專利名稱：無次級(jí)通道建模的有源噪聲控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)不需要次級(jí)通道建模的有源噪聲控制方法。
背景技術(shù)：
有源噪聲控制系統(tǒng)中存在次級(jí)通道，常見的前饋有源噪聲控制方法需要將輸入信號(hào)矢量與次級(jí)通道脈沖響應(yīng)系數(shù)進(jìn)行卷積運(yùn)算，因此必須進(jìn)行額外的次級(jí)通道建模。然而，建模的誤差會(huì)影響收斂系數(shù)的取值范圍和有源噪聲控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
中國專利公開CN1427988一種有源噪聲抑制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用定點(diǎn)數(shù)字濾波器在一些預(yù)先定義好的位置對(duì)從控制誤差的測(cè)量所得聲音噪聲的反相信號(hào)進(jìn)行估計(jì)。聲音噪聲的反相信號(hào)用于產(chǎn)生精確的聲音控制響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)定點(diǎn)濾波器處理后，用于補(bǔ)償組成系統(tǒng)的物理元件的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。本系統(tǒng)實(shí)際上提供一種具有穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生聲音噪聲的反相信號(hào)的緊密匹配。本系統(tǒng)不受因采用模擬反饋補(bǔ)償法所帶來的閉環(huán)穩(wěn)定性方面的限制，同時(shí)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)也不受在自適應(yīng)前饋操作時(shí)較差的參數(shù)收斂限制。
CN1886104一種用于從噪聲源減少噪聲的有源噪聲控制設(shè)備，包括用于探測(cè)由噪聲源所產(chǎn)生的噪聲的麥克風(fēng)，以及用于接收從麥克風(fēng)所探測(cè)的噪聲的噪聲信號(hào)和用于產(chǎn)生減少來自噪聲源的噪聲的控制信號(hào)的廣義有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器?；趤碜詮V義FIR濾波器的控制信號(hào)，揚(yáng)聲器產(chǎn)生用于充分消除來自噪聲源噪聲的聲音。
另一類有源噪聲控制方法不需要次級(jí)通道建模?！禔ctive noise control systemusing the simultaneous equation method without the estimation of error path filtercoefficients》(Electron.Commun.Jpn.，2002，Part III，vol.85，pp.101-108)提出聯(lián)立方程法消去次級(jí)通道傳遞函數(shù)，收斂速度快，但計(jì)算量較大?！禔 new active noise controlalgorithm that requires no secondary path identification based on the spr property》(IEEETrans.Signal Process.，2007，vol.55，no.5，pp.1719-1729)提出時(shí)域上兩方向搜索型有源噪聲控制方法，通過改變收斂系數(shù)的正負(fù)號(hào)找到收斂的更新方向。此方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小。缺點(diǎn)是在次級(jí)通道相位為±90°時(shí)，無法收斂；不易選擇合適的收斂系數(shù)來保證較快的收斂。
但現(xiàn)有方法未能提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，任意環(huán)境都能適用的，不需要次級(jí)通道建模的有源噪聲控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，任意環(huán)境都能適用的，不需要次級(jí)通道建模的有源噪聲控制方法。該方法中，頻域?yàn)V波器系數(shù)更新不使用次級(jí)通道信息，在四個(gè)更新方向中搜索并選擇合適的更新方向和收斂系數(shù)大小。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的無次級(jí)通道建模的有源噪聲控制方法，頻域?yàn)V波器系數(shù)更新不使用次級(jí)通道信息，在四個(gè)更新方向中搜索并選擇合適的更新方向和收斂系數(shù)大小，具體步驟如下 A)初始化頻域?yàn)V波器系數(shù)為0，不更新頻域?yàn)V波器系數(shù)，計(jì)算P幀誤差信號(hào)平均功率誤差信號(hào)功率瞬時(shí)最大值和參考信號(hào)功率 B)搜索四個(gè)更新方向，即是使收斂系數(shù)μ′分別等于μ，-μ，iμ和-iμ，重復(fù)步驟C)和D)； C)按照W(k，i+1)＝W(k，i)+μ′X*(k，i)E(k，i)，k＝kL，...，kH更新頻域?yàn)V波器系數(shù)，計(jì)算另P幀誤差信號(hào)平均功率和參考信號(hào)功率如果出現(xiàn)誤差信號(hào)瞬時(shí)功率則立即停止更新和計(jì)算，直接進(jìn)入步驟D)。其中波動(dòng)因子δ2>0； D)如果滿足收斂條件ξ2/χ2<δ3ξ1/χ1，跳轉(zhuǎn)至步驟H)。其中收斂因子δ3<1； F)如果μ′等于μ，-μ，iμ和-iμ，都滿足ξ2/χ2>ξ1/χ1，那么減小收斂系數(shù)，μ＝αμ；否則增大收斂系數(shù)，μ＝μ/α。其中系數(shù)調(diào)整因子α<1； G)回到步驟A)； H)結(jié)束更新方向搜索和收斂系數(shù)大小調(diào)整。
本發(fā)明特點(diǎn)是本發(fā)明在四個(gè)更新方向中搜索并選擇合適的頻域?yàn)V波器系數(shù)更新方向和收斂系數(shù)大小，保證任意環(huán)境下噪聲都能夠快速收斂。本方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，較易實(shí)現(xiàn)，魯棒性高，實(shí)用性強(qiáng)。
四

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)應(yīng)用環(huán)境的一種配置示意圖。
圖2為本發(fā)明信號(hào)流程圖。
圖3為本發(fā)明一種實(shí)施后的實(shí)測(cè)結(jié)果圖。
五具體實(shí)施例方式 下面通過實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明 采用一個(gè)矩形管道(1)作為實(shí)施環(huán)境，初級(jí)聲源(7)、次級(jí)聲源(5)和誤差傳聲器(6)的布置如圖1所示。控制器(2)選用ADSP 21161N EZKIT數(shù)字信號(hào)處理評(píng)估板，模擬輸入硬件默認(rèn)采樣率為48000Hz。另外選用了GR.A.S.公司型號(hào)40AE的傳聲器、型號(hào)26CA的傳聲器前置放大器，PCB公司型號(hào)482A16的信號(hào)調(diào)理器(3)和Classic牌型號(hào)8.0B的功率放大器(4)。管道長3.278m，截面為0.165m×0.166m。誤差傳聲器與初級(jí)聲源，次級(jí)聲源分別距離1.112m和0.956m，初級(jí)聲源距吸聲材料1.064m，次級(jí)聲源距管口0.146m。聲源直徑0.200m。DSP生成參考信號(hào)，經(jīng)過功率放大器驅(qū)動(dòng)初級(jí)聲源。管道右端鋪設(shè)吸聲材料(8)，使得初級(jí)聲場(chǎng)近似為平面波。為程序中將誤差傳聲器采集到的信號(hào)降采樣到4800Hz。
按上述技術(shù)方案的步驟有源噪聲控制方法，頻域?yàn)V波器系數(shù)更新不使用次級(jí)通道信息，在四個(gè)更新方向中搜索并選擇合適的更新方向和收斂系數(shù)大小，搜索的頻域?yàn)V波器系數(shù)更新方向?yàn)樗膫€(gè)，在系數(shù)更新公式里表現(xiàn)為收斂系數(shù)μ′分別等于μ，-μ，iμ和-iμ。
收斂系數(shù)大小調(diào)整的方法是如果μ′等于μ，-μ，iμ和-iμ，都滿足ξ2/χ2>ξ1/χ1，那么減小收斂系數(shù)，μ＝αμ；否則增大收斂系數(shù)，μ＝μ/α。其中系數(shù)調(diào)整因子α<1。
如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施包括三個(gè)階段初級(jí)噪聲類型判斷階段；方向搜索和收斂系數(shù)大小調(diào)整階段；頻域?yàn)V波器系數(shù)更新和控制信號(hào)生成階段。
第一階段將每一幀參考信號(hào)和誤差信號(hào)從時(shí)域變換到頻域。選取濾波器長度M＝256，變換方法采用離散傅里葉變換。
對(duì)第n時(shí)刻的一幀參考信號(hào) [X(0，n)，...，X(2M-1，n)]＝FFT[x(n-2M+1)，...，x(n)] 對(duì)第n時(shí)刻的一幀誤差信號(hào)，需在幀的前一半添加M個(gè)0，再進(jìn)行離散傅里葉變換 [E(0，n)，...，E(2M-1，n)]＝FFT[M個(gè)0，e(n-M+1)，...，e(n)] 其中，M為幀長的一半。
根據(jù)X(0，n)，...，X(2M1，n)值的大小分布來判斷初級(jí)噪聲的類型是窄帶噪聲或?qū)拵г肼?。如果是寬帶噪聲，則分解成多個(gè)窄帶噪聲分別處理。
第二階段，判斷需要控制的窄帶頻率范圍[fLfH]，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的數(shù)字頻率范圍


和

其中

表示取整操作，M表示濾波器長度，fS表示采樣頻率。對(duì)頻率范圍[fLfH]的頻域?yàn)V波器系數(shù)更新采用同一收斂系數(shù)，選取參數(shù)P＝2，δ2＝0.2，δ3＝0.8，α＝0.5，μ＝1E-3，方向搜索和收斂系數(shù)大小調(diào)整具體步驟如下 A)初始化頻域?yàn)V波器系數(shù)為0，不更新頻域?yàn)V波器系數(shù)，計(jì)算P幀誤差信號(hào)平均功率誤差信號(hào)功率瞬時(shí)最大值和參考信號(hào)功率 B)搜索四個(gè)更新方向，即是使收斂系數(shù)μ′分別等于μ，-μ，iμ和-iμ，重復(fù)步驟C)和D)； C)按照W(k，i+1)＝W(k，i)+μ′X*(k，i)E(k，i)，k＝kL，...，kH更新頻域?yàn)V波器系數(shù)，計(jì)算另P幀誤差信號(hào)平均功率和參考信號(hào)功率如果出現(xiàn)誤差信號(hào)瞬時(shí)功率則立即停止更新和計(jì)算，直接進(jìn)入步驟D)。其中波動(dòng)因子δ2>0； D)如果滿足收斂條件ξ2/χ2<δ3ξ1/χ1，跳轉(zhuǎn)至步驟H)。其中收斂因子δ3<1； F)如果μ′等于μ，-μ，iμ和-iμ，都滿足ξ2/χ2>ξ1/χ1，那么減小收斂系數(shù)，μ＝αμ；否則增大收斂系數(shù)，μ＝μ/α。其中系數(shù)調(diào)整因子α<1； G)回到步驟A)； H)結(jié)束更新方向搜索和收斂系數(shù)大小調(diào)整。
第三階段頻域?yàn)V波器系數(shù)更新，然后從頻域變換回時(shí)域，再產(chǎn)生控制信號(hào)。
頻域?yàn)V波器系數(shù)從頻域變換到時(shí)域的方法是逆離散傅里葉變換 [w(0)，...，w(2M-1)]＝IFFT[W(0，n)，...，W(M，n)，W*(M-1，n)，W*(1，n)] 其中，上標(biāo)*表示取共軛。
產(chǎn)生控制信號(hào)的方法是 y(n)＝[x(n-2M+1)，...，x(n)][w(0)，...，w(2M-1)]T 其中，上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置。
對(duì)單頻240Hz的參考信號(hào)，噪聲控制結(jié)果如圖3所示，當(dāng)μ＝1e-3時(shí)，前搜索前三個(gè)更新方向，噪聲都增大。搜索第四個(gè)更新方向，噪聲迅速減小。當(dāng)μ＝1e-2，搜索四個(gè)更新方向，噪聲都增大。逐步減小μ，最終得到合適的μ，使噪聲迅速減小。當(dāng)μ＝1e-4，搜索四個(gè)更新方向，噪聲有的增大，有的緩慢減小。逐步增大μ，最終得到合適的μ，使噪聲迅速減小。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、無次級(jí)通道建模的有源噪聲控制方法，其特征是頻域?yàn)V波器系數(shù)更新不使用次級(jí)通道信息，在四個(gè)更新方向中搜索并選擇合適的更新方向和收斂系數(shù)大小，具體步驟如下
A)初始化頻域?yàn)V波器系數(shù)為0，不更新頻域?yàn)V波器系數(shù)，計(jì)算P幀誤差信號(hào)平均功率誤差信號(hào)功率瞬時(shí)最大值和參考信號(hào)功率
B)搜索四個(gè)更新方向，即是使收斂系數(shù)μ′分別等于μ，-μ，iμ和-iμ，重復(fù)步驟C)和D)；
C)按照W(k，i+1)＝W(k，i)+μ′X*(k，i)E(k，i)，k＝kL，...，kH更新頻域?yàn)V波器系數(shù)，計(jì)算另P幀誤差信號(hào)平均功率和參考信號(hào)功率如果出現(xiàn)誤差信號(hào)瞬時(shí)功率則立即停止更新和計(jì)算，直接進(jìn)入步驟D)。其中波動(dòng)因子δ2>0；
D)如果滿足收斂條件ξ2/χ2<δ3ξ1/χ1，跳轉(zhuǎn)至步驟H)；其中收斂因子δ3<1；
F)如果μ′等于μ，-μ，iμ和-iμ，都滿足ξ2/χ2>ξ1/χ1，那么減小收斂系數(shù)，μ＝αμ；否則增大收斂系數(shù)，μ＝μ/α。其中系數(shù)調(diào)整因子α<1；
G)回到步驟A)；
H)結(jié)束更新方向搜索和收斂系數(shù)大小調(diào)整。
全文摘要
無次級(jí)通道建模的有源噪聲控制方法，頻域?yàn)V波器系數(shù)更新不使用次級(jí)通道信息，在四個(gè)更新方向中搜索更新方向和收斂系數(shù)大小A)初始化頻域?yàn)V波器系數(shù)為0，不更新頻域?yàn)V波器系數(shù)，計(jì)算P幀誤差信號(hào)平均功率，誤差信號(hào)功率瞬時(shí)最大值和參考信號(hào)功率；B)搜索四個(gè)更新方向，即是使收斂系數(shù)μ′分別等于μ，-μ，iμ和-iμ，重復(fù)步驟C)和D)；C)更新頻域?yàn)V波器系數(shù)，計(jì)算P幀誤差信號(hào)平均功率和參考信號(hào)功率。D)如果滿足收斂條件，跳轉(zhuǎn)至步驟H)；F)如果μ′等于μ，-μ，iμ和-iμ，那么減小收斂系數(shù)，否則增大收斂系數(shù)，G)回到步驟A)；H)結(jié)束更新方向搜索和收斂系數(shù)大小調(diào)整。本發(fā)明魯棒性高，實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G10K11/00GK101393736SQ200810155658
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者馮聲振, 鳴 吳, 邱小軍 申請(qǐng)人:南京大學(xué)