Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines adaptiven Algorithmus nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Anwendung des Verfahrens, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Verwendung der Vorrichtung.

Lärmquellen werden zunehmend als Umweltbelastung wahrgenommen und gelten als Verminderung der Lebensqualität. Da sich Lärmquellen häufig jedoch nicht vermeiden lassen, wurden bereits Verfahren zur Geräuschreduktion vorgeschlagen, die auf dem Prinzip der Wellenauslöschung basieren.

Das Prinzip der aktiven Geräuschreduktion (ANC oder "Active Noise Cancelling") beruht auf der Auslöschung von Schallwellen durch Interferenzen. Diese Interferenzen werden von einem oder mehreren elektro-akustischen Wandlern, beispielsweise von Lautsprechern, erzeugt. Das von den elektro-akustischen Wandlern abgestrahlte Signal wird mittels eines dazu geeigneten Algorithmus berechnet und laufend korrigiert. Als Grundlage für die Berechnung des von den elektro-akustischen Wandlern auszustrahlenden Signals dienen die von einem oder mehreren Sensoren gelieferten Informationen. Dies sind zum einen Informationen über die Beschaffenheit des zu minimierenden Signals. Hierzu kann zum Beispiel ein Mikrofon verwendet

werden, welches das zu minimierende Geräusch erfasst. Zum anderen werden aber auch Informationen über das verbleibende Restsignal benötigt. Auch hierzu können Mikrophone verwendet werden.

Das bei aktiver Geräuschreduktion angewendete grundlegende Prinzip wurde von Dr. Paul Lueg in einer Patentschrift aus dem Jahr 1935 und der Offenlegungsnummer AT-141 998 B beschrieben. Durch diese Druckschrift ist offenbart, wie Lärm in einer Röhre ausgelöscht werden kann mittels

Erzeugung eines Signals mit entgegen gesetzter Phasenlage.

Weiterentwicklungen führten zu einer Reihe von spezifischen Algorithmen, wie zum Beispiel der LMS (Least Mean Square) und verwandte Algorithmen wie der FxLMS oder der NLMS.

Ein Algorithmus zur aktiven Geräuschreduktion benötigt Informationen von mindestens einem Sensor (zum Beispiel ein Mikrophon) , welcher den Restfehler - im Folgenden auch etwa als Fehlersignal bezeichnet - ermittelt. Je nach Anwendung und verwendetem Algorithmus kommt ein weiterer Sensor dazu, der Informationen über die Beschaffenheit des zu minimierenden Signals liefert. Ferner benötigt ein adaptives Geräuschreduktionssystem einen oder mehrere Aktuatoren (zum Beispiel in der Form von Lautsprechern) zur Ausgabe des Korrektursignals. Die Informationen der Sensoren müssen von einem Analog/Digital-Wandler in ein entsprechendes Format umgewandelt werden. Nach der Bearbeitung durch den Algorithmus wird das Signal von einem Digital/Analog-Wandler zurückgewandelt und an die

Aktuatoren übermittelt. Diese Wandler unterliegen Beschränkungen, sowohl bezüglich Auflösung als auch bezüglich Dynamik.

Viele Algorithmen, insbesondere die bekannten Gradientenverfahren, weisen bei unkorrelierten Eingangssignalen einige Instabilitäten auf. Zusammen mit den Einschränkungen der Wandler kann dies bei kleinen Eingangssignalen zu einem unkontrollierten Verhalten des Algorithmus führen. Dies kann sich in Form von tieffrequenten Geräuschen oder auch als generell instabiles Verhalten des Gesamtsystems äussern.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stabilisierung eines adaptiven Algorithmus anzugeben, das die vorstehenden Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, eine Anwendung des Verfahrens, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Verwendung der Vorrichtung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Ein Verfahren zur Stabilisierung eines adaptiven Algorithmus, mit Hilfe dessen eine unbekannte Übertragungsfunktion geschätzt wird, die ein Eingangssignal und ein tatsächliches Ausgangssignal aufweisen wird angegeben, wobei das Verfahren darin besteht, dass ein

geschätztes Ausgangssignal unter Verwendung des Eingangssignals mittels eines adaptiven Prozesses erzeugt wird, dass ein Fehlersignal aus dem tatsächlichen Ausgangssignal und dem geschätzten Ausgangssignal erzeugt wird und dass der adaptive Prozess aufgrund des

Fehlersignals verbessert wird. Erfindungsgemäss wird in Abhängigkeit mindestens einer Bedingung mindestens einer der folgenden Signalpfade unterbrochen bzw. geöffnet:

- ein das Fehlersignal führender Signalpfad; - ein das Eingangssignal führender Signalpfad;

- ein das geschätzte Ausgangssignal führender Signalpfad.

Damit wird erstmals ein Verfahren geschaffen, das sich zum Stabilisieren von adaptiven Algorithmen besonders eignet, denn können doch mit dem erfindungsgemässen Verfahren nicht verarbeitbare Signale von vornherein aus dem adaptiven Prozess ferngehalten werden, womit das System insgesamt stabiler und robuster wird.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein vorgegebener Signalpegel oder eine vorgegebene mittlere Signalleistung eines der folgenden Signale unterschritten bzw. überschritten wird: - Eingangssignal;

- geschätztes Ausgangssignal;

- Fehlersignal.

Daraus ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass sich das erfindungsgemässe Verfahren selbst kontrolliert und in

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seiner Struktur an die aktuellen Signalformen und Signalstärken automatisch anpasst.

In einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bedingung zur

Veränderung eines Signalpfades von dem in diesem Signalpfad geführten Signal abhängig ist.

Schliesslich ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dasss mehrere Signalpfade gleichzeitig unterbrochen bzw. geöffnet werden.

Auch wenn sich das erfindungsgemässe Verfahren besonders zur aktiven Geräuschreduktion eignet, sind andere Anwendungen keinesfalls ausgeschlossen. Im Gegenteil: Das

Erfindungsgemässe Verfahren eignet sich bei allen adaptiven Systemen vorzüglich zur Verbesserung der Stabilität und der Robustheit.

Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, welche die folgenden Merkmale umfasst:

- eine adaptive Prozessoreinheit zur Bestimmung eines geschätzten Ausgangssignals, wobei der Prozessoreinheit ein Eingangssignal beaufschlagt ist, - Mittel zum Bestimmen eines Fehlersignals aus einem tatsächlichen Ausgangssignal und dem geschätzten Ausgangssignal, wobei das Fehlersignal der adaptiven Prozessoreinheit zugeführt ist, und

- eine Schalteinheit in mindestens einem der folgenden Signalpfade:

- ein das Fehlersignal führender Signalpfad;

- ein das Eingangssignal führender Signalpfad;

- ein das geschätzte Ausgangssignal führender

Signalpfad.

Eine weitere Ausführungsvariante umfasst Mittel zum Bestimmen eines Pegel oder einer mittleren Leistung eines Signals, wobei diese Mittel mit mindestens einer Schalteinheit wirkverbunden sind.

Bei einer noch weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zum Bestimmen eines Pegels oder einer mittleren Leistung eines Signals mit der Schalteinheit im gleichen Signalpfad wirkverbunden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere Schalteinheiten gleichzeitig aktivierbar.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Schalteinheit eine einstellbare Schaltkennlinie auf.

Schliesslich sind bei einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung die Schalteinheiten miteinander wirkverbunden.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von

Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen im Folgenden weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante, ebenfalls in schematischer Darstellung,

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer in den Fig. 1 und 2 verwendeten Schalteinheit und

Fig. 4 einen Signalverlauf zur Illustration einer möglichen Funktionsweise einer Schalteinheit gemäss Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Reduktion von Störgeräuschen. Es handelt sich um ein so genanntes adaptives Geräuschreduktionssystems (ANC - Adaptive Noise Canceller) , mit Hilfe dem ein Störgeräusch in einem Raum R unter Anwendung des Prinzips der Signalauslöschung eliminiert bzw. zumindest reduziert wird.

Zentrale Einheit eines solchen adaptiven Geräuschreduktionssystems ist eine adaptive

Prozessoreinheit 3, die mit einer externen Mikrophoneinheit 1 wirkverbunden ist, wobei der Zusatz "extern" auf eine ausserhalb des Raumes R angeordnete Mikrophoneinheit hinweist. Damit kann ein in der Regel ausserhalb des Raumes R vorhandene Störgeräuschquelle besser erfasst werden. Des

Weiteren sind im Raum R zwei interne Mikrophoneinheiten 5 und zwei Lautsprechereinheiten 7 vorgesehen, die alle mit der adaptiven Prozessoreinheit 3 wirkverbunden sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist jeweils zwischen einem der Mikrophoneinheiten 1, 5 und der adaptiven Prozessoreinheit 3 bzw. jeweils zwischen einem der Lautsprechereinheiten 7 und der adaptiven Prozessoreinheit 3 eine Schalteinheit 2, 4, 6 vorgesehen, welche es ermöglicht, den jeweiligen Signalpfad zu unterbrechen.

In der adaptiven Prozessoreinheit 3 wird nun aufgrund des mit der Mikrophoneinheit 1 aufgenommenen Signals ein Reduktionssignal über die Lautsprecher 7 in den Raum R eingespeist, so dass ein durch die Wände oder Fenster in den Raum R gelangendes Störsignal durch Signallöschung bzw. Reduktion im Raum R gelöscht bzw. reduziert wird. Damit dies unter sich ändernden Bedingungen mit Erfolg erreicht werden kann, wird mit Hilfe der Mikrophoneinheiten 5 ein Fehlersignal aufgenommen und an die adaptive Prozessoreinheit 3 zurückgeführt, so dass in der adaptiven Prozessoreinheit 3 die Berechnungen des Reduktionssignals verbessert werden können und in der Folge eine optimale Signallöschung bzw. Signalreduktion erreicht werden kann.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine beliebige Anzahl Mikrophoneinheiten 1, 5 und Lautsprechereinheiten 7 denkbar sind, ohne dass das erfindungsgemässe Prinzip verlassen wird. Auch sind anstelle der Mikrophoneinheiten 1, 5 und/oder der Lautsprechereinheiten 7 andere Wandlereinheiten denkbar.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagraitim eines vereinfachten Ersatzschaltbildes der Ausführungsvariante der Erfindung gemäss Fig. 1. Erfindungsgemäss können die Signalpfade unterbrochen werden, was mit Hilfe von Schalteinheiten 2, 4, 6 bewerkstelligt wird. Eine Schalteinheit 2, 4, 6 bezeichnet in diesem Fall einen Schalter, der von der Grosse eines Parameters gesteuert wird. Dabei entspricht die Grosse des Parameters beispielsweise der gemittelten Eingangsleistung oder dem Eingangspegel. Die Schalteinheit 2, welche zwischen der Mikrophoneinheit 1 und der adaptiven Prozessoreinheit 3 geschaltet ist, wird zur Unterbrechung des Signalpfades zur adaptiven Prozessoreinheit 3 verwendet, sobald zum Beispiel das mit der Mikrophoneinheit 1 aufgenommene Störgeräusch unter einem vorgegebenen

Signalpegel liegt. Die adaptive Prozessoreinheit 3 erhält als Folge der Signalpfadunterbrechung gar kein Störgeräusch mehr, womit die adaptive Prozessoreinheit 3 auch kein Reduktionssignal mehr an die Lautsprechereinheit 7 abgibt. Diese Konfiguration macht zum Beispiel dann Sinn, wenn ein Störgeräusch unterhalb einer bestimmten Lautstärke nicht aktiv minimiert werden muss, weil die Mauern oder Fenster das Störgeräusch bereits ausreichend abschwächen. Ergänzend kann - als weitere Ausführungsform der Erfindung - mit der Schalteinheit 6, die zwischen der adaptiven

Prozessoreinheit 3 und der Lautsprechereinheit 7 geschaltet ist, der Signalpfad von einem Signalgenerator zur Erzeugung des Reduktionssignals zu den Lautsprechereinheiten 7 gesteuert werden. Den Lautsprechereinheiten 7 wird also kein Signal beaufschlagt, sobald die Schalteinheit 6 den

Signalpfad zur Lautsprechereinheit 7 unterbricht. Auf diese Weise werden allfällige Nebengeräusche, welche in den Lautsprechereinheiten 7 von sich aus erzeugt werden, unterdrückt. Auch dies trägt wesentlich zur Stabilität des Gesamtsystems bei, da diese Nebengeräusche ansonsten von den Sensoren - d.h. der Mikrophoneinheiten 5 - zur Erfassung der Restgeräusche miterfasst würden. Die zusätzliche Schalteinheit 4, welche ebenfalls in Abhängigkeit vom Störgeräusch aktiviert werden kann, kann den das Fehlersignal führenden Signalpfad unterbrechen. Dies bewirkt, dass die adaptive Prozessoreinheit 3 kein Fehlersignal von der entsprechenden Mikrophoneinheit 5 erhält, mithin geht die adaptive Prozessoreinheit 3 davon aus, dass das System optimal an die momentane Situation adaptiert ist und dass es demzufolge nicht notwendig ist, weiter zu optimieren.

Die Anwendungen einzelner der erwähnten Ausführungsvarianten mit einer Schalteinheit als auch eine Kombination von zwei oder mehr der erwähnten Anwendungen hat eine wesentliche Stabilitätssteigerung des Gesamtsystems zu Folge, da leise und somit schwierig zu bearbeitende Eingangssignale eliminiert werden. Mithin verlieren allfällige Unzulänglichkeiten der bei digitalen Systemen benötigten Analog/Digital- und Digital/Analog- Wandler oder anderer Komponenten an Einfluss.

Es kann aber auch ein Grenzwert für das Restgeräusch im Raum R definiert werden; beim Unterschreiten dieses Grenzwertes wird das Fehlersignal ε abgeschaltet, d.h. der

Signalpfad von den internen Mikrophoneinheiten 5 zur adaptiven Prozessoreinheit 3 wird unterbrochen. Dies wird von der adaptiven Prozessoreinheit 3 so interpretiert, dass kein Fehlersignal ε vorhanden ist. Auch hieraus folgt somit, dass leise und somit schwierig zu bearbeitende Signale von den Berechnungen ausgeschlossen werden. Abhängig von der Stummschaltung des Fehlersignals ε können sowohl die externe Mikrophoneinheit 1, die zur Aufnahme von Störgeräuschen eingesetzt wird, als auch eine oder mehrere Lautsprechereinheiten 7 gesteuert werden. Derartige

Konfigurationen machen zum Beispiel dann Sinn, wenn die adaptive Prozessoreinheit 3 nur dann arbeiten soll, wenn ein bestimmter Grenzwert im Raum R überschritten wird.

Wie bereits darauf hingewiesen worden ist, funktioniert eine Schalteinheit 2, 4, 6 wie ein Schalter, dessen Zustand von der Eingangsgrösse bestimmt wird. Es ist für die Funktion einer Schalteinheit 2, 4, 6 nicht wichtig, ob vom Eingangssignal der Pegel, die gemittelte Leistung oder eine andere Grosse erfasst wird.

Die prinzipielle Funktionsweise einer Schalteinheit 2, 4, 6 wird im Folgenden anhand der Fig. 3 und 4 weiter erläutert.

Fig. 3 zeigt eine der Schalteinheiten 2, 4, 6, der ein

Eingangssignal 9 beaufschlagt ist. In der Schalteinheit 2, 4, 6 wird ein Ausgangssignal 10 erzeugt, das sich beispielsweise aus dem Ein-/Ausgangsverlauf gemäss Fig. 4 ergibt. Dabei kann eine beliebige Kennlinie vorgesehen sein, insbesondere ist in Anlehnung an die Funktion einer

so genannte AGC- (Automatic Gain Control) -Einheit denkbar, dass das Signal auch eine Verstärkung oder eine Abschwächung erfahren kann. In der in Fig. 4 dargestellten Graphik ist auf der Abszisse der Pegel des Eingangssignals 9 und auf der Ordinate der Pegel des jeweiligen

Ausgangssignals 10 aufgetragen. Aus dem dargestellten Verlauf lässt sich folgendes ableiten: Sobald das Eingangssignal 9 der Schalteinheit 2, 4, 6 einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, wird das Ausgangssignal 10 der Schalteinheit 2, 4, 6 auf null geschaltet, d.h. der Signalpfad durch die Schalteinheit 2, 4, 6 wird unterbrochen. Das Ausgangssignal 10 weist also keinen Wert auf, wenn das Eingangssignal 9 unterhalb dem vorbestimmten Schwellwert liegt. Auf der anderen Seite entspricht das Ausgangssignal 10 dem Eingangssignal 9, wenn das Eingangssignal 9 den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.

Eine weitere Ausführungsvariante - wie sie auch aus Fig. 4 entnommen werden kann - besteht darin, dass die

Schalteinheit 2, 4, 6 einen Steuereingang 12 aufweist. Über diesen Steuereingang 12 lässt sich die Schalteinheit 2, 4, 6 steuern, wobei ein Steuersignal beispielsweise in der adaptiven Prozessoreinheit 3 oder in einer anderen Schalteinheit 2, 4, 6 erzeugt wird.

Eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Schalteinheit 2, 4, 6 einen Steuerausgang 13 aufweist, über den sich auch andere Schalteinheiten 2, 4, 6 steuern lassen. Denkbar ist auch,

dass der Zustand der Schalteinheit 2, 4, 6 über den Steuerausgang 13 an die adaptive Prozessoreinheit 3 oder eine andere Recheneinheit zur weiteren Verarbeitung übermittelt wird.

Der Steuerausgang 13 und der Steuereingang 12 lassen sich auch invertiert nutzen. Auf diese Weise wird zum Beispiel eine Schalteinheit 2, 4, 6 dann geöffnet (d.h. der Signalpfad durch die Schalteinheit 2, 4, β wird nicht unterbrochen) , wenn der Signalpfad durch eine andere Schalteinheit 2, 4, 6 unterbrochen ist. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Zeit, die es dauert, bis die Schalteinheit 2, 4, β nach Überschreiten des vorbestimmten Schwellwertes den Signalpfad unterbricht, eingestellt werden kann. Ebenso kann die Zeit, welche die Schalteinheit 2, 4, 6 benötigt, um den Signalpfad nach Unterschreiten des vorbestimmten Schwellwertes wieder zu öffnen, eingestellt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass damit der Signalpfad durch die Schalteinheit 2, 4, 6 nicht vor und nach jedem Nulldurchgang unterbrochen bzw. geöffnet wird, womit weitere Instabilitäten des Gesamtsystems durch die Erfindung verhindert werden.