本發(fā)明涉及噪聲控制領域，特別涉及一種汽車主動降噪方法。

背景技術：

隨著工業(yè)生產、交通運輸、城市建筑的發(fā)展以及人口密度的增加，環(huán)境噪聲日益嚴重，已成為污染人類社會環(huán)境的一大公害。噪聲具有局部性、暫時性和多發(fā)性的特點。噪聲不僅會在生理上影響聽力和神經系統(tǒng)，而且在心理上使人煩躁容易造成安全隱患。

在乘坐汽車時，特別是車速較高時，車內噪聲很高，主要是發(fā)動機艙噪聲、胎噪聲、空氣渦流噪聲等幾個方面，在打開車窗時，風噪聲會非常嚴重。強烈的噪聲不利于乘客在車內溝通交流，且較長時間在噪聲環(huán)境下駕駛，非常容易引起疲勞。

現(xiàn)有的降噪方案多使用固定系數(shù)濾波器，只能適用于特定型號的車型，為了避免車體間差異，降噪濾波器設計還要留有較多的余量，整個方案的降噪量和普適性不好。特別是當打開車窗后，車內聲學環(huán)境會有較大的變化，使用固定系數(shù)濾波器方案不能達到降噪的效果，反而可能會產生額外的噪聲。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有的降噪方案只能適用于特定型號的車型，降噪量和普適性不好，并且不能很好地適應車內聲學環(huán)境的變化的問題，本發(fā)明提供了一種汽車主動降噪方法，包括：

在發(fā)動機艙內設置參考傳聲器，利用所述參考傳聲器采集發(fā)動機艙噪聲x(n)；

在駕駛艙內設置揚聲器，利用所述揚聲器發(fā)出用于抵消發(fā)動機艙噪聲x(n)的聲音信號y(n)；

在駕駛艙內設置誤差傳聲器，利用所述誤差傳聲器采集殘留噪聲e(n)；

將所述參考傳聲器采集的發(fā)動機艙噪聲x(n)作為輸入信號、所述誤差傳聲器采集的殘留噪聲e(n)作為誤差信號傳輸至自適應濾波器，根據(jù)LMS算法更新所述自適應濾波器的特征陣W，以連續(xù)調節(jié)所述揚聲器發(fā)出的聲音信號y(n)，使所述殘留噪聲e(n)最小化。

其中，所述利用所述揚聲器發(fā)出用于抵消發(fā)動機艙噪聲x(n)的聲音信號y(n)，具體包括：

對應發(fā)送機的不同轉速預先存儲若干主通道傳遞函數(shù)，根據(jù)發(fā)送機當前的轉速選擇對應的主通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下主通道傳遞函數(shù)的估計所述主通道傳遞函數(shù)表征聲音信號從發(fā)動機艙傳遞到所述誤差傳聲器的路徑特征；

對應不同的車窗開關狀態(tài)預先存儲若干次級通道傳遞函數(shù)，根據(jù)當前的車窗開關狀態(tài)選擇對應的次級通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計所述次級通道傳遞函數(shù)表征聲音信號從所述揚聲器傳遞到所述誤差傳聲器的路徑特征；

利用所述揚聲器發(fā)出聲音信號y(n)，使得所述發(fā)動機艙噪聲x(n)傳遞到所述誤差傳聲器處的信號x(n)與所述聲音信號y(n)傳遞到所述誤差傳聲器處的信號y(n)相互抵消。

其中，所述根據(jù)當前的車窗開關狀態(tài)選擇對應的次級通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計具體包括：

對應不同的車窗開關狀態(tài)分別設置一個狀態(tài)標志，每一個所述狀態(tài)標志對應預先存儲的一個次級通道傳遞函數(shù)；

從汽車主控系統(tǒng)中獲取當前的車窗開關狀態(tài)對應的狀態(tài)標志，選擇該狀態(tài)標志對應的次級通道傳遞函數(shù)作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計

其中，所述根據(jù)當前的車窗開關狀態(tài)選擇對應的次級通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計具體包括：

對應不同的車窗開關狀態(tài)分別設置一個狀態(tài)標志，每一個所述狀態(tài)標志對應預先存儲的一個次級通道傳遞函數(shù)；

設置一個采樣判定點數(shù)M，遍歷所有狀態(tài)標志，如果某一個狀態(tài)標識對應的次級通道傳遞函數(shù)使得所述殘留噪聲e(n)在所述采樣判定點數(shù)M內沒有收斂，則放棄該狀態(tài)標志；否則對比所述殘留噪聲e(n)收斂后的誤差，選擇誤差最小的狀態(tài)標志對應的次級通道傳遞函數(shù)作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計

其中，所述根據(jù)當前的車窗開關狀態(tài)選擇對應的次級通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計還包括：

實時循環(huán)記錄每一個計數(shù)時段i內所述殘留噪聲e(n)在所述采樣判定點數(shù)M下的誤差均值

只有當車窗開關的狀態(tài)發(fā)生變化，導致所述誤差均值的變化滿足預先設定的條件時，才重新遍歷所有狀態(tài)標志。

其中，所述預先設定的條件具體為：連續(xù)3個所述誤差均值比上一計數(shù)時段的連續(xù)3個所述誤差均值擴大6dB以上，即

$\frac{(E_{i+3}+E_{i+2}+E_{i+1})}{3}\>2*\frac{(E_{i+2}+E_{i+1}+E_{i+0})}{3}.$

其中，所述根據(jù)LMS算法更新所述自適應濾波器特征陣W的公式為：其中，n為離散時間采樣，μ為收斂因子，W_n為n時刻的濾波器特性，為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計；

當車窗開關狀態(tài)由關閉狀態(tài)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)時，或者車窗開關狀態(tài)由打開較小的狀態(tài)變?yōu)榇蜷_較大的狀態(tài)時，減小所述收斂因子μ。

其中，所述方法還包括：

將所述聲音信號y(n)傳遞到所述誤差傳聲器處的信號y(n)與所述殘留噪聲e(n)相減的結果作為輸入信號、所述殘留噪聲e(n)作為誤差信號傳輸至所述自適應濾波器，根據(jù)LMS算法更新所述自適應濾波器的特征陣W，以連續(xù)調節(jié)所述揚聲器發(fā)出的聲音信號y(n)，使所述殘留噪聲e(n)最小化。

其中，所述方法還包括：設置固定系數(shù)濾波器C；

利用所述固定系數(shù)濾波器C將誤差傳聲器采集的殘留噪聲e(n)反饋疊加到所述揚聲器發(fā)出的聲音信號y(n)，從而將次級通道傳遞函數(shù)G(z)變?yōu)镚'(z)，其中以減小因車窗開關狀態(tài)改變導致的次級通道傳遞函數(shù)發(fā)生變化的幅度。

本發(fā)明實施例的有益效果是：采用自適應濾波器替代現(xiàn)有降噪方案中的固定系數(shù)濾波器，根據(jù)參考傳聲器采集的發(fā)動機艙噪聲和誤差傳聲器采集的殘留噪聲，動態(tài)更新自適應濾波器的特征陣，連續(xù)調節(jié)揚聲器發(fā)出的聲音信號，使殘留噪聲最小化，當駕駛艙內的聲學環(huán)境發(fā)生變化時仍然能夠較好的降噪，因而不限于特定的車型，有較大的適用范圍；在發(fā)動機艙內設置參考傳聲器，在駕駛艙內設置揚聲器，利用汽車結構隔開揚聲器和參考傳聲器，進而避免了聲反饋難題。在進一步的優(yōu)選實施例中，根據(jù)當前的車窗開關狀態(tài)選擇對應的次級通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計，矯正由于次級通道隨車窗開關狀態(tài)變化造成的降噪量波動。在進一步的優(yōu)選實施例中，通過設置一個固定系數(shù)濾波器，增強次級通道的穩(wěn)定性，減小車窗開關狀態(tài)改變對次級通道傳遞函數(shù)的影響幅度，使整個降噪系統(tǒng)更穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種汽車主動降噪方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的汽車主動降噪方法應用在汽車內部的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的汽車主動降噪方法中自適應降噪的原理圖；

圖4為兩個不同的狀態(tài)標志下的噪聲殘留的對比圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的汽車主動降噪方法中反饋控制自適應降噪的原理圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的汽車主動降噪方法中固定系數(shù)濾波器的工作原理圖。

具體實施方式

本發(fā)明的設計構思是：利用自適應濾波器代替現(xiàn)有降噪方案中的固定系數(shù)濾波器，當車內聲學環(huán)境發(fā)生變化時，如車窗的開關狀態(tài)變化導致駕駛艙內的聲學環(huán)境變化時，更新自適應濾波器的特征陣，根據(jù)殘留的噪聲調節(jié)用于抵消噪聲的聲音信號，使駕駛艙內的殘留噪聲最小化。本方案可以適用于各種型號的車型，并且可以適應車內聲學環(huán)境的變化，不會發(fā)生產生額外的噪聲的情況。

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種汽車主動降噪方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的汽車主動降噪方法應用在汽車內部的示意圖。結合圖1與圖2，本發(fā)明實施例提供的汽車主動降噪方法包括：

步驟S110：在發(fā)動機艙內設置參考傳聲器，利用參考傳聲器采集發(fā)動機艙噪聲x(n)。

步驟S120：在駕駛艙內設置揚聲器，利用揚聲器發(fā)出用于抵消發(fā)動機艙噪聲x(n)的聲音信號y(n)，聲音信號y(n)與駕駛艙內的噪聲相疊加，從而實現(xiàn)對駕駛艙內區(qū)域的主動降噪。

參考傳聲器設置在發(fā)動機艙內，從主要的噪聲源采集噪聲，分析噪聲的特征，揚聲器設置在駕駛艙內，利用汽車結構隔開了揚聲器和參考傳聲器，進而避免了聲反饋難題。

步驟S130：在駕駛艙內設置誤差傳聲器，利用誤差傳聲器采集殘留噪聲e(n)。

步驟S140：將參考傳聲器采集的發(fā)動機艙噪聲x(n)作為輸入信號、誤差傳聲器采集的殘留噪聲e(n)作為誤差信號傳輸至自適應濾波器，根據(jù)LMS算法更新自適應濾波器的特征陣W，以連續(xù)調節(jié)揚聲器發(fā)出的聲音信號y(n)，使殘留噪聲e(n)最小化。

假設誤差傳聲器到達用戶耳部之間的傳遞函數(shù)為R(z)，誤差傳聲器采集的殘留噪聲e(n)傳遞到用戶耳部時的信號為e(n)R(z)，因此應當將誤差傳聲器設置在靠近用戶耳部的位置，此時調節(jié)揚聲器發(fā)出的聲音信號y(n)，使殘留噪聲e(n)最小化，才能夠使傳遞到用戶耳部的殘留噪音很小。在實際應用中，可以在駕駛員和乘客的位置分別設置誤差傳聲器，分別實時監(jiān)測駕駛員和乘客所在位置的噪聲殘留情況。

采用自適應濾波器，根據(jù)參考傳聲器采集的發(fā)動機艙噪聲x(n)和誤差傳聲器采集的殘留噪聲e(n)，動態(tài)更新自適應濾波器的特征陣W，連續(xù)調節(jié)揚聲器發(fā)出的聲音信號y(n)，使殘留噪聲e(n)最小化，當駕駛艙內的聲學環(huán)境發(fā)生變化時仍然能夠較好的降噪，因而不限于特定的車型，有較大的適用范圍。

圖3為本發(fā)明實施例提供的汽車主動降噪方法中自適應降噪的原理圖。如圖3所示，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，定義主通道函數(shù)P(z)表征聲音信號從發(fā)動機艙傳遞到誤差傳聲器的路徑特征，由于發(fā)送機的轉速會影響主通道函數(shù)，因此對應發(fā)送機的不同轉速預先存儲若干個主通道傳遞函數(shù)再根據(jù)發(fā)送機當前的轉速選擇對應的主通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下主通道傳遞函數(shù)的估計再定義次級通道傳遞函數(shù)G(z)表征聲音信號從揚聲器傳遞到誤差傳聲器的路徑特征，車窗開關狀態(tài)不同駕駛艙內的聲學環(huán)境也不同，因此對應不同的車窗開關狀態(tài)預先存儲若干次級通道傳遞函數(shù)再根據(jù)當前的車窗開關狀態(tài)選擇對應的次級通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計矯正由于次級通道隨車窗開關狀態(tài)變化造成的降噪量波動；獲取了當前環(huán)境下的主通道傳遞函數(shù)的估計與次級通道傳遞函數(shù)的估計之后，據(jù)此控制揚聲器發(fā)出聲音信號y(n)，使得發(fā)動機艙噪聲x(n)傳遞到誤差傳聲器處的信號x(n)與聲音信號y(n)傳遞到誤差傳聲器處的信號y(n)相互抵消。

對于如何根據(jù)當前的車窗開關狀態(tài)選擇對應的次級通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計本發(fā)明提供了如下兩種方案：

在一個優(yōu)選實施例中，對應不同的車窗開關狀態(tài)分別設置一個狀態(tài)標志，每一個狀態(tài)標志對應預先存儲的一個次級通道傳遞函數(shù)。如果機車主控系統(tǒng)可以提供車窗開關狀態(tài)信息，那么直接從汽車主控系統(tǒng)中獲取當前的車窗開關狀態(tài)對應的狀態(tài)標志，選擇該狀態(tài)標志對應的次級通道傳遞函數(shù)作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計

在另一個優(yōu)選實施例中，對應不同的車窗開關狀態(tài)分別設置一個狀態(tài)標志，每一個狀態(tài)標志對應預先存儲的一個次級通道傳遞函數(shù)，設置一個采樣判定點數(shù)M，遍歷所有狀態(tài)標志：如果某一個狀態(tài)標識對應的次級通道傳遞函數(shù)使得殘留噪聲e(n)在采樣判定點數(shù)M內沒有收斂，則放棄該狀態(tài)標志；否則對比殘留噪聲e(n)收斂后的誤差，選擇誤差最小的狀態(tài)標志對應的次級通道傳遞函數(shù)作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計如圖4所示，設置采樣判定點數(shù)M＝10000，狀態(tài)標志1下噪聲殘留小于狀態(tài)標志2，因此選擇標志1對應的次級通道傳遞函數(shù)作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計采樣判定點數(shù)M如果設置太小，那么各狀態(tài)標志下噪聲殘留對比不明顯，如果設置太大可能會被用戶感受到狀態(tài)切換，因此優(yōu)選的，設置合適的采樣判定點數(shù)使其對應到時間上小于3s。

車窗開關狀態(tài)可以僅簡單設置為開窗和關窗兩個狀態(tài)，也可以根據(jù)車窗開啟的程度不同設置為n個不同的狀態(tài)。

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，實時循環(huán)記錄每一個計數(shù)時段i內殘留噪聲e(n)在采樣判定點數(shù)M下的誤差均值只有當車窗開關的狀態(tài)發(fā)生變化，導致誤差均值的變化滿足預先設定的條件時，才重新遍歷所有狀態(tài)標志。在一個具體的實施例中，上述條件具體為：連續(xù)3個誤差均值比上一計數(shù)時段的連續(xù)3個誤差均值擴大6dB以上，即也就是說，當車窗開關狀態(tài)發(fā)生變化時，若誤差均值的變化并不滿足上述條件，即使當前狀態(tài)標志N₀對應的次級通道傳遞函數(shù)不是最優(yōu)，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，仍然使用該狀態(tài)標志N₀對應的次級通道傳遞函數(shù)，不必重新遍歷狀態(tài)標志。

在獲取了對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計之后，即可根據(jù)如下公式更新自適應濾波器特征陣：其中，n為離散時間采樣，μ為收斂因子，W_n為n時刻的濾波器特性。當車窗開關狀態(tài)由關閉狀態(tài)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)時，或者車窗開關狀態(tài)由打開較小的狀態(tài)變?yōu)榇蜷_較大的狀態(tài)時，雖然主通道傳遞函數(shù)和次級通道傳遞函數(shù)都會有變化，但是為了減少不確定的維度，前饋降噪部分權系數(shù)不做更新，相應減小收斂因子μ，讓系統(tǒng)主要工作在反饋部分。

圖5為本發(fā)明實施例提供的汽車主動降噪方法中反饋控制自適應降噪的原理圖。如圖5所示，將聲音信號y(n)傳遞到誤差傳聲器處的信號y(n)與殘留噪聲e(n)相減的結果作為輸入信號、殘留噪聲e(n)作為誤差信號傳輸至自適應濾波器，根據(jù)LMS算法更新自適應濾波器的特征陣W，以連續(xù)調節(jié)揚聲器發(fā)出的聲音信號y(n)，使誤差傳聲器處采集的殘留噪聲e(n)最小化。此過程中，自適應濾波器的輸入信號不再是參考傳聲器采集的發(fā)動機艙噪聲x(n)，而是根據(jù)誤差傳聲器采集的殘留噪聲e(n)以及對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計計算得出的噪聲信號，其中也包含了由于開窗而引入的風噪聲等其他噪聲，該反饋部分與上述前饋部分并行工作，可以獲得更好的降噪體驗。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，還設置了一個固定系數(shù)濾波器C。利用該固定系數(shù)濾波器C將誤差傳聲器采集的殘留噪聲e(n)反饋疊加到揚聲器發(fā)出的聲音信號y(n)上，從而將次級通道傳遞函數(shù)G(z)變?yōu)镚'(z)，其中通過負反饋減小因車窗開關狀態(tài)改變導致的次級通道傳遞函數(shù)發(fā)生變化的幅度，如圖6所示。在不增加固定系數(shù)濾波器C的情況下，當窗開關狀態(tài)發(fā)生變化時，不同狀態(tài)下的次級通道傳遞函數(shù)可能變化特別劇烈，一旦相位差異超過90度，就會發(fā)生反饋系統(tǒng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，因此設置固定系數(shù)濾波器C可以使次級通道更加穩(wěn)定，減小車窗開關狀態(tài)改變對其的影響，增強整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種汽車主動降噪方法，與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：

1、采用自適應濾波器替代現(xiàn)有降噪方案中的固定系數(shù)濾波器，根據(jù)參考傳聲器采集的發(fā)動機艙噪聲和誤差傳聲器采集的殘留噪聲，動態(tài)更新自適應濾波器的特征陣，連續(xù)調節(jié)揚聲器發(fā)出的聲音信號，使殘留噪聲最小化，當駕駛艙內的聲學環(huán)境發(fā)生變化時仍然能夠較好的降噪，因而不限于特定的車型，有較大的適用范圍。

2、在發(fā)動機艙內設置參考傳聲器，在駕駛艙內設置揚聲器，利用汽車結構隔開揚聲器和參考傳聲器，進而避免了聲反饋難題。

3、根據(jù)當前的車窗開關狀態(tài)選擇對應的次級通道傳遞函數(shù)，作為對當前環(huán)境下次級通道傳遞函數(shù)的估計，矯正由于次級通道隨車窗開關狀態(tài)變化造成的降噪量波動。

4、通過設置一個固定系數(shù)濾波器，增強次級通道的穩(wěn)定性，減小車窗開關狀態(tài)改變對次級通道傳遞函數(shù)的影響幅度，使整個降噪系統(tǒng)更穩(wěn)定。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內。