用于发动机阶次消除的虚拟位置噪声信号估计的制作方法

1.本发明涉及发动机阶次消除，并且更具体地讲，涉及估计虚拟麦克风位置处(诸如，接近车厢中的乘员的耳朵部位的位置处)的噪声。


背景技术：

2.主动噪声控制(anc)系统使用前馈和反馈结构来衰减不期望的噪声，以自适应地去除收听环境内(诸如车厢内)的不期望的噪声。anc系统通常通过生成消除声波以破坏性地干扰不想要的可听噪声来消除或减少不想要的噪声。当噪声和“抗噪声”组合以降低在某位置处的声压级(spl)时，产生相消干涉，该“抗噪声”在幅度上基本相同但与噪声异相。在车厢收听环境中，潜在的不期望的噪声源来自发动机、车辆的轮胎与车辆行驶的路面之间的相互作用和/或由车辆的其他零件的振动辐射的声音。因此，不希望的噪声随着车辆的速度、道路状况和操作状态而变化。
3.发动机阶次消除(eoc)系统是特定的anc系统，其在车辆上实施，以降低源于车辆发动机和排气系统或其他旋转传动系统部件的窄带声学和振动排放的不希望的车辆内部噪声水平。eoc系统基于发动机或其他旋转轴角速度(诸如转数每分钟(rpm))来生成前馈噪声信号，并且使用这些信号和自适应滤波器通过经由扬声器辐射抗噪声来降低厢内spl。
4.eoc系统通常是最小均方(lms)自适应前馈系统，其基于来自安装到驱动轴的传感器的rpm输入和位于车厢内各种位置的麦克风的误差信号来连续调节自适应滤波器。
5.自适应算法生成抗噪声信号以消除误差麦克风位置处的噪声而不是乘员的耳朵部位处的噪声。误差麦克风的位置会影响eoc系统的性能。传统的噪声消除算法依赖于误差麦克风位置处的消除与最近乘员的位置密切相关的假设。这种关系是频率相关的；物理麦克风信号与乘员的耳朵之间的相关性随着噪声频率的增加而减小。当可使用的误差麦克风的数量和可放置误差麦克风的位置由于其他车辆要求和/或限制而不是最佳的时，相关性的降低是特别有影响的。


技术实现要素：

6.在一个或多个示例性实施方案中，提供了一种在用于发动机阶次消除(eoc)系统的虚拟麦克风位置处估计噪声的方法。所述方法可包括接收指示在多个误差麦克风中的每一者的位置处的噪声的多个估计噪声信号。每个估计噪声信号可至少部分地基于来自多个误差麦克风中的每一者的误差信号。所述方法还可包括使用根据每个对应误差麦克风位置和虚拟麦克风位置之间的传递函数建模的虚拟路径滤波器对每个估计噪声信号进行滤波，以生成多个经滤波的估计噪声信号。所述方法还可包括使用基于当前车辆状况而变化的权重自适应地加权每个经滤波的估计噪声信号，以生成多个经加权滤波的估计噪声信号。所述方法还可包括基于至少多个经加权滤波的估计噪声信号的叠加来生成指示在虚拟麦克风位置处的噪声的估计的虚拟麦克风噪声信号。
7.各实现方式可包括以下特征中的一个或多个。每个虚拟路径滤波器可以是有限脉
冲响应滤波器。此外，每个权重可选自多个权重，该多个权重存储在查找表中并且基于当前车辆状况导出以应用于各个经滤波的估计噪声信号。另外，虚拟麦克风位置可对应于乘员的耳朵部位。
8.所述方法还可包括在自适应滤波器控制器接收所估计的虚拟麦克风噪声信号，并且部分地基于所估计的虚拟麦克风噪声信号来调节自适应滤波器的自适应传递特性。当前车辆状况可包括发动机阶次噪声的频率，使得每个权重至少基于该频率而变化。当前车辆状况还可包括发动机负荷和车辆速度中的至少一者，使得每个权重还基于发动机负荷和车辆速度中的至少一者来选择。
9.多个估计噪声信号中的每一者可被分成包括第一信号路径和第二信号路径的两个信号路径。第二信号路径的输出可包括多个经加权滤波的估计噪声信号。为此，所述方法还可包括使用基于当前车辆状况选择的权重自适应地加权第一信号路径中的每个估计噪声信号，以生成多个经加权的估计噪声信号。此外，基于至少多个经加权滤波的估计噪声信号的叠加来生成指示在虚拟麦克风位置处的噪声的估计的虚拟麦克风噪声信号可包括基于来自第一信号路径的多个经加权的估计噪声信号与来自第二信号路径的多个经加权滤波的估计噪声信号的叠加来生成指示在虚拟麦克风位置处的噪声的估计的虚拟麦克风噪声信号。
10.一个或多个附加实施方案可涉及包括至少一个自适应滤波器、自适应滤波器控制器和虚拟位置噪声估计器的eoc系统。自适应滤波器可被配置为基于自适应传递特性和从参考信号发生器接收到的参考信号来生成抗噪声信号。至少一个自适应滤波器的自适应传递特性可由一组滤波器系数来表征。包括处理器和存储器的自适应滤波器控制器可被编程为基于参考信号和指示虚拟麦克风位置处的噪声的估计的虚拟麦克风噪声信号来调适所述一组滤波器系数。虚拟位置噪声估计器可与至少自适应滤波器控制器通信。
11.虚拟位置噪声估计器可包括处理器和存储器，该处理器和存储器被编程为接收指示在多个误差麦克风中的每一者的位置处的噪声的多个估计噪声信号。每个估计噪声信号可至少部分地基于来自多个误差麦克风中的每一者的误差信号。虚拟位置噪声估计器还可被编程为使用根据每个对应误差麦克风位置与虚拟麦克风位置之间的传递函数建模的虚拟路径滤波器来对每个估计噪声信号进行滤波，以生成多个经滤波的估计噪声信号。虚拟位置噪声估计器还可被编程为使用基于当前车辆状况选择和变化的权重自适应地加权每个经滤波的估计噪声信号，以生成多个经加权滤波的估计噪声信号。虚拟位置噪声估计器还可被编程为基于至少多个经加权滤波的估计噪声信号的叠加来生成指示在虚拟麦克风位置处的噪声的估计的虚拟麦克风噪声信号。
12.各实现方式可包括以下特征中的一个或多个。每个权重可选自基于当前车辆状况导出以应用于各个经滤波的估计噪声信号的多个权重。当前车辆状况可包括发动机阶次噪声的频率，并且每个权重至少基于该频率而变化。每个虚拟路径滤波器可以是有限脉冲响应滤波器。多个估计噪声信号中的每一者可被分成包括第一信号路径和第二信号路径的两个信号路径，其中第二信号路径的输出包括多个经加权滤波的估计噪声信号。在这点上，虚拟位置噪声估计器还可被编程为使用基于当前车辆状况选择的权重自适应地加权第一信号路径中的每个估计噪声信号，以生成多个经加权的估计噪声信号。此外，虚拟位置噪声估计器可被编程为基于来自第一信号路径的多个经加权的估计噪声信号和来自第二信号路
径的多个经加权滤波的估计噪声信号的叠加来生成指示在虚拟麦克风位置处的噪声的估计的虚拟麦克风噪声信号。虚拟麦克风位置可以是与乘员的耳朵部位相对应的、距多个误差麦克风一定距离的空间中的固定点。
13.一个或多个附加实施方案可涉及一种在用于eoc系统的虚拟麦克风位置处估计噪声的方法。所述方法可包括接收指示在多个误差麦克风中的每一者的位置处的噪声的多个估计噪声信号，其中每个估计噪声信号至少部分地基于来自多个误差麦克风中的每一者的误差信号。所述方法还可包括沿着第一信号路径和第二信号路径传输每个估计噪声信号。所述方法还可包括将权重应用于第一信号路径中的每个估计噪声信号，每个权重基于当前车辆状况被单独地选择和变化，以生成多个经加权的估计噪声信号。所述方法还可包括使用根据每个对应误差麦克风位置与虚拟麦克风位置之间的传递函数建模的虚拟路径滤波器对第二信号路径中的每个估计噪声信号进行滤波，以生成多个经滤波的估计噪声信号。所述方法还可包括将权重应用于第二信号路径中的每个经滤波的估计噪声信号，每个权重基于当前车辆状况被单独地选择和变化，以生成多个经加权滤波的估计噪声信号。所述方法还可包括基于来自第一信号路径的多个经加权的估计噪声信号与来自第二信号路径的多个经加权滤波的估计噪声信号的叠加来生成指示在虚拟麦克风位置处的噪声的估计的虚拟麦克风噪声信号。
14.各实现方式可包括以下特征中的一个或多个。在叠加中施加的每个信号的比例可由其基于当前车辆状况的对应权重自适应地控制。当前车辆状况可包括发动机阶次噪声的频率，使得每个权重至少基于该频率单独地选择和变化。虚拟麦克风位置可对应于乘员的耳朵部位。
附图说明
15.图1是根据本公开的一个或多个实施方案的具有发动机阶次消除(eoc)系统的车辆的环境框图；
16.图2是根据本公开的一个或多个实施方案的图1中描绘的参考信号发生器的详细视图；
17.图3是表示根据本公开的一个或多个实施方案的包括虚拟位置噪声估计器的eoc系统的示意性框图；
18.图4是根据本公开的一个或多个实施方案的图3中描绘的虚拟位置噪声估计器的扩展框图；并且
19.图5是描绘根据本公开的一个或多个实施方案的用于估计靠近乘员的耳朵的位置处的噪声的方法的示例性流程图。
具体实施方式
20.根据需要，本文公开了本发明的详细实施方案；但是应理解，所公开的实施方案仅示例性说明本发明，本发明可体现为不同和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应解释为是限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以不同方式运用本发明的代表性基础。
21.图1是示出用于具有参考信号发生器108的车辆102的发动机阶次消除(eoc)系统
100的环境图。参考信号发生器108可为源自车辆发动机和排气系统110的每个发动机阶次生成x[n]对应于可听发动机阶次噪声的参考信号。eoc系统100可与前馈和反馈主动噪声控制(anc)框架或系统104集成，该框架或系统通过使用一个或多个麦克风112对来自参考信号发生器108的参考信号x[n]进行自适应滤波来生成抗噪声。然后可通过一个或多个扬声器124播放抗噪声信号y[n]。s(z)表示单个扬声器124与单个麦克风112之间的传递函数。虽然图1仅出于简单的目的示出了单个参考信号发生器108、麦克风112和扬声器124，但是应注意，除了多个扬声器124(例如4至8个)和多个麦克风112(例如多达8个)之外，典型的eoc系统还可包括多个发动机阶次噪声参考信号发生器108。
[0022]
参考图2，参考信号发生器108可包括rpm传感器242，其可提供指示发动机驱动轴或指示发动机转速的其他旋转轴的旋转的rpm信号244(例如方波信号)。在一些实施方案中，rpm信号244可从车辆网络总线(未示出)获得，诸如控制器区域网络(can)总线。由于辐射的发动机阶次与驱动轴rpm成正比，因此rpm信号244表示由包括发动机和排气系统的传动系统产生的频率。因此，来自rpm传感器242的信号可用于生成对应于车辆的发动机阶次中的每一者的参考发动机阶次信号。因此，rpm信号244可与发动机阶次频率对rpm的查找表246结合使用。
[0023]
更具体地讲，查找表246可用于将rpm信号244转换成一个或多个发动机阶次频率。可将如从查找表246中检索到的在感测到的rpm处的给定发动机阶次的频率供应给频率发生器248，从而在给定频率处生成正弦波。该正弦波代表指示给定发动机阶次的发动机阶次噪声的参考信号x[n]。频率发生器248可以是振荡器，诸如正交振荡器，或用于生成指示发动机阶次噪声的正弦参考信号的任何类似装置。由于可能存在多个发动机阶次，eoc系统100可包括多个参考信号发生器108和/或频率发生器248，用于基于rpm信号244为每个发动机阶次生成参考信号x[n]。
[0024]
以1800rpm的速率旋转的发动机可以说是以30hz(1800/60＝30)运行，其对应于基本或主要的发动机阶次频率。对于四缸发动机，在每个曲柄旋转期间两个气缸被点火，从而产生60-hz(30x2＝60)的主频，其限定了四缸发动机在1800rpm时的声音。在四缸发动机中，由于频率是发动机转速的两倍，其也被称为“第二发动机阶次”。在1800rpm时，四缸发动机的其他主要发动机阶次是在120hz时的第4阶次和在180hz时的第6阶次。在六缸发动机中，点火频率导致占主导地位的第三发动机阶次；在v-10中，占主导地位的是第五发动机阶次。当rpm增加时，点火频率成比例地增加。如前所述，eoc系统100可包括多个参考信号发生器108和/或频率发生器248，用于基于rpm信号244为每个发动机阶次生成参考信号x[n]。此外，eoc系统100内的anc框架104(例如自适应滤波器118、自适应滤波器控制器120、次级路径滤波器122)可被缩放以减少或消除这些多个发动机阶数中的每一者。例如，减少第2、第4和第6发动机阶次的eoc系统需要三个anc框架或子系统104，每个发动机阶次一个。诸如误差麦克风112和抗噪声扬声器124的某些系统部件对于所有系统或子系统可以是公共的。
[0025]
返回参考图1，源自发动机和排气系统110的噪声和振动的特性频率可由任选地包含在参考信号发生器108内的rpm传感器242中的一个或多个感测。参考信号发生器108可输出参考信号x[n]，该参考信号是表示特定发动机阶次频率的信号。如前所述，参考信号x[n]可能处于所关注的不同发动机阶次。此外，这些参考信号可单独使用或以本领域技术人员已知的各种方式组合。参考信号x[n]可由次级路径滤波器122利用估计次级路径(即，抗噪
声扬声器124与误差麦克风112之间的传递函数)的经建模的传递特性进行滤波s
′
(z)。
[0026]
传动系统噪声(例如，发动机、驱动轴或排气噪声)机械地和/或声学地传递到客厢中并且由车辆102内的一个或多个麦克风112接收。一个或多个麦克风112可例如位于如图1所示的座椅116的头枕114中。替代地，一个或多个麦克风112可位于车辆102的车顶内衬115中，或者位于一些其他合适的位置中，以感测车辆102内的乘员听到的声学噪声场。发动机、驱动轴和/或排气噪声根据表示主路径的传递特性p(z)(即，实际噪声源与误差麦克风之间的传递函数)传递到麦克风112。
[0027]
麦克风112可输出表示由麦克风112检测到的存在于车辆102的车厢中的噪声的误差信号e[n]。在eoc系统100中，自适应滤波器118的自适应传递特性w(z)可由自适应滤波器控制器120控制。自适应滤波器控制器120可根据基于误差信号e[n]和参考信号x[n]的已知最小均方(lms)算法进行操作，该误差信号和参考信号可选地由滤波器122利用经建模的传递特性s
′
(z)进行滤波。自适应滤波器118通常被称为w型滤波器。lms自适应滤波器控制器120可基于误差信号e[n]更新传递特性w(z)滤波器系数。使噪声消除得到改进的自适应或更新w(z)过程被称为收敛。收敛是指最小化误差信号e[n]的自适应滤波器的创建，其由控制给定输入信号的自适应速率的步长控制。步长是缩放因子，其通过基于自适应滤波器118的每次更新来限制自适应滤波器系数的幅度变化来指示算法收敛到最小化e[n]的速度。
[0028]
抗噪声信号y[n]可由自适应滤波器118和自适应滤波器控制器120基于所识别的传递特性w(z)和参考信号或参考信号，x[n]的组合形成的自适应滤波器生成。该抗噪声信号y[n]理想地具有这样的波形，使得当通过扬声器124播放时，在乘员的耳朵和麦克风112附近生成抗噪声，该抗噪声基本异相，并且在幅度上与车厢的乘员可听见的发动机阶次噪声相同。来自扬声器124的抗噪声可与麦克风112附近的车厢中的发动机阶次噪声相结合，从而导致在该位置处的发动机阶次噪声引起的声压级(spl)的降低。在某些实施方案中，eoc系统100可从客厢中的其他声学传感器(诸如声能传感器、声强传感器或声粒子速度或加速度传感器)接收传感器信号以生成误差信号e[n]。
[0029]
车辆通常具有以相对于发动机rpm的其他速率旋转的其他轴。例如，驱动轴根据变速器设定的当前齿轮比以与发动机相关的速率旋转。驱动轴可能不具有完美的旋转平衡，因为它可能具有一定程度的偏心。当旋转时，偏心引起旋转不平衡，从而在车辆上施加振荡力，并且这些振动可能会在客厢中产生可听见的声音。以不同于发动机的速率旋转的其他旋转轴包括以由其差速器中的齿轮比设定的速率旋转的半轴或轴线。在某些实施方案中，参考信号发生器108可在不同的旋转轴(诸如驱动轴或半轴)上具有rpm传感器。
[0030]
当车辆102处于运行状态时，处理器128可收集和可选地处理来自参考信号发生器108中的rpm传感器242和麦克风112的数据，以构建包含将由车辆102使用的数据和/或参数的数据库或地图。所收集的数据可本地存储在存储装置130中，或者存储在云中，以供车辆102将来使用。可用于本地存储在存储装置130中的与eoc系统100相关的数据类型的示例包括但不限于rpm历史、麦克风频谱或时间相关信号、基于麦克风的声学性能数据、eoc调谐参数和基于驱动模式的主要发动机阶次等。另外，处理器128可分析rpm传感器和麦克风数据并且提取关键特征以确定待应用于eoc系统100的一组参数。当由事件触发时，可选择该组参数。在一个或多个实施方案中，处理器128和存储装置130可与诸如自适应滤波器控制器120的一个或多个eoc系统控制器集成。
[0031]
图1中描绘的简化eoc系统示意图示出了每个扬声器124与每个麦克风112之间的由s(z)表示的一个次级路径。如前所述，eoc系统通常具有多个扬声器、麦克风和参考信号发生器。因此，6扬声器、6麦克风eoc系统将具有总共36个次级路径(即，6
×
6)。对应地，6扬声器、6麦克风eoc系统同样可具有36个s
′
(z)滤波器(即，次级路径滤波器122)，其估计每个次级路径的传递函数。如图1所示，eoc系统在来自参考信号发生器108的每个参考信号x[n]与每个扬声器124之间还具有一个w(z)滤波器(即，自适应滤波器118)。因此，5参考信号发生器、6扬声器eoc系统可具有30个w(z)滤波器。替代地，6频率发生器248、6扬声器eoc系统可具有36个w(z)滤波器。
[0032]
如先前所讨论，窄带发动机噪声消除系统可使用安装在车辆车顶内衬或其他位置的多个误差麦克风来向自适应算法提供反馈。在传统的系统中，算法生成抗噪声以消除在误差麦克风位置处的噪声而不是乘员的耳朵部位处的噪声。由于某些车辆制造和设计要求或限制，可使用的误差麦克风的数量和放置它们的位置可能不是最佳的。车辆制造商将麦克风放置在车厢中用于多种功能，这些功能对于最佳放置有不同的要求。例如，噪声消除麦克风的最佳放置可能与免提语音通信麦克风(诸如进行电话呼叫的麦克风)的最佳放置不一致。噪声消除麦克风倾向于位于乘员位置的波长的1/10内，并且因此经常直接放置在乘员头部上方或头枕中。设计限制，诸如遮阳篷顶或玻璃天窗的存在，常常会妨碍最佳的eoc误差麦克风放置。另一方面，放置免提电话语音呼叫麦克风以最佳地检测说话者的语音。这些麦克风通常直接放置在乘员头部的前方，通常放置在车辆内部的固定位置(诸如后视镜或仪表板)上。
[0033]
噪声消除(误差)麦克风的位置会影响eoc性能。传统的噪声消除算法依赖于误差麦克风位置处的消除与最近乘员的位置密切相关的假设。然而，这种关系是频率相关的。当噪声的频率与位置之间的距离增加时，耳朵部位处的噪声信号与误差麦克风之间的相关性降低。因此，在可使用的误差麦克风的数量和放置它们的位置可能不是最佳的情况下，准确地估计在乘员的耳朵部位处的噪声可帮助确保不损害eoc性能。
[0034]
用于获得在乘员的耳朵部位处的噪声的估计的现有技术可适用于具有固定频率噪声的简单声学空间(例如，实验室条件)，但当应用于具有动态频率噪声和声学的汽车应用时可能不可靠。本发明的一个或多个实施方案涉及用于更准确地预测复杂声学环境(诸如车厢)中的耳朵部位处的非稳态窄带发动机阶次噪声的系统和方法。本发明中所描述的技术可允许基于来自物理误差麦克风位置的信号对在乘员的耳朵部位(称为虚拟麦克风位置)处的噪声进行更可靠的估计。这些技术可采用取决于诸如频率、负荷和速度等各种车辆参数或状况的一组权重和传递函数来估计在不存在麦克风的乘员的耳朵部位处的噪声。
[0035]
本公开的系统和方法对诸如车厢的高度混响环境中的声学进行建模。如前所述，发动机噪声通常源自车辆的进气和排气。声波以直接路径和在乘员的耳朵部位处求和之前可具有许多反射的路径传播通过车厢。为了最佳化消除性能，然后可将物理误差麦克风处的信号与声学模型一起使用，以估计远离物理误差麦克风的虚拟麦克风位置(诸如乘员的耳朵部位的近似位置)处的信号。该关系可被建模为从误差麦克风(物理位置(p))到乘员的耳朵部位(虚拟位置(v))的路径。
[0036]
图3是表示根据本公开的一个或多个实施方案的eoc系统300的示意性框图。如本领域普通技术人员所理解的，eoc系统300可以是经修改的滤波x最小均方(mfxlms)eoc系
统。eoc系统300可对应地采用mfxlms自适应算法用于窄带发动机噪声消除。然而，可使用其他类型的基于lms的eoc系统(诸如滤波x最小均方(fxlms)系统等)来采用本发明的一个或多个方面。
[0037]
eoc系统300可包括与结合图1的环境图示出和描述的eoc系统100类似的元件。例如，eoc系统300可包括参考信号发生器308，该参考信号发生器至少包括rpm传感器342和频率发生器348(描绘为振荡器)，用于生成正弦发动机阶次噪声参考信号x[n]，该正弦发动机阶次噪声参考信号具有源自发动机和排气系统310的噪声和振动的频率特性。与图1类似，为了便于说明，eoc系统300被示出为具有一个参考信号发生器308、一个误差麦克风312和一个扬声器324。在应用中，eoc系统300可以是可缩放的多输入多输出(mimo)系统，其针对多个发动机阶次、多个扬声器输出和多个误差麦克风进行操作。eoc系统300还可被缩放以估计在多个虚拟麦克风位置(例如，乘员耳朵部位)处的噪声信号，如下文将更详细地描述。
[0038]
在图3的示意性框图中，误差麦克风312被描绘为加法器(或求和算子/元件)。此外，分别使用元件350和352以框的形式表示实际主路径p(z)和实际次级路径s
p
(z)的传递函数。为了说明的目的，图3还描述了声域354与电域356之间的元件划分。
[0039]
参考信号x[n]可由第一次级路径滤波器358滤波。第一次级路径滤波器358可x[n]使用经建模的传递特性对参考信号进行滤波，以生成经滤波的参考信号，该传递特性估计抗噪扬声器324与表示乘员的耳朵部位的虚拟麦克风位置之间的次级路径(即，传递函数)x
′
[n]。与eoc系统100类似，eoc系统300可包括第一自适应滤波器318和自适应滤波器控制器320。第一自适应滤波器318的自适应传递特性w(z)可由自适应滤波器控制器320根据基于lms的自适应算法部分地基于经滤波的参考信号来控制x
′
[n]。自适应滤波器控制器320可主动地更新第一自适应滤波器318的滤波器系数以改善噪声消除。第一自适应滤波器318的滤波器系数可称为有源滤波器系数。eoc系统300可包括第二自适应滤波器360，该第二自适应滤波器也具有由一组滤波器系数表征的自适应传递特性w(z)。第二自适应滤波器360可以是第一自适应滤波器318的副本。因此，第二自适应滤波器360的滤波器系数可称为无源滤波器系数。
[0040]
如图所示，参考信号x[n]也可由第二自适应滤波器360滤波以生成实际的抗噪声信号y[n]。由自适应滤波器控制器320通过一组滤波器系数控制的第二自适应滤波器360可根据自适应算法产生抗噪声信号y[n]。在声学域中，抗噪声信号y[n]可通过扬声器324转换为声音。如前所述，由框352表示的实际次级路径s
p
(z)表示扬声器324与误差麦克风312之间的传递函数。信号y
′
[n]表示物理误差麦克风312处由实际次级路径s
p
(z)滤波的可听抗噪声，称为实际误差麦克风抗噪声y
′
[n]。实际误差麦克风抗噪声y
′
[n]可与来自发动机和排气系统310的主噪声d[n]组合，如在误差麦克风312处由实际主路径p(z)(由框350表示)滤波。误差麦克风312可输出指示存在于车厢中的剩余发动机噪声(即，未被抗噪声消除的噪声)的误差信号e[n]。
[0041]
在电域中，抗噪声信号y[n]可由第二次级路径滤波器362滤波以生成估计抗噪声信号第二次级路径滤波器362可y[n]使用经建模的传递特性对抗噪信号进行滤波，该经建模的传递特性估计抗噪扬声器324与误差麦克风312之间的次级路径(即，传递函数)。该估计抗噪声信号可因此指示在误差麦克风312的物理位置处的经估计的抗噪
声。如图所示，可在加法器364处从误差信号e[n]中减去估计抗噪声信号以在误差麦克风312处生成估计噪声信号，或者简单地生成估计噪声信号估计噪声信号可提供在物理误差麦克风位置处的发动机噪声的估计。
[0042]
为了估计虚拟麦克风位置(例如乘员的耳朵部位)处的发动机噪声，eoc系统300还可包括虚拟位置噪声估计器366。虚拟位置噪声估计器366可包括声学模型，以基于来自物理麦克风位置的信号(即，估计噪声信号)提供对虚拟麦克风位置处的噪声的改进估计，所述虚拟麦克风位置诸如表示乘员的耳朵部位的位置。因此，虚拟位置噪声估计器366对从误差麦克风312的一个或多个物理位置到表示乘员的耳朵部位的虚拟位置的路径进行建模。因此，虚拟位置噪声估计器366可输出估计的虚拟麦克风噪声信号该估计的虚拟麦克风噪声信号提供对虚拟麦克风位置(例如，乘员的耳朵部位)处的发动机噪声的估计。如先前所讨论，在复杂的动态声学环境(如车厢)中，难以准确预测虚拟位置(诸如乘员的耳朵部位)处的非稳态窄带噪声。根据本公开的一个或多个实施方案，虚拟位置噪声估计器366可采用取决于诸如频率、负荷和速度等各种车辆参数或状况的一组权重和传递函数来估计乘员的耳朵部位(即，虚拟麦克风位置)处的发动机噪声。因此，如图所示，可将rpm信号或从参考信号发生器308处的rpm信号导出的频率提供给虚拟位置噪声估计器366。
[0043]
图4是根据本公开的一个或多个实施方案的虚拟位置噪声估计器366的扩展框图。相对大的频率范围可被分成多个频率仓，其中每个频率仓构成相对窄的频率范围。图4中所示的虚拟位置噪声估计器366的示例实现方式描述了使用来自四个物理误差麦克风的噪声信号，针对一个发动机阶次和在一个频率仓处对单个虚拟麦克风位置(例如，乘员的耳朵部位)处的噪声的估计。然而，此概念可支持任意数目的物理麦克风和虚拟麦克风(例如，耳朵部位)，并且可进一步缩放以考虑多个发动机阶次和频率仓。
[0044]
如图所示，图4中的虚拟位置噪声估计器366可基于在四个物理误差麦克风p0、p1、p2、p3处测量的估计噪声信号来提供在第一虚拟麦克风位置v0处的估计的虚拟麦克风噪声信号虚拟位置噪声估计器366可包括应用于每个物理麦克风与每个虚拟麦克风之间的信号的由w
pv
表示的第一组权重410。在四个物理误差麦克风(p0、p1、p2、p3)处测量的估计噪声信号可被分成两个信号路径。第一信号路径412中的估计噪声信号可用作对第一组权重410(例如，w
00
,w
10
,w
20
,w
30
)的直接输入以生成经加权的估计噪声信号
[0045]
虚拟位置噪声估计器366还可包括由h
pv
[p][v]表示的一组虚拟路径滤波器414，其通常表示从每个物理误差麦克风(p)到代表乘员的耳朵部位的每个虚拟麦克风(v)的传递函数。虚拟路径滤波器414可以是有限脉冲响应(fir)滤波器，并且可使用去卷积过程来设计。例如，在针对特定车辆环境的设计和校准过程期间，可首先测量来自误差麦克风位置处的实际麦克风和近似乘员的耳朵部位处的信号，然后可使用去卷积过程来确定每个物理误差麦克风位置与每个耳朵部位(虚拟麦克风位置)之间的传递函数h
pv
[p][v]。传递函数h
pv
[p][v]可最终被转换成数字fir滤波器，然后在eoc系统300和对应的自适应算法中用作虚拟位置噪声估计器366中的虚拟路径滤波器414。第二信号路径416中的估计噪声信号
可由该组虚拟路径滤波器414滤波，以生成四个物理误差麦克风(p0、p1、p2、p3)中的每一者的经滤波的估计噪声信号
[0046]
每个虚拟麦克风位置可以是距离物理麦克风或传感器(诸如误差麦克风312)的空间中的预定固定点。虚拟麦克风位置可对应于乘员的耳朵部位的位置。在一些实施方案中，虚拟麦克风位置可表示普通乘员的乘员的耳朵部位。在某些其他实施方案中，可调节每个虚拟麦克风位置以适应不同类型的乘员和/或不同的车辆配置。例如，可使用乘员设置来定制虚拟麦克风位置，以基于乘员特性(诸如躯干高度)以及座椅位置设置来更好地估计乘员的耳朵部位。作为另一示例，在具有更灵活的车厢配置的车辆中，诸如那些被配置用于自主驾驶的车辆，可基于车辆是否处于自主驾驶模式来调节一个或多个虚拟麦克风位置。
[0047]
根据一个或多个实施方案，虚拟麦克风位置可从基于乘员头部跟踪选择的一组虚拟麦克风位置中确定。例如，可感测乘员头部的位置，并且基于当前头部位置来调节虚拟麦克风位置。在可调节虚拟麦克风位置的实施方案中，可类似地调适或修改对应的虚拟路径滤波器414以表示从每个误差麦克风位置到每个可调节虚拟麦克风位置的适当传递函数。作为示例，可为每个误差麦克风312和与每个乘员相关联的多个虚拟麦克风位置之间的路径设计、校准和存储虚拟路径滤波器414。然后可基于当前虚拟麦克风位置来选择适当的虚拟路径滤波器414，无论是由乘员通过系统设置来选择还是经由头部位置跟踪来感测。
[0048]
虚拟位置噪声估计器366还可包括可应用于每个经滤波的物理麦克风与每个虚拟麦克风之间的信号的由r
pv
表示的第二组权重418。经滤波的估计噪声信号可用作对第二组权重418(例如，r
00
,r
10
,r
20
,r
30
)的直接输入以生成经加权滤波的估计噪声信号
[0049]
根据一个或多个实施方案，可在加法器420处从两个信号路径中的所有信号(即，经滤波和未经滤波的噪声信号)的叠加生成第一虚拟麦克风位置v0处的最终估计的虚拟麦克风噪声信号在叠加中施加的每个信号的比例可分别由权重w
pv
和r
pv
控制。eoc系统300可基于车辆参数或状况(诸如频率)自适应地调节这些权重。例如，车厢对发动机噪声的激励的声学响应随频率变化。另外，eoc系统和自适应算法处理音调噪声，与宽带噪声不同，音调噪声的信号统计量随频率快速变化。因此，由虚拟位置噪声估计器366应用的权重410和418也可相对于频率而变化，以考虑到被加在一起的噪声信号的幅度和相位的变化。
[0050]
在系统设计和校准期间可导出可选择的频率相关权重。对于每个误差麦克风和虚拟麦克风位置组合，在误差麦克风和虚拟麦克风位置(例如，乘员的耳朵部位)处测量的信号可被分成预定范围的频率仓表中的条目。例如，每个频率仓可以是3hz宽。然后可使用诸如lms的自适应算法来计算每个频率仓的权重w
pv
和r
pv
两者。使用该方法，可导出一组频率相关权重，其被优化直到残差被最小化到低于定义阈值的值。因此，虚拟位置噪声估计器366还可包括针对每个误差麦克风和虚拟麦克风位置组合的权重w
pv
和r
pv
的查找表422，其中每个权重的条目被频率仓划分。查找表422可接收发动机阶次噪声的频率值424，并且输出适当的权重w
pv
和r
pv
，以基于频率自适应地应用于每个未经滤波和经滤波的估计噪声信号。如图3所示，发动机阶次噪声的频率可源自参考信号发生器308。在eoc操作期间，当发动机噪声频率改变时，可根据查找表422从适当的频率仓中选择权重并且由虚拟位置噪声估
计器366应用。在一个或多个替代实现方式中，自适应权重还可以是发动机负荷、车辆速度和其他车辆参数或状况，而不是频率的函数或除频率之外的函数。
[0051]
混合经滤波和未经滤波的误差麦克风信号并且基于当前车辆参数(例如，频率、负荷和/或速度)自适应地加权所述误差麦克风信号可在复杂且动态的声学环境(诸如车厢)中的虚拟麦克风位置(例如，乘员的耳朵部位)处提供对非稳态窄带噪声的准确且可靠的估计。替代地，在虚拟麦克风位置处的最终估计的虚拟麦克风噪声信号可从仅经加权的估计噪声信号的叠加(即沿着第一信号路径412的噪声信号的叠加)生成。根据又一实施方案，在虚拟麦克风位置处的最终估计的虚拟麦克风噪声信号可从仅经加权滤波的估计噪声信号的叠加(即，沿着第二信号路径416的噪声信号的叠加)生成。
[0052]
再次参考图3，估计的虚拟麦克风噪声信号可作为反馈提供给自适应滤波器控制器320，其然后被用于自适应地更新自适应滤波器318和360的滤波器系数。根据一个或多个实施方案，eoc系统300可包括用于基于lms的自适应滤波器控制器320的内部误差环路368。在此情况下，可在加法器370处将估计的虚拟麦克风噪声信号与内部抗噪声信号组合以生成内部误差信号g[n]。然后可将内部误差信号g[n]作为反馈提供给自适应滤波器控制器320。可在mfxlms系统中采用内部误差环路368，以使用相对简单的lms算法来调适自适应滤波器318，其可通过避免由其他基于lms的系统引入的延迟来加速收敛。例如，与其他lms算法相比，内部误差环路368可允许处理更大的步长，从而实现更快的收敛。
[0053]
图5是描绘估计eoc系统(诸如eoc系统300)的虚拟麦克风位置处的噪声的方法500的流程图。用于估计在虚拟位置处的噪声的一个或多个步骤可由虚拟位置噪声估计器366来执行。例如，虚拟位置噪声估计器366可接收多个估计噪声信号如在步骤510处所提供的。每个估计噪声信号可至少部分地基于来自多个误差麦克风312中的每一者的误差信号e[n]。根据本公开的一个或多个实施方案，多个估计噪声信号可被分成两个信号路径，使得每个估计噪声信号可沿着第一信号路径412和第二信号路径416两者传输，如在步骤520处所提供的。
[0054]
在步骤530处，可将权重应用于第一信号路径中的多个估计噪声信号中的每个估计噪声信号例如，第一组权重410(w
pv
)可应用于多个估计噪声信号以生成多个经加权的估计噪声信号如前所述，第一组权重410中的每个权重可基于当前车辆参数或状况(诸如发动机阶次频率)单独地选择并且自适应地应用于对应的估计噪声信号
[0055]
在步骤540处，可使用虚拟路径滤波器414对第二信号路径中的每个估计噪声信号进行滤波，该虚拟路径滤波器根据每个对应误差麦克风位置(p0,p1、p2、p3)与虚拟麦克风位置(v0)之间的传递函数h
pv
[p][v]建模，以生成多个经滤波的估计噪声信号在步骤550处，可将权重应用于第二信号路径中的多个经滤波的估计噪声信号中的每一
者。例如，第二组权重418(r
pv
)可应用于多个经滤波的估计噪声信号以生成多个经加权滤波的估计噪声信号如前所述，第二组权重418中的每个权重可基于当前车辆参数或状况(诸如发动机阶次频率)单独地选择并且自适应地应用于对应的经滤波的估计噪声信号
[0056]
在步骤560处，来自第一信号路径412的每个信号(即，未经滤波的)和来自第二信号路径416的每个信号(即，经滤波的)可被组合以生成指示第一虚拟麦克风位置v0处的噪声的估计的虚拟麦克风噪声信号例如，虚拟位置噪声估计器366可基于来自第一信号路径412的多个经加权的估计噪声信号和来自第二信号路径416的多个经加权滤波的估计噪声信号的叠加来生成估计的虚拟麦克风噪声信号应用于每个经滤波和未经滤波的信号的权重可基于当前车辆状况自适应地调节每个对应信号在最终叠加中的比例，以获得估计的虚拟麦克风噪声信号
[0057]
除了提供对不存在物理麦克风的虚拟位置处的噪声的准确估计之外，eoc系统300还可在复杂且动态的声学环境中的不同频率范围处可靠地估计虚拟位置处的噪声。此外，eoc系统300可允许减小车厢中的最终物理麦克风计数。许多传统的eoc系统依赖于专用的麦克风来近似乘员的耳朵的位置。此外，这些专用的eoc麦克风是一些车辆用于语音识别和免提电信的多个麦克风之外的麦克风，这可使总数达到七个或更多个麦克风。自适应地加权经滤波的和/或未经滤波的麦克风信号并且混合信号中的至少一些以提供对远离物理麦克风的虚拟麦克风位置处的噪声的准确估计可使eoc系统利用其他车辆麦克风来实现eoc目的。因此，本公开的系统和方法还可通过出于eoc目的而重复使用至少一些现有语音麦克风来减少总体车辆麦克风计数。这可进一步降低成本，并且在设计要求规定放置在传统上对于eoc不是最佳的位置中的较少麦克风的情况下是有用的。
[0058]
本文描述的控制器或装置中的任何一个或多个包括可从使用各种编程语言和/或技术创建的计算机程序编译或解释的计算机可执行指令。通常，处理器(诸如微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行指令。处理单元包括能够执行软件程序的指令的非暂时性计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是但不限于电子存储装置、磁存储装置、光存储装置、电磁存储装置、半导体存储装置或其任何合适的组合。
[0059]
本领域普通技术人员应理解，功能上等同的处理步骤可在时域或频域中进行。因此，虽然在图中没有明确说明每个信号处理块，但是信号处理可在时域、频域或其组合中进行。此外，虽然以数字信号处理的典型术语解释了各种处理步骤，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可使用模拟信号处理来执行等同步骤。
[0060]
虽然上文描述了示例性实施方案，但是这些实施方案并不意图描述本发明的所有可能形式。而是，本说明书中所使用的字词为描述性而非限制性的字词，并且应理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变。另外地，可对各种实现的实施方案的特征进行组合以形成本发明的其他实施方案。