CN111367179B - 一种声传函建模方法及采用该方法的主动降噪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种声传函建模方法及采用该方法的主动降噪系统，该方法采用幅值可调的多频噪声替换白噪声作为激励信号，在其他参数条件不变的前提下，自适应算法可以更快收敛至最佳状态，降低了声传函建模的时间，不仅提高了工作效率，而且能够保证建模质量。

Description

一种声传函建模方法及采用该方法的主动降噪系统

技术领域

本发明涉及主动噪声控制技术领域，尤其涉及一种声传函建模方法及采用该方法的主动降噪系统。

背景技术

声传函建模的好坏直接影响主动降噪系统的性能，声传函是指从次级声源至误差传感器之间的传递函数。传统的声传函建模方法是：次级声源播放白噪声激励信号，同时误差传感器采集数据，然后用自适应算法(如LMS算法)计算传递函数。上述方法要求建模时间不能太短，因为时间太短意味着采集的数据样本过少，则自适应算法来不及收敛至最佳状态，从而降低了声传函的建模质量，影响主动降噪系统的降噪效果。针对多输入多输出的主动降噪系统，其声传函个数为次级声源个数与误差传感器个数的乘积，因此需要更多的时间进行声传函建模，效率低。

发明内容

本发明的目的在于通过一种声传函建模方法及采用该方法的主动降噪系统，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种声传函建模方法，该方法包括如下步骤：

S101.采用幅值可调的多频噪声替换白噪声作为激励信号；

S102.采用逐点自适应算法，实时监测所建声传函的误差值，自动停止声传函建模。

特别地，所述步骤S101中激励信号生成方法如下：根据如下公式(1)生成激励信号：

上式中：A为幅值增量，f₀为初始频率，Δf为频率间隔，且Δf≤1Hz，t为时间单位，

为初始相位角，且

值均匀分布在0至2π之间，k为1,2,3，…,N-1,N，其中，N为生成正弦波的总个数。

特别地，若待降噪的噪声频段的最低频率为f_min，最高频率为f_max，则参数f₀、Δf和N，应满足如下公式：

f₀＜f_min＜f_max＜f₀+(N-1)Δf (2)。

特别地，所述幅值增量A根据其他参数自动调整，过程如下：

第一步，初始化幅值增量A为一设定的较小的正数，设置所生成的激励信号的目标均方根值为RMS_Target±θ，其中θ为可接受的误差值，由测试人员根据实际情况而定；

第二步，根据所设参数，生成激励信号，并计算其均方根值RMS_Real；

第三步，若RMS_Real满足：

RMS_Target-θ≤RMS_Real≤RMS_Target+θ (3)

则激励信号生成完毕，否则，通过如下公式(4)更新幅值增量A，并重复第二步，更新公式(4)如下：

特别地，所述步骤S102具体包括：采用逐点自适应LMS算法进行声传函建模，即每采一个数据，进行一次自适应LMS算法，并计算误差e_Real,当e_Real≤e_Target时，停止声传函建模，其中e_Target为目标误差。

本发明还公开了一种主动降噪系统，该系统采用上述声传函建模方法。

本发明提出的声传函建模方法及采用该方法的主动降噪系统采用幅值可调的多频噪声替换白噪声作为激励信号，在其他参数条件不变的前提下，自适应算法可以更快收敛至最佳状态，降低了声传函建模的时间，不仅提高了工作效率，而且能够保证建模质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的声传函建模方法流程示意图。

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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。

本实施例中声传函建模方法包括如下步骤：

S101.采用幅值可调的多频噪声替换白噪声作为激励信号；

S102.采用逐点自适应算法，实时监测所建声传函的误差值，自动停止声传函建模。

具体的，在本实施例中所述步骤S101中激励信号生成方法如下：根据如下公式(1)生成激励信号：

上式中：A为幅值增量，f₀为初始频率，Δf为频率间隔，且Δf≤1Hz，t为时间单位，

为初始相位角，且

值均匀分布在0至2π之间，k为1,2,3，…,N-1,N，其中，N为生成正弦波的总个数。

具体的，在本实施例中若待降噪的噪声频段的最低频率为f_min，最高频率为f_max，则参数f₀、Δf和N，应满足如下公式：

f₀＜f_min＜f_max＜f₀+(N-1)Δf (2)。

具体的，在本实施例中为保证所生成的激励信号能量保持不变，所述幅值增量A根据其他参数自动调整，过程如下：

第一步，初始化幅值增量A为一设定的较小的正数，设置所生成的激励信号的目标均方根值为RMS_Target±θ，其中θ为可接受的误差值，由测试人员根据实际情况而定。需要说明的是，之所以初始化幅值增量A为不为0的较小正数，因为若初始化A值为0，下述公式(4)将不能调整A；初始化A值过大，建传函时，喇叭发声量会从大变小；初始化A值过小时，喇叭发声量会由小直至合适的音量大小。考虑实验时对测试员的影响，建议初始化A值为不为0的较小正数。

第二步，根据所设参数，生成激励信号，并计算其均方根值RMS_Real；

第三步，若RMS_Real满足：

RMS_Target-θ≤RMS_Real≤RMS_Target+θ (3)

则激励信号生成完毕，否则，通过如下公式(4)更新幅值增量A，并重复第二步，更新公式(4)如下：

具体的，在本实施例中采用逐点自适应LMS算法进行声传函建模，即每采一个数据，进行一次自适应LMS算法，并计算误差e_Real,当e_Real≤e_Target时，停止声传函建模，其中e_Target为目标误差。

如图1所示，声传函建模的具体操作步骤如下：

1)确定待降噪的噪声频段的最低频率f_min和最高频率f_max，然后确定激励信号相关参数，即初始频率f₀、频率间隔Δf和生成正弦波的总个数N；

2)确定激励信号的目标均方值RMS_Target±θ和自适应算法的目标误差e_Target。

3)初始化幅值增量A和初始相位角

值均匀分布在0至2π之间。

4)生成激励信号，根据目标均方根值RMS_Target±θ自动调整幅值增量A，使所生成的激励信号的能量接近于所设的目标值。

5)进行声传函建模，根据目标误差e_Target实时监测收敛效果，一旦满足条件，将自动停止建模。

此外，本实施例还公开了一种主动降噪系统，该系统采用上述声传函建模方法，具体过程同上，在此不再赘述。

自适应算法的收敛速度与激励信号存在一定关系，本发明提出的技术方案采用幅值可调的多频噪声替换白噪声作为激励信号，在其他参数条件不变的前提下，自适应算法可以更快收敛至最佳状态，降低了声传函建模的时间，不仅提高了工作效率，而且能够保证建模质量。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (3)

1.一种声传函建模方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S101.采用幅值可调的多频噪声替换白噪声作为激励信号；

S102.采用逐点自适应算法，实时监测所建声传函的误差值，自动停止声传函建模；

特别地，所述步骤S101中激励信号生成方法如下：根据如下公式(1)生成激励信号：

上式中：A为幅值增量，f₀为初始频率，Δf为频率间隔，且Δf≤1Hz，t为时间单位，

为初始相位角，且

值均匀分布在0至2π之间，k为1,2,3，…,N-1,N，其中，N为生成正弦波的总个数；

若待降噪的噪声频段的最低频率为f_min，最高频率为f_max，则参数f₀、Δf和N，应满足如下公式：

f₀＜f_min＜f_max＜f₀+(N-1)Δf (2)；

所述幅值增量A根据其他参数自动调整，过程如下：

第一步，初始化幅值增量A为一设定值，设置所生成的激励信号的目标均方根值为RMS_Target±θ，其中θ为可接受的误差值，由测试人员根据实际情况而定；

第二步，根据所设参数，生成激励信号，并计算其均方根值RMS_Real；

第三步，若RMS_Real满足：

RMS_Target-θ≤RMS_Real≤RMS_Target+θ (3)

则激励信号生成完毕，否则，通过如下公式(4)更新幅值增量A，并重复第二步，更新公式(4)如下：

2.根据权利要求1所述的声传函建模方法，其特征在于，所述步骤S102具体包括：采用逐点自适应LMS算法进行声传函建模，即每采一个数据，进行一次自适应LMS算法，并计算误差e_Real,当e_Real≤e_Target时，停止声传函建模，其中e_Target为目标误差。

3.一种主动降噪系统，其特征在于，该系统采用权利要求1至2之一所述的声传函建模方法。

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