DE69434700T2

DE69434700T2 - Digital gesteuertes analoges löschungssystem

Info

Publication number: DE69434700T2
Application number: DE69434700T
Authority: DE
Inventors: N. Jeffrey Trumbull DENENBERG; V. Randy Randallstown SABETT
Original assignee: Noise Cancellation Technologies Inc
Current assignee: Noise Cancellation Technologies Inc
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2014-09-03
Also published as: JP3219770B2; EP0746959A4; EP0746959B1; CA2170026A1; JPH08510105A; WO1995008906A1; EP0746959A1; US5440642A; DE69434700D1; CA2170026C

Description

Diese Erfindung betrifft die Verwendung eines Digitalsignalprozessors (DSP) oder eines anderen Mikroprozessors, um verschiedene einstellbare Parameter in einem analogen aktiven Kompensationssystem zu steuern. Die Einstellung dieser Parameter zur Kalibrierungszeit des Systems ermöglicht, dass die Parameter des analogen Kompensationssystems auf die Eigenschaften der im System verwendeten anderen Komponenten abgestimmt werden. Diese Einstellung wäre notwendig, wenn die Kompensationselektronik separat vom Rest des Kompensationssystems untergebracht wird (z. B. den Lautsprechern, Mikrophonen und externen Verstärkungsvorrichtungen).
Die Beispielanwendung (nur für Erläuterungszwecke verwendet) ist ein Headset für Rettungsfahrzeuge. Diese Erfindung betrifft jedoch ein beliebiges System, das ein digitales Mittel verwenden würde, um die Systemparameter eines analogen Kompensationssystems zu steuern und einzustellen. In diesem speziellen Beispiel besteht das digitale System aus einer Steuereinheit zur aktiven Geräuschkompensation, die den Algorithmus "Digital Virtual Earth" implementiert, wie im US-Patent Nr. 5 105 377 beschrieben, das durch den Hinweis hierin aufgenommen wird. Alternativ besteht das digitale System aus einem Universalmikroprozessor und einer zugehörigen Eingabe/Ausgabe-Schaltung. Die analoge Kompensationselektronik besteht aus einer "NoiseBuster"-Schaltung, wie in einer gleichzeitig eingereichten US-Anmeldung vom 20. September 1993, die durch den Hinweis hierin aufgenommen wird, beschrieben.
Das Einstellen der Parameter des analogen Kompensationssystems könnte manuell im Werk durch geschultes technisches Personal unter Verwendung einer hochentwickelten Instrumentenausrüstung durchgeführt werden, wäre jedoch für einen durchschnittlichen Benutzer nicht möglich. Ferner würden die vorgegebenen Werkswerte die separate Unterbringung der Elektronik und des Rests des Systems ausschließen.
Folglich ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein System zu schaffen, das einen digitalen Mikroprozessor verwendet, um die Parameter eines analogen Kompensationssystems in einer automatisierten Weise zu steuern, wobei somit überlegene Ergebnisse gegenüber Systemen mit nicht-einstellbaren Parametern geliefert werden. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Systemflexibilität zu verbessern, indem ermöglicht wird, dass die Kompensationselektronik separat vom Rest des Kompensationssystems untergebracht wird. Diese und weitere Aufgaben werde ersichtlich, wenn auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen
1 ein Blockdiagramm einer digital gesteuerten analogen Filterbaueinheit ist.
2 ein Blockdiagramm eines digital gesteuerten analogen Filters ist.
3 ein Blockdiagramm eines Hybrid-Geräuschkompensationssystems ist.
4 ein Blockdiagramm eines Hybrid-Geräuschkompensationssystems ist, das die automatische Verstärkungseinstellung zeigt.
5 ein Blockdiagramm eines Hybrid-Geräuschkompensationssystems ist, das die automatische Entzerrungseinstellung zeigt.
Digital gesteuerte analoge Filterbaueinheit
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die begleitende 1 beschrieben. Die grundlegende Baueinheit der vorliegenden Erfindung, eine digital gesteuerte analoge Filterbaueinheit 10, ist gezeigt, die aus einem 16-Bit-Schieberegister 11 besteht, das mit dem seriellen Anschluss des Mikroprozessors 12 im digitalen System verbunden ist, dessen Ausgang in einem 16-Bit-Zwischenspeicher 13 gespeichert wird. Die unteren (niedrigstwertigen) Bits dieses Zwischenspeichers werden verwendet, um den Widerstandswert des Tiefpassabschnitts des Filters einzustellen. Dieser Wert variiert, wenn der zum 8-Bit-C/A 14 gesandte digitale Wert verändert wird. Ebenso werden die oberen (höchstwertigen) Bits dieses Zwischenspeichers verwendet, um den Widerstandswert des Bandpass- und Hochpassabschnitts des Filters einzustellen. Diese Widerstandswerte variieren, wenn die zum D/A 15 und D/A 16 gesandten Werte variieren.
Digital gesteuertes analoges Filter
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die begleitende 2 beschrieben. Ein vollständiges analoges Filter ist gezeigt, das die vorstehend beschriebene (und in 1 gezeigte) Baueinheit verwendet. Das vollständige Filter 20 besteht aus der digital gesteuerten analogen Filterbaueinheit 10, wobei die Verstärkung des Systems durch die zwei 8-Bit-D/As 21 und 22 eingestellt wird.
Einzustellende Parameter
Das beschriebene Beispielsystem enthält zwei verschiedene Mechanismen, die eine Parametereinstellung erfordern, um die Systemstabilität sicherzustellen. Erstens legt die Einstellung der Schleifenverstärkung das Ausmaß der durch das Headset erreichbaren Kompensation fest. Wenn die Verstärkungseinstellung zu niedrig ist, besteht eine zu geringe Kompensation. Wenn sie zu hoch ist, könnte das System instabil werden, was zu einem unangenehmen oder sogar schädigenden lauten Geräusch am Ohr führt.
Zweitens ermöglicht die einstellbare Entzerrung des Systems, dass die Übertragungsfunktion "abgeflacht" wird, was zu einer maximierten stabilen Kompensation führt. Diese Optimierung kompensiert Veränderungen von Einheit zu Einheit aufgrund von Unterschieden in den Mikrophonen, Lautsprechern und anderen elektronischen Komponenten. Außerdem können Veränderungen, die sich durch Komponenten ergeben, die sich mit dem Alter ändern, berücksichtigt werden.
Automatische Schleifenverstärkung
Da die Schleifenverstärkung die gesamte Kompensationswirksamkeit des Systems bestimmt, ist sie der primäre interessierende Parameter. In dem Beispielsystem kann die Verstärkung des Lautsprechers um nicht weniger als 2 dB zwischen den Einheiten und die Verstärkung des Mikrophons um bis zu 5 dB zwischen den Einheiten variieren. Die Einstellung muss daher einen Bereich von 10 dB aufweisen. Wenn die gewünschte Kompensationswirksamkeit 12 dB ist, ergibt eine Veränderung von 1 dB (20 %) in der eingestellten Schleifenverstärkung eine Veränderung von 3 dB in der Kompensationswirksamkeit.
Als Beispiel wird dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In 3 ist die Kombination des digitalen Systems mit der analogen Kompensationselektronik kombiniert gezeigt. Das System verwendet ein analoges Kompensationssystem 30 mit einem Mikrophonvorverstärker 31, einer Kompensationsverstärkung 32, Entzerrern 33, 34 und 35, einem Ausgangsverstärker 36 und einer Audioverstärkung 37. Das System 30 ist mit der Steuereinheit 40 mit einem Analog-Digital-Umsetzer (A/D) und Filter 41, einem Mikroprozessor 42, einem Parametereinstellungs-Digital-Analog-Umsetzer (D/A) 43 und einem Ausgangs-D/A- und Filter 44 verbunden. Während der Kalibrierung des Systems würde eine vorbestimmte Ausgabe durch die Steuereinheit 40 erzeugt und über den D/A und das Filter 43 an den Ausgangsverstärker 36 ausgegeben werden, was zu einem Kalibrierungston am Headset-Lautsprecher 38 führt. Die resultierende Ausgabe des restlichen Mikrophons 39 aufgrund des Kalibrierungssignals würde dann durch den Mikrophonvorverstärker 31 verstärkt werden und das verstärkte Signal würde von der DVE-Steuereinheit verwendet werden, um die Kompensationsverstärkung 32 korrekt einzustellen. Diese Kompensationsverstärkung 32 würde durch die Steuereinheit über den Parametereinstellungs-D/A 43 eingestellt werden.
Im spezielleren Fall könnte diese Erfindung so implementiert werden, dass die analoge Kompensationselektronik durch eine DVE-Steuereinheit gesteuert wird, die aus einer DVE-Kompensationsmaschine, einem A/D zum Erfassen der Eingangsabtastwerte und einem D/A zum Erzeugen der Ausgangsabtastwerte besteht. Mit dieser speziellen Konfiguration könnte die erforderliche Einstellung der analogen Systemparameter leicht vorgenommen werden und die Kompensation des Systems würde noch weiter verbessert werden.
Automatische Entzerrereinstellung
In einem analogen Filter werden die Orte der Pole und Nullen durch die Werte der Wider stände, Kondensatoren und Induktoren in der Schaltung bestimmt. Da die maximale stabile Kompensation bei irgendeiner speziellen Schleifenverstärkung durch die Ebenheit und Verzögerung in der entzerrten Schleife bestimmt ist, erhöht die Fähigkeit, die Frequenz und Dämpfung der Pole und Nullen in den Filtern des Entzerrers zu verändern, die Wirksamkeit des Systems zur aktiven Geräuschkompensation erheblich.
Wiederum als Beispiel wird dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Wie vorher beschrieben und mit Bezug auf 3, würde das digitale System ein Kalibrierungssignal erzeugen, das verwendet werden soll, um die Systemparameter des analogen Kompensationssystems einzustellen. Während der Kalibrierung des Systems würde eine vorbestimmte Ausgabe durch die VDE-Steuereinheit 40 erzeugt und über den D/A und das Filter 44 an den Ausgangsverstärker 36 ausgegeben werden, was zu einem Kalibrierungston am Headset-Lautsprecher 38 führt. Um die Werte des einstellbaren Entzerrers einzustellen, würde das digitale System zuerst die zwei EQ2-Entzerrungsstufen 34 und 35 für eine flache Reaktion einstellen (da diese zwei Stufen streng verwendet werden, um die Effekte der analogen Kompensationselektronik und das Audio von der Rückkopplung zum digitalen Prozessor zu entfernen). Der Prozessor würde dann die EQ1-Entzerrung 33 iterativ einstellen, um den gewünschten Dämpfungspegel im aktiven Band zu erhalten. Gleichzeitig würde er eine Einstellung vermeiden, die eine Instabilität verursachen würde. Diese dynamische Einstellung der analogen Elektronik stellt sicher, dass die von diesem Untersystem bereitgestellte Kompensation ohne den Bedarf für eine manuelle Einstellung und ohne den Bedarf für eine Wartung optimiert wird.

Claims

Vorrichtung zur aktiven Geräuschkompensation, die in einem System verwendet wird, das einen Lautsprecher (38), ein Mikrophon (39) und eine optionale externe Verstärkungsvorrichtung (37) umfasst, wobei das System aktiv arbeitet, um das Geräusch zu steuern, wobei die Vorrichtung umfasst: eine analoge Schaltung (30) zur aktiven Geräuschkompensation, die Kompensationsparameter besitzt, die so ausgelegt sind, dass sie Änderungen in dem System ausgleichen; und eine digitale Steuereinheit (40), die so beschaffen ist, dass sie die Kompensationsparameter einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die digitale Steuereinheit (40) so beschaffen ist, dass sie ein vorgegebenes Kalibrierungssignal ausgibt; dass sie einen resultierenden Mikrophonausgang misst; und dass sie die Kompensationsparameter in Abhängigkeit von dem gemessenen Ausgang einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kompensationsparameter eine variable Verstärkungseinstellung umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Schaltung (30) zur aktiven Geräuschkompensation einen Verstärker (32) mit variabler Verstärkung umfasst, der die variable Kompensationsverstärkungseinstellung bereitstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kompensationsparameter eine variable Entzerrungseinstellung umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Schaltung (30) zur aktiven Geräuschkom pensation einen einstellbaren Entzerrer (33) umfasst, der die variable Entzerrungseinstellung bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die digitale Steuereinheit (40) so beschaffen ist, dass sie die variable Entzerrereinstellung iterativ einstellt.
System zur aktiven Geräuschkompensation, das umfasst: einen Lautsprecher (38); ein Mikrophon (39) und eine Schaltung (30) zur aktiven Geräuschkompensation, die so angeschlossen ist, dass sie ein Signal von dem Mikrophon empfängt, und so beschaffen ist, dass sie in Übereinstimmung mit Kompensationsparametern ein Signal für die Lautsprecher (38) bereitstellt, um das Geräusch zu kompensieren; und eine digitale Steuereinheit (40), die so beschaffen ist, dass sie ein vorgegebenes Kalibrierungssignal für die Lautsprecher (38) bereitstellt; ein resultierendes Signal von dem Mikrophon (39) misst; und die Kompensationsparameter in Abhängigkeit von diesem resultierenden Signal einstellt.
System nach Anspruch 8, bei dem die Kompensationsparameter eine variable Verstärkungseinstellung umfassen.
System nach Anspruch 9, bei dem die Schaltung (30) zur aktiven Geräuschkompensation einen Verstärker (32) mit variabler Verstärkung umfasst, der die variable Kompensationsverstärkungseinstellung bereitstellt.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Kompensationsparameter eine variable Entzerrungseinstellung umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Schaltung (30) zur aktiven Geräuschkompensation einen einstellbaren Entzerrer (33) umfasst, der die variable Entzerrungseinstellung bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die digitale Steuereinheit (40) so beschaffen ist, dass sie die variable Entzerrungseinstellung iterativ einstellt.