本發(fā)明涉及一種汽車(chē)車(chē)內(nèi)主動(dòng)噪音控制方法，尤其是一種基于最優(yōu)臨界頻帶幅值增益控制的主動(dòng)噪聲均衡控制方法。

背景技術(shù)：

汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲的傳統(tǒng)控制手段主要有隔聲、吸聲等手段。但受成本、布置空間和材料特性等因素的限制,對(duì)車(chē)內(nèi)低頻噪聲的控制效果都不太理想,且均屬于被動(dòng)的噪聲控制方法,既不能根據(jù)車(chē)輛復(fù)雜多變的行駛工況自動(dòng)調(diào)整,更不能有選擇性地控制特定頻段的噪聲。因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)汽車(chē)車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的改善。

與被動(dòng)降噪措施相對(duì)應(yīng),主動(dòng)噪聲控制（anc）方法是依據(jù)聲波干涉相消原理通過(guò)次級(jí)聲源發(fā)聲抵消原有噪聲實(shí)現(xiàn)降噪，同時(shí)隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和集成電路廣泛應(yīng)用日漸興起。主動(dòng)噪聲控制采用以聲治聲的方法對(duì)低頻噪聲有良好的抑制效果，目前的anc針對(duì)的是某一頻率或整體噪聲的消除，沒(méi)有選擇性地控制特定頻段（一般為臨界頻帶）的噪聲使之產(chǎn)生均衡效果從而改善聲品質(zhì)。

目前anc方法對(duì)參考信號(hào)的獲取通常采用一路或多路振動(dòng)加速度信號(hào)或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)來(lái)識(shí)別，很難同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和全面性。此外，anc方法中參考信號(hào)識(shí)別后直接進(jìn)入自適應(yīng)控制算法驅(qū)動(dòng)次級(jí)聲源實(shí)現(xiàn)噪聲的最大消除，無(wú)聲音優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有主動(dòng)噪聲控制（anc）方法難以同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和全面性的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于最優(yōu)臨界頻帶幅值增益控制的主動(dòng)噪聲均衡控制方法。

一種基于最優(yōu)臨界頻帶幅值增益控制的主動(dòng)噪聲均衡控制方法，具體步驟是：

a.車(chē)內(nèi)噪音和發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)基于相干計(jì)算識(shí)別獲取參考信號(hào)x(n)；

b.根據(jù)步驟a得到的參考信號(hào)x(n)建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲品質(zhì)模型并優(yōu)化臨界頻帶幅值增益，獲得最優(yōu)臨界頻帶幅值增益β及其組合{β}；

c.將步驟a得到的參考信號(hào)x(n)分兩路，一路經(jīng)過(guò)初級(jí)通路p(z)成為初級(jí)聲信號(hào)d(n)，另一路經(jīng)次級(jí)通路估計(jì)濾波器se(z)后與偽誤差信號(hào)e’(n)一起輸入lms算法控制的自適應(yīng)濾波器，由此產(chǎn)生一組權(quán)值，該權(quán)值與參考信號(hào)相乘后得到次級(jí)聲控制信號(hào)y(n)；

y(n)與步驟b中得到的最優(yōu)幅值增益β結(jié)合得到真實(shí)次級(jí)聲信號(hào)s(n)=(1-β)y(n)以及偽次級(jí)聲信號(hào)s’(n)=βy(n)。真實(shí)次級(jí)聲信號(hào)s(n)與初級(jí)聲信號(hào)d(n)形成的真實(shí)誤差e(n)與偽次級(jí)聲信號(hào)s’(n)形成更新的偽誤差信號(hào)，由此不斷調(diào)整自適應(yīng)濾波器的權(quán)值，更新次級(jí)聲控制信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的，所述步驟a車(chē)內(nèi)噪音和發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)基于相干計(jì)算識(shí)別獲取參考信號(hào)x(n)，是一路相干計(jì)算識(shí)別出相干高于設(shè)定值的頻帶range(i)，定義如式入下：

其中為發(fā)動(dòng)機(jī)懸置被動(dòng)側(cè)振動(dòng)加速度自功率譜，為車(chē)內(nèi)噪聲自功率譜，為發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與車(chē)內(nèi)噪聲的互功率譜，為相干系數(shù)，在0~1之間；

另一路進(jìn)行幅值譜計(jì)算a(f)；識(shí)別range(i)內(nèi)a(f)最大值x（i）及對(duì)應(yīng)頻率f（i）,得到參考信號(hào)x（n）。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的，所述步驟b根據(jù)步驟a得到的參考信號(hào)x(n)建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲品質(zhì)模型并優(yōu)化臨界頻帶幅值增益，獲得最優(yōu)臨界頻帶幅值增益β及其組合{β}，具體步驟如下：

a.根據(jù)參考信號(hào)x（n）判斷其臨界頻帶bark；

b.為相關(guān)bark增益系數(shù)賦初始值,其中;

c.參考信號(hào)相關(guān)的各以0.1為間隔，從0.0變化至1.5；

d.根據(jù)頻帶增益系數(shù)與頻帶線性總聲壓幅值的關(guān)系，估算當(dāng)前增益系數(shù)向量β對(duì)應(yīng)的均衡后各參考信號(hào)相關(guān)bark線性總聲壓幅值;

e.計(jì)算不同β向量時(shí)誤差信號(hào)的噪聲聲品質(zhì)；

f.判斷步驟e得到的信號(hào)噪聲舒適度是否到達(dá)最優(yōu)聲品質(zhì)，若不是最優(yōu)返回步驟c；若是最優(yōu)聲品質(zhì)，輸出至步驟c。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的，所述步驟d根據(jù)頻帶增益系數(shù)與頻帶線性總聲壓幅值的關(guān)系，估算當(dāng)前增益系數(shù)向量β對(duì)應(yīng)的均衡后各參考信號(hào)相關(guān)bark線性總聲壓幅值是，令臨界頻帶內(nèi)參考信號(hào)頻率的幅值譜分量為pr(f)，非參考信號(hào)頻率的幅值譜分量為pn(f)，主動(dòng)噪聲均衡控制后，參考信號(hào)分量變?yōu)樵瓉?lái)的β倍，非參考信號(hào)分量保持不變：

一個(gè)臨界頻帶內(nèi)聲信號(hào)幅值在主動(dòng)均衡控制后與幅值增益β的關(guān)系為：

(4)

其中，w(f)為權(quán)系數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：基于聲-振相干計(jì)算可識(shí)別出多個(gè)參考信號(hào)頻率進(jìn)行均衡控制，提高噪聲控制的全面性。將參考信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)到臨界頻帶內(nèi)，以頻帶內(nèi)聲信號(hào)幅值增益為控制目標(biāo)在實(shí)施控制之前先根據(jù)聲品質(zhì)模型優(yōu)化出最優(yōu)增益組合。本方法與anc控制相比，能在多頻帶控制聲信號(hào)幅值實(shí)現(xiàn)聲信號(hào)均衡，同時(shí)增加了基于聲品質(zhì)模型的優(yōu)化環(huán)節(jié)，最終達(dá)到聲品質(zhì)最優(yōu)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明流程示意圖；

圖2是步驟a流程示意圖；

圖3是步驟b流程示意圖；

圖4是fxlms自適應(yīng)主動(dòng)噪聲均衡控制原理圖；

圖5是實(shí)施例1中4檔2000rpm不同增益β控制下車(chē)內(nèi)噪聲時(shí)域信號(hào)示意圖；

圖6是主動(dòng)均衡控制前后車(chē)內(nèi)噪聲聲品質(zhì)對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的實(shí)例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的原件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，一種基于最優(yōu)臨界頻帶幅值增益控制的主動(dòng)噪聲均衡控制方法，具體步驟是：

a.車(chē)內(nèi)噪音和發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)基于相干計(jì)算識(shí)別獲取參考信號(hào)x(n)；

b.根據(jù)步驟a得到的參考信號(hào)x(n)建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲品質(zhì)模型并優(yōu)化臨界頻帶幅值增益，獲得最優(yōu)臨界頻帶幅值增益β及其組合{β}；

c.將步驟a得到的參考信號(hào)x(n)分兩路，一路經(jīng)過(guò)初級(jí)通路p(z)成為初級(jí)聲信號(hào)d(n)，另一路經(jīng)次級(jí)通路估計(jì)濾波器se(z)后與偽誤差信號(hào)e’(n)一起輸入lms算法控制的自適應(yīng)濾波器，由此產(chǎn)生一組權(quán)值，該權(quán)值與參考信號(hào)相乘后得到次級(jí)聲控制信號(hào)y(n)；

y(n)與步驟b中得到的最優(yōu)幅值增益β結(jié)合得到真實(shí)次級(jí)聲信號(hào)s(n)=(1-β)y(n)以及偽次級(jí)聲信號(hào)s’(n)=βy(n)。真實(shí)次級(jí)聲信號(hào)s(n)與初級(jí)聲信號(hào)d(n)形成的真實(shí)誤差e(n)與偽次級(jí)聲信號(hào)s’(n)形成更新的偽誤差信號(hào)，由此不斷調(diào)整自適應(yīng)濾波器的權(quán)值，更新次級(jí)聲控制信號(hào)。

如圖2所示，所述步驟a車(chē)內(nèi)噪音和發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)基于相干計(jì)算識(shí)別獲取參考信號(hào)x(n)，是一路相干計(jì)算識(shí)別出相干高于設(shè)定值的頻帶range(i)，定義如式入下：

其中為發(fā)動(dòng)機(jī)懸置被動(dòng)側(cè)振動(dòng)加速度自功率譜，為車(chē)內(nèi)噪聲自功率譜，為發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與車(chē)內(nèi)噪聲的互功率譜，為相干系數(shù)，在0~1之間；

另一路進(jìn)行幅值譜計(jì)算a(f)；識(shí)別range(i)內(nèi)a(f)最大值x（i）及對(duì)應(yīng)頻率f（i）,得到參考信號(hào)x（n）。

如圖3所示，所述步驟b根據(jù)步驟a得到的參考信號(hào)x(n)建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲品質(zhì)模型并優(yōu)化臨界頻帶幅值增益，獲得最優(yōu)臨界頻帶幅值增益β及其組合{β}，具體步驟如下：

a.根據(jù)參考信號(hào)x（n）判斷其臨界頻帶bark；

b.為相關(guān)bark增益系數(shù)賦初始值，其中；

c.參考信號(hào)相關(guān)的各以0.1為間隔，從0.0變化至1.5；

d.根據(jù)頻帶增益系數(shù)與頻帶線性總聲壓幅值的關(guān)系，估算當(dāng)前增益系數(shù)向量β對(duì)應(yīng)的均衡后各參考信號(hào)相關(guān)bark線性總聲壓幅值；

e.計(jì)算不同β向量時(shí)誤差信號(hào)的噪聲聲品質(zhì)；

f.判斷步驟e得到的信號(hào)噪聲舒適度是否到達(dá)最優(yōu)聲品質(zhì)，若不是最優(yōu)返回步驟c；若是最優(yōu)聲品質(zhì)，輸出至步驟c。

實(shí)施例1

設(shè)定相干系數(shù)為0.99，車(chē)輛運(yùn)行工況為多個(gè)當(dāng)我不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其中在4檔2000rpm轉(zhuǎn)速下，根據(jù)步驟a中式（1）：

識(shí)別出的參考信號(hào)頻率如表1所示：

對(duì)識(shí)別出的參考信號(hào)判斷臨界頻帶bark，令臨界頻帶內(nèi)參考信號(hào)頻率的幅值譜分量為pr(f)，非參考信號(hào)頻率的幅值譜分量為pn(f)，主動(dòng)噪聲均衡控制后，參考信號(hào)分量變?yōu)樵瓉?lái)的β倍，非參考信號(hào)分量保持不變：

一個(gè)臨界頻帶內(nèi)聲信號(hào)幅值在主動(dòng)均衡控制后與幅值增益β的關(guān)系為：

（4）

其中，w(f)為權(quán)系數(shù)。

搭建聲品質(zhì)模型根據(jù)各臨界頻帶幅值增益計(jì)算聲品質(zhì)值，采用枚舉法優(yōu)化出最優(yōu)聲品質(zhì)時(shí)的幅值增益組合{β}并輸出給fxlms控制算法。本例中權(quán)系數(shù)w(f)取1，聲品質(zhì)指標(biāo)為“舒適度”，聲品質(zhì)模型由bp(backpropagating)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建，其輸入層神經(jīng)元數(shù)量為5，輸出層神經(jīng)元數(shù)量為1，隱含層數(shù)量為7。臨界頻帶幅值增益β的范圍設(shè)定在0~1.5。得到最優(yōu)幅值增益組合及其最低聲品質(zhì)，其中聲品質(zhì)即舒適度，如表2所示：

根據(jù)圖所示的fxlms自適應(yīng)控制原理搭建主動(dòng)噪聲均衡控制器，圖中各符號(hào)對(duì)應(yīng)含義如表3?？刂品椒ǖ妮斎胧墙?jīng)相干計(jì)算識(shí)別的參考信號(hào)x(n)，其中一路經(jīng)過(guò)初級(jí)通路p(z)成為初級(jí)聲信號(hào)d(n)（期望控制的信號(hào)）。另一路經(jīng)次級(jí)通路估計(jì)濾波器se(z)后與偽誤差信號(hào)e’(n)一起輸入lms算法控制的自適應(yīng)濾波器，由此產(chǎn)生一組權(quán)值，該權(quán)值與參考信號(hào)相乘后得到次級(jí)聲控制信號(hào)y(n)，y(n)與步驟2中得到的最優(yōu)幅值增益β結(jié)合得到真實(shí)次級(jí)聲信號(hào)s(n)=(1-β)y(n)以及偽次級(jí)聲信號(hào)s’(n)=βy(n)。真實(shí)次級(jí)聲信號(hào)s(n)與初級(jí)聲信號(hào)d(n)形成的真實(shí)誤差e(n)與偽次級(jí)聲信號(hào)s’(n)形成更新的偽誤差信號(hào)，由此不斷調(diào)整自適應(yīng)濾波器的權(quán)值，更新次級(jí)聲控制信號(hào)。調(diào)節(jié)lms自適應(yīng)濾波器的收斂步長(zhǎng)和濾波器長(zhǎng)度這兩個(gè)參數(shù)以達(dá)到合適的算法收斂速度。當(dāng)e’(n)=0時(shí)

e’(n)=e(n)-βy(n)=0,e(n)=d(n)-(1-β)y(n)；

因此，d(n)=y(n)；e(n)=βy(n)=βd(n)；由此，將初級(jí)聲信號(hào)控制為原來(lái)的β倍。β=0時(shí)，初級(jí)聲信號(hào)被完全抑制；0<β<1時(shí)，初級(jí)聲信號(hào)幅值部分衰減；β=1時(shí)，初級(jí)聲信號(hào)保持原樣；β>1時(shí)，初級(jí)聲信號(hào)得到放大。圖5為本例中4檔2000rpm工況不同β控制下車(chē)內(nèi)噪聲信號(hào)的均衡。當(dāng)各臨界頻帶聲信號(hào)幅值增益為最優(yōu)時(shí)，實(shí)現(xiàn)聲品質(zhì)最優(yōu)（舒適度最高）的主動(dòng)噪聲均衡控制。圖6顯示了多個(gè)工況下主動(dòng)均衡控制前后車(chē)內(nèi)噪聲“舒適度”的對(duì)比，可以看到聲品質(zhì)有明顯提升。表4列出了具體舒適度值以及均衡控制的5個(gè)最優(yōu)臨界頻帶幅值增益組合。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。