Aktive Geräuschkompensation mit einer FPGA-basierten Signalverarbeitungsplattform - Jörn Matthies (2008)
In dieser Masterarbeit ist ein System zur aktiven Geräuschkompensation entwickelt worden. Das System identifiziert Störgeräusche und kompensiert diese durch generierte Gegensignale, sodass Geräusche ausgelöscht werden, wie sie durch Gerätelüfter oder durch Vibrationen oder schnelle Fahrt im Inneren eines KFZ entstehen. Um ein Störsignal eindeutig zu identifizieren ist der Aufbau als Adaptive Feedforward System konzipiert worden, welches sich durch ein Referenzmikrofon zur Aufnahme des Störsignals an seiner Quelle auszeichnet. Die Signalwege des gesamten Feedforward Systems sind identifiziert und analysiert worden, um ein realistisches Modell in Simulink zu erstellen. Aus dem Modell ist eine Hardware-Struktur für das adaptive Filter konzipiert worden, die durch eine HW-Modellierungssprache beschrieben und auf einem Spartan-3-FPGA implementiert ist, welches als digitale Signalverarbeitungseinheit auf einer FPGA-Audio-Codec Plattform dient. Diese Struktur besteht aus einem sequentiellen FIR-Filter, dessen Koeffizienten durch den LMS-Algorithmus adaptiert werden. Das Filter ist sequentiell aufgebaut worden, um mit einem geringen HW-Aufwand eine hohe Filterordnung zu realisieren. Die durch diesen Aufbau ermöglichte, maximale Filterordnung beträgt Nmax = 436. Das entwickelte System kompensiert Frequenzen von 200 − 4000 Hz. Die Kompensation findet im Ohr des Empfängers statt, wobei das Kompensationssignal über einen Kopfhörer wiedergegeben wird. In den durchgeführten Funktionstests wurde bei Störsignalen mit einer konstanten Frequenz eine Dämpfung von bis zu −23 dB erreicht. Bei Signalen, die mehrere Frequenzanteile und Rauschen enthielten, lag die Dämpfung bei −8 dB.
Keywords: Active Noise Cancellation; Echtzeit Audiosignalverarbeitung