一种室内空间主动降噪方法与流程

[0001]
本发明涉及噪音消除技术领域，具体涉及一种室内空间主动降噪方法。


背景技术：

[0002]
随着城市的飞速发展，城市中的噪音污染越来越严重，传统的噪声控制手段包括吸声处理、隔声处理、使用消声器、阻尼减振等等，这些处理手段主要是通过降低噪声的能量来达到降低噪声的目的，属于被动降噪的控制方式，对于高频噪声，被动降噪已经可以较好的处理，但一些诸如发动机噪声、空调、洗衣机等设备会存在大量的低频噪声，这些低频噪声对生活、工作都会带来一些不利的影响。
[0003]
由此可见，设计出一种全新的降噪方法以解决上述问题，对于目前本领域来说是迫切需要的。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种室内空间主动降噪方法，以解决现有技术低频噪声不便于处理、降噪的问题。
[0005]
本发明通过以下技术方案实现：
[0006]
一种室内空间主动降噪方法，采用包括噪声特征识别模块的装置；
[0007]
噪声特征识别模块包括传感器、ad转换器、微处理器、数字传输单元组成，将其部署在接近噪声源或噪声传输路径上，用于拾取原始噪声信息或噪声源震动信号、转速信号等与噪声具有一定相关性的信息；
[0008]
具体包括如下步骤；
[0009]
1).通过ad转换器将收集到的模拟噪声信号转换为数字信号，为后续使用微处理器数字算法做准备；
[0010]
2).微处理器获取到数字噪声信息后，利用数字算法信号转换到复频域，得到噪声信号的频率、幅值、相位等信息；
[0011]
3).选取其中频率处目标频段区间中且噪声幅度高于阈值的各频点信息，得到 m个已识别噪声的幅值和频率等信息；
[0012]
4).提取到的噪声的特征信息可以通过有线或无线的传输通道进入主动降噪核心模块；
[0013]
5).从噪声源到误差麦克风的传输通道为主通道p
(z)
；
[0014]
6).主动降噪核心模块通过计算得到一组输出数字信号，其会通过音频dac转换为模拟信号，然后经由前置放大，功率放大后通过扬声器输出到附近空间中，其中数字信号转换、放大、扬声器输出最终被误差麦克风接收到的过程中的传递函数为次级路径s
(z)
；
[0015]
7).为了保证主动降噪自适应滤波器的稳定，需要建立对传递函数s
(z)
的估计本方案使用在线辨识法来对次级通道进行实时估计，从而得到估计
[0016]
进一步，主动降噪模块依照噪声特征信息合成对应的数字信号，其中a
m
和w
m
分别为
第m组已识别噪声的幅值和频率。
[0017]
进一步，其中信号x
(n)
经过一路90
°
移相器后生成一组同频的正弦信号x
′
(n)
，相位相差90
°
。
[0018]
进一步，x
(n)
与x
′
(n)
其中一路分别经过次级通道估计后进入自适应滤波器算法模块。
[0019]
进一步，x
(n)
与x
′
(n)
另外一路直接进入滤波器中，分别与系数w(n)与w
′
(n)
相乘。
[0020]
进一步，将这两路信号相加得到滤波器的输出y
(n)
，其中l为自适应滤波器阶数。
[0021]
进一步，在降噪区域布设一个误差麦克风，此误差麦克风用于采集原始噪声信号与主动降噪系统输出信号叠加后的信号。
[0022]
进一步，自适应滤波器的输出y
n
经过dac转换为模拟信号并通过功放放大、扬声器播出音之后所输出的振幅与噪声源在此处产生的信号基本一致且相位相反。
[0023]
进一步，还包括白噪声发生器，其产生的随机信号合并到降噪输出路径中通过扬声器播出。
[0024]
进一步，白噪声信号被误差麦克风接收到并反馈到辅助自适应滤波器中，同样白噪声信号也会进入到辅助自适应滤波器中。
[0025]
本发明的有益效果在于：
[0026]
1.该室内空间主动降噪方法,不同于主动降噪耳机，室内环境下主动降噪模块并非针对所有空间声音震动，因此本发明采用了噪声特征识别模块，识别出空间存在的单一频率或者多种频率组合的噪声特征，然后进行针对性的消除，提高了降噪的效率同时不会干扰正常音频信号。
[0027]
2.该室内空间主动降噪方法,根据噪音特征来合成滤波器所需要的信号，而非使用其它方案中所直接采用的前置麦克风信号，这样使用噪声特征识别模块代替前置麦克风可以降低他们之间的耦合，系统提高了稳定性也降低了前置麦克风布置的难度；另外使用噪声识别装置使得方案的布设变得简单灵活。
[0028]
3.该室内空间主动降噪方法,采用噪声识别模块的前置并不仅限于麦克风阵列，也可以利用震动传感器、转速传感器等信号直接接入到系统中，从而可以得到更加贴近原始噪声源的信号，提高了主动降噪的精准度及其适应多种场景的能力。
[0029]
4.该室内空间主动降噪方法,本发明可以大幅度的降低anc自适应滤波器的阶数，这样带来的优点一是系统更容易达到稳态，收敛速度更快；其次是大幅降低了系统的计算复杂度，可以采用廉价的硬件设备进行制造。
[0030]
5.该室内空间主动降噪方法,本发明采用了次级路径的在线辨识方法，这样就不需要在系统安装布设时进行大量的调试及离线参数辨识工作，大大方便了安装使用的难度。
[0031]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0032]
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0033]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0034]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0036]
在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0037]
此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。
[0038]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种室内空间主动降噪方法，采用包括噪声特征识别模块的装置；
[0039]
噪声特征识别模块包括传感器、ad转换器、微处理器、数字传输单元组成，将其部署在接近噪声源或噪声传输路径上，用于拾取原始噪声信息或噪声源震动信号、转速信号等与噪声具有一定相关性的信息；
[0040]
具体包括如下步骤：
[0041]
1).通过ad转换器将收集到的模拟噪声信号转换为数字信号，为后续使用微处理器数字算法做准备，该数字信号传输至微处理器，可为有线或无线传输；
[0042]
2).微处理器获取到数字噪声信息后，利用数字算法信号转换到复频域，得到噪声信号的频率、幅值、相位等信息，数字噪声在进入微处理器之前，可对其进行过滤，避免噪声过大对微处理器造成损坏，过滤方式可通过芯片(事先设置)进行调节；
[0043]
3).选取其中频率处目标频段区间中且噪声幅度高于阈值的各频点信息，得到 m个已识别噪声的幅值和频率等信息，针对低频段的噪声信息，选取其中频率处于 50-500hz在之间且幅度高于阈值的频点信息，其中分别为第m个已识别噪声的幅值和频率；
[0044]
4).提取到的噪声的特征信息经由有线或无线的传输通道进入主动降噪核心模块；
[0045]
5).从噪声源到误差麦克风的传输通道为主通道p
(z)
，它使值的从噪声源的声波传
播到误差麦克风处的传播路径，包括声音传播的延时(距离/声速)，声波的衰减等参数；
[0046]
6).主动降噪核心模块通过计算得到一组输出数字信号，其会通过音频dac转换为模拟信号，然后经由前置放大，功率放大后通过扬声器输出到附近空间中，其中数字信号转换、放大、扬声器输出最终被误差麦克风接收到的过程中的传递函数为次级路径s
(z)
；
[0047]
7).为了保证主动降噪自适应滤波器的稳定，需要建立对传递函数s
(z)
的估计本方案使用在线辨识法来对次级通道进行实时估计，从而得到估计
[0048]
本发明中：主动降噪模块依照噪声特征信息合成对应的数字信号，其中a
m
和 w
m
分别为第m组已识别噪声的幅值和频率，数字信号的识别皆以说明书附图的流程为主。
[0049]
本发明中：其中信号x
(n)
经过一路90
°
移相器后生成一组同频的正弦信号x
′
(n)
，相位相差90
°
，利用正弦周期信号的叠加特性，x
(n)
与x
′
(n)
通过权系数调整并相加之后可以生成同频的任意幅度及相位正弦信号。
[0050]
本发明中：x
(n)
与x
′
(n)
其中一路分别经过次级通道估计后进入自适应滤波器算法模块，用于自动计算及更新权系数矩阵。
[0051]
本发明中：x
(n)
与x
′
(n)
另外一路直接进入滤波器中，分别与系数w(n)与w
′
(n)
相乘。
[0052]
本发明中：将这两路信号相加得到滤波器的输出y
(n)
，其中l为自适应滤波器阶数。
[0053]
本发明中：在降噪区域布设一个误差麦克风，此误差麦克风用于采集原始噪声信号与主动降噪系统输出信号叠加后的信号，采集到的信号直接反馈到自适应滤波器中用于计算及更新权系数矩阵。
[0054]
本发明中：自适应滤波器的输出y
n
经过dac转换为模拟信号并通过功放放大、扬声器播出音之后所输出的振幅与噪声源在此处产生的信号基本一致且相位相反，由于输出与原始噪音在误差麦克风附近空间内幅度接近一致、相位相反，导致叠加后的噪音被大大削弱。
[0055]
本发明中：还包括白噪声发生器，其产生的随机信号合并到降噪输出路径中通过扬声器播出，由于白噪声振幅相对于环境噪声很弱，其并不会影响到周围环境。
[0056]
本发明中：白噪声信号被误差麦克风接收到并反馈到辅助自适应滤波器中，同样白噪声信号也会进入到辅助自适应滤波器中，这样自适应滤波器的信号就包含了原始白噪声信号以及经过s
(z)
之后的白噪声信息。
[0057]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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