CN111210801B - 一种有调噪声补偿消除方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有调噪声补偿消除方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)识别原声场的噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；2)计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值，若差值小于等于预设阈值则保持现状；若差值大于阈值则进入步骤3)；3)得到需要补偿的临界频带声压级；4)在原声场中，通过二次声源发出需要补偿的临界频带声压级，将需要补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声；5)计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声差值，若差值小于等于阈值则保持现状；若差值大于阈值则进入步骤3)，本发明可广泛用于降噪领域中。

Description

一种有调噪声补偿消除方法及系统
技术领域
本发明是关于一种有调噪声补偿消除方法及系统，属于降噪领域。
背景技术
在现实生活中，噪声如果按照频率成分分布分类的话，可分为宽带噪声、窄带噪声和有调噪声，其中，有调噪声的定义为出自总声音且具有单一频率特性的可听声，例如柴油发电机组和电力变压器(电抗器、电容器)等，在其噪声成分中均存在有调噪声。经实际检测分析，有调噪声是造成噪声控制中达标依然扰民现象的重要原因，因此，消除有调噪声对改善居民的声环境质量有着重要的意义。
传统降噪手段(吸声、隔声、消声、隔振)的声学性能曲线基本符合线性特征，但是对于总噪声中有调噪声成分的“消峰能力”较差，这意味着即便降噪处理后，有调噪声成分依然存在，并无法使人耳可听度(人耳对不同频率和强度声音刺激的感受程度)降低到可以接受的范围内。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够降低人耳可听度进而能够降低噪声影响的有调噪声补偿消除方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种有调噪声补偿消除方法，包括以下内容：1)识别原声场的噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；2)计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则进入步骤3)；3)根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，得到需要补偿的临界频带声压级；4)在原声场中，通过二次声源发出需要补偿的临界频带声压级，将需要补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声；5)计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则进入步骤3)重新得到需要补偿的临界频带声压级。
进一步地，所述步骤1)的具体过程为：1.1)对原声场中包括有调噪声的总声音进行现场录制，获取原声场中的噪声信号；1.2)对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级。
进一步地，所述步骤3)的具体过程为：3.1)根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，通过滤波器滤除噪声信号中的有调噪声，保留滤除有调噪声后的残余信号；3.2)通过信号放大器对残余信号进行放大处理，得到需要补偿的临界频带声压级。
进一步地，所述需要补偿的临界频带声压级所在频段为有调噪声所在的临界频带。
一种有调噪声补偿消除方法，包括以下内容：①识别原声场的噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；②计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则进入步骤③；③以临界频带噪声总声压级为基准，在获取的噪声信号中增加人工合成的随机噪声，得到需要补偿的临界频带声压级；④在原声场中，通过二次声源发出需要补偿的临界频带声压级，将需要补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声；⑤计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则进入步骤③重新得到需要补偿的临界频带声压级。
进一步地，所述步骤①的具体过程为：a)对原声场中包括有调噪声的总声音进行现场录制，获取原声场中的噪声信号；b)对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级。
进一步地，所述需要补偿的临界频带声压级所在频段为有调噪声所在的临界频带。
一种有调噪声补偿消除系统，包括：传声器，用于获取实际声场中的噪声信号；FFT分析模块，用于对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；差值计算模块，用于计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值；第一噪声信号分析模块，用于根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，得到需要补偿的临界频带声压级；扩声装置，用于将需要补偿的临界频带声压级反馈至原声场中，将补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声；校验模块，用于计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则通过第一噪声信号分析模块重新得到需要补偿的临界频带声压级。
进一步地，所述第一噪声信号分析模块包括：滤波器，用于根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，滤除噪声信号中的有调噪声；信号放大器，用于对滤除有调噪声后的残余信号进行放大处理，得到需要补偿的临界频带声压级。
一种有调噪声补偿消除系统，包括：传声器，用于获取实际声场中的噪声信号；FFT分析模块，用于对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；差值计算模块，用于计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值；第二噪声信号分析模块，用于以临界频带噪声总声压级为基准，在获取的噪声信号中增加人工合成的随机噪声，得到需要补偿的临界频带声压级；扩声装置，用于将需要补偿的临界频带声压级反馈至原声场中，将补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声；校验模块，用于计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则通过第二噪声信号分析模块重新得到需要补偿的临界频带声压级。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明基于临界频带(即在此频带之外的声音对该频带内的有调噪声可听度没有显著影响)的心理声学概念，通过提升含有有调噪声的临界频带内其他频率成分的声压级，或在含有有调噪声的临界频带内增加人工合成的随机噪声的方式，达到降低有调噪声可听度的效果，进而能够降低噪声的影响。
2、本发明区别于原始被动降噪只针对有调噪声进行处理的方式，通过对有调噪声的临界频带声压级进行能量补偿，从而达到降低人耳可听度的最终治理目标，通过适当地增加向外辐射噪声在特定频段的强度，在不显著增加总声压级的前提下消除有调噪声，可以广泛应用于降噪领域中。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是应用本发明实施例一的方法的效果示意图，其中，
Figure BDA0002391184590000031
为采用本实施例方法处理后的噪声频谱，
Figure BDA0002391184590000032
为原始噪声频谱；
图3是应用本发明实施例二的方法的效果示意图，其中，
Figure BDA0002391184590000033
为采用本实施例方法处理后的噪声频谱，
Figure BDA0002391184590000034
为原始噪声频谱。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的有调噪声补偿消除方法，包括以下步骤：
1)对原声场中包括有调噪声的总声音进行现场录制，获取实际声场(即原声场)中的噪声信号。
2)对获取的噪声信号进行FFT(快速傅里叶变换)分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，其中，快速傅里叶变换分析为现有技术公开的方法，具体过程在此不多做赘述，有调噪声的临界频带声压级Lpt为：
Figure BDA0002391184590000041
式中，Lpit为最大有调噪声频率声压级及差值10dB以内(含10dB)的相邻频率声压级。
3)计算有调噪声的临界频带声压级Lpt与掩蔽噪声的临界频带声压级Lpn的差值ΔL，若ΔL≤2dB，则保持现状；若ΔL>2dB，则进入步骤4)，其中，掩蔽噪声的临界频带声压级Lpn为：
Figure BDA0002391184590000042
式中，Bcrit为临界频带宽，取值为100Hz；Beff为有效分析带宽，取值频率分辨率的1.5倍，单位为Hz；Lpn,avg为对频谱范围内除Lpit外的其他噪声级的算数平均值。
4)根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，基于有调噪声的定义，得到需要补偿的临界频带声压级，其中，需要补偿的临界频带声压级所在频段为有调噪声所在的临界频带(如果有调噪声频率所在频段为50Hz～500Hz，临界频带为100Hz；如果有调噪声频率所在频段为500Hz以上，临界频带为有调噪声所在中心频率的20％)，例如：有调噪声频率所在频段为100Hz，临界频带为50Hz～150Hz；有调噪声频率所在频段为400Hz，临界频带为350Hz～450Hz；有调噪声频率所在频段为800Hz，临界频带为720Hz～880Hz，具体为：
4.1)根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，通过滤波器滤除噪声信号中的有调噪声，保留滤除有调噪声后的残余信号。
4.2)通过信号放大器对残余信号进行放大处理，提升需要补偿的临界频带内各频率成分的声能，得到需要补偿的临界频带声压级。
5)在原声场中，通过二次声源发出需要补偿的临界频带声压级，将需要补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级Lpt进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，通过补偿将有调噪声转为非有调噪声。
6)对补偿结果进行校验：计算有调噪声的临界频带声压级Lpt与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值ΔL，若ΔL≤2dB，则保持现状；若ΔL>2dB，则进入步骤4)重新得到需要补偿的临界频带声压级。应用本实施例方法的效果如图2所示。
实施例二
本实施例与实施例一的内容基本相同：
1)对原声场中包括有调噪声的总声音进行现场录制，获取实际声场(即原声场)中的噪声信号。
2)对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级。
3)计算有调噪声的临界频带声压级Lpt与掩蔽噪声的临界频带声压级Lpn的差值ΔL，若ΔL≤2dB，则保持现状；若ΔL>2dB，则进入步骤4)。
4)得到需要补偿的临界频带声压级。
5)在原声场中，通过二次声源发出需要补偿的临界频带声压级，将需要补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级Lpt进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，通过补偿将有调噪声转为非有调噪声。
6)计算有调噪声的临界频带声压级Lpt与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值ΔL，若ΔL≤2dB，则保持现状；若ΔL>2dB，则进入步骤4)重新得到需要补偿的临界频带声压级。
不同的是本实施例将实施例一步骤4)中的根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，基于有调噪声的定义，得到需要补偿的临界频带声压级，替换成：
4)以临界频带噪声总声压级为基准，在获取的噪声信号中增加人工合成的随机噪声(例如白噪声、粉红噪声等)，提升噪声临界频带声能，得到需要补偿的临界频带声压级。应用本实施例方法的效果如图3所示。
实施例三
基于上述实施例一，本实施例提供一种有调噪声补偿消除系统，包括传声器、FFT分析模块、差值计算模块、第一噪声信号分析模块、扩声装置和校验模块。
传声器用于对原声场中包括有调噪声的总声音进行现场录制，获取实际声场中的噪声信号。
FFT分析模块用于对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级Lpt。
差值计算模块用于计算有调噪声的临界频带声压级Lpt与掩蔽噪声的临界频带声压级Lpn的差值ΔL。
第一噪声信号分析模块用于根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，基于有调噪声的定义，得到需要补偿的临界频带声压级。
扩声装置用于将需要补偿的临界频带声压级反馈至原声场中，将补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级Lpt进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声。
校验模块用于计算有调噪声的临界频带声压级Lpt与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值ΔL，若ΔL≤2dB，则保持现状；若ΔL>2dB，则通过第一噪声信号分析模块重新得到需要补偿的临界频带声压级。
在一个优选的实施例中，第一噪声信号分析模块包括滤波器和信号放大器滤波器用于根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，滤除噪声信号中的有调噪声。信号放大器用于对滤除有调噪声后的残余信号进行放大处理，得到需要补偿的临界频带声压级。
实施例四
基于上述实施例二，本实施例提供一种有调噪声补偿消除系统，包括传声器、FFT分析模块、差值计算模块、第二噪声信号分析模块、扩声装置和校验模块。
传声器用于对原声场中包括有调噪声的总声音进行现场录制，获取实际声场中的噪声信号。
FFT分析模块用于对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级Lpt。
差值计算模块用于计算有调噪声的临界频带声压级Lpt与掩蔽噪声的临界频带声压级Lpn的差值ΔL。
第二噪声信号分析模块用于以临界频带噪声总声压级为基准，在获取的噪声信号中增加人工合成的随机噪声，得到需要补偿的临界频带声压级。
扩声装置用于将需要补偿的临界频带声压级反馈至原声场中，将补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级Lpt进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声。
校验模块用于计算有调噪声的临界频带声压级Lpt与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值ΔL，若ΔL≤2dB，则保持现状；若ΔL>2dB，则通过第二噪声信号分析模块重新得到需要补偿的临界频带声压级。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种有调噪声补偿消除方法，其特征在于，包括以下内容：
1)识别原声场的噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；
2)计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则进入步骤3)；
3)根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，得到需要补偿的临界频带声压级，所述步骤3)的具体过程为：
3.1)根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，通过滤波器滤除噪声信号中的有调噪声，保留滤除有调噪声后的残余信号；
3.2)通过信号放大器对残余信号进行放大处理，得到需要补偿的临界频带声压级；
4)在原声场中，通过二次声源发出需要补偿的临界频带声压级，将需要补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声；
5)计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则进入步骤3)重新得到需要补偿的临界频带声压级。
2.如权利要求1所述的一种有调噪声补偿消除方法，其特征在于，所述步骤1)的具体过程为：
1.1)对原声场中包括有调噪声的总声音进行现场录制，获取原声场中的噪声信号；
1.2)对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级。
3.如权利要求1至2任一项所述的一种有调噪声补偿消除方法，其特征在于，所述需要补偿的临界频带声压级所在频段为有调噪声所在的临界频带。
4.一种有调噪声补偿消除方法，其特征在于，包括以下内容：
①识别原声场的噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；
②计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则进入步骤③；
③以临界频带噪声总声压级为基准，在获取的噪声信号中增加人工合成的随机噪声，得到需要补偿的临界频带声压级；
④在原声场中，通过二次声源发出需要补偿的临界频带声压级，将需要补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声；
⑤计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则进入步骤③重新得到需要补偿的临界频带声压级。
5.如权利要求4所述的一种有调噪声补偿消除方法，其特征在于，所述步骤①的具体过程为：
a)对原声场中包括有调噪声的总声音进行现场录制，获取原声场中的噪声信号；
b)对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级。
6.如权利要求4所述的一种有调噪声补偿消除方法，其特征在于，所述需要补偿的临界频带声压级所在频段为有调噪声所在的临界频带。
7.一种有调噪声补偿消除系统，其特征在于，包括：
传声器，用于获取实际声场中的噪声信号；
FFT分析模块，用于对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；
差值计算模块，用于计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值；
第一噪声信号分析模块，用于根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，得到需要补偿的临界频带声压级，所述第一噪声信号分析模块包括：
滤波器，用于根据有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级，滤除噪声信号中的有调噪声；
信号放大器，用于对滤除有调噪声后的残余信号进行放大处理，得到需要补偿的临界频带声压级；
扩声装置，用于将需要补偿的临界频带声压级反馈至原声场中，将补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声；
校验模块，用于计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则通过第一噪声信号分析模块重新得到需要补偿的临界频带声压级。
8.一种有调噪声补偿消除系统，其特征在于，包括：
传声器，用于获取实际声场中的噪声信号；
FFT分析模块，用于对获取的噪声信号进行FFT分析，识别噪声信号中有调噪声所在的频率位置和临界频带声压级；
差值计算模块，用于计算有调噪声的临界频带声压级与掩蔽噪声的临界频带声压级的差值；
第二噪声信号分析模块，用于以临界频带噪声总声压级为基准，在获取的噪声信号中增加人工合成的随机噪声，得到需要补偿的临界频带声压级；
扩声装置，用于将需要补偿的临界频带声压级反馈至原声场中，将补偿的临界频带声压级与有调噪声的临界频带声压级进行叠加，得到叠加后的临界频带掩蔽噪声，将有调噪声转为非有调噪声；
校验模块，用于计算有调噪声的临界频带声压级与叠加后的临界频带掩蔽噪声的差值，若该差值小于等于预设的阈值，则保持现状；若该差值大于预设的阈值，则通过第二噪声信号分析模块重新得到需要补偿的临界频带声压级。
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