[發明專利]一種基于ANC前饋拓撲的聲學校準器及方法

有效

• 申請號: 202110504790.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113207065B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 曹祖楊
• 申請（專利權）人: 杭州兆華電子股份有限公司
• 主分類號: H04R3/04
• 分類號: H04R3/04;H04R29/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 胡林嶺

1.一種基于ANC前饋拓撲的聲學校準器，其特征在于，所述聲學校準器包括：

第一揚聲器，用于提供標準聲信號；

第一麥克風，用于錄制所述聲學校準器的內部聲音信號，所述內部聲音信號包含第一揚聲器提供的所述標準聲信號、第二揚聲器的輸出信號以及進入所述聲學校準器內部的噪聲信號；

第二麥克風，用于錄制所述聲學校準器外部的環境噪聲信號；

主動降噪模塊，包括自適應算法模塊和自適應濾波器，所述自適應算法模塊根據第一麥克風所錄制到的內部聲音信號和第二麥克風所錄制到的環境噪聲信號，計算所述自適應濾波器下一時刻的系數，根據下一時刻的系數，所述自適應濾波器模塊對第二麥克風的環境噪聲信號進行濾波，并根據濾波后的信號調整所述第二揚聲器的輸出信號，所述輸出信號用于抵消進入所述聲學校準器內部的噪聲信號。

2.如權利要求1所述的基于ANC前饋拓撲的聲學校準器，其特征在于，第二揚聲器的所述輸出信號與進入所述聲學校準器內部的所述噪聲信號的相位相反。

3.如權利要求1所述的基于ANC前饋拓撲的聲學校準器，其特征在于，還包括微控制器，所述第一麥克風所錄制的聲音信號反饋給所述微控制器，所述微控制器通過所述聲音信號動態調整第一揚聲器提供的標準聲信號，使該標準聲信號的頻率穩定在預設頻率上，信號大小穩定在第一分貝或第二分貝 。

4.如權利要求1所述的基于ANC前饋拓撲的聲學校準器，其特征在于，所述自適應算法模塊采用以下方式計算所述自適應濾波器下一時刻的系數：

設當前第n時刻自適應濾波器的系數w(n)為：

w(n)＝[w₁(n),w₂(n),…,w_L(n)]^T公式(1)，

其中，L為所述自適應濾波器的階數，w₁(n),w₂(n),…,w_L(n)為每一階的系數；

設n-L+1到n這一時間段所述環境噪聲信號x(n)為：

x(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-L+1)]^T 公式(2)，

則根據公式(1)和(2)：

第二揚聲器的輸出信號為：y'(n)＝x^T(n)w(n)*g(n) 公式(3)，

其中g(n)為第二揚聲器到被校準傳感器的聲學傳遞方程；

所述聲學校準器外部的環境噪聲信號傳遞到內部后的噪聲信號為：

y(n)＝p(n)*x(n) 公式(4)，

其中p(n)為噪聲聲源到第一麥克風的聲學傳遞方程；

根據公式(3)和(4)，所述被校準傳感器的最終收到的校準信號為：

e(n)＝y(n)-y'(n)，e(n)為誤差函數；

根據最小均方誤差準則，所述誤差函數e(n)平方的期望為：

J(n)＝E[e²(n)] 公式(5)；

當J(n)達到最小時，即自適應濾波器為最優，因此采用梯度下降法來求解所述自適應濾波器下一時刻的系數w(n+1):

w(n+1)＝w(n)+μ(▽J(n)) 公式(6)，其中μ為一常數；

設v(n)＝x(n)*g(n) 公式(7)，其中v(n)為自適應算法的中間系數；

根據公式(5)和(7)，得到▽J(n)＝-2E[e(n)v(n)]

設-2e(n)v(n)稱為瞬時梯度，因為瞬時梯度是真實梯度的無偏估計，這里使用瞬時梯度代替真實梯度，即:

▽J(n)＝-2E[e(n)v(n)]＝-2e(n)v(n) 公式(8)

根據公式(6)和(8)，則得到所述自適應濾波器下一時刻的系數為w(n+1)＝w(n)-2μe(n)v(n)。

5.如權利要求3所述的基于ANC前饋拓撲的聲學校準器，其特征在于，還包括功能按鍵，被配置成短按可將第一揚聲器提供的標準聲信號在第一分貝和第二分貝之間進行切換；長按可將所述主動降噪模塊在開啟和關閉之間進行切換。