CN106340290A - 一种有源降噪方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源降噪方法，包括噪声处理过程中，周期性地采集当前的误差噪声信号；依据误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数；依据新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号；依据参考信号生成与参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号；将次级信号进行电/声转换处理，发出次级声波信号。本发明不需要采集噪声源的初级噪声信号，参考信号依据预先生成的预设基频的谐波分量生成，稳定性高。本发明还公开了一种有源降噪装置，采用上述方法，在此不再赘述。

Description

一种有源降噪方法及其装置

技术领域

本发明涉及有源降噪技术领域，特别是涉及一种有源降噪方法及其装置。

背景技术

日益发展的城市配电网使得城区大型电力变压器的噪声对周围居民的生活的影响愈发明显，变压器噪声的控制己是刻不容缓。其中，有源降噪方法易于安装，只需在现场安放噪声发生器，对变压器本体及运行现场影响不大。

现阶段应用的有源控制系统的工作原理是由初级传感器获取初级噪声作为参考信号，在控制器算法的作用下计算出次级信号，把次级信号通过扬声器发出形成次级声源，在误差传感器处采集误差信号(误差信号为初级噪声与次级信号之和)，再传送回控制器对参考信号进行反馈调整，当然，在此过程中初级传感器需要持续采集初级噪声。

但实际中有时无法获得初级噪声信号，或得到的初级噪声信号误差较大，进而影响生成的次级信号，降噪效果不够稳定。

因此，如何提供一种稳定性高的有源降噪方法及其装置是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种有源降噪方法及其装置，不需要采集噪声源的初级噪声信号，参考信号依据预先生成的预设基频的谐波分量生成，稳定性高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种有源降噪方法，包括：

噪声处理过程中，周期性地采集当前的误差噪声信号；

依据所述误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数；

依据所述新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号；

依据所述参考信号生成与所述参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号；

将所述次级信号进行电/声转换处理，发出次级声波信号。

优选地，所述依据所述新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号的过程具体为：

将所述新的权值系数与所述预设基频的谐波分量带入参考信号关系式，得到所述本周期内的参考信号；其中，所述参考信号关系式具体为：

$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{n1}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{2}{\Σ}}{w}_{ij}\left(n\right)x_{ij}\left(n\right)$

其中，y(n)为所述本周期内的参考信号，w_ij(n)为所述新的权值系数，x_ij(n)为所述预设基频的谐波分量，x_i1(n)具体为预设基频的正弦谐波分量，x_i2(n)为预设基频的余弦谐波分类，i＝1,2,……,n1。

优选地，所述依据所述误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数的过程具体为：

确定上一周期的权值系数以及所述预设基频的谐波分量，将所述上一周期的权值系数与所述当前的误差噪声信号带入权值关系式，得到所述新的权值系数；其中，所述权值关系式为：

w_ij(n)＝w_ij(n-1)-2μe(n)x_ij(n)

其中，μ为预设的收敛系数，e(n)为所述当前的误差噪声信号，w_ij(n-1)为所述上一周期的权值系数。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种有源降噪装置，包括：

误差传感器，用于噪声处理过程中，周期性地采集当前的误差噪声信号；

控制器，用于依据所述误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数；依据所述新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号；依据所述参考信号生成与所述参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将所述次级信号发送至扬声器；

所述扬声器，用于将所述次级信号进行电/声转换处理，发出次级声波信号。

优选地，所述控制器具体包括：

内部存储器，用于预先生成所述预设基频的谐波分量并进行存储；

若干个乘法器，用于分别将所述预设基频的谐波分量与对应的所述新的权值系数进行乘法操作，并将相乘结果分别发送至加法器；

所述加法器，用于将若干个所述相乘结果求和，得到的求和结果为所述本周期内的参考信号；

LMS算法处理器，用于接收所述误差传感器采集的所述当前的误差噪声信号，获得上一周期的权值系数以及所述预设基频的谐波分量将所述上一周期的权值系数与所述当前的误差噪声信号带入权值关系式，得到所述新的权值系数并分别发送至对应的乘法器；其中，所述权值关系式为w_ij(n)＝w_ij(n-1)-2μe(n)x_ij(n)，其中，μ为预设的收敛系数，e(n)为所述当前的误差噪声信号，w_ij(n-1)为所述上一周期的权值系数；

信号转化电路，用于依据所述参考信号生成与所述参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将所述次级信号发送至所述扬声器。

优选地，所述信号转化电路具体为：

数/模转换电路，用于依据所述参考信号生成与所述参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将所述次级信号转化为模拟信号后发送至所述扬声器。

优选地，所述控制器还包括：

设置于所述误差传感器与所述LMS算法处理器之间的模/数转换电路，用于将所述当前的误差噪声信号转换为数字信号，再发送至所述LMS算法处理器。

优选地，所述控制器还包括：

设置于所述数/模转换电路与所述扬声器之间的第一滤波器，用于对所述次级信号进行滤波处理；

设置于所述误差传感器与所述模/数转换电路之间的第二滤波器，用于对所述当前的误差噪声信号进行滤波处理。

优选地，所述控制器还包括：

设置于所述第一滤波器与所述扬声器之间的第一放大器，用于对所述次级信号进行放大处理；

设置于所述误差传感器与所述第二滤波器之间的第二放大器，用于对所述当前的误差噪声信号进行放大处理。

优选地，所述误差传感器具体为麦克风。

本发明提供了一种有源降噪方法，不需要采集噪声源的初级噪声信号，而是依据计算得到的权值系数以及预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号，其中，权值系数根据当前的误差噪声信号计算得到；即通过当前的误差噪声信号来不断调整生成的参考信号，进而调整生成的次级噪声信号，从而实现噪声抵消的目的。可见，本发明中的参考信号依据预先生成的预设基频的谐波分量生成，避免了外部采集获得时的不稳定性，降噪处理的稳定性高。本发明还提供了一种有源降噪装置，采用上述方法，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种有源降噪方法的过程的流程图；

图2为本发明提供的一种有源降噪装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种有源降噪装置中控制器的内部结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种有源降噪方法及其装置，不需要采集噪声源的初级噪声信号，参考信号依据预先生成的预设基频的谐波分量生成，稳定性高。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种有源降噪方法，参见图1所示，图1为本发明提供的一种有源降噪方法的过程的流程图；该方法包括：

步骤101：噪声处理过程中，周期性地采集当前的误差噪声信号；

步骤102：依据误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数；

步骤103：依据新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号；

步骤104：依据参考信号生成与参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号；

步骤105：将次级信号进行电/声转换处理，发出次级声波信号。

可以理解的是，有源降噪装置在每个周期均会进行上述步骤s101～105的操作，在第一个周期内，采集到的误差噪声信号为初级噪声信号，即噪声源发出的信号，在之后的周期中，每个周期的权值系数均是依据误差信号在上一周期的权值系数上进行部分调整，使得得到的次级噪声信号的降噪效果更好，直观上来看即为使得下一周期的误差噪声信号更小。

具体的，依据新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号的过程具体为：

将新的权值系数与预设基频的谐波分量带入参考信号关系式，得到本周期内的参考信号；其中，参考信号关系式具体为：

$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{n1}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{2}{\Σ}}{w}_{ij}\left(n\right)x_{ij}\left(n\right)$

其中，y(n)为本周期内的参考信号，w_ij(n)为新的权值系数，x_ij(n)为预设基频的谐波分量，x_i1(n)具体为预设基频的正弦谐波分量，x_i2(n)为预设基频的余弦谐波分类，i＝1,2,……,n1。

这里的n1具体为正弦谐波分量以及余弦谐波分量的数量，可以为5，当然本发明对此不作限定；另外，由于变压器的噪声主要集中在100Hz～300Hz的部分，故这里的预设基频可以为100Hz，当然，也可以为200Hz或300Hz，或其他频率，本发明对此不做限定。

进一步可知，依据误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数的过程具体为：

确定上一周期的权值系数以及预设基频的谐波分量，将上一周期的权值系数与当前的误差噪声信号带入权值关系式，得到新的权值系数；其中，权值关系式为：

w_ij(n)＝w_ij(n-1)-2μe(n)x_ij(n)

其中，μ为预设的收敛系数，e(n)为当前的误差噪声信号，w_ij(n-1)为上一周期的权值系数。

这里的收敛系数可以设置为0.003，当然，也可设置为其他数值，可根据实验结果自行进行设定。另外，以上权值关系式是根据最陡下降法原理分析得到，仅为优选方案，也可依据其他原理得到相应的权值关系式，但是需要保证，得到的权值关系式对权值系数的调整能够实现逐步降低噪声的目的。

本发明提供了一种有源降噪方法，不需要采集噪声源的初级噪声信号，而是依据计算得到的权值系数以及预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号，其中，权值系数根据当前的误差噪声信号计算得到；即通过当前的误差噪声信号来不断调整生成的参考信号，进而调整生成的次级噪声信号，从而实现噪声抵消的目的。可见，本发明中的参考信号依据预先生成的预设基频的谐波分量生成，避免了外部采集获得时的不稳定性，降噪处理的稳定性高。

本发明还提供了一种有源降噪装置，参见图2所示，图2为本发明提供的一种有源降噪装置的结构示意图；该装置包括：

误差传感器11，用于噪声处理过程中，周期性地采集当前的误差噪声信号；

控制器12，用于依据误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数；依据新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号；依据参考信号生成与参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将次级信号发送至扬声器13；

扬声器13，用于将次级信号进行电/声转换处理，发出次级声波信号。

可以理解的是，本发明中参考信号是依据预先生成的预设基频的谐波分量计算得到，不需要采集噪声源的初级噪声信号，故不需要设置初级传感器，也省去了初级传声通道的建模，使硬件结构更为简单，减少了元器件的数量，节约了成本。

作为优选地，控制器12具体包括：

内部存储器，用于预先生成预设基频的谐波分量并进行存储；

若干个乘法器，用于分别将预设基频的谐波分量与对应的新的权值系数进行乘法操作，并将相乘结果分别发送至加法器；

这里的乘法器的数量与内部存储器中谐波分量的数量(正弦谐波分量与余弦谐波分量之和)相等。

加法器，用于将若干个相乘结果求和，得到的求和结果为本周期内的参考信号；

LMS算法处理器，用于接收误差传感器11采集的当前的误差噪声信号，获得上一周期的权值系数以及预设基频的谐波分量将上一周期的权值系数与当前的误差噪声信号带入权值关系式，得到新的权值系数并分别发送至对应的乘法器；其中，权值关系式为w_ij(n)＝w_ij(n-1)-2μe(n)x_ij(n)，其中，μ为预设的收敛系数，e(n)为当前的误差噪声信号，w_ij(n-1)为上一周期的权值系数；

信号转化电路，用于依据参考信号生成与参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将次级信号发送至扬声器13。

其中，这里的信号转化电路具体为：

数/模转换电路，用于依据参考信号生成与参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将次级信号转化为模拟信号后发送至扬声器13。

可以理解的是，不仅需要将参考信号转换为相位相反的次级信号，同时由于采用上述计算方法计算得到的参考信号一般为数字信号，数字信号无法通过扬声器13直接转换为声波，故需要进行数/模转换。

同样的，控制器12还包括：

设置于误差传感器11与LMS算法处理器之间的模/数转换电路，用于将当前的误差噪声信号转换为数字信号，再发送至LMS算法处理器。

作为优选地，控制器12还包括：

设置于数/模转换电路与扬声器13之间的第一滤波器，用于对次级信号进行滤波处理；

设置于误差传感器11与模/数转换电路之间的第二滤波器，用于对当前的误差噪声信号进行滤波处理。

可以理解的是，这里设置第一滤波器的目的是为了使滤波后的次级信号无尖峰出现，能快速的进入稳定状态。同理，采集到的误差噪声信号一般会含有较多的噪声，为了使LMS算法处理器计算时更为准确，需要首先将杂波滤除。

作为优选地，控制器12还包括：

设置于第一滤波器与扬声器13之间的第一放大器，用于对次级信号进行放大处理；

设置于误差传感器11与第二滤波器之间的第二放大器，用于对当前的误差噪声信号进行放大处理。

其中，误差传感器11具体为麦克风。当然，也可以为其他可以进行声电转换的装置，本发明对此不作限定。

本发明提供了一种有源降噪方法，不需要采集噪声源的初级噪声信号，而是依据计算得到的权值系数以及预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号，其中，权值系数根据当前的误差噪声信号计算得到；即通过当前的误差噪声信号来不断调整生成的参考信号，进而调整生成的次级噪声信号，从而实现噪声抵消的目的。可见，本发明中的参考信号依据预先生成的预设基频的谐波分量生成，避免了外部采集获得时的不稳定性，降噪处理的稳定性高。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种有源降噪方法，其特征在于，包括：

噪声处理过程中，周期性地采集当前的误差噪声信号；

依据所述误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数；

依据所述新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号；

依据所述参考信号生成与所述参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号；

将所述次级信号进行电/声转换处理，发出次级声波信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号的过程具体为：

将所述新的权值系数与所述预设基频的谐波分量带入参考信号关系式，得到所述本周期内的参考信号；其中，所述参考信号关系式具体为：

$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{n1}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{2}{\Σ}}{w}_{ij}\left(n\right)x_{ij}\left(n\right)$

其中，y(n)为所述本周期内的参考信号，w_ij(n)为所述新的权值系数，x_ij(n)为所述预设基频的谐波分量，x_i1(n)具体为预设基频的正弦谐波分量，x_i2(n)为预设基频的余弦谐波分类，i＝1,2,……,n1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据所述误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数的过程具体为：

确定上一周期的权值系数以及所述预设基频的谐波分量，将所述上一周期的权值系数与所述当前的误差噪声信号带入权值关系式，得到所述新的权值系数；其中，所述权值关系式为：

w_ij(n)＝w_ij(n-1)-2μe(n)x_ij(n)

其中，μ为预设的收敛系数，e(n)为所述当前的误差噪声信号，w_ij(n-1)为所述上一周期的权值系数。

4.一种有源降噪装置，其特征在于，包括：

误差传感器，用于噪声处理过程中，周期性地采集当前的误差噪声信号；

控制器，用于依据所述误差噪声信号进行权值计算，得到新的权值系数；依据所述新的权值系数与预先生成的预设基频的谐波分量得到本周期内的参考信号；依据所述参考信号生成与所述参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将所述次级信号发送至扬声器；

所述扬声器，用于将所述次级信号进行电/声转换处理，发出次级声波信号。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器具体包括：

内部存储器，用于预先生成所述预设基频的谐波分量并进行存储；

若干个乘法器，用于分别将所述预设基频的谐波分量与对应的所述新的权值系数进行乘法操作，并将相乘结果分别发送至加法器；

所述加法器，用于将若干个所述相乘结果求和，得到的求和结果为所述本周期内的参考信号；

LMS算法处理器，用于接收所述误差传感器采集的所述当前的误差噪声信号，获得上一周期的权值系数以及所述预设基频的谐波分量将所述上一周期的权值系数与所述当前的误差噪声信号带入权值关系式，得到所述新的权值系数并分别发送至对应的乘法器；其中，所述权值关系式为w_ij(n)＝w_ij(n-1)-2μe(n)x_ij(n)，其中，μ为预设的收敛系数，e(n)为所述当前的误差噪声信号，w_ij(n-1)为所述上一周期的权值系数；

信号转化电路，用于依据所述参考信号生成与所述参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将所述次级信号发送至所述扬声器。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号转化电路具体为：

数/模转换电路，用于依据所述参考信号生成与所述参考信号频率相同、幅值相同且相位相反的次级信号，并将所述次级信号转化为模拟信号后发送至所述扬声器。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括：

设置于所述误差传感器与所述LMS算法处理器之间的模/数转换电路，用于将所述当前的误差噪声信号转换为数字信号，再发送至所述LMS算法处理器。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括：

设置于所述数/模转换电路与所述扬声器之间的第一滤波器，用于对所述次级信号进行滤波处理；

设置于所述误差传感器与所述模/数转换电路之间的第二滤波器，用于对所述当前的误差噪声信号进行滤波处理。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制器还包括：

设置于所述第一滤波器与所述扬声器之间的第一放大器，用于对所述次级信号进行放大处理；

设置于所述误差传感器与所述第二滤波器之间的第二放大器，用于对所述当前的误差噪声信号进行放大处理。

10.根据权利要求4-9任一项所述的装置，其特征在于，所述误差传感器具体为麦克风。