專利名稱：無次級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)中存在次級通道，常見的前饋有源噪聲控制方法需要將輸入信號矢量與次級通道脈沖響應(yīng)系數(shù)進(jìn)行卷積運(yùn)算，因此必須進(jìn)行額外的次級通道建模。然而，建模的誤差會影響收斂系數(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)先定義好的位置對從控制誤差的測量所得聲音噪聲的反相信號進(jìn)行估計。聲音噪聲的反相信號用于產(chǎn)生精確的聲音控制響應(yīng)信號，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，同時本發(fā)明的結(jié)構(gòu)也不受在自適應(yīng)前饋操作時較差的參數(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)所探測的噪聲的噪聲信號和用于產(chǎn)生減少來自噪聲源的噪聲的控制信號的廣義有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。基于來自廣義FIR濾波器的控制信號，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)立方程法消去次級通道傳遞函數(shù)，收斂速度快，但計算量較大?！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)號找到收斂的更新方向。此方法結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)算量小。缺點(diǎn)是在次級通道相位為±90°時，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)簡單，計算量小，任意環(huán)境都能適用的，不需要次級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)簡單，計算量小，任意環(huán)境都能適用的，不需要次級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)更新不使用次級通道信息，在四個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)更新不使用次級通道信息，在四個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)，計算P幀誤差信號平均功率誤差信號功率瞬時最大值和參考信號功率 B)搜索四個更新方向，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)，計算另P幀誤差信號平均功率和參考信號功率如果出現(xiàn)誤差信號瞬時功率則立即停止更新和計算，直接進(jìn)入步驟D)。其中波動因子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)簡單，計算量小，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)施時應(yīng)用環(huán)境的一種配置示意圖。
圖2為本發(fā)明信號流程圖。
圖3為本發(fā)明一種實(shí)施后的實(shí)測結(jié)果圖。
五具體實(shí)施例方式 下面通過實(shí)施案例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明 采用一個矩形管道(1)作為實(shí)施環(huán)境，初級聲源(7)、次級聲源(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)字信號處理評估板，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40AE的傳聲器、型號26CA的傳聲器前置放大器，PCB公司型號482A16的信號調(diào)理器(3)和Classic牌型號8.0B的功率放大器(4)。管道長3.278m，截面為0.165m×0.166m。誤差傳聲器與初級聲源，次級聲源分別距離1.112m和0.956m，初級聲源距吸聲材料1.064m，次級聲源距管口0.146m。聲源直徑0.200m。DSP生成參考信號，經(jīng)過功率放大器驅(qū)動初級聲源。管道右端鋪設(shè)吸聲材料(8)，使得初級聲場近似為平面波。為程序中將誤差傳聲器采集到的信號降采樣到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)更新不使用次級通道信息，在四個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€，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)施包括三個階段初級噪聲類型判斷階段；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)更新和控制信號生成階段。
第一階段將每一幀參考信號和誤差信號從時域變換到頻域。選取濾波器長度M＝256，變換方法采用離散傅里葉變換。
對第n時刻的一幀參考信號 [X(0，n)，...，X(2M-1，n)]＝FFT[x(n-2M+1)，...，x(n)] 對第n時刻的一幀誤差信號，需在幀的前一半添加M個0，再進(jìn)行離散傅里葉變換 [E(0，n)，...，E(2M-1，n)]＝FFT[M個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]，計算其對應(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)，計算P幀誤差信號平均功率誤差信號功率瞬時最大值和參考信號功率 B)搜索四個更新方向，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)，計算另P幀誤差信號平均功率和參考信號功率如果出現(xiàn)誤差信號瞬時功率則立即停止更新和計算，直接進(jìn)入步驟D)。其中波動因子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域，再產(chǎn)生控制信號。
頻域?yàn)V波器系數(shù)從頻域變換到時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。
對單頻240Hz的參考信號，噪聲控制結(jié)果如圖3所示，當(dāng)μ＝1e-3時，前搜索前三個更新方向，噪聲都增大。搜索第四個更新方向，噪聲迅速減小。當(dāng)μ＝1e-2，搜索四個更新方向，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)更新不使用次級通道信息，在四個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)，計算P幀誤差信號平均功率誤差信號功率瞬時最大值和參考信號功率
B)搜索四個更新方向，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)，計算另P幀誤差信號平均功率和參考信號功率如果出現(xiàn)誤差信號瞬時功率則立即停止更新和計算，直接進(jìn)入步驟D)。其中波動因子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)更新不使用次級通道信息，在四個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)，計算P幀誤差信號平均功率，誤差信號功率瞬時最大值和參考信號功率；B)搜索四個更新方向，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)，計算P幀誤差信號平均功率和參考信號功率。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G10K11/00GK101393736SQ200810155658
公開日2009年3月25日 申請日期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 申請人:南京大學(xué)