CN112866856B - Anc降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法、系统、及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法。本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，包括：设置IIR数字低通滤波器的预期参数；得到模拟低通巴特沃斯滤波器并输出其损耗函数曲线；根据模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整预期参数；结合调整后的预期参数，通过双线性变换法，得到模拟IIR数字低通滤波器并输出其损耗函数曲线；根据模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，得到IIR数字低通滤波器的实际参数。本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，使得依据实际参数设计的IIR数字低通滤波器的降噪效果达到预期，能够优化滤波器的阶数，简化复杂性，提高降噪效果。本发明还公开ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统、设备及介质。

Description

ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法、系统、及设备
技术领域
本发明涉及蓝牙耳机滤波器技术领域，特别是涉及一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法、系统、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
ANC降噪蓝牙耳机是蓝牙耳机充满机遇的领域之一，其中，ANC降噪蓝牙耳机通过采用数字滤波器滤除杂音，而不同的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，所需调试的工具与调试参数均不相同，而这些因素都极大地影响ANC降噪效果。具体地，常用于ANC降噪蓝牙耳机的数字滤波器包括IIR数字滤波器和FIR数字滤波器，FIR数字滤波器的计算通带和阻带衰减无显性表达式，边界频率不易控制，因而ANC降噪蓝牙耳机通常采用IIR数字滤波器。IIR数字滤波器的系统函数的极点可位于单位圆的任意一点，可以做到零极点相结合，可用较低的阶数获得较高的选择性，所用的存储单元小，计算量小，经济高效，但是其设计必须采用递归结构，极点位置必须在单位圆内，否则系统将不稳定，而相位是非线性的，若要求线性相位，需加全通网络进行相位校正，加大该滤波器的阶数和复杂性。据此，需要一种优化的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法。
发明内容
基于此，本发明的目的之一在于，提供一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法、系统、设备及计算机可读存储介质，其能够优化滤波器的阶数，简化复杂性，提高降噪效果。
本发明的目的之一通过以下技术方案实现：
第一方面，一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，包括以下步骤：
设置IIR数字低通滤波器的预期参数；
将所述预期参数输入MATLAB，得到模拟低通巴特沃斯滤波器，输出所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线；
根据所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整所述预期参数；
结合调整后的预期参数，通过双线性变换法，得到模拟IIR数字低通滤波器，输出所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线；
根据所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解，得到IIR数字低通滤波器的实际参数，根据所述实际参数设计IIR数字低通滤波器。
本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，将先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数输入MATLAB，得到的模拟低通巴特沃斯滤波器，根据模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数，然后结合调整后的预期参数通过双线性变换法得到模拟IIR数字低通滤波器，然后根据模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解得到IIR数字低通滤波器的实际参数，最后根据实际参数设计IIR数字低通滤波器。
本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，通过MATLAB的模拟过程和双线性变换法的配合设计，使得到的模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线与模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线在相频关系上具有一致性，滤波稳定性极强，使得依据实际参数设计的IIR数字低通滤波器的降噪效果达到预期，以及将设计后的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机能够在软件工具上优化该滤波器的阶数，实现损耗函数的数字化调节和进一步优化，根据消费者的个人需要达到消费者所需的降噪效果。
进一步优选地，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法还包括步骤：对比所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线和所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，确认对比结果达到设计要求。
进一步优选地，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法还包括步骤：将设计完成的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机上，测试其降噪效果，并依据降噪效果调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数。
进一步优选地，所述预期参数包括中心频率、截止频率、插入损耗、纹波、带内波动、带内驻波比、阻带抑制度、通带截止频率、通带最大衰减系数、阻带截止频率、和阻带最小衰减系数中的一个或多个。
第二方面，一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统，包括：
预期参数设置模块，用于设置IIR数字低通滤波器的预期参数；
低通巴特沃斯滤波器模拟模块，用于将所述预期参数输入MATLAB，得到模拟低通巴特沃斯滤波器，输出所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线；
预期参数调整模块，用于根据所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整所述预期参数；
IIR数字低通滤波器模拟模块，用于结合调整后的预期参数，通过双线性变换法，得到模拟IIR数字低通滤波器，输出所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线；
实际参数求解模块，用于根据所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解，得到IIR数字低通滤波器的实际参数，根据所述实际参数设计IIR数字低通滤波器。
进一步优选地，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统还包括损耗函数曲线对比模块，用于对比所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线和所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，确认对比结果达到设计要求。
进一步优选地，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统还包括降噪效果测试模块，用于将设计完成的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机上，测试其降噪效果，并依据降噪效果调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数。
进一步优选地，所述预期参数设置模块中的预期参数包括中心频率、截止频率、插入损耗、纹波、带内波动、带内驻波比、阻带抑制度、通带截止频率、通带最大衰减系数、阻带截止频率、和阻带最小衰减系数中的一个或多个。
第三方面，一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计设备，所述设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现如上述任一项所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法。
第四方面，一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，当所述程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法。
相对于现有技术，本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法、系统、设备及计算机可读存储介质，将先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数输入MATLAB，根据得到的模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数，然后结合调整后的预期参数通过双线性变换法得到模拟IIR数字低通滤波器，根据模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解得到IIR数字低通滤波器的实际参数，最后根据实际参数设计IIR数字低通滤波器。
本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，通过MATLAB的模拟过程和双线性变换法的配合设计，使得到的模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线与模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线在相频关系上具有一致性，滤波稳定性极强，使得依据实际参数设计的IIR数字低通滤波器的降噪效果达到预期，以及将设计后的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机能够在软件工具上优化该滤波器的阶数，实现损耗函数的数字化调节和进一步优化，根据消费者的个人需要达到消费者所需的降噪效果。
通过本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法设计的ANC降噪蓝牙耳机滤波器，降噪效果好，精度高，适用范围广泛。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法的流程图。
图2是模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线。
图3是模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线。
图4是双线性变换法相频特性图。
图5是本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统的整体示意图。
附图标记：1、预期参数设置模块；2、低通巴特沃斯滤波器模拟模块；3、预期参数调整模块；4、IIR数字低通滤波器模拟模块；5、损耗函数曲线对比模块；6、实际参数求解模块；7、降噪效果测试模块。
具体实施方式
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，如图1所示，包括以下步骤：
设置IIR数字低通滤波器的预期参数；
将所述预期参数输入MATLAB，得到模拟低通巴特沃斯滤波器，输出所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线；
根据所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整所述预期参数；
结合调整后的预期参数，通过双线性变换法，得到模拟IIR数字低通滤波器，输出所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线；
根据所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解，得到IIR数字低通滤波器的实际参数，根据所述实际参数设计IIR数字低通滤波器。
本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，将先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数输入MATLAB，得到的模拟低通巴特沃斯滤波器，根据模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数，然后结合调整后的预期参数通过双线性变换法得到模拟IIR数字低通滤波器，然后根据模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解得到IIR数字低通滤波器的实际参数，最后根据实际参数设计IIR数字低通滤波器。
本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，通过MATLAB的模拟过程和双线性变换法的配合设计，使得到的模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线与模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线在相频关系上具有一致性，滤波稳定性极高，使得依据实际参数设计的IIR数字低通滤波器的降噪效果达到预期，并且该IIR数字滤波器的系统函数的极点可位于单位圆的任意一点，做到零极点相结合，可用较低的阶数获得较高的选择性，所用的存储单元小，计算量小，经济高效。
再者，将设计后的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机能够在软件工具上优化该滤波器的阶数，实现损耗函数的数字化调节和进一步优化，根据消费者的个人需要达到消费者所需的降噪效果。
具体地，所述预期参数包括中心频率、截止频率、插入损耗、纹波、带内波动、带内驻波比、阻带抑制度、通带截止频率、通带最大衰减系数、阻带截止频率、和阻带最小衰减系数中的一个或多个。
其中，较为重要的是中心频率和截止频率。
生产商可以根据生产侧重点来调节预期参数，设计出更符合生产需求的ANC降噪蓝牙耳机滤波器。
优选地，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法还包括步骤：对比所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线和所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，确认对比结果达到设计要求。
具体地，可以根据设计要求预先设置对比及格的范围，当对比结果位于对比及格的范围内，那么对比结果就达到设计要求，当对比结果不在对比及格的范围内，那么对比结果就未达到设计要求，就需要重新设置预期参数以及重新进行模拟操作。
该步骤可以验证模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线和模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线在相频上的一致性，提高最后得出的实际参数的准确性和设计效率。
优选地，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法还包括步骤：将设计完成的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机上，测试其降噪效果，并依据降噪效果调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数。
根据降噪效果调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数，能够提高最后得到的实际参数的精度，为后续生产提供依据，使最后设计出的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的降噪效果更加符合设计要求。
进一步地，参见图2-4，图2为模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线，图3为模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线(双线性变换法幅频特性图)，图4为双线性变换法相频特性图，本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，通过MATLAB的模拟过程和双线性变换法的配合设计，使得到的模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线与模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线在相频关系上具有一致性，使得依据解得的实际参数设计的IIR数字低通滤波器的降噪效果达到预期，滤波稳定性极强，以及将设计后的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机能够在软件工具上优化该滤波器的阶数，实现损耗函数的数字化调节和进一步优化，根据消费者的个人需要达到消费者所需的降噪效果，更加人性化。
本发明还公开一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统，包括：
预期参数设置模块1，用于设置IIR数字低通滤波器的预期参数；
低通巴特沃斯滤波器模拟模块2，用于将所述预期参数输入MATLAB，得到模拟低通巴特沃斯滤波器，输出所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线；
预期参数调整模块3，用于根据所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整所述预期参数；
IIR数字低通滤波器模拟模块4，用于结合调整后的预期参数，通过双线性变换法，得到模拟IIR数字低通滤波器，输出所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线；
实际参数求解模块5，用于根据所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解，得到IIR数字低通滤波器的实际参数，根据所述实际参数设计IIR数字低通滤波器。
优选地，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统还包括损耗函数曲线对比模块6，用于对比所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线和所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，确认对比结果达到设计要求。
优选地，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统还包括降噪效果测试模块7，用于将设计完成的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机上，测试其降噪效果，并依据降噪效果调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数。
优选地，所述预期参数设置模块中的预期参数包括中心频率、截止频率、插入损耗、纹波、带内波动、带内驻波比、阻带抑制度、通带截止频率、通带最大衰减系数、阻带截止频率、和阻带最小衰减系数中的一个或多个。
本发明还公开一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计设备，所述设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现如上述所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法。
所述设备还可以优选地包括通信接口，所述通信接口用于与外部设备进行通信和数据交互传输。
需要说明的是，所述存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(nonvolatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
在具体实现上，如果存储器、处理器及通信接口集成在一块芯片上，则存储器、处理器及通信接口可以通过内部接口完成相互间的通信。如果存储器、处理器和通信接口独立实现，则存储器、处理器和通信接口可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。
本发明还公开一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，当所述程序被处理器执行时，实现如上述所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法。
应当理解，所述计算机可读存储介质为可存储数据或程序的任何数据存储设备，所述数据或程序其后可由计算机系统读取。计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、HDD、DVD、磁带和光学数据存储设备等。
计算机可读存储介质还可分布在网络耦接的计算机系统中使得计算机可读代码以分布式方式来存储和执行。
计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、射频(Radio Frequency，RF)等，或者上述的任意合适的组合。
在一些实施方案中，计算机可读存储介质还可以是非暂态的。
相对于现有技术，本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法、系统、设备及计算机可读存储介质，将先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数输入MATLAB，根据得到的模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数，然后结合调整后的预期参数通过双线性变换法得到模拟IIR数字低通滤波器，根据模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解得到IIR数字低通滤波器的实际参数，最后根据实际参数设计IIR数字低通滤波器。
本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，通过MATLAB的模拟过程和双线性变换法的配合设计，使得到的模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线与模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线在相频关系上具有一致性，滤波稳定性极强，使得依据实际参数设计的IIR数字低通滤波器的降噪效果达到预期，以及将设计后的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机能够在软件工具上优化该滤波器的阶数，实现损耗函数的数字化调节和进一步优化，根据消费者的个人需要达到消费者所需的降噪效果。
通过本发明的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法设计的ANC降噪蓝牙耳机滤波器，降噪效果好，精度高，适用范围广泛。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置IIR数字低通滤波器的预期参数；
将所述预期参数输入MATLAB，得到模拟低通巴特沃斯滤波器，输出所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线；
根据所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整所述预期参数；
结合调整后的预期参数，通过双线性变换法，得到模拟IIR数字低通滤波器，输出所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线；
对比所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线和所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，确认对比结果达到设计要求；
根据所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解，得到IIR数字低通滤波器的实际参数，根据所述实际参数设计IIR数字低通滤波器。
2.根据权利要求1所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，其特征在于，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法还包括步骤：将设计完成的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机上，测试其降噪效果，并依据降噪效果调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数。
3.根据权利要求1所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法，其特征在于，所述预期参数包括中心频率、截止频率、插入损耗、纹波、带内波动、带内驻波比、阻带抑制度、通带截止频率、通带最大衰减系数、阻带截止频率和阻带最小衰减系数中的一个或多个。
4.一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统，其特征在于，包括：
预期参数设置模块，用于设置IIR数字低通滤波器的预期参数；
低通巴特沃斯滤波器模拟模块，用于将所述预期参数输入MATLAB，得到模拟低通巴特沃斯滤波器，输出所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线；
预期参数调整模块，用于根据所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线调整所述预期参数；
IIR数字低通滤波器模拟模块，用于结合调整后的预期参数，通过双线性变换法，得到模拟IIR数字低通滤波器，输出所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线；
损耗函数曲线对比模块，用于对比所述模拟低通巴特沃斯滤波器的损耗函数曲线和所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，确认对比结果达到设计要求；
实际参数求解模块，用于根据所述模拟IIR数字低通滤波器的损耗函数曲线，通过MATLAB求解，得到IIR数字低通滤波器的实际参数，根据所述实际参数设计IIR数字低通滤波器。
5.根据权利要求4所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统，其特征在于，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统还包括降噪效果测试模块，用于将设计完成的IIR数字低通滤波器应用于ANC降噪蓝牙耳机上，测试其降噪效果，并依据降噪效果调整先前设置的IIR数字低通滤波器的预期参数。
6.根据权利要求4所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计系统，其特征在于，所述预期参数设置模块中的预期参数包括中心频率、截止频率、插入损耗、纹波、带内波动、带内驻波比、阻带抑制度、通带截止频率、通带最大衰减系数、阻带截止频率和阻带最小衰减系数中的一个或多个。
7.一种ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计设备，其特征在于，所述ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计设备包括存储装置和处理器，所述存储装置用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现根据权利要求1-3任一项所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法。
8.一种计算机可读存储介质，其存储有至少一个程序，其特征在于，当所述程序被处理器执行时，实现根据权利要求1-3任一项所述的ANC降噪蓝牙耳机滤波器的设计方法。
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