Design of an active noise control solution for a DVB-T device

The master thesis here presented is part of the PIANO project (the Italian acronym for “low cost platforms for the active noise control”) which was commissioned to Politecnico di Milano in February 2011. The project goal is the attenuation of the noise produced by two high speed cooling fans of a Digital Video Broadcasting – Terrestrial (DVB-T) device. The solution to this problem employs a hardware implemented Active Noise Control (ANC) methodology. In particular, a dedicated digital signal processing microprocessor and electro-acoustic sensors and actuators are employed to generate an anti-noise signal, whose aim is the cancellation of the disturbance at a particular point in space (quiet zone). Nevertheless, the project specifications prohibit any structural modification of the device, with the exception of the installation of small microphones and loudspeakers, provided that the cooling performance is not affected. A study concerning the fan noise signal is presented after a state of the art analysis. The implementation of the specific solution for the DVB-T case was reached gradually, first by analysing the behaviour of the ANC system implemented on standard physical structures, already widely discussed in the state of the art, and subsequently, by adding or removing elements of the system in order to find the best solution to the DVB-T noise problem. After this initial test phase, the ANC system has been implemented on the DVB-T device, obtaining unsatisfactory results because of the loud background noise and the presence of noise components related to the air flow to which the sensors are subject. For this reason, a hybrid ANC ad-hoc method was designed and consecutively proposed, which relies on both the broadband and narrowband methodologies based on the FxLMS algorithm. In this way, it was possible to get better results and ensure the stability of the system.

Il lavoro di tesi qui presentato è inserito all’interno del progetto PIANO (“PIAttaforme a basso costo per il coNtrOllo attivo del rumore”), commissionato al Politecnico di Milano nel Febbraio 2011. Scopo del progetto è l’attenuazione del rumore prodotto da due ventole ad alta velocità, per il raffreddamento di un dispositivo di Digital Video Broadcasting – Terrestrial (DVB-T). La soluzione a questo problema adotta una metodologia di controllo attivo del rumore (ANC) sviluppata attraverso hardware. In particolare, essa utilizza un microcontrollore per processare i segnali acquisiti attraverso dei sensori ed effettua la cancellazione generando con degli attuatori elettroacustici il segnale atto ad attenuare il disturbo in una particolare zona dello spazio, detta zona di quiete. Le specifiche di progetto, tuttavia, vietano qualsiasi modifica strutturale del dispositivo ad eccezione dell’installazione di piccoli microfoni ed altoparlanti, purché questi non compromettano le prestazioni. Ad una prima parte focalizzata sull’analisi dello stato dell’arte, segue l’analisi del segnale di rumore emesso dalle ventole. L’implementazione della soluzione specifica per il caso DVB-T è stata raggiunta gradualmente, dapprima analizzando il comportamento del sistema ANC implementato su strutture fisiche standard, già ampiamente trattate nello stato dell’arte, e in seguito aggiungendo o rimuovendo elementi del sistema al fine di trovare la soluzione migliore per il problema legato al dispositivo DVB-T. Conclusa questa fase iniziale di test, è stato implementato il sistema ANC sul dispositivo DVB-T, ottenendo risultati non soddisfacenti a causa del forte rumore di rumore di fondo e alla presenza di componenti di rumore legate al flusso d’aria a cui sono soggetti i sensori. Per questo motivo è stato pensato e consecutivamente proposto un metodo ANC ibrido ad-hoc, il quale sfrutta al contempo le metodologie broadband e narrowband basate sull’algoritmo FxLMS. In questo modo è stato possibile ottenere risultati migliori e garantire la stabilità del sistema.