[發(fā)明專利]有源噪聲控制系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110443751.7
• 申請(qǐng)日: 2011-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN102543060A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮聲振;王超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瑞聲聲學(xué)科技(深圳)有限公司;瑞聲聲學(xué)科技研發(fā)(南京)有限公司;瑞聲聲學(xué)科技(常州)有限公司
• 主分類號(hào): G10K11/16
• 分類號(hào): G10K11/16;H04M1/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種有源噪聲控制系統(tǒng)，其包括：

環(huán)境噪聲采集裝置、與所述環(huán)境噪聲采集裝置電連接的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、回放音頻接收裝置、分別與所述高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置和所述回放音頻接收裝置電連接的信號(hào)處理裝置、與所述信號(hào)處理裝置電連接的高速數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、與所述高速數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置電連接的功率放大裝置和電連接在所述功率放大裝置上的受話器，其特征在于：

所述信號(hào)處理裝置包括：

環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)輸入端，接收帶風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)；

回放音頻數(shù)字信號(hào)輸入端，接收需要被回放的回放音頻數(shù)字信號(hào)；

風(fēng)噪信號(hào)濾除模塊，其包括高通濾波器，濾除所述帶風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)中的風(fēng)噪，得到無風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)并輸出；

基于次級(jí)聲反饋通路的反相濾波模塊，其包括數(shù)字反相濾波器，將所述無風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)經(jīng)所述數(shù)字反相濾波器處理得到反相環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)并輸出；

回放音頻增益調(diào)整模塊，將所述回放音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)整得到增益調(diào)整后回放音頻數(shù)字信號(hào)并輸出；

基于次級(jí)通路的頻率響應(yīng)補(bǔ)償模塊，其包括頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器，將所述增益調(diào)整后回放音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率響應(yīng)補(bǔ)償?shù)玫筋l率響應(yīng)補(bǔ)償后回放音頻數(shù)字信號(hào)并輸出；

系數(shù)存儲(chǔ)模塊，用于預(yù)先存儲(chǔ)所述反相濾波器和所述頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器的系數(shù)；

信號(hào)疊加模塊，將所述反相環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)和所述頻率響應(yīng)補(bǔ)償后回放音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)疊加得到所述混合音頻數(shù)字信號(hào)；

混合音頻數(shù)字信號(hào)輸出端，將所述混合音頻數(shù)字信號(hào)輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)字反相濾波器和所述頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器皆為FIR型數(shù)字濾波器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于：所述高通濾波器的通帶起始頻率為200Hz的。

4.一種如權(quán)利要求3所述的有源噪聲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

步驟A、提供一環(huán)境噪聲采集裝置；

提供一高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；

提供一回放音頻接收裝置；

提供一信號(hào)處理裝置，其包括環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)輸入端、回放音頻數(shù)字信號(hào)輸入端、風(fēng)噪信號(hào)濾除模塊、基于次級(jí)聲反饋通路的反相濾波模塊、回放音頻增益調(diào)整模塊、基于次級(jí)通路的頻率響應(yīng)補(bǔ)償模塊、系數(shù)存儲(chǔ)模塊、信號(hào)疊加模塊、混合音頻數(shù)字信號(hào)輸出端，其中，所述風(fēng)噪信號(hào)濾除模塊包括高通濾波器，所述基于次級(jí)聲反饋通路的反相濾波模塊包括數(shù)字反相濾波器，所述基于次級(jí)通路的頻率響應(yīng)補(bǔ)償模塊包括頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器；

提供一高速數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置；

提供一功率放大裝置；

提供一受話器；

提供一揚(yáng)聲器；

提供一人耳模型，其內(nèi)設(shè)有麥克風(fēng)；

步驟B、利用環(huán)境噪聲采集裝置采集環(huán)境噪聲得到帶風(fēng)噪環(huán)境噪聲模擬信號(hào)，再利用所述高速模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置將所述帶風(fēng)噪環(huán)境噪聲模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換得到帶風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)并輸入給所述信號(hào)處理裝置的所述環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)輸入端，通過所述回放音頻接收裝置接收需要被回放的回放音頻數(shù)字信號(hào)并將接收到的所述回放音頻數(shù)字信號(hào)輸入給所述信號(hào)處理裝置的所述回放音頻數(shù)字信號(hào)輸入端；

步驟C、通過所述信號(hào)處理裝置對(duì)信號(hào)進(jìn)行去除風(fēng)噪、反相濾波、增益調(diào)整、頻率響應(yīng)補(bǔ)償和信號(hào)疊加處理，得到混合音頻數(shù)字信號(hào)并輸入給所述混合音頻數(shù)字信號(hào)輸出端：

步驟1、利用所述風(fēng)噪信號(hào)濾除模塊的通帶起始頻率為200Hz的高通濾波器對(duì)所述帶風(fēng)噪環(huán)境噪聲模擬信號(hào)進(jìn)行風(fēng)噪濾波處理，得到無風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)；

步驟2、利用所述基于次級(jí)聲反饋通路的反相濾波模塊的所述數(shù)字反相濾波器對(duì)所述無風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反相濾波處理，得到反相環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字反相濾波器設(shè)為w，則有：

(1)準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)聲音測(cè)試環(huán)境，利用所述揚(yáng)聲器模擬噪聲源，所述人耳模型模擬用戶，將所述有源噪聲控制系統(tǒng)固定在人耳模型附近；

(2)利用所述信號(hào)處理裝置產(chǎn)生白噪聲X_s，所述人耳模型內(nèi)的麥克風(fēng)接收到信號(hào)設(shè)為Y_s，通過維納濾波法等系統(tǒng)建模方法，計(jì)算出次級(jí)通路的脈沖響應(yīng)，其設(shè)為s，則

s＝wiener(X_s，Y_s，N_s)

其中，N_s表示次級(jí)通路的脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度(采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù))，wiener為FIR型維納濾波器的求解函數(shù)；

(3)利用所述信號(hào)處理裝置產(chǎn)生白噪聲X_b，所述環(huán)境噪聲采集裝置接收的信號(hào)設(shè)為Y_b，通過維納濾波法等系統(tǒng)建模方法，計(jì)算出聲反饋通路的脈沖響應(yīng)，其設(shè)為b，則

b＝wiener(X_b，Y_b，N_b)

其中，N_b表示次級(jí)通路的脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度；

(4)使所述噪聲源發(fā)出白噪聲，所述環(huán)境噪聲采集裝置和所述人耳模型內(nèi)的麥克風(fēng)分別接收到信號(hào)設(shè)為X_p和Y_p，計(jì)算出反相濾波器w：

F_x＝conv(b，Y_p)-conv(s，X_p)；

w＝wiener(F_x，Y_p，N_w)；

其中，N_w表示反相濾波器的脈沖響應(yīng)的長(zhǎng)度，conv為卷積操作函數(shù)，F(xiàn)_x為濾波后的參考信號(hào)；

步驟3、設(shè)置噪聲門限為NG，利用所述回放音頻增益調(diào)整模塊接收所述回放音頻數(shù)字信號(hào)和所述無風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)，通過所述無風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)與所述噪聲門限NG比較調(diào)整所述回放音頻增益調(diào)整模塊的增益倍數(shù)，得到增益調(diào)整后回放音頻數(shù)字信號(hào)，設(shè)所述無風(fēng)噪環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)為x，增益倍數(shù)設(shè)為gain，則：

gain=1,x≤NGx/NG,NG<x<NG*GMAXGMAX,x>NG*GMAX]]>

其中GMAX為所述回放音頻數(shù)字信號(hào)不失真情況下可調(diào)的最大增益倍數(shù)；

步驟4、利用所述基于次級(jí)通路的頻率響應(yīng)補(bǔ)償模塊的頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器對(duì)所述增益調(diào)整后回放音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率響應(yīng)補(bǔ)償，所述頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器設(shè)為c，其為：

c＝fir2(N_c，2/f_s*[0，150，234，280，398，540，820，1758，3247，3352，3400，3720，24000]，[1，2，1，0.9，1，0.73，1.3，0.5，1.2，1.5，1.4，1，1])

其中，N_c為頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器的長(zhǎng)度，fir2為根據(jù)頻率響應(yīng)設(shè)計(jì)的濾波器函數(shù)，f_s為采樣頻率；

步驟5、將所述數(shù)字反相濾波器和所述頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器的系數(shù)別分預(yù)先存儲(chǔ)在所述系數(shù)存儲(chǔ)裝置，當(dāng)所述數(shù)字反相濾波器和所述頻率響應(yīng)補(bǔ)償濾波器工作時(shí)讀取所述系數(shù)；

步驟6、通過所述信號(hào)疊加模塊將所述反相環(huán)境噪聲數(shù)字信號(hào)和所述頻率響應(yīng)補(bǔ)償后回放音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)疊加得到混合音頻數(shù)字信號(hào)并輸入給所述混合音頻數(shù)字信號(hào)輸出端；

步驟D、通過高速數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置將所述混合音頻數(shù)字信轉(zhuǎn)換為混合音頻模擬信號(hào)并輸入給所述功率放大裝置，所述功率放大裝置將所述混合音頻模擬信號(hào)進(jìn)行功率放大并輸出功率放大后混合音頻模擬信號(hào)；通過所述受話器接收所述放大后混合音頻模擬信號(hào)并輸出混合聲波。