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Bachelor-Vortrag: Koordinatentransformation für die Adaptive Aktive Störgeräuschunterdrückung in Kopfhörern

Nils Lattasch
Mittwoch, 9. November 2022
14:00 Uhr
hybrid

Bei der aktiven Störgeräuschkompensation wird versucht, ein Störsignal mit einem destruktiv interferierenden Signal auszulöschen. Dazu wird in dieser Arbeit die feedforward Topologie verwendet. Für diese kann gezeigt werden, dass das optimale Filter ein IIR Filter impliziert. Da die Störgeräusche in der Praxis facettenreich sind, ist es ebenfalls sinnvoll adaptive Lösungen zu verwenden. In etablierten adaptiven Verfahren wie dem FxLMS Algorithmus kann versucht werden, ein FIR Filter mit möglichst vielen Filterkoeffizienten zu erstellen, um eine lange Impulsantwort zu generieren. Gleichzeitig ergibt sich jedoch ein Problem in der Adaption, da Systeme in vielen Variablen, in diesem Fall viele Filterkoeffizienten, langsam adaptiert werden können. Eine mögliche Lösung des Problems stellt eine Koordinatentransformation dar, bei der zeitinvariante IIR Filter, Teil eines adaptiven Gesamtsystems sind. Somit kann die Anzahl der Filterkoeffizienten reduziert werden und zusätzlich besitzt das sich ergebende Filter eine unendliche Impulsantwort.

Ziel dieser Arbeit ist es eine Koordinatentransformation für die adaptive aktive Störgeräuschkompensation zu realisieren. Die Koordinatentransformation stellt durch eine frei wählbare Polstelle einen neuen Freiheitsgrad im Design eines ANC-Systems dar. In dieser Arbeit wird die Performance und der Ressourcenverbrauch der Koordinatentransformation systematisch untersucht. Zur Implementierung wird das sogenannte Laguerre-Netzwerk verwendet. Daraus ergeben sich neue Adaptionsvorschriften für das adaptive System, welche in dieser Arbeit hergeleitet werden. Zudem wird untersucht, welche Polstellen in dem Anwendungsfall ANC vorteilhaft sind. Des Weiteren wird untersucht, wie eine Konvergenzgrenze bezüglich der maximalen Schrittweite abgeschätzt werden kann. Abschließende Experimente erfolgen auf Basis von Messdaten am Beispiel eines gängigen in-ear Kopfhörers. Es zeigt sich, dass die Performance sensitiv gegenüber der Wahl der Polstelle und Schrittweite ist, bei geeigneter Wahl jedoch die Anzahl der Filterkoeffizienten um ein vielfaches reduziert werden können.

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