CN107045778A - 一种多功能噪音抵消系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能噪音抵消系统，包括阵列采集麦克、阵列采集单元、音频数字信号处理装置、自适应控制装置、阵列振荡器；阵列采集麦克用于拾取噪声信号输入到阵列采集单元，阵列采集单元将输出信号作为参考信号输入到音频数字信号处理装置，音频数字信号处理装置与自适应控制装置连接并输出误差信号，并将误差信号输入到阵列振荡器中。本发明提供的主动降噪系统利用反振动技术和智能控制技术来实现降噪系统，与被动降噪方式相比，便携性强。同时解决了被动降噪方式无法很好的降低低频噪声的问题，主动降噪对于低频噪音信号的消除有明显的效果，使降噪系统更加便捷和智能化。

Description

一种多功能噪音抵消系统

技术领域

本发明涉及声音降噪技术领域，特别是一种多功能噪音抵消系统。

背景技术

声音是人们生活中不可缺少的一部分，它是信息传播的载体，在人们日常的交谈、娱乐、工作和生活中起着十分重要的作用。但有一部分声音会使人们感到烦躁，干扰人们正常工作生活，影响人们的身心健康。随着社会的进步和发展，噪声污染越来越严重，己成为一种公害。它和空气污染、水污染一起被称为当今的三大污染。

降低噪声通常所采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪，这些技术都是消极被动的。

被动降噪以物理隔音为主，只能针对每个特定环境做出提前的物理隔音处理，和被动降噪相比拥有便携性强的特点，在任何需要降噪场景都可以携带使用，适用范围广泛。

在被动降噪方式中，会出现两方面问题，第一方面是某些噪音是无法通过物理方式隔绝的，另一方面，很多情况下，噪音来自于多方面，我们无法通过传统方法来进行降噪。

第一，解决便携性问题。针对被动降噪方式，只能针对特定环境做出特定设计隔音降噪方案，具有可移植性差的特点。采用主动降噪系统装置，通过小型设备模块化设计，使得便携性强，能够适应各种不同的噪音场合，针对噪音不同，降噪系统功能做出相应调整，自适应不同复杂场合。

第二，解决被动降噪无法解决的低频噪音降噪问题。被动降噪屏蔽的是高频噪声，它更适合一些比较规则的降噪场景，通过堆积隔音材料来实现。但是对付环境复杂，且大量低频共振噪声就束手无策。主动降噪通过麦克风拾音，可以有效地处理复杂环境的噪音，例如车内、机舱等环境。所以说，某些特定条件下，主动降噪的优势极为明显。主动降噪对于低频噪音信号的消除有明显的效果，尤其是空调、发动机等噪声。最多可降低25dB-30dB的环境噪音。相比于被动降噪来说，主动降噪的效果更加智能。

第三，增加多种应用模式，提高用户使用效果。本发明中最重要的一个特点就是功能性应用场景广：在医院等必须保证安静的场合可以使用该系统的绝对静音模式，屏蔽周围所有声音；在需要隐私保护的场景下，通过调整系统模式，保护你和别人交流时的隐私安全，不让外界的人听到；会议模式，在会议场合，多人交流过程中为了不受外界噪音影响，设置会议模式，使降噪系统提取需要的声音保证会议中正常交流，将其他外界噪音信息滤除降噪。

第四，智能终端控制。对于一些降噪设备的无线智能控制中存在的问题。本发明中采用手机平板端通过无线网络智能控制降噪装置，调整降噪范围影响面积，改变控制改变应用场景，构建出完善的降噪系统。

因此，需要一种主动降噪系统。

发明内容

本发明的目的是提出一种多功能噪音抵消系统；该系统采用主动降噪实现降低噪声。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的多功能噪音抵消系统，包括阵列采集麦克、阵列采集单元、音频数字信号处理装置、自适应控制装置和阵列振荡器；

所述阵列采集麦克用于拾取噪声信号输入到阵列采集单元，所述阵列采集单元将输出信号作为参考信号输入到音频数字信号处理装置，所述音频数字信号处理装置与自适应控制装置连接并输出误差信号，并将所述误差信号输入到阵列振荡器中，还包括声纹识别数字处理装置和音频降噪电路，所述自适应控制装置与声纹识别数字处理装置连接；所述声纹识别数字处理装置与音频降噪电路连接；所述音频降噪电路与阵列振荡器连接。

进一步，还包括智能控制终端和WiFi模块，所述智能控制终端通过无线远程模式控制与WiFi模块连接，所述WiFi模块与音频数字信号处理装置连接。

进一步，所述智能终端设置有显示装置，所述显示装置用于显示降噪结果和电量信号。

进一步，还包括安静模式按钮、会议模式按钮和隐私模式按钮；所述安静模式按钮、会议模式按钮和隐私模式按钮设置于智能控制终端；所述安静模式按钮与音频数字信号处理装置连接；所述会议模式按钮和隐私模式按钮分别与声纹识别数字处理装置连接。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明提供的主动降噪系统利用反振动技术和智能控制技术来实现降噪系统，与被动降噪方式相比，便携性强。同时解决了被动降噪方式无法很好的降低低频噪声的问题，主动降噪对于低频噪音信号的消除有明显的效果。针对不同需求，可提供多种降噪模式，提高了用户的应用范围。通过智能终端控制，使降噪系统更加便捷和智能化。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为自适应主动降噪终端系统架构。

图2为声纹识别降噪系统架构。

图3为智能无线控制系统架构。

图4为降噪系统功能流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图所示，本实施例提供的多功能噪音抵消系统，包括阵列采集麦克、阵列采集单元、音频数字信号处理装置、自适应控制装置、阵列振荡器、自适应控制装置、声纹识别数字处理装置；

所述阵列采集麦克用于拾取噪声信号输入到阵列采集单元，所述阵列采集单元将处理后的信号作为参考信号输入到音频数字信号处理装置，所述音频数字信号处理装置在自适应控制装置的控制下处理得到误差信号，所述误差信号输入到阵列振荡器中，得到抗噪信号。

所述自适应控制装置与声纹识别数字处理装置连接；所述声纹识别数字处理装置通过模式识别获取特征音频，并将提取到的特征音频输入到音频降噪电路进行降噪处理，处理后的反相信号输入到阵列振荡器。

还包括智能控制终端和WiFi模块，所述智能控制终端通过无线远程模式控制与WiFi模块连接，所述WiFi模块与音频数字信号处理装置连接。

所述智能终端设置有显示装置，所述显示装置用于显示降噪结果和电量信号。

还包括安静模式按钮、会议模式按钮和隐私模式按钮；所述安静模式按钮、会议模式按钮和隐私模式按钮设置于智能控制终端。安静模式按钮与音频数字信号处理装置连接；会议模式按钮和隐私模式按钮分别与声纹识别数字处理装置连接。

实施例2

本实施例提供的多功能噪音抵消系统，采用主动降噪方法来实现声音的降噪；克服了传统的被动降噪所带来的缺陷，被动降噪是以物理隔音为主，只能针对每个特定环境做出提前的物理隔音处理，和被动降噪相比拥有便携性强的特点，在任何需要降噪场景都可以携带使用，适用范围广泛。采用主动降噪系统装置，通过小型设备模块化设计，使得便携性强，能够适应各种不同的噪音场合，针对噪音不同，降噪系统功能做出相应调整，自适应不同复杂场合。可制作成为智能终端设备；如在手机平板端通过无线网络来实现智能控制降噪的装置，调整降噪范围影响面积，改变控制改变应用场景，构建出完善的降噪系统。

同时，被动降噪无法解决低频噪音降噪问题。被动降噪屏蔽的是高频噪声，它更适合一些比较规则的降噪场景，通过堆积隔音材料来实现。但是对付环境复杂，且大量低频共振噪声就束手无策。主动降噪通过麦克风拾音，可以有效地处理复杂环境的噪音，例如车内、机舱等环境。所以说，某些特定条件下，主动降噪的优势极为明显。主动降噪对于低频噪音信号的消除有明显的效果，尤其是空调、发动机等噪声。最多可降低25dB-30dB的环境噪音。相比于被动降噪来说，主动降噪的效果更加智能。增加多种应用模式，提高用户使用效果。

本实施例提供的主动降噪应用场景广：在医院等必须保证安静的场合可以使用该系统的绝对静音模式，屏蔽周围所有声音；在需要隐私保护的场景下，通过调整系统模式，保护你和别人交流时的隐私安全，不让外界的人听到；会议模式，在会议场合，多人交流过程中为了不受外界噪音影响，设置会议模式，使降噪系统提取需要的声音保证会议中正常交流，将其他外界噪音信息滤除降噪。

本实施例提供的音频降噪电路采用现有技术在音频降噪电路，如申请号为201410553620中的的音频降噪电路。

本实施提供的主动降噪系统的基本原理是将声音分解为一定的频谱组合，如果可以找到一种频率的声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反，相差180°，就可以将这噪声完全抵消掉。因此，首先要收集噪音的波型特点，然后通过内置的处理芯片运算出反相的波，再通过高还原度扬声器相抵消。所以主动降噪系统必备的设备有拾音器、处理芯片、扬声器，每一个部分都要保证高质量才能达到最终的效果。

本实施例采用自适应滤波的数字滤波器器来消除噪声，可同时实现纠正相位错误和幅度错误。本实施例提供的采用自适应滤波的数字滤波器器采用现有技术中的相关方法，如申请号为201380034385在自适应滤波器。

降噪装置降噪过程：在降噪装置的顶部放置一只传声器拾取噪声信号作为参考信号，自适应滤波器利用当前信号经过降噪系统模型的转移函数来预测一定范围内的噪声，然后将预测噪声反相后与所需音频信号进行叠加，最终传送给系统的换能器。置于降噪装置内的传声器拾取实际的声音并产生一个误差信号，使滤波器收敛于零以得到更加准确的抗噪信号。

本实施例采用多向阵列采集处理技术，在时频域的基础上增加一个空间域，对来自空间不同方向的信号进行实时处理，解决三维空间信号采集处理问题，使降噪效果更好。

在针对隐私模式和会议模式中，使用到了声纹识别技术和多方向阵列采集并行处理技术。通过其中的特征提取技术和模式识别技术完成。从降噪系统接收到的所有声音中通过声纹识别技术，提取出特征音频，进行保留，对其他噪音进行降噪处理。

在隐私模式中，通过声纹识别技术让周围人无法听到用户的隐私谈话内容。会议模式中，用户只听到会议中的谈话，通过降噪系统筛选出外界噪音频率并将外界噪音全部滤除。

如图1所示，本系统的降噪装置降噪过程：在降噪装置的顶部放置一只传声器拾取噪声信号作为参考信号，自适应滤波器利用当前信号经过降噪系统模型的转移函数来预测一定范围内的噪声，然后将预测噪声反相后与所需音频信号进行叠加，最终传送给系统的换能器。置于降噪装置内的传声器拾取实际的声音并产生一个误差信号，使滤波器收敛于零以得到更加准确的抗噪信号。

如图2所示，阵列麦克接收到外界噪声，模式控制单元原则处理模式，通过音频处理单元进行处理，送至声纹识别数字处理装置进行模式识别和特征提取，将提取到的特征音频进行降噪处理，处理后的反相信号通过阵列振荡器发送出去。

本实施例提供的采用声纹识别技术可以采用现有技术中的声纹识别方法和装置；如申请号为201410815733所述的相关方法。以及其中的音频数字信号处理装置采用现有技术中的处理器，如申请号为201510706312中的音频数字信号处理器及系统。

如图3所示，智能控制终端对降噪装置进行无线远程模式控制，根据具体用户应用场景需求切换应用模式，智能终端能够发送控制指令调整降噪效果距离范围。智能终端同时能够接收到降噪装置反馈的降噪效果监测数据以及电量显示管理。

如图4所示，降噪系统功能流程图，图中描述本发明有三种模式，分别是安静模式按钮、会议模式按钮和隐私模式按钮。通过手机智能终端选择不同模式。当选择安静模式时，直接进行自适应全音频段数字信号处理，将反相信号通过阵列振荡器发送出去；当选择会议模式时，采用声纹识别技术，提取用户语音信号，将剩余音频信号进行数字信号处理，反相信号通过阵列振荡器发送出去；当选择隐私模式时，通过声纹识别将用户语音信号和剩余音频信号分别进行数字信号处理，将处理后的反相信号通过能够定向发送信号的阵列振荡器分别定向将反相信号发射出去，实现噪声抵消。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (4)

1.一种多功能噪音抵消系统，其特征在于：包括阵列采集麦克、阵列采集单元、音频数字信号处理装置、自适应控制装置和阵列振荡器；

所述阵列采集麦克用于拾取噪声信号输入到阵列采集单元，所述阵列采集单元将输出信号作为参考信号输入到音频数字信号处理装置，所述音频数字信号处理装置与自适应控制装置连接并输出误差信号，并将所述误差信号输入到阵列振荡器中，所述多功能噪音抵消系统还包括声纹识别数字处理装置和音频降噪电路，所述自适应控制装置与声纹识别数字处理装置连接；所述声纹识别数字处理装置与音频降噪电路连接；所述音频降噪电路与阵列振荡器连接。

2.如权利要求1所述的多功能噪音抵消系统，其特征在于：还包括智能控制终端和WiFi模块，所述智能控制终端通过无线远程模式控制与WiFi模块连接，所述WiFi模块与音频数字信号处理装置连接。

3.如权利要求2所述的多功能噪音抵消系统，其特征在于：所述智能控制终端设置有显示装置，所述显示装置用于显示降噪结果和电量信号。

4.如权利要求2所述的多功能噪音抵消系统，其特征在于：还包括安静模式按钮、会议模式按钮和隐私模式按钮；所述安静模式按钮、会议模式按钮和隐私模式按钮设置于智能控制终端；所述安静模式按钮与音频数字信号处理装置连接；所述会议模式按钮和隐私模式按钮分别与声纹识别数字处理装置连接。