該至少一第三濾波器中的每一者為一適應性濾波器。
  6. 如請求項1所述之主動降噪電路，其中該至少一第一濾波器為該主動降噪電路所採用之一加權靜態反饋式主動降噪架構的一部分，以及該至少一第二濾波器為該主動降噪電路所採用之一適應性反饋式主動降噪架構的一部分。
  7. 如請求項6所述之主動降噪電路，其中該複數個濾波器另包含：至少一第三濾波器，用以產生至少一第三濾波器輸出，其中該抗噪訊號是由該至少一第一濾波器輸出、該至少一第二濾波器輸出與該至少一第三濾波器輸出所共同控制；以及該至少一第三濾波器為該主動降噪電路所採用之一前饋式主動降噪架構的一部分。
  8. 如請求項7所述之主動降噪電路，其中該前饋式主動降噪架構為一加權靜態前饋式主動降噪架構，以及該至少一第三濾波器中的每一者包含以串聯方式連接之至少一非靜態濾波器與至少一靜態濾波器。
  9. 如請求項7所述之主動降噪電路，其中該前饋式主動降噪架構為一適應性前饋式主動降噪架構，以及該至少一第三濾波器中的每一者為一適應性濾波器。
  10. 如請求項1所述之主動降噪電路，其中該複數個濾波器另包含：至少一第三濾波器，用以產生至少一第三濾波器輸出，其中該至少一第三濾波器中的每一者包含：至少一非靜態濾波器；以及至少一靜態濾波器，其中該至少一第三濾波器中的該每一者所包含的該至少一非靜態濾波器與該至少一靜態濾波器是以串聯方式連接；以及至少一第四濾波器，用以產生至少一第四濾波器輸出，其中該至少一第四濾波器中的每一者包含：至少一適應性濾波器；其中該抗噪訊號是由該至少一第一濾波器輸出、該至少一第二濾波器輸出、該至少一第三濾波器輸出與該至少一第四濾波器輸出所共同控制；該至少一第三濾波器與該至少一第四濾波器是以並聯方式連接；以及該至少一第一濾波器與該至少一第二濾波器中沒有任一濾波器與該至少一第三濾波器或該至少一第四濾波器是以並聯方式連接。
  11. 如請求項10所述之主動降噪電路，其中該至少一第一濾波器為該主動降噪電路所採用之一加權靜態前饋式主動降噪架構的一部分，該至少一第二濾波器為該主動降噪電路所採用之一適應性前饋式主動降噪架構的一部 分，該至少一第三濾波器為該主動降噪電路所採用之一加權靜態反饋式主動降噪架構的一部分，以及該至少一第四濾波器為該主動降噪電路所採用之一適應性反饋式主動降噪架構的一部分。
  12. 如請求項1所述之主動降噪電路，其中該至少一非靜態濾波器是用以提供一加權係數予該至少一靜態濾波器之一轉移函數。
  13. 一種用以產生一抗噪訊號的主動降噪方法，包含：使用以並聯方式連接之至少一第一濾波器與至少一第二濾波器，來得到該至少一第一濾波器的至少一第一濾波器輸出以及該至少一第二濾波器的至少一第二濾波器輸出，其中該至少一第一濾波器中的每一者均具有以串聯方式連接之至少一非靜態濾波器與至少一靜態濾波器，以及該至少一第二濾波器中的每一者均具有至少一適應性濾波器；以及結合該至少一第一濾波器輸出與該至少一第二濾波器輸出來產生該抗噪訊號。
  14. 如請求項13述之主動降噪方法，其中該至少一第一濾波器為一加權靜態前饋式主動降噪架構的一部分，以及該至少一第二濾波器為一適應性前饋式主動降噪架構的一部分。
  15. 如請求項13述之主動降噪方法，其中該至少一第一濾波器為一加權靜態反饋式主動降噪架構的一部分，以及該至少一第二濾波器為一適應性反饋式主動降噪架構的一部分。
  16. 如請求項13所述之主動降噪方法，另包含：使用以並聯方式連接之至少一第三濾波器與至少一第四濾波器，來得到該至少一第三濾波器的至少一第三濾波器輸出以及該至少一第四濾波器的至少一第四濾波器輸出；其中該至少一第三濾波器中的每一者均具有以串聯方式連接之至少一非靜態濾波器與至少一靜態濾波器，該至少一第四濾波器中的每一者均具有至少一適應性濾波器，且該至少一第一濾波器與該至少一第二濾波器中沒有任一濾波器與該至少一第三濾波器或該至少一第四濾波器是以並聯方式連接；以及結合該至少一第一濾波器輸出與該至少一第二濾波器輸出來產生該抗噪訊號的步驟包含：結合該至少一第一濾波器輸出、該至少一第二濾波器輸出、該至少一第三濾波器輸出以及該至少一第四濾波器輸出，來產生該抗噪訊號。
  17. 如請求項13所述之主動降噪方法，其中該至少一非靜態濾波器會提供一加權係數予該至少一靜態濾波器之一轉移函數。
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