[發明專利]設于通風管口且能夠聲學交互的有源降噪裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201810036999.3
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108088064B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 安峰巖;劉碧龍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: F24F13/24
• 分類號: F24F13/24;G10K11/178
• 代理公司: 福州科揚專利事務所(普通合伙) 35001
• 代理人: 嚴歡

1.設于通風管口且能夠聲學交互的有源降噪裝置，其特征在于：包括一殼體(1)、一揚聲器(2)、一參考傳聲器(3)、復數個誤差傳聲器(4)、一控制器(5)以及一散流器(6)；所述殼體(1)的底面上開設一第一通孔(11)，所述殼體(1)的頂部開設一第二通孔(12)；所述揚聲器(2)設于所述殼體(1)內，且其紙盆(21)朝外并設于所述第一通孔(11)上，所述殼體(1)與所述揚聲器(2)圍成的內部空間形成所述揚聲器(2)的后腔；所述參考傳聲器(3)設于所述第二通孔(12)上且所述參考傳聲器(3)的聲學輸入端朝向所述殼體(1)的外部；各所述誤差傳聲器(4)均設于所述殼體(1)的底面上且設于靠近所述底面邊緣的位置，各所述誤差傳聲器(4)的聲學輸入端均朝向所述殼體(1)的外部；所述控制器(5)設于所述殼體(1)內，所述揚聲器(2)、參考傳聲器(3)以及各誤差傳聲器(4)均引線連接至所述控制器(5)；所述散流器(6)的中心位置開設一第三通孔(61)，所述殼體(1)的底面設于所述第三通孔(61)內，將所述散流器(6)安裝于通風管口時，所述殼體(1)上設有參考傳聲器(3)的一側作為內側，設于所述通風管口的內部，所述殼體(1)的底面作為外側，設于所述通風管口，使所述揚聲器(2)直接向室內發聲；所述控制器(5)包括一無線通信模塊(51)以及順次連接的一A/D轉換器(52)、一數字信號處理器(53)、一D/A轉換器(54)和一功率放大器(55)，外部聲控設備(7)通過所述無線通信模塊(51)與所述數字信號處理器(53)進行雙向通信，所述A/D轉換器(52)采集所述參考傳聲器(3)和各所述誤差傳聲器(4)的輸出信號，所述D/A轉換器(54)將需要揚聲器(2)播放的信號輸出至所述功率放大器(55)，所述功率放大器(55)連接所述揚聲器(2)；還包括一吸聲材料層(8)，除所述殼體(1)的底面外，所述殼體(1)的外表面設有所述吸聲材料層(8)，包括所述參考傳聲器(3)的外側，所述吸聲材料層(8)用于增加被動降噪效果，同時降低所述參考傳聲器(3)的風噪；所述殼體(1)為錐形殼體，所述第二通孔(12)開設于所述錐形殼體的頂部，所述參考傳聲器(3)密封安裝于所述第二通孔(12)上。

2.一種能夠聲學交互的有源降噪控制方法，其特征在于，其結合權利要求1所述的有源降噪裝置，所述參考傳聲器(3)拾取通風管道內的聲信號，其包括管道內部的原始噪聲信號、由揚聲器(2)發出的反相噪聲信號以及由揚聲器(2)播放的外部聲控設備(7)輸入的音頻信號；所述誤差傳聲器(4)拾取到的聲信號包括：由管道內部傳播而來的原始噪聲信號和揚聲器(2)發出的反相噪聲信號疊加而成的殘留噪聲信號、由揚聲器(2)播放的外部聲控設備(7)輸入的音頻信號以及人發出的控制語音；所述數字信號處理器(53)內設有同時運行的用于處理聲信號的軟件模塊，包括一降噪模塊(100)、一回聲抵消模塊(200)和一降噪增強模塊(300)，在處理降噪和聲學交互過程中，所述降噪模塊(100)、回聲抵消模塊(200)和降噪增強模塊(300)同時運行，不分先后順序；

所述控制方法具體如下：

通過所述降噪模塊(100)抑制通風管道內產生的低頻輻射噪聲：所述降噪模塊(100)包括降噪濾波器(101)、聲反饋通道模型(102)、次級通道模型(103)以及濾波器更新算法模塊(104)；所述降噪濾波器(101)將管道內部的原始噪聲濾波處理后輸出與原始噪聲幅度相同但相位相反的反相噪聲，所述反相噪聲與所述外部聲控設備(7)輸入的音頻信號疊加后作為所述降噪模塊(100)的輸出信號，驅動所述揚聲器(2)，同時還作為所述聲反饋通道模型(102)的輸入；所述降噪模塊(100)的輸出信號經過所述聲反饋通道模型(102)濾波后取反，再與所述參考傳聲器(3)拾取到的聲信號進行疊加，疊加后消除所述參考傳聲器(3)拾取到的由揚聲器(2)發出的反相噪聲信號和由揚聲器(2)播放的外部聲控設備(7)輸入的音頻信號，僅剩下管道內部的原始噪聲，將該原始噪聲作為所述降噪濾波器(101)的輸入，同時，所述原始噪聲還作為所述次級通道模型(103)的輸入，所述原始噪聲經過所述次級通道模型(103)濾波后作為所述濾波器更新算法模塊(104)的輸入；

通過所述回聲抵消模塊(200)獲取人發出的控制語音：所述回聲抵消模塊(200)包括復數個子模塊，所述子模塊與所述誤差傳聲器(4)一一對應設置，各子模塊包括一回聲抵消濾波器(201)和一自適應算法模塊(202)；所述回聲抵消濾波器(201)的輸入為外部聲控設備(7)輸入的音頻信號，將其濾波后取反，再與所述誤差傳聲器(4)拾取到的聲信號進行疊加，該疊加后的信號作為所述子模塊的輸出信號，所述子模塊的輸出信號去除了由所述揚聲器(2)播放的外部聲控設備(7)輸入的音頻信號，但包括人的控制語音，將所述子模塊的輸出信號通過無線通信模塊(51)發送至外部聲控設備(7)，結合外部聲控設備(7)通過所述無線通信模塊(51)輸入的音頻信號，實現聲學交互；同時，所述子模塊的輸出信號還作為所述自適應算法模塊(202)的輸入和所述濾波器更新算法模塊(104)的輸入，所述自適應算法模塊(202)的輸入還包括外部聲控設備(7)輸入的音頻信號，所述自適應算法模塊(202)輸出用于更新所述回聲抵消濾波器(201)的參數，所述自適應算法模塊(202)根據外部聲控設備(7)輸入的音頻信號和子模塊的輸出信號，對回聲抵消濾波器(201)的參數進行自適應調整，其目的是更好地消除誤差傳聲器(4)拾取的由所述揚聲器(2)播放的外部聲控設備(7)輸入的音頻信號；

所述濾波器更新算法模塊(104)的輸入包括次級通道模型(103)的輸出信號以及各回聲抵消子模塊的輸出信號的疊加，所述濾波器更新算法模塊(104)的輸出用于對所述降噪濾波器(101)的系數進行自適應調整，其目的是更好的抑制誤差傳聲器(4)拾取的殘留噪聲信號，從而實現更佳的有源降噪效果；

所述降噪增強模塊(300)的輸入為各所述回聲抵消濾波器(201)的參數，所述降噪增強模塊(300)將各個回聲抵消濾波器(201)的參數進行疊加并時域平滑后，其結果作為次級通道模型(103)的新參數，實現次級通道模型(103)的實時更新。

3.根據權利要求2所述的一種能夠聲學交互的有源降噪控制方法，其特征在于：所述降噪濾波器(101)、聲反饋通道模型(102)、次級通道模型(103)以及回聲抵消濾波器(201)均采用FIR濾波器，其中所述次級通道模型（103）和所述回聲抵消濾波器（201）具有相同的階次。