Способ компенсации шумовых помех у устройства громкой связи в автомобиле и устройство громкой связи
Изобретение относится к компенсации шумовых помех у устройства (1) громкой связи в автомобиле. Техническим результатом является повышение скорости индивидуальной для транспортного средства компенсации возмущающих воздействий устройства громкой связи. Упомянутый технический результат достигается тем, что устройство (1) громкой связи в автомобиле содержит по меньшей мере один микрофон (2), по меньшей мере один динамик (3), устройство (5) управления, имеющее по меньшей мере один адаптивный фильтр (10), а также устройство (6) передачи и приема, при этом перед адаптивным фильтром (10) расположен предварительный фильтр (9) или в адаптивном фильтре (10) сохранены в памяти предварительно определенные коэффициенты (w[n]) фильтрации, причем эти коэффициенты (w[n]) фильтрации минимизируют акустический сигнал ошибки, являющийся индивидуальным для салона (4) транспортного средства. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение касается способа компенсации шумовых помех у устройства громкой связи в автомобиле и устройства громкой связи.
В автомобилях обязательно необходима компенсация шумовых помех у устройства громкой связи, так как иначе невозможен был бы разборчивый прием или, соответственно, передача разборчивых передаваемых сигналов. Поэтому известны адаптивные фильтры, которые известны также как фильтры для эхоподавления. При этом данные фильтры регулируют свои коэффициенты фильтрации во время эксплуатации. Проблема при этом состоит в том, что данная регулировка либо является очень медленной и точной, или же очень быстрой и неточной.
Поэтому для моделей транспортных средств предварительно определяются коэффициенты фильтрации, которые затем могут быстрее корректироваться при активной эксплуатации. Однако этот процесс адаптации все еще очень медленный и трудный.
Из US 2013/0304475 A1 известен способ компенсации шумовых помех у устройства громкой связи в автомобиле, при этом автомобиль представляет собой кабриолет. При этом первый набор коэффициентов фильтрации рассчитан на закрытый складной верх, а второй набор коэффициентов фильтрации на открытый складной верх. Тогда в зависимости от положения верха выбирается соответствующий набор коэффициентов фильтрации.
В основе изобретения лежит техническая проблема усовершенствования способа компенсации шумовых помех у устройства громкой связи в автомобиле, а также создания усовершенствованного устройства громкой связи.
Решение технической проблемы достигается с помощью способа с признаками п.1 формулы изобретения, а также устройства громкой связи с признаками п.2 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Указанный способ компенсации шумовых помех у устройств громкой связи в автомобиле осуществляется посредством по меньшей мере одного микрофона, по меньшей мере одного динамика, устройства управления, имеющего по меньшей мере один адаптивный фильтр, а также устройства для передачи и приема. При этом с помощью указанного по меньшей мере одного динамика в транспортном средстве подается известный акустический тестовый сигнал (например, белый шум), и определятся коэффициенты фильтрации адаптивного фильтра для определения акустического сигнала ошибки. Эти определенные коэффициенты фильтрации сохраняются в памяти в предварительном фильтре адаптивного фильтра или самом адаптивном фильтре. После этого акустическая остаточная ошибка компенсируется адаптивным фильтром при активной эксплуатации. Тем самым значительно упрощается и ускоряется процесс компенсации. Основной идеей при этом является то, что каждое транспортное средство обладает индивидуальными акустическими свойствами в салоне транспортного средства, которые отличаются, в зависимости от вида обивок сидений (кожа, искусственная кожа и ткань), размера салона транспортного средства (небольшой, имеющий перегородку прямо за водителем, или автомобиль малой грузоподъёмности для перевозки людей и грузов, имеющий большой салон (внутреннее помещение), или, соответственно, обычные салоны легковых автомобилей), а также количества индивидуальной дополнительного оборудования салона. Сюда относятся также различное размещение указанного по меньшей мере одного динамика и указанного по меньшей мере одного микрофона в соответствующем внутреннем пространстве транспортного средства. В соответствии с изобретением теперь каждое транспортное средство подвергается автоматическому акустическому измерению. Этот процесс может осуществляться относительно быстро (например, 5-10 с), для чего коэффициенты фильтрации корректируются с относительно большой величиной шага. Тогда при активной эксплуатации должно только лишь компенсироваться отклонение, которое, например, обусловливается пассажирами или грузом. Так как это только лишь очень малое отклонение, несмотря на небольшую величину шага, может очень быстро находиться оптимум и таким образом минимизироваться остаточная ошибка.
Для этого устройство громкой связи включает в себя по меньшей мере один микрофон, по меньшей мере один динамик, устройство управления, имеющее по меньшей мере один адаптивный фильтр, а также устройство передачи и приема, при этом перед адаптивным фильтром расположен предварительный фильтр или в адаптивном фильтре сохранены в памяти предварительно определенные индивидуальные для транспортного средства коэффициенты фильтрации, причем эти коэффициенты фильтрации минимизируют специфический для транспортного средства акустический сигнал ошибки салона транспортного средства.
В одном из вариантов осуществления устройство управления включает в себя генератор сигналов, который выполнен таким образом, чтобы подавать известный акустический тестовый сигнал через указанный по меньшей мере один динамик. Тогда этот генератор сигналов активируется для определения коэффициентов фильтрации и после этого деактивируется. Активирование этого измерения может инициироваться как вручную, так и автоматически после окончательного монтажа транспортного средства в конце конвейера. При этом отдельное подключение измерительных приборов не происходит.
В другом варианте осуществления адаптивный фильтр имеет алгоритм по методу градиентного поиска (например, алгоритм LMS (Least-Mean-Square), англ. МНК (метод наименьших квадратов)), который оказался особенно подходящим.
В другом варианте осуществления устройство управления имеет блок шумоподавления, который расположен между адаптивным фильтром и устройством передачи и приема. Посредством блока шумоподавления могут, в частности, отфильтровываться шумы движения от двигателя, выхлопной системы и ветровые шумы, которые, таким образом, не передаются при передаче.
В другом варианте осуществления между устройством передачи и приема и указанным по меньшей мере одним динамиком расположен блок предварительной обработки при приеме, причем этот блок предварительной обработки при приеме выполнен таким образом, чтобы создавать опорный сигнал для блока предварительной обработки при передаче. Таким образом, испускаемые через динамик сигналы, которые воспринимаются микрофоном, могут уже заранее отфильтровываться. Другими функциями блоков предварительной обработки являются усиление и устранение искажения сигналов.
В другом варианте осуществления устройство управления выполнено таким образом, что может задаваться величина остаточной ошибки, так что может оптимизироваться время для режима измерений.
В другом варианте осуществления устройство управления выполнено таким образом, что может задаваться количество коэффициентов фильтрации адаптивного фильтра, так что может оптимизироваться различный размер салона транспортного средства для режима измерений. Так, для больших салонов транспортного средства вследствие более длинного шлейфа реверберации нужно больше коэффициентов фильтрации.
В другом варианте осуществления устройство управления выполнено таким образом, что последние в каждом случае действительные коэффициенты фильтрации сохраняются в памяти в адаптивном фильтре и остаются действительными. Преимущество в том, что благодаря этому при следующей поездки, как правило, адаптация осуществляется быстрее.
Изобретение поясняется подробнее ниже на одном из предпочтительных примеров осуществления. На фигурах показано:
фиг.1: схематичное изображение устройства громкой связи;
фиг.2: схематичное изображение измерительного устройства для определения коэффициентов фильтрации предварительного фильтра;
фиг.3: схематичное изображение сигнала ошибки и
фиг.4: схематичная блок-схема способа.
На фиг.1 схематично изображено устройство 1 громкой связи в автомобиле. При этом устройство 1 громкой связи имеет по меньшей мере один микрофон 2 и динамик 3, которые расположены во салоне 4 транспортного средства. Также устройство 1 громкой связи имеет устройство 5 управления и устройство 6 передачи и приема, имеющее антенну 7. Устройство 5 управления имеет блок 8 предварительной обработки при передаче, предварительный фильтр 9, адаптивный фильтр 10, блок 11 шумоподавления и блок 12 предварительной обработки при приеме. Также во салоне 4 транспортного средства схематично изображен человек 13, влияющий на акустику (в частности, протяженность).
Усиление и устранение искажения акустических сигналов, воспринимаемых микрофоном 2, осуществляется в блоке 8 предварительной обработки при передаче, при этом вычитается опорный сигнал RS, который учитывает составляющие, которые воспринимает микрофон 2, но которые были испущены динамиком. Затем этот предварительно обработанный передаваемый сигнал фильтруется с помощью предварительного фильтра 9, при этом предварительный фильтр 9 учитывает акустическую протяженность салона 4 транспортного средства без людей 13, при этом определение коэффициентов фильтрации предварительного фильтра 9 еще более подробно поясняется ниже.
Затем этот предварительно отфильтрованный сигнал подается в адаптивный фильтр 10, который затем пытается компенсировать остающуюся остаточную ошибку путем коррекции своих коэффициентов фильтрации (например, с помощью алгоритма МНК). Затем выходной сигнал освобождается блоком 11 шумоподавления от окружающих шумов и испускается устройством 6 передачи и приема.
При этом следует заметить, что устройство 6 передачи и приема может быть также интегрировано в устройство 5 управления. Кроме того, в устройство 5 управления может быть интегрирована также антенна 7 или другая аварийная антенна, которая тогда активируется в случае, если, например, антенна 7 повреждается при аварии.
Теперь с помощью фиг.2 и фиг.3 необходимо пояснить определение коэффициентов фильтрации предварительного фильтра 9. После окончательного монтажа транспортного средства в конце конвейера все двери и окна автомобиля закрываются, и активируется генератор 14 сигналов, который создает известный акустический тестовый сигнал, испускаемый через динамик 3. При этом генератор 14 сигналов расположен, например, в блоке 12 предварительной обработки при приеме и может подключаться избирательно. Этот известный акустический тестовый сигнал регистрируется микрофоном 2 и в качестве входного сигнала x[n] подается в адаптивный фильтр 10. Выходной сигнал y[n] объединяется с желаемым сигналом d[n], который, как правило, представляет собой ноль. Отклонение от желаемого сигнала d[n] является сигналом e[n] ошибки, который возвращается в адаптивный фильтр 10. Затем адаптивный фильтр 10 корректирует свои коэффициенты w[n] фильтрации, чтобы минимизировать сигнал e[n] ошибки. При этом скорость изменения коррекции коэффициентов фильтрации является величиной шага. Итак, эта величина шага может сначала выбираться очень большой, так как целью является не решение w[0] Винера (см. фиг.3), а наиболее близкое возможное решение при переходе от x1 к x2 при активной эксплуатации. Затем определенные таким образом индивидуальные для транспортного средства коэффициенты w[n] фильтрации сохраняются в памяти в предварительном фильтре 9 или же в самом адаптивном фильтре 10 (в последнем случае предварительный фильтр 9 может также отсутствовать).
При активном режиме эксплуатации при наличии людей 13 акустические свойства изменяются. За счет коэффициентов w[n] фильтрации предварительного фильтра 9 адаптивный фильтр 10 запускается не в верхней части параболы функции ошибки e[n], а в переходной области от x2 к x1, так что, несмотря на малую величину шага, он может очень быстро (высокая скорость конвергенции) достигать решения w[0] Винера в реальном режиме эксплуатации.
При этом устройство 1 громкой связи может, например, применяться в качестве системы аварийной сигнализации.
На фиг.4 схематично изображена блок-схема способа. При этом на первом этапе S1 после окончательного монтажа транспортного средства в конце конвейера закрываются окна и двери автомобиля. На втором этапе S2 активируется генератор 14 сигналов и через динамик 3 испускается известный акустический тестовый сигнал. На третьем этапе S3 этот известный акустический тестовый сигнал воспринимается микрофоном 2 и передается в адаптивный фильтр 10 в качестве входного сигнала. На четвертом этапе S4 по выходному сигналу адаптивного фильтра 10 и желаемому сигналу (как правило, ноль) определяется сигнал ошибки и возвращается в адаптивный фильтр 10, который затем с некоторой величиной шага адаптирует свои коэффициенты фильтрации для минимизации сигнала ошибки. На пятом этапе S5 этот процесс закончен, т.е. коэффициенты фильтрации адаптировались к салону транспортного средства и образуют обратный фильтр, который в значительной степени компенсирует акустическое влияние салона 4 транспортного средства. В шестом этапе S6 эти коэффициенты фильтрации запоминаются в памяти в предварительной фильтре 9 или принимаются в качестве пусковых значений для адаптивного фильтра 10. На этом процесс измерения закончен, что обозначено горизонтальной линией. Итак, при активной эксплуатации в салоне 4 транспортного средства сидят один или несколько человек, которые влияют на акустические свойства салона 4 транспортного средства. На седьмом этапе S7 остающиеся возмущающие воздействия от людей 13 компенсируются путем адаптации коэффициентов фильтрации адаптивного фильтра 10, при этом большая часть помехи от салона транспортного средства уже скомпенсирована предварительным фильтром, так что остальной сигнал ошибки уже очень мал и очень быстро может компенсироваться адаптивным фильтром. При этом получается очень быстрая индивидуальная для транспортного средства компенсация возмущающих воздействий устройства громкой связи.
1. Способ компенсации сигналов помех у устройства (1) громкой связи в автомобиле посредством по меньшей мере одного микрофона (2), по меньшей мере одного динамика (3), устройства (5) управления, содержащего по меньшей мере один адаптивный фильтр (10), а также устройство (6) передачи и приема, включающий в себя следующие этапы способа:
a) выдача акустического тестового сигнала через упомянутый по меньшей мере один динамик (3);
b) определение коэффициентов (w[n]) фильтрации адаптивного фильтра (10) для минимизации акустического сигнала ошибки, являющегося индивидуальным для салона (4) транспортного средства;
c) сохранение коэффициентов (w[n]) фильтрации, определенных на этапе b) способа, в памяти в предварительном фильтре (9) адаптивного фильтра (10) или в самом адаптивном фильтре (10) и
d) компенсация акустической остаточной ошибки при эксплуатации с помощью адаптивного фильтра (10).
2. Устройство громкой связи в автомобиле, включающее в себя по меньшей мере один микрофон (2), по меньшей мере один динамик (3), устройство (5) управления, содержащее по меньшей мере один адаптивный фильтр (10), а также устройство (6) передачи и приема, при этом перед адаптивным фильтром (10) расположен предварительный фильтр (9), или в адаптивном фильтре сохранены в памяти предварительно определенные коэффициенты (w[n]) фильтрации, причем коэффициенты (w[n]) фильтрации минимизируют акустический сигнал ошибки, являющийся индивидуальным для салона (4) транспортного средства.
3. Устройство громкой связи по п.2, отличающееся тем, что устройство (5) управления включает в себя генератор (14) сигналов, который выполнен с возможностью выдавать акустический тестовый сигнал через упомянутый по меньшей мере один динамик (3).
4. Устройство громкой связи по п.2 или 3, отличающееся тем, что адаптивный фильтр (10) имеет алгоритм по методу градиентного поиска.
5. Устройство громкой связи по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что устройство (5) управления имеет блок (11) шумоподавления, который расположен между адаптивным фильтром (10) и устройством (6) передачи и приема.
6. Устройство громкой связи по любому из пп.2-5, отличающееся тем, что между устройством (6) передачи и приема и упомянутым по меньшей мере одним динамиком (3) расположен блок (12) предварительной обработки при приеме, причем блок (12) предварительной обработки при приеме выполнен с возможностью генерировать опорный сигнал (RS) для блока (8) предварительной обработки при передаче.
7. Устройство громкой связи по любому из пп.2-6, отличающееся тем, что устройство (5) управления выполнено с возможностью задания величины остаточной ошибки.
8. Устройство громкой связи по любому из пп.2-6, отличающееся тем, что устройство (5) управления выполнено с возможностью задания количества коэффициентов фильтрации адаптивного фильтра.
9. Устройство громкой связи по любому из пп.2-7, отличающееся тем, что устройство (5) управления выполнено таким образом, что последние действительные коэффициенты w[n] фильтрации сохраняются в памяти в адаптивном фильтре (10) и остаются действительными.
