一种噪声控制中的自适应主动降噪系统及其实现方法技术方案

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本发明专利技术属于噪声处理技术领域，提供了一种噪声控制中的自适应主动降噪系统及其实现方法，包括：信号捕获模块，通过麦克风阵列从多方向接收声波，捕捉环境噪声，并获取噪声源附近的参考信号；信号处理模块，接收来自信号捕获模块的噪声信号，并通过数字信号处理器进行实时分析；信号生成模块，根据信号处理模块的输出，合成相位相反的抗噪声信号，并对合成后的抗噪声信号进行放大处理；反馈调整模块，通过误差麦克风捕捉经过主动降噪处理后的残余噪声，根据残余噪声的监测结果，向信号处理模块提供反馈，使其自适应调整滤波器参数；本发明专利技术通过噪声信号的实时分析结果自动调整滤波器参数，使该系统在各种噪声环境下都能保持最佳的降噪效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于噪声处理，具体地说是一种噪声控制中的自适应主动降噪系统及其实现方法。

技术介绍

1、随着现代工业的迅速发展和人们对于生活质量要求的不断提升，环境污染问题越来越引起人们的关注。其中，噪声污染与水污染、大气污染被看成世界范围内的三大污染。噪声污染也如同其他污染一样，广泛地存在于我们生活的方方面面。噪声又有高强度和低强度之分，其中低强度的噪声在一般情况下对人的身心健康没有什么大的害处，但是高强度的噪声却极易影响人们的身心健康，会使人精神不振、身心疲劳、记忆力减退，在长时间接触后甚至会引起疾病。在城市生活中噪声污染的来源主要有交通噪声、工业噪声、施工噪声和社会生活噪声四种；

2、传统的被动降噪技术主要依赖于物理阻隔，如隔音材料和隔音结构，但这些方法往往效果有限，尤其是在低频噪声面前。主动降噪技术通过发出抗噪声信号来抵消噪声，但现有的主动降噪系统往往缺乏足够的灵活性和适应性，无法有效应对复杂多变的噪声环境；

3、为此，提出了一种噪声控制中的自适应主动降噪系统及其实现方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种噪声控制中的自适应主动降噪系统及其实现方法，以解决
技术介绍
中所提出的问题。

2、根据本公开的第一方面，提出了一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，包括：

3、信号捕获模块，通过麦克风阵列从多方向接收声波，捕捉环境噪声，并获取噪声源附近的参考信号；

4、信号处理模块，接收来自信号捕获模块的噪声信号

5、信号生成模块，根据信号处理模块的输出，合成相位相反的抗噪声信号，并对合成后的抗噪声信号进行放大处理；

6、反馈调整模块，通过误差麦克风捕捉经过主动降噪处理后的残余噪声，根据残余噪声的监测结果，向信号处理模块提供反馈，使其自适应调整滤波器参数。

7、优选的，所述信号捕获模块在捕获麦克风阵列中各个麦克风与噪声源由不同距离导致的声波到达的时间差异时，先估计不同麦克风接收到的声波之间的时间延迟，再对其时间进行补偿，使所有麦克风捕捉的信号在时间上对齐，对于两个信号x(t)和y(t)，使用互相关函数rxy(τ)测量信号之间的相似性，进行时间延迟估计，表示为：其中τ表示时间延迟，时间延迟即互相关函数达到最大值时的滞后时间，其最大值对应的τ值即为两个信号之间的时间延迟；当估计出时间延迟后，信号捕获模块对信号进行时间延迟补偿，将信号在时间轴上移动，使得所有信号在时间上对齐，使用有限脉冲响应滤波器作为延迟滤波器，其输出y(n)与输入x(n)之间关系表示为：其中h(k)表示滤波器的脉冲响应，n表示滤波器的长度，通过设置h(k)，对信号精确延迟；

8、并且信号捕获模块对信号强度进行整合，对不同麦克风捕捉到的声波强度因距离和传播路径的不同而出现差异进行加权合并，整合成一个连贯的噪声信号，先对每个麦克风信号的能量进行估计，由离散时间信号x(n)，其能量通过求和期间内信号平方的平均值进行估计，表示为：其中n表示信号样本的数量，该能量估计值用于确定信号的相对强度；根据能量估计的结果，信号捕获模块对每个麦克风信号进行加权合并，每个麦克风信号xi(n)均赋予一个加权系数wi，合并后的信号y(n)表示为其中m表示麦克风数量；同时通过压缩强信号和放大弱信号，调整信号的动态范围，信号捕获模块先使用压缩算法对信号的动态范围进行压缩，减小强信号与弱信号之间的幅度差异，表示为：y(t)＝log(1+x(t))，其中y(t)表示压缩后信号，x(t)表示输入信号；经过压缩后，信号捕获模块对信号进行规范化处理，使信号的幅度在预定范围内，表示为：其中x(n)为输入信号，y(n)表示规范化后的信号，μ表示信号的均值，σ表示信号的标准差；

9、同时信号捕获模块利用波束形成，对来自不同麦克风的声波信号进行加权合并处理后，还通过信号分离，进行独立分量分析，将混合信号分解为统计独立的成分，模型表示为：x＝as，其中x表示观察到的混合信号矩阵，a为未知的混合矩阵，s为源信号矩阵，其目标是找到一个解混矩阵w，使得y＝wx,接近于源信号s，其中y为估计的源信号，从而对噪声场景进行重建。

10、优选的，所述信号处理模块先通过快速傅里叶变换对来自信号捕获模块的噪声信号进行频谱分析，确定噪声信号在不同频率上的强度分布，表示为：其中x(k)表示第k个频率分量，x(n)为时域信号，n为样本数量；

11、根据上述噪声信号的实时分析结果，采用自适应滤波算法动态调整滤波器的参数，表示为：w(n+1)＝w(n)+2μe(n)x(n)，其中w(n)为滤波器系数向量，μ为步长参数，e(n)为误差信号，x(n)为输入信号向量，参数调整的目标是最小化输出信号中的噪声成分，同时保留有用的信号。

12、优选的，所述信号生成模块的抗噪声信号的合成先通过相位反转，接收来自信号处理模块的噪声信号分析结果，根据结果调整抗噪声信号的相位，使其与原始噪声信号相位相反，表示为：y(t)＝-x(t)，其中x(t)表示原始噪声信号，y(t)表示相位反转后的信号；再进行幅度匹配，使抗噪声信号的幅度与原始噪声信号相匹配；

13、并且信号生成模块对抗噪声信号进行放大处理，根据声压级和扬声器的输出能力确定放大系数，再使用功率放大器放大抗噪声信号，该放大处理表示为：yamp(t)＝a·y(t)，其中a为放大系数，y(t)表示相位反转后的信号，yamp(t)表示放大后的抗噪声信号。

14、优选的，所述反馈调整模块通过误差麦克风持续监测残余噪声，并将捕获的信号传回反馈调整模块中，反馈调整模块使用频谱分析对残余噪声信号进行降噪性能评估，并基于性能评估结果，生成反馈信号，信号处理模块接收到反馈信号后，应用自适应滤波算法，自动调整滤波器的参数。

15、根据本公开的第二方面，还提出了一种噪声控制中的自适应主动降噪实现方法，包括以下步骤：

16、s1、初始化阶段：在安静环境中对系统进行初步校准，使用麦克风阵列对环境噪声进行采样；

17、s2、噪声捕获：麦克风阵列持续捕捉环境中的噪声信号，对实时噪声进行监测，并获取参考信号，使用参考麦克风捕获噪声源附近的信号，作为主动降噪系统的输入；

18、s3、信号处理：通过数字信号处理器对接收到的噪声信号进行分析，提取噪声特性，并利用自适应滤波算法，根据噪声特性调整抗噪声信号的参数；

19、s4、生成抗噪声信号：数字信号处理器根据滤波算法的结果生成相位相反的抗噪声信号，并将生成的抗噪声信号放大，通过扬声器播放；

20、s5、评估降噪效果：通过误差麦克风捕捉经过主动降噪处理后的残余噪声，并由数字信号处理器分析残余噪声，评估降噪效果，并根据需要调整滤波算法；

21、s6、反馈及调整：若残余噪声水平过高，生成反馈信号，系统自动调整滤波器参数。

22、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：

<本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，其特征在于：所述信号捕获模块在捕获麦克风阵列中各个麦克风与噪声源由不同距离导致的声波到达的时间差异时，先估计不同麦克风接收到的声波之间的时间延迟，再对其时间进行补偿，使所有麦克风捕捉的信号在时间上对齐，对于两个信号x(t)和y(t)，使用互相关函数Rxy(τ)测量信号之间的相似性，进行时间延迟估计，表示为：其中τ表示时间延迟，时间延迟即互相关函数达到最大值时的滞后时间，其最大值对应的τ值即为两个信号之间的时间延迟；当估计出时间延迟后，信号捕获模块对信号进行时间延迟补偿，将信号在时间轴上移动，使得所有信号在时间上对齐，使用有限脉冲响应滤波器作为延迟滤波器，其输出y(n)与输入x(n)之间关系表示为：其中h(k)表示滤波器的脉冲响应，N表示滤波器的长度，通过设置h(k)，对信号精确延迟；

3.如权利要求1所述一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，其特征在于：所述信号处理模块先通过快速傅里叶变换对来自信号捕获模块的噪声信号进行频谱分析，确定噪声信号在

4.如权利要求1所述一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，其特征在于：所述信号生成模块的抗噪声信号的合成先通过相位反转，接收来自信号处理模块的噪声信号分析结果，根据结果调整抗噪声信号的相位，使其与原始噪声信号相位相反，表示为：y(t)＝-x(t)，其中x(t)表示原始噪声信号，y(t)表示相位反转后的信号；再进行幅度匹配，使抗噪声信号的幅度与原始噪声信号相匹配；

5.如权利要求1所述一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，其特征在于：所述反馈调整模块通过误差麦克风持续监测残余噪声，并将捕获的信号传回反馈调整模块中，反馈调整模块使用频谱分析对残余噪声信号进行降噪性能评估，并基于性能评估结果，生成反馈信号，信号处理模块接收到反馈信号后，应用自适应滤波算法，自动调整滤波器的参数。

6.一种噪声控制中的自适应主动降噪实现方法，采用如权利要求1-5所述的自适应主动降噪系统，其特征在于，包括以下步骤：

...

【技术特征摘要】

1.一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，其特征在于：所述信号捕获模块在捕获麦克风阵列中各个麦克风与噪声源由不同距离导致的声波到达的时间差异时，先估计不同麦克风接收到的声波之间的时间延迟，再对其时间进行补偿，使所有麦克风捕捉的信号在时间上对齐，对于两个信号x(t)和y(t)，使用互相关函数rxy(τ)测量信号之间的相似性，进行时间延迟估计，表示为：其中τ表示时间延迟，时间延迟即互相关函数达到最大值时的滞后时间，其最大值对应的τ值即为两个信号之间的时间延迟；当估计出时间延迟后，信号捕获模块对信号进行时间延迟补偿，将信号在时间轴上移动，使得所有信号在时间上对齐，使用有限脉冲响应滤波器作为延迟滤波器，其输出y(n)与输入x(n)之间关系表示为：其中h(k)表示滤波器的脉冲响应，n表示滤波器的长度，通过设置h(k)，对信号精确延迟；

3.如权利要求1所述一种噪声控制中的自适应主动降噪系统，其特征在于：所述信号处理模块先通过快速傅里叶变换对来自信号捕获模块的噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进军，
申请(专利权)人：西安外事学院，
类型：发明
国别省市：

网址：一种噪声控制中的自适应主动降噪系统及其实现方法技术方案 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/849989

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