[發明專利]一種無麥克風前饋局部主動噪聲控制系統的控制方法

在審

• 申請號: 202110695391.3
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113488014A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 劉志恩;李曉龍;盧熾華;陳彎;楊忠禮;彭輔明;顏伏伍;侯獻軍
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G10K11/178
• 分類號: G10K11/178
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

本發明涉及振動噪聲控制領域，具體涉及一種無麥克風前饋局部主動噪聲控制系統的控制方法，該控制方法不需要使用物理麥克風來監測耳旁目標控制點的噪聲，包括調試階段和控制階段；在調試階段，采用自適應濾波算法識別出初級通路和次級通路；在調試節階段，使用初級通路和參考信號的卷積來估計干擾信號，使用控制濾波器輸出與次級通路的卷積來估計抵消噪聲，估計的干擾信號與抵消噪聲的差即為耳旁目標控制點誤差信號的估計值，使用該估計值輸入控制濾波器進行權系數的迭代，從而在沒有物理麥克風的情況下，實現耳旁目標控制點的主動噪聲控制。該方法成本低，且不存在因物理麥克風比虛擬麥克風相對于初級聲源更遠導致的非因果問題，因而更穩定。

技術領域

本發明屬于振動噪聲控制技術領域，特別涉及一種無麥克風前饋局部主動噪聲控制系統的控制方法。

背景技術

典型的前饋主動噪聲控制系統，基于聲波疊加原理，采集與初級聲源相關的參考信號(例如，轉速、聲壓和加速度信號)和位于耳旁目標控制點的麥克風測量的誤差信號輸入控制濾波器。然后，控制濾波器產生控制信號來驅動輔助源(如揚聲器)產生抵消噪聲，在目標控制區域(如聽者的耳朵)創建靜音區。在全局主動噪聲控制的實施中，最小化封閉空間(例如，汽車駕駛室)中的總聲勢能，控制性能會隨著初級噪聲的頻率的增加而降低，這是因為，單個頻率點的聲壓通常由多個模態貢獻，次級聲源的數量要求不小于貢獻的模態數才能實現明顯的降噪效果。為了實現更高頻段內的主動噪聲控制，需要局部噪聲控制系統(例如主動頭枕系統)，它將次級聲源集成到頭枕中，并在聽者的耳朵周圍創建局部靜音區。然而，該系統需要用戶佩戴雙耳麥克風來測量用于更新控制濾波器系數的誤差信號，這限制了主動頭枕系統的應用。

虛擬傳感技術應運而生。多個監測麥克風放置在遠離聽者耳朵的位置以估計誤差信號，而不是將誤差麥克風放置在耳旁目標控制點。移除的麥克風被稱為虛擬誤差麥克風。虛擬傳感技術主要分為兩大類，包括遠程麥克風(Remote Microphone,RM)技術和輔助濾波(Auxiliary Filter,AF)技術。它們的共同點是兩種方法都包含兩個階段，即調試階段和控制階段。在實現這兩種方法之前，需要對系統進行調試以獲得觀測濾波器和輔助濾波器。不同之處在于，觀察濾波器用于對監測麥克風采集到的干擾信號進行濾波，計算出虛擬誤差麥克風處的干擾信號，然后估計出耳旁目標控制點的誤差信號，驅動控制濾波器權系數的更新迭代。輔助濾波器用于對參考信號進行濾波。當濾波結果與監測麥克風測得的誤差信號相等時，控制器濾波權系數收斂到最優解。但是RM技術受到監測麥克風和虛擬誤差麥克風相對于初級聲源的空間相關性的影響。當初級聲源比監測麥克風更早到達虛擬麥克風時，系統的因果關系會降低，因為從監測麥克風的干擾信號預測虛擬麥克風“未來”的干擾信號是不可行的。這將導致局部主動噪聲控制系統對寬帶隨機噪聲的控制性能下降。遠程麥克風方法的另一個難點是監測麥克風的位置和數量的最優解，即多少麥克風以及麥克風如何布置，才能更準確的估計虛擬誤差麥克風出的誤差信號，從而實現更好的降噪效果。

相比之下，AF技術不涉及這些問題，因為在調試階段獲得的輔助濾波器已經包含了監控麥克風和虛擬誤差麥克風之間的相對位置信息。控制濾波器系數的更新是由輔助濾波器的輸出和監測麥克風測量的信號之間的誤差信號驅動的，而不是虛擬誤差麥克風的估計的誤差信號。不難看出，以上兩種方法仍然需要物理麥克風來監測干擾信號。

發明內容

針對背景技術存在的問題，本發明提供一種無需物理麥克風的前饋局部主動控制系統的控制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種無麥克風前饋局部主動噪聲控制系統的控制方法，系統包括初級聲源、參考傳感器和聽音者，以及與參考傳感器依次連接的控制器和兩個次級聲源，兩個次級聲源位于聽音者左右側；控制方法包括控制階段和調試階段；調試階段識別出初級通路和次級通路；參考傳感器采集初級聲源信號作為參考信號輸入控制器，控制器首先計算參考信號與初級通路的卷積、以及控制器輸出與次級通路的卷積，再通過計算二者的差值得到耳旁目標控制點的誤差信號，將該誤差信號輸入控制器，采用最小均方LMS算法進行控制器中的濾波器權系數的更新迭代，從而實現無麥克風的前饋主動噪聲控制。