CN111564150B - 一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法及装置，方法包括：将水平面划分为不同子区域；对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定噪声源所在的子区域；调用与噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。本发明实施例通过对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器，再调用与确定出的所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制，解决了开放式有源降噪设备由于噪声方向改变引起的降噪性能下降问题。
Description
技术领域
本发明涉及有源噪声控制领域。尤其涉及一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法及装置。
背景技术
噪声问题越来越多地影响着人们的日常生活，尤其在高噪声环境下，人的生理和心理健康都会受到损害。传统的噪声控制手段多为被动噪声控制，也称无源噪声控制，例如吸声、隔声等。另外一种噪声控制的方法为主动噪声控制，也称有源噪声控制(ActiveNoise Control,ANC)，通过有源控制系统产生反相声波，与初级噪声干涉抵消，达到噪声控制的目的。
为减少噪声的影响，有源降噪耳机成为了目前市场上最火热的应用之一。然而有源降噪耳机多为封闭式耳机，佩戴者长时间佩戴会有不舒适、堵耳效应等问题，且无法直接听闻环境中的声警示信息。开放式有源降噪设备可缓解有源降噪耳机存在的上述问题。开放式有源降噪设备利用局部有源噪声控制技术(Local Active Noise Control)降低人耳位置的噪声，该技术多用于有源头靠系统中。开放式有源降噪设备由左右两个次级声源扬声器和左右两个物理传声器组成，以头盔为载体固定在人耳两侧且不与耳部接触。次级声源和物理传声器会随着人头的移动而移动，因此次级声源、物理传声器与人耳间的相对位置基本不变。由于人耳位置不能布置麦克风，因此采用虚拟传声器技术(VirtualMicrophone Technique,VMT)将噪声控制点由物理麦克风转移到虚拟麦克风位置。虚拟传声器技术的基本原理是利用物理麦克风处的噪声信号估计人耳处的估计噪声，再对人耳处的估计噪声进行控制。有源降噪系统工作前将虚拟传声器布放在虚拟控制点用以辨识初级通道滤波器，实际使用时撤去。物理麦克风采集的噪声信号经过初级通道滤波器，得到人耳处的估计噪声。然而当噪声源方向发生改变时，初级通道滤波器也会发生改变，从而影响系统的降噪性能。
麦克风阵列由两个或多个麦克风按一定的结构排列而成，通过对空间声场的采样，实现声信号的空时联合处理。利用麦克风阵列技术可实现声源定位的目的。声源定位的基本思想是根据不同条件定义目标函数，调整不同麦克风接收到声音信号的权值使得目标函数最大，该权值向量称为导向矢量。其中最典型的是基于延迟求和波束形成的声源定位算法，该算法利用不同方向声源到达不同麦克风的时延信息得到对应导向矢量，再对阵列信号加权求和，输出功率最大的导向矢量对应方向即为声源方向。导向矢量个数越多，定位精度越高，同时定位过程的计算量也越大。
发明内容
由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法及装置。
第一方面，本发明实施例提出一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法，包括：
将水平面划分为不同子区域；
对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；
利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；
调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。
在另一个可能的实现中，所述每个子区域具有与该子区域唯一对应的优化初级通道滤波器。
在另一个可能的实现中，所述对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器，包括：
根据以下公式得到每个子区域对应的优化初级通道滤波器：
其中，表示第k个子区域所使用的优化初级通道滤波器，/>表示第k个子区域中方位角为θi的噪声对应的初级通道滤波器，Zk表示第k个子区域的角度范围，/>表示在角度范围Zk内的所有角度。
在另一个可能的实现中，所述利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域，包括：
四个麦克风阵列在n时刻采集的信号分别为x1(n)，x2(n)，x3(n)，x4(n)；
更新L阶信号向量
x1(n)＝[x1(n)x1(n-1)...x1(n-L+1)]，x2(n)＝[x2(n)x2(n-1)...x2(n-L+1)]，
x3(n)＝[x3(n)x3(n-1)...x3(n-L+1)]，x4(n)＝[x4(n)x4(n-1)...x4(n-L+1)]；其中，wk为第k个子区域对应的导向矢量，为4×1阶向量；X(n)＝[x1(n)；x2(n)；x3(n)；x4(n)]为4×L阶矩阵；
计算不同导向矢量对应输出功率其中，输出功率最大值即为所述噪声源所在子区域k。
在另一个可能的实现中，所述导向矢量与所述子区域数量相同。
在另一个可能的实现中，所述调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制，包括：
物理麦克风在n时刻采集的信号为ep(n)；其中，所述ep(n)为麦克风阵列采集的初级噪声信号和次级扬声器产生的抗噪声信号的叠加信号，次级扬声器输出信号y(n)经过物理次级通路滤波器得到物理麦克风处的抗噪声信号yp(n)，物理麦克风处的初级噪声信号为dp(n)＝ep(n)-yp(n)；
物理麦克风处的初级噪声信号经所述优化初级通道滤波器后得到虚拟传声器处噪声信号dv(n)，次级扬声器输出信号y(n)经过虚拟次级通路滤波器得到人耳位置的抗噪声信号yv(n)，所述虚拟传声器处噪声信号dv(n)和所述人耳位置的抗噪声信号yv(n)叠加得到人耳位置的残余噪声信号ev(n)＝dv(n)+yv(n)；
dv(n)经过虚拟次级通路滤波器得到滤波参考信号r(n),更新滤波参考信号矢量r(n)＝[r(n)r(n-1)...r(n-L+1)]；
更新L阶ANC滤波器wANC(n+1)＝wANC(n)-2*μ*r(n)*ev(n)，其中，μ为收敛步长；
计算抗噪声信号y(n)＝[dv(n)dv(n-1)...dv(n-L+1)]*wT ANC(n+1)。
在另一个可能的实现中，所述计算抗噪声信号之后，所述方法还包括：
将所述抗噪声信号输送给次级扬声器播放。
第二方面，本发明实施例提出一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制装置，包括：
划分模块、优化设计模块、定位确定模块和调用控制模块；
所述划分模块，用于将水平面划分为不同子区域；
所述优化设计模块，用于对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；
所述定位确定模块，用于利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；
所述调用控制模块，用于调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。
在另一个可能的实现中，所述每个子区域具有与该子区域唯一对应的优化初级通道滤波器。
在另一个可能的实现中，所述优化设计模块，具体用于：
根据以下公式得到每个子区域对应的优化初级通道滤波器：
其中，表示第k个子区域所使用的优化初级通道滤波器，/>表示第k个子区域中方位角为θi的噪声对应的初级通道滤波器，Zk表示第k个子区域的角度范围，/>表示在角度范围Zk内的所有角度。
在另一个可能的实现中，所述定位确定模块，具体用于：
四个麦克风阵列在n时刻采集的信号分别为x1(n)，x2(n)，x3(n)，x4(n)；
更新L阶信号向量
x1(n)＝[x1(n)x1(n-1)…x1(n-L+1)]，x2(n)＝[x2(n)x2(n-1)...x2(n-L+1)]，
x3(n)＝[x3(n)x3(n-1)…x3(n-L+1)]，x4(n)＝[x4(n)x4(n-1)…x4(n-L+1)]；其中，wk为第k个子区域对应的导向矢量，为4×1阶向量；X(n)＝[x1(n)；x2(n)；x3(n)；x4(n)]为4×L阶矩阵；
计算不同导向矢量对应输出功率其中，输出功率最大值即为所述噪声源所在子区域k。
在另一个可能的实现中，所述导向矢量与所述子区域数量相同。
在另一个可能的实现中，所述调用控制模块，具体用于：
物理麦克风在n时刻采集的信号为ep(n)；其中，所述ep(n)为麦克风阵列采集的初级噪声信号和次级扬声器产生的抗噪声信号的叠加信号，次级扬声器输出信号y(n)经过物理次级通路滤波器得到物理麦克风处的抗噪声信号yp(n)，物理麦克风处的初级噪声信号为dp(n)＝ep(n)-yp(n)；
物理麦克风处的初级噪声信号经所述优化初级通道滤波器后得到虚拟传声器处噪声信号dv(n)，次级扬声器输出信号y(n)经过虚拟次级通路滤波器得到人耳位置的抗噪声信号yv(n)，所述虚拟传声器处噪声信号dv(n)和所述人耳位置的抗噪声信号yv(n)叠加得到人耳位置的残余噪声信号ev(n)＝dv(n)+yv(n)；
dv(n)经过虚拟次级通路滤波器得到滤波参考信号r(n),更新滤波参考信号矢量r(n)＝[r(n)r(n-1)...r(n-L+1)]；
更新L阶ANC滤波器wANC(n+1)＝wANC(n)-2*μ*r(n)*ev(n)，其中，μ为收敛步长；
计算抗噪声信号y(n)＝[dv(n)dv(n-1)...dv(n-L+1)]*wT ANC(n+1)。
在另一个可能的实现中，所述计算抗噪声信号之后，所述装置还包括：输送模块；
所述输送模块，用于将所述抗噪声信号输送给次级扬声器播放。
第三方面，本发明实施例还提出一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如下步骤：
将水平面划分为不同子区域；对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。
第四方面，本发明实施例还提出一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使所述计算机执行如下步骤：
将水平面划分为不同子区域；对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。
由上述技术方案可知，本发明实施例通过对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器，再调用与确定出的所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制，解决了开放式有源降噪设备由于噪声方向改变引起的降噪性能下降问题；优化初级通道滤波器的数量与子区域的数量相同以及导向矢量与子区域数量相同，减少了定位过程的计算量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的开放式有源降噪设备主视图；
图2为本发明实施例提供的开放式有源降噪设备侧视图；
图3为本发明实施例提供的一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法的流程示意图；
图4A-4B为本发明实施例提供的子区域划分示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的降噪效果示意图。
具体实施方式
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描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的开放式有源降噪设备主视图，由该主视图可以看出，该开放式有源降噪设备包括8个器件，分别为右次级扬声器1、右物理麦克风2、左次级扬声器3、左物理麦克风4、头盔载体5、一号麦克风阵列6、二号麦克风阵列7、三号麦克风阵列8。
图2为本发明实施例提供的开放式有源降噪设备侧视图，由该侧视图可以看出，该开放式有源降噪设备除了包括主视图图1中包括的8个器件外，还包括四号麦克风阵列9。此外，该开放式有源降噪设备还包括在图1和图2中均未示出的左虚拟传声器10和右虚拟传声器11。虚拟传声器在工作前布放在人耳位置，用于初级通道滤波器的辨识，在系统工作时撤去。物理麦克风经由供电电路、放大电路、抗混叠滤波电路、AD芯片传输至DSP芯片，经过一定的算法处理后得到抗噪声信号。抗噪声信号经由DA芯片、重构滤波电路、功放模块传输至扬声器播放。
图3为本发明实施例提供的一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法的流程示意图，该流程示意图包括：
S301，将水平面划分为不同子区域。
在本发明实施例中，将水平面划分为若干个不同子区域，如图4A和图4B所示为水平面不同子区域的划分方法。图4A为子区域数K＝4的划分方法，图4B为子区域数K＝8的划分方法，其中相同颜色属于同一子区域。
S302，对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器。
在本发明实施例中，图4A和图4B所示的每个子区域具有不同方向初级通道滤波器，对该不同方向初级通道滤波器进行优化设计，可以得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器。在没有将水平面划分为子区域的情况下，初级通道滤波器在全方位范围内变化很大，划分子区域后，每个子区域内的初级通道滤波器变化范围就可以缩小，也就是减小了该区域内初级通道滤波器的差值。每个子区域对应的优化初级通道滤波器与该子区域内不同方向的初级通道滤波器之间差值的最大值最小。利用优化初级通道滤波器能有效提高该子区域噪声的最小降噪量。优化初级通道滤波器的数量与子区域的数量相同。系统仅需使用有限数量的优化初级通道滤波器即可达到较好的降噪效果，减小了控制成本和定位过程的计算量。同时也解决了由于声源定位不准造成的系统降噪性能下降的问题，提高了系统的鲁棒性。
S303，利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域。
在本发明实施例中，利用开放式有源降噪设备中的麦克风阵列对噪声源进行定位，用于确定所述噪声源所在的子区域。定位过程仅使用有限数量的导向矢量，导向矢量与上述不同子区域一一对应。也就是说，导向矢量与子区域数量相同。
S304，调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。
在本发明实施例中，麦克风阵列接收噪声信号，经过AD芯片由模拟信号变为数字信号。利用声源定位算法确定噪声源所在子区域后，从寄存器调用与该子区域对应的优化初级通道滤波器。也就是说，根据噪声源所在的子区域不同，调用提前存储的与子区域对应的优化初级通道滤波器进行接下来的有源噪声控制。
本发明实施例通过对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器，再调用与确定出的所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制，解决了开放式有源降噪设备由于噪声方向改变引起的降噪性能下降问题。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述每个子区域具有与该子区域唯一对应的优化初级通道滤波器。
在本发明实施例中，优化初级通道滤波器的数量与子区域的数量相同，且每个子区域具有一个与该子区域唯一对应的优化初级通道滤波器。
本发明实施例中优化初级通道滤波器的数量与子区域的数量相同，减少了定位过程的计算量。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器，包括：
根据以下公式得到每个子区域对应的优化初级通道滤波器：
其中，表示第k个子区域所使用的优化初级通道滤波器，/>表示第k个子区域中方位角为θi的噪声对应的初级通道滤波器，Zk表示第k个子区域的角度范围，/>表示在角度范围Zk内的所有角度。
在本发明实施例中，根据公式:
得到每个子区域对应的优化初级通道滤波器。其中，/>表示第k个子区域所使用的优化初级通道滤波器，表示第k个子区域中方位角为θi的噪声对应的初级通道滤波器，Zk表示第k个子区域的角度范围，/>表示在角度范围Zk内的所有角度。
本发明实施例通过对初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器。利用优化初级通道滤波器能有效地提高与优化初级通道滤波器对应的子区域噪声的最小降噪量。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域，包括：
四个麦克风阵列在n时刻采集的信号分别为x1(n)，x2(n)，x3(n)，x4(n)；
更新L阶信号向量
x1(n)＝[x1(n)x1(n-1)...x1(n-L+1)]，x2(n)＝[x2(n)x2(n-1)...x2(n-L+1)]，
x3(n)＝[x3(n)x3(n-1)...x3(n-L+1)]，x4(n)＝[x4(n)x4(n-1)…x4(n-L+1)]；其中，wk为第k个子区域对应的导向矢量，为4×1阶向量；X(n)＝[x1(n)；x2(n)；x3(n)；x4(n)]为4×L阶矩阵；
计算不同导向矢量对应输出功率其中，输出功率最大值即为所述噪声源所在子区域k。
在本发明实施例中，利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，具体步骤如下：四个麦克风阵列在n时刻采集的信号分别为x1(n)，x2(n)，x3(n)，x4(n)；
更新L阶信号向量
x1(n)＝[x1(n)x1(n-1)...x1(n-L+1)]，x2(n)＝[x2(n)x2(n-1)...x2(n-L+1)]，
x3(n)＝[x3(n)x3(n-1)...x3(n-L+1)]，x4(n)＝[x4(n)x4(n-1)...x4(n-L+1)]；其中，wk为第k个子区域对应的导向矢量，为4×1阶向量；X(n)＝[x1(n)；x2(n)；x3(n)；x4(n)]为4×L阶矩阵；
计算不同导向矢量对应输出功率其中，输出功率最大值即为所述噪声源所在子区域k。
本发明实施例利用开放式有源降噪设备中的麦克风阵列对噪声源进行定位，定位过程仅使用有限数量的导向矢量，导向矢量与上述不同子区域一一对应，减少了定位过程的计算量。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述导向矢量与所述子区域数量相同。
在本发明实施例中，定位过程使用的导向矢量的数量与子区域数量相同。
本发明实施例导向矢量的数量与子区域数量相同，减少了定位过程的计算量。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制，包括：
物理麦克风在n时刻采集的信号为ep(n)；其中，所述ep(n)为麦克风阵列采集的初级噪声信号和次级扬声器产生的抗噪声信号的叠加信号，次级扬声器输出信号y(n)经过物理次级通路滤波器得到物理麦克风处的抗噪声信号yp(n)，物理麦克风处的初级噪声信号为dp(n)＝ep(n)-yp(n)；
物理麦克风处的初级噪声信号经所述优化初级通道滤波器后得到虚拟传声器处噪声信号dv(n)，次级扬声器输出信号y(n)经过虚拟次级通路滤波器得到人耳位置的抗噪声信号yv(n)，所述虚拟传声器处噪声信号dv(n)和所述人耳位置的抗噪声信号yv(n)叠加得到人耳位置的残余噪声信号ev(n)＝dv(n)+yv(n)；
dv(n)经过虚拟次级通路滤波器得到滤波参考信号r(n),更新滤波参考信号矢量r(n)＝[r(n)r(n-1)...r(n-L+1)]；
更新L阶ANC滤波器wANC(n+1)＝wANC(n)-2*μ*r(n)*ev(n)，其中，μ为收敛步长；
计算抗噪声信号y(n)＝[dv(n)dv(n-1)...dv(n-L+1)]*wT ANC(n+1)。
在本发明实施例中，所述调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制，具体步骤包括：
物理麦克风在n时刻采集的信号为ep(n)；其中，所述ep(n)为麦克风阵列采集的初级噪声信号和次级扬声器产生的抗噪声信号的叠加信号，次级扬声器输出信号y(n)经过物理次级通路滤波器得到物理麦克风处的抗噪声信号yp(n)，物理麦克风处的初级噪声信号为dp(n)＝ep(n)-yp(n)；
物理麦克风处的初级噪声信号经所述优化初级通道滤波器后得到虚拟传声器处噪声信号dv(n)，次级扬声器输出信号y(n)经过虚拟次级通路滤波器得到人耳位置的抗噪声信号yv(n)，所述虚拟传声器处噪声信号dv(n)和所述人耳位置的抗噪声信号yv(n)叠加得到人耳位置的残余噪声信号ev(n)＝dv(n)+yv(n)；
dv(n)经过虚拟次级通路滤波器得到滤波参考信号r(n),更新滤波参考信号矢量r(n)＝[r(n)r(n-1)…r(n-L+1)]；
更新L阶ANC滤波器wANC(n+1)＝wANC(n)-2*μ*r(n)*ev(n)，其中，μ为收敛步长；
计算抗噪声信号y(n)＝[dv(n)dv(n-1)...dv(n-L+1)]*wT ANC(n+1)。
本发明实施例通过调用与噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制，解决了由于噪声源定位变化引起的系统降噪性能下降的问题，提高了系统的鲁棒性。
进一步地，在上述方法实施例的基础上，所述计算抗噪声信号之后，所述方法还包括：
将所述抗噪声信号输送给次级扬声器播放。
在本发明实施例中，计算出抗噪声信号之后，将抗噪声信号经由DA芯片、重构滤波电路、功放模块传输至次级扬声器播放。
本发明实施例经过DA芯片、重构滤波电路、功放模块将抗噪声信号传输至次级扬声器播放。
图5为本发明实施例提供的降噪效果示意图，噪声分别为200Hz、400Hz、600Hz、800Hz。与传统控制方法(利用固定初级通道滤波器)相比，本发明方法对不同方向噪声的最小降噪量有明显的提升。当子区域数K越大，对不同方向噪声的最小降噪量提升也更大。
图6为本发明实施例提供的一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制装置的结构示意图，该结构示意图包括：划分模块601、优化设计模块602、定位确定模块603和调用控制模块604；
所述划分模块601，用于将水平面划分为不同子区域；
所述优化设计模块602，用于对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；
所述定位确定模块603，用于利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；
所述调用控制模块604，用于调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述每个子区域具有与该子区域唯一对应的优化初级通道滤波器。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述优化设计模块602，具体用于：
根据以下公式得到每个子区域对应的优化初级通道滤波器：
其中，表示第k个子区域所使用的优化初级通道滤波器，/>表示第k个子区域中方位角为θi的噪声对应的初级通道滤波器，Zk表示第k个子区域的角度范围，/>表示在角度范围Zk内的所有角度。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述定位确定模块603，具体用于：
四个麦克风阵列在n时刻采集的信号分别为x1(n)，x2(n)，x3(n)，x4(n)；
更新L阶信号向量
x1(n)＝[x1(n)x1(n-1)...x1(n-L+1)]，x2(n)＝[x2(n)x2(n-1)...x2(n-L+1)]，
x3(n)＝[x3(n)x3(n-1)…x3(n-L+1)]，x4(n)＝[x4(n)x4(n-1)…x4(n-L+1)]；其中，wk为第k个子区域对应的导向矢量，为4×1阶向量；X(n)＝[x1(n)；x2(n)；x3(n)；x4(n)]为4×L阶矩阵；
计算不同导向矢量对应输出功率其中，输出功率最大值即为所述噪声源所在子区域k。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述导向矢量与所述子区域数量相同。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述调用控制模块604，具体用于：
物理麦克风在n时刻采集的信号为ep(n)；其中，所述ep(n)为麦克风阵列采集的初级噪声信号和次级扬声器产生的抗噪声信号的叠加信号，次级扬声器输出信号y(n)经过物理次级通路滤波器得到物理麦克风处的抗噪声信号yp(n)，物理麦克风处的初级噪声信号为dp(n)＝ep(n)-yp(n)；
物理麦克风处的初级噪声信号经所述优化初级通道滤波器后得到虚拟传声器处噪声信号dv(n)，次级扬声器输出信号y(n)经过虚拟次级通路滤波器得到人耳位置的抗噪声信号yv(n)，所述虚拟传声器处噪声信号dv(n)和所述人耳位置的抗噪声信号yv(n)叠加得到人耳位置的残余噪声信号ev(n)＝dv(n)+yv(n)；
dv(n)经过虚拟次级通路滤波器得到滤波参考信号r(n),更新滤波参考信号矢量r(n)＝[r(n)r(n-1)...r(n-L+1)]；
更新L阶ANC滤波器wANC(n+1)＝wANC(n)-2*μ*r(n)*ev(n)，其中，μ为收敛步长；
计算抗噪声信号y(n)＝[dv(n)dv(n-1)...dv(n-L+1)]*wT ANC(n+1)。
进一步地，在上述装置实施例的基础上，所述计算抗噪声信号之后，所述装置还包括：输送模块；
所述输送模块，用于将所述抗噪声信号输送给次级扬声器播放。
本发明实施例所述的一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制装置可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。
参照图7，所述电子设备，包括：处理器(processor)71、存储器(memory)72和总线73；
其中，
所述处理器71和存储器72通过所述总线73完成相互间的通信；
所述处理器71用于调用所述存储器72中的程序指令，以执行如下步骤：
将水平面划分为不同子区域；对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。
本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如下步骤：
将水平面划分为不同子区域；对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法，其特征在于，所述开放式有源降噪设备包括的次级扬声器、物理麦克风和位于人耳位置的虚拟传声器的相对位置保持不变，包括：
将水平面划分为不同子区域；
对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；根据以下公式得到每个子区域对应的优化初级通道滤波器：
其中，表示第k个子区域所使用的优化初级通道滤波器，/>表示第k个子区域中方位角为θi的噪声对应的初级通道滤波器，Zk表示第k个子区域的角度范围，/>表示在角度范围Zk内的所有角度；
利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；
调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制；所述初级通道滤波器是所述噪声源在所在的子区域中方位角的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个子区域具有与该子区域唯一对应的优化初级通道滤波器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域，包括：
四个麦克风阵列在n时刻采集的信号分别为x1(n)，x2(n)，x3(n)，x4(n)；
更新L阶信号向量
x1(n)＝[x1(n) x1(n-1) … x1(n-L+1)]，x2(n)＝[x2(n) x2(n-1) … x2(n-L+1)]，
x3(n)＝[x3(n) x3(n-1) … x3(n-L+1)]，x4(n)＝[x4(n) x4(n-1) … x4(n-L+1)]；其中，wk为第k个子区域对应的导向矢量，为4×1阶向量；X(n)＝[x1(n)；x2(n)；x3(n)；x4(n)]为4×L阶矩阵；
计算不同导向矢量对应输出功率其中，输出功率最大值即为所述噪声源所在子区域k。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导向矢量与所述子区域数量相同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制，包括：
物理麦克风在n时刻采集的信号为ep(n)；其中，所述ep(n)为麦克风阵列采集的初级噪声信号和次级扬声器产生的抗噪声信号的叠加信号，次级扬声器输出信号y(n)经过物理次级通路滤波器得到物理麦克风处的抗噪声信号yp(n)，物理麦克风处的初级噪声信号为dp(n)＝ep(n)-yp(n)；
物理麦克风处的初级噪声信号经所述优化初级通道滤波器后得到虚拟传声器处噪声信号dv(n)，次级扬声器输出信号y(n)经过虚拟次级通路滤波器得到人耳位置的抗噪声信号yv(n)，所述虚拟传声器处噪声信号dv(n)和所述人耳位置的抗噪声信号yv(n)叠加得到人耳位置的残余噪声信号ev(n)＝dv(n)+yv(n)；
dv(n)经过虚拟次级通路滤波器得到滤波参考信号r(n),更新滤波参考信号矢量r(n)＝[r(n) r(n-1) … r(n-L+1)]；
更新L阶ANC滤波器wANC(n+1)＝wANC(n)-2*μ*r(n)*ev(n)，其中，μ为收敛步长；
计算抗噪声信号y(n)＝[dv(n) dv(n-1) … dv(n-L+1)]*wT ANC(n+1)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算抗噪声信号之后，所述方法还包括：
将所述抗噪声信号输送给次级扬声器播放。
7.一种基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制装置，其特征在于，所述开放式有源降噪设备包括的次级扬声器、物理麦克风和位于人耳位置的虚拟传声器的相对位置保持不变，包括：
划分模块、优化设计模块、定位确定模块和调用控制模块；
所述划分模块，用于将水平面划分为不同子区域；
所述优化设计模块，用于对每个子区域内的不同方向初级通道滤波器进行优化设计，得到与每个子区域对应的优化初级通道滤波器；根据以下公式得到每个子区域对应的优化初级通道滤波器：
其中，表示第k个子区域所使用的优化初级通道滤波器，/>表示第k个子区域中方位角为θi的噪声对应的初级通道滤波器，Zk表示第k个子区域的角度范围，/>表示在角度范围Zk内的所有角度；
所述定位确定模块，用于利用开放式有源降噪设备的麦克风阵列对噪声源进行定位，以确定所述噪声源所在的子区域；
所述调用控制模块，用于调用与所述噪声源所在的子区域对应的优化初级通道滤波器进行有源噪声控制；所述初级通道滤波器是所述噪声源在所在的子区域中方位角的函数。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一所述的基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一所述的基于开放式有源降噪设备的有源噪声控制方法。
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN106328116A (zh) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 芋头科技（杭州）有限公司 | 一种机器人室内噪声控制系统 |
| CN110719550A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-21 | 南京南大电子智慧型服务机器人研究院有限公司 | 一种双通道有源降噪头靠的虚拟传声器优化设计方法 |
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