CN106782487A - 反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算方法和模块，反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真方法和系统、以及计算机设备。所述降噪灵敏度计算方法根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度。本发明优化了反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算方式和降噪量仿真系统。

Description

反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真方法和系统
技术领域
本发明涉及声学技术，具体而言，涉及反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算方法、反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真方法、反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算模块、反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真系统、以及计算机设备。
背景技术
随着社会的不断发展，噪声污染越来越引起人们的重视。尤其是低频噪声，对身体健康的危害很大，在噪声控制领域也是一个长久以来的难题。
传统的被动噪声控制方法对低频噪声的降噪效果甚微，主动噪声控制技术可弥补被动噪声控制技术的不足。主动噪声控制技术主要是利用了声波的干涉原理，通过控制电路产生一个与噪声信号等值反相的降噪信号来抵消原有噪声信号。
参考图1和图2说明现有技术中对反馈式主动降噪耳机的降噪系统的仿真方案：
d为到达误差麦克风附近的噪声信号，G为喇叭1到误差麦克风2的声学通道的传递函数，H为降噪控制电路响应，c是降噪信号，e为d和c混合后残余的误差信号。外部噪声进入到误差麦克风附近，误差麦克风2采集到误差信号后，通过降噪控制电路产生等值反相信号以抵消噪声。
由图1和图2可以得到主动降噪系统的降噪灵敏度函数，S为降噪灵敏度。根据该降噪灵敏度函数可计算该主动降噪系统的降噪量。在设计反馈控制电路时，可根据计算出的降噪灵敏度对降噪量进行仿真计算，提高工作效率和设计成本，因此仿真计算出的降噪量的准确性就显得尤为重要。但经实际测试发现，参见图3所示，曲线a为主动降噪耳机的降噪量的实测结果，曲线b为利用上述降噪灵敏度函数仿真计算出的降噪量，横轴为频率(Hz)，纵轴为降噪量(dBSPL)，可以看出，按照这种方式仿真计算出的降噪量和实际降噪量相比大体一致，但是在1KHz附近差别较大，不利于对耳机的设计。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种更贴近实际测量结果的反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算方法，根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度。
根据本发明的第二方面，提供了一种反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真方法，包括以下步骤：
根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度；以及，
根据计算出的降噪灵敏度仿真计算所述主动降噪耳机的降噪量。
根据本发明的第三方面，提供了一种反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算模块，所述降噪灵敏度计算模块，用于根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度。
根据本发明的第四方面，提供了一种反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真系统，包括降噪灵敏度计算模块和降噪量仿真模块；
所述降噪灵敏度计算模块，用于根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度；以及，
所述降噪量仿真计算模块，用于根据所述降噪灵敏度计算模块计算出的降噪灵敏度仿真计算所述主动降噪耳机的降噪量。
根据本发明的第五方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制处理器进行相应操作以执行前述灵敏度检测方法。
根据本发明的第六方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制处理器进行相应操作以执行前述降噪量仿真方法。
本发明进一步优化了反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算方式，对反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真系统进行了优化。本发明利用类似于虚拟传声器的思想，在人耳处重新构造误差信号，重新进行系统灵敏度的计算，使得仿真结果的准确度大幅提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。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相关的附图。
图1-2为现有技术中主动降噪仿真系统的原理图。
图3为主动降噪耳机的实测降噪量和利用图2所示的主动降噪仿真系统计算出的降噪量的对比示意图。
图4为本发明实施例提供的主动降噪仿真系统的原理图。
图5为主动降噪耳机的实测降噪量和利用图4所示的主动降噪仿真系统计算出的降噪量的对比示意图。
图6为本发明本实施例提供的计算机设备的硬件配置的框图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在声学领域中，以外部噪声作为声源的声学通道为初级通道，以耳机喇叭作为声源的声学通道为次级通道。
在图2所示的主动降噪仿真系统中，按照降噪灵敏度函数计算出的降噪量相当于是误差麦克风处的降噪量，而实际测量的降噪量为人耳处，两者之间存在着误差。
为了得到准确的仿真结果，应保证仿真结果与实测结果在同一位置。本发明将仿真降噪区域移动到人耳处，保证仿真与实测的一致性。本发明利用类似于虚拟传声器的思想，在人耳处重新构造误差信号，重新进行系统灵敏度的计算，使得仿真结果的准确度大幅提高。本发明优化后的系统如图4所示：
d为进入到误差麦克风附近的噪声信号，c是降噪信号，e为d和c混合后残余的误差信号，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，dv为d传递到人耳处的信号，cv为e经过降噪控制电路响应后传递到人耳处的信号，ev为dv和cv混合后残余的误差信号，Sv为人耳处的降噪灵敏度，根据该框图可推导出在人耳处的降噪灵敏度Sv：
cv＝eGvH
dv＝dPpv＝(e-c)Ppv＝(e-eGH)Ppv
ev＝dv+cv
根据该降噪灵敏度函数对耳机的降噪量重新进行仿真，与实测结果对比如图5所示：曲线a为主动降噪耳机的降噪量的实测结果，曲线c为利用上述降噪灵敏度函数仿真计算出的降噪量，横轴为频率(Hz)，纵轴为降噪量(dBSPL)，可以看出，本发明仿真计算出的降噪量和实际降噪量的一致程度高，本发明仿真计算出的降噪量比现有仿真系统计算出的降噪量具有更高的准确度，尤其在1KHz附近更为明显。
对于本领域技术人员来说，可以通过硬件方式、软件方式或软硬件结合的方式实现上述反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算方法。基于同一发明构思，本发明提出了一种反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算模块。
所述降噪灵敏度计算模块，用于根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度。
基于同一发明构思，本发明还提出了一种反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真方法，包括以下步骤：
步骤1、根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度；以及，
步骤2、根据计算出的降噪灵敏度仿真计算所述主动降噪耳机的降噪量。
对于本领域技术人员来说，可以通过硬件方式、软件方式或软硬件结合的方式实现上述反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真方法。基于同一发明构思，本发明还提出了一种反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真系统，包括降噪灵敏度计算模块和降噪量仿真模块；
所述降噪灵敏度计算模块，用于根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度；以及，
所述降噪量仿真计算模块，用于根据所述降噪灵敏度计算模块计算出的降噪灵敏度仿真计算所述主动降噪耳机的降噪量。
图6显示了用于实现本发明的降噪灵敏度计算方法和/或降噪量仿真方法的计算机设备的硬件配置的框图。计算机设备300包括处理器3010、存储器3020、接口装置3030、通信装置3040、显示装置3050、输入装置3060、扬声器3070、麦克风3080。
所述存储器3020用于存储指令，所述指令用于控制处理器3010进行相应操作以实现本发明的降噪灵敏度计算方法和/或降噪量仿真方法。
处理器3010例如可以是中央处理器CPU、微处理器MCU等。存储器3020例如包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储器等。接口装置3030例如包括USB接口、耳机接口等。通信装置3040例如能够进行有线或无线通信。显示装置3050例如是液晶显示屏、触摸显示屏等。输入装置3060例如可以包括触摸屏、键盘等。用户可以通过扬声器3070和麦克风3080输入/输出语音信息。
图6所示的设备仅是解释性的，并且决不是为了要限制本发明、其应用或用途。本领域技术人员应当理解，尽管在图6中示出了多个装置，但是，本发明可以仅涉及其中的部分装置。本领域技术人员可以根据本发明所公开方案设计指令，指令如何控制处理器进行操作是本领域公知技术，故在此不再详细描述。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。另外，对于装置实施例而言，由于其是与方法实施例相对应，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的对应部分的说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可是不是物理上分开的。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，在本文中，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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算方法，其特征在于，根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度。
2.一种反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度；以及，
根据计算出的降噪灵敏度仿真计算所述主动降噪耳机的降噪量。
3.一种反馈式主动降噪耳机的降噪灵敏度计算模块，其特征在于，所述降噪灵敏度计算模块，用于根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度。
4.一种反馈式主动降噪耳机的降噪量仿真系统，其特征在于，包括降噪灵敏度计算模块和降噪量仿真模块；
所述降噪灵敏度计算模块，用于根据计算所述主动降噪耳机的降噪灵敏度，其中，H为降噪控制电路响应，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，Ppv为初级通道中误差麦克风到人耳处的传递函数，Gv为喇叭到人耳处的声学通道的传递函数，Sv为降噪灵敏度；以及，
所述降噪量仿真计算模块，用于根据所述降噪灵敏度计算模块计算出的降噪灵敏度仿真计算所述主动降噪耳机的降噪量。
5.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行相应操作以执行根据权利要求1所述的灵敏度检测方法。
6.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行相应操作以执行根据权利要求2所述的降噪量仿真方法。
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