CN113921028A - 空间声场的降噪方法及降噪装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种空间声场的降噪方法及降噪装置，所述降噪方法包括获取环境的噪声信号，并提取噪声参数；驱动次级声源发出声源信号，并提取声源参数；根据所述噪声参数和所述声源参数确定等效参数；根据所述噪声信号和所述等效参数，控制所述次级声源发出与所述噪声信号对应的等效声源。本发明实施例提供的空间声场的降噪方法及降噪装置，所述降噪方法通过对噪声参数和声源参数的提取，并通过噪声参数和声源参数确定控制次级声源发出等效声源的等效参数，实现了在降噪过程中，对入射噪声源进行实时声场解析，并利用次级声源阵列结合阵列的一些先验参数对声场进行实时重构，提升了降噪的针对性和可靠性，同时大大提高空间降噪系统的实用性。

Description

空间声场的降噪方法及降噪装置

技术领域

本发明涉及噪声控制技术领域，尤其涉及一种空间声场的降噪方法及降噪装置。

背景技术

三维空间的噪声主动控制可以实现低频噪声的全空间或局部区域的抵消，有强烈的应用需求。在自由声场中，完全抵消噪声在理论上是有可能的，其根据就是惠更斯原理，在实际可操作层面，空间降噪(包括自由声场和封闭声场)一般是以有限点位按总的辐射声功率或均方声压和最小为控制目标，因此即便是自由声场中，次级声源也无法完美复现入射声场，而且为了提高次级声场与入射声场的吻合性，目前的技术通过设置较多通道的次级声源阵列和复杂的误差传感器系统，并且通过自适应优化的方式使误差传感器位置处达到某种策略下的最优，以实现降噪。而次级声源阵列对入射声监测传感器和残余声监测传感器有着复杂的影响与干扰，导致降噪系统整体难以高效工作，甚至导致系统不可用，因此目前全空间的降噪技术还很难进入实用阶段，根据公开的资料，目前这样的系统仅能在有限的实验室条件下工作，由于空间声场面临的影响因素众多，情况多样，实际工程的一些尝试中这类系统的空间降噪效果并不明显。

分析现有的技术，发现其主要的技术问题在于几个方面：

1)现有技术在实施时脱离了对物理层面声场真实分布的分析，仅通过对预先设置的误差传感器点位的噪声进行控制来达到全声场或局部声场的降噪，而实际中脱离了对物理声场的掌握仅能实现局部静区或在误差传感器点位处达到某种程度降噪，无法真正实现大范围的空间主动降噪；

2)现有技术依赖于自适应优化算法，导致系统设计复杂，系统鲁棒性差，实际环境中很容易出现自适应算法收敛困难的问题，达不到降噪的目的；

3)多通道自适应优化算法对硬件实施平台的需求较高，需要实时性很强的专用DSP芯片来实现，导致系统的硬件成本很高。

有鉴于此提出本发明。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种空间声场的降噪方法，用以解决现有技术中依赖自适应算法、脱离对物理层面声场真实分布的分析以及对计算量要求大的缺陷，实现降噪过程中，对入射噪声源进行实时声场解析，并利用次级声源阵列结合阵列的一些先验参数对声场进行实时重构，提升了降噪的针对性和可靠性，同时也可以大大提高空间降噪系统的实用性。

本发明还提出一种空间声场的降噪装置，通过使用本发明的装置，可以提升了降噪的针对性和可靠性，同时也可以大大提高空间降噪系统的实用性。

根据本发明第一方面实施例的一种空间声场的降噪方法，包括：

获取环境的噪声信号，并提取噪声参数；

驱动次级声源发出声源信号，并提取声源参数；

根据所述噪声参数和所述声源参数确定等效参数；

根据所述噪声信号和所述等效参数，控制所述次级声源发出与所述噪声信号对应的等效声源。

根据本发明的一个实施例，所述降噪方法还包括：

获取环境的所述噪声信号，所述噪声信号包括指向第一传感器的第一噪声向量，以及指向第二传感器的第二噪声向量；

根据所述第一噪声向量和所述第二噪声向量确定所述噪声参数；

驱动所述次级声源发出声源信号，所述声源信号包括指向次级声源的第一声源向量，以及指向所述第二传感器的第二声源向量；

根据所述第一声源向量和所述第二声源向量确定所述声源参数。

具体来说，通过设置第一传感器、第二传感器和次级声源，并建立三者之间的关系，确定第一传感器和第二传感器之间的噪声参数、第二传感器和次级声源之间的声源参数，最终实现根据噪声参数和声源参数对等效参数的确定。

根据本发明的一个实施例，所述获取环境所述噪声信号，所述噪声信号包括指向第一传感器的第一噪声向量，以及指向第二传感器的第二噪声向量的步骤中，具体包括：

所述第一传感器包括由若干第一子传感器组成的传感器矩阵；

所述第一噪声向量包括指向每一个所述第一子传感器的第一噪声向量矩阵X＝[x⁽¹⁾(n),x⁽²⁾(n),…,x⁽ⁱ⁾(n)]^T，式中，n为通道内的信号长度，i为对应所述第一传感器中的第i个所述第一子传感器；

所述第二传感器包括由若干第二子传感器组成的传感器矩阵；

所述第二噪声向量包括指向每一个所述第二子传感器的第二噪声向量矩阵V＝[v⁽¹⁾(n),v⁽²⁾(n),…,v^(k)(n)]^T，式中，n为通道内的信号长度，k为对应所述第二传感器中的第k个所述第二子传感器。

具体来说，通过将第一传感器和第二传感器设置为由若干子传感器组成的传感器矩阵，建立了基于第二传感器的评价面；通过获取第一噪声向量和第二噪声向量，建立了基于评价面的第一传感器和第二传感器之间的第一噪声向量矩阵和第二噪声向量矩阵。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一噪声向量和所述第二噪声向量确定噪声参数的步骤中，具体包括：

基于所述噪声信号在所述空间声场中的传递，建立所述第一传感器和所述第二传感器的关系函数，所述关系函数如下V＝H*X，式中V为第二噪声向量矩阵、H为第一传递矩阵、X为第一噪声向量矩阵；

将求得的所述第一传递矩阵作为所述噪声参数，所述第一传递矩阵的计算公式如下，

式中，i为对应所述第一传感器中的第i个子传感器；

k为对应所述第二传感器中的第k个子传感器。

具体来说，噪声在通过第一传感器传递至第二传感器时，第一传感器和第二传感器会产生基于空间声场的信号向量，通过获取第一传感器和第二传感器基于信号向量的函数关系确定第一传感器和第二传感器之间的第一传递矩阵。

根据本发明的一个实施例，所述驱动所述次级声源发出声源信号，所述声源信号包括指向次级声源的第一声源向量，以及指向第二传感器的第二声源向量的步骤中，具体包括：

所述次级声源包括由若干子次级声源组成的次级声源矩阵；

所述第一声源向量包括指向每一个所述子次级声源的第一声源向量矩阵Y＝[y⁽¹⁾(n),y⁽²⁾(n),…,y^(j)(n)]^T，式中，n为通道内的信号长度，j为对应所述次级声源中的第j个所述子次级声源；

所述第二传感器包括由若干第二子传感器组成的传感器矩阵；

所述第二声源向量包括指向每一个所述第二子传感器的第二声源向量矩阵V＝[v⁽¹⁾(n),v⁽²⁾(n),…,v^(k)(n)]^T，式中，n为通道内的信号长度，k为对应所述第二传感器中的第k个所述第二子传感器。

具体来说，通过将次级声源和第二传感器设置为由若干子次级声源和若干子传感器组成的次级声源矩阵和传感器矩阵，建立了基于第二传感器的评价面；该评价面与第一传感器与第二传感器的评价面为同一评价面；通过获取第一声源向量和第二声源向量，建立了基于评价面的次级声源和第二传感器之间的第一声源向量矩阵和第二声源向量矩阵。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一声源向量和所述第二声源向量确定所述声源参数的步骤中，具体包括：

基于所述次级声源发出的声源信号在所述空间声场中的传递，建立所述次级声源和所述第二传感器的关系函数，所述关系函数如下 V'＝Z*Y，式中V'为第二声源向量矩阵、Z为第二传递矩阵、Y为第一声源向量矩阵；

将求得的第二传递矩阵作为所述声源参数，所述第二传递矩阵的计算公式如下，

式中，j为对应所述次级声源中的第j个子次级声源；

k为对应所述第二传感器中的第k个子传感器。

具体来说，次级声源发出的声源信号在传递至第二传感器时，次级声源和第二传感器会产生基于空间声场的信号向量，通过获取次级声源和第二传感器基于信号向量的函数关系确定次级声源和第二传感器之间的第二传递矩阵。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述噪声参数和所述声源参数确定等效参数的步骤中，具体包括：

基于所述第二噪声向量矩阵和所述第二声源向量矩阵在所述第二传感器处相消，得到关于所述第一噪声向量矩阵、所述第一传递矩阵、所述第一声源向量矩阵和所述第二传递矩阵的关系函数，所述关系函数如下，

H*X+Z*Y＝0,

基于所述第一传递矩阵和所述第二传递矩阵求得关于所述第一噪声向量矩阵和所述第一声源向量矩阵的转移矩阵，将所述转移矩阵作为所述等效参数，所述转移矩阵的计算公式如下，

Y＝W*X，

式中，i为对应所述第一传感器中的第i个子传感器；

j为对应所述次级声源中的第j个子次级声源；

n为通道内的信号长度。

具体来说，由于第一传感器和次级声源都是基于同一个评价面进行与第二传感器之间函数关系的计算，因此第一传感器和次级声源之间可以通过第一传递矩阵和第二传递矩阵确定相应的等效参数，基于等效参数和第一传感器获取的噪声，次级声源通过发出等效声源可以实现空间声场的降噪。

根据本发明的一个实施例，所述获取环境的噪声信号，并提取噪声参数的步骤之前，还包括：

对所述空间声场内的所述噪声信号进行过滤，提取自所述第一传感器朝向所述第二传感器一侧传播的噪声信号。

具体来说，在使用中，由于存在诸多对噪声进行干扰的杂音，即，从多个方向获得的噪声，这就导致次级声源发出的等效声源与夹带杂音的噪声形成等效效应，而由于噪声夹带了杂音，等效声源也会夹带杂音，造成降噪效果下降的问题。

进一步地，实际降噪时通常只希望对单独某一方向进行定向降噪，因此通过对环境噪声信号进行提取，获取某一方向的特定噪声，并通过次级声源发出与该向噪声等效的等效声源，可以实现高效降噪。

根据本发明的一个实施例，所述第一传感器和所述次级声源在所述空间声场内的距离为固定值。

具体来说，将第一传感器与次级声源在空间声场内的位置固定，避免了由于第一传感器与次级声源之间距离发生变化带来的等效参数的改变，同时也方便了第二传感器对等效参数的计算，在计算过程中可以忽略第二传感器与第一传感器、次级声源之间的距离，只需进行顺序测量即可。

根据本发明第二方面实施例的一种空间声场的降噪装置，包括

第一传感器，用于获取环境的噪声信号；

次级声源，用于发出声源信号；

控制器，分别与所述第一传感器、所述次级声源连接；

存储器，用于存储上述的空间声场的降噪方法中获得的等效参数；

其中，所述控制器从所述存储器中调取所述等效参数，并根据所述等效参数控制所述次级声源发出与所述噪声信号对应的等效声源。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明实施例提供的空间声场的降噪方法及降噪装置，所述降噪方法通过对噪声参数和声源参数的提取，并通过噪声参数和声源参数确定控制次级声源发出等效声源的等效参数，实现了在降噪过程中，对入射噪声源进行实时声场解析，并利用次级声源阵列结合阵列的一些先验参数对声场进行实时重构，提升了降噪的针对性和可靠性，同时也可以大大提高空间降噪系统的实用性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种空间声场的降噪方法的控制逻辑流程第一示意图；

图2是本发明实施例提供的一种空间声场的降噪方法的控制逻辑流程第二示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是本发明实施例提供的一种空间声场的降噪方法的控制逻辑流程第一示意图。如图1所示，在空间声场中，噪声信号的入射位置与次级声源存在一定的对应关系，即通过获取噪声信号的入射位置与次级声源的对应关系。求出入射位置与次级声源的转移矩阵，便可在入射位置获取到噪音信号时，根据该转移矩阵控制次级声源发出等效声波，实现降噪。转移矩阵即为本发明中提到的等效参数。

图2是本发明实施例提供的一种空间声场的降噪方法的控制逻辑流程第二示意图。如图2所示，在空间声场中，在噪声的传播方向上，依次设置第一传感器、次级声源和第二传感器。第一传感器设置于噪声信号的入射位置，次级声源与第一传感器间隔设置。第二传感器只需保证在噪声的传播方向上即可。

具体来说，通过第一传感器和第二传感器同时接收噪声信号，建立第一传感器与第二传感器之间的信号转换关系。

进一步地，获得第一传感器获取的空间声场的噪音信号向量为x，第二传感器获取的空间声场的噪音信号向量为v，则有v＝H*x，其中H为空间声场中噪音自第一传感器传递至第二传感器的第一传递矩阵。第一传递矩阵与声源入射角(θ,φ)有关，H可以通过理论计算或者测定的方式获得。

进一步地，驱动次级声源发出声源信号，第二传感器获取声源信号，并建立次级声源与第二传感器之间的信号转换关系。次级声源发出声源信号的声源信号向量为y，次级声源发出声源信号导致第二传感器收到的声源信号向量为v'，则有v'＝Z*y，其中Z为空间声场中声源信号自次级声源传递至第二传感器的第二传递矩阵。

进一步地，根据在评价面，即第二传感器处两信号相抵消的原则， v+v'＝0，这时H*x+Z*y＝0，上式也可以记为y＝W*x，式中W为转移矩阵，即，第一传感器和次级声源之间的等效参数。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一些实施方案中，如图1所示，本发明提供一种空间声场的降噪方法，包括：

获取环境的噪声信号，并提取噪声参数；

驱动次级声源发出声源信号，并提取声源参数；

根据所述噪声参数和所述声源参数确定等效参数；

根据所述噪声信号和所述等效参数，控制所述次级声源发出与所述噪声信号对应的等效声源。

在本发明的一些实施方案中，如图2所示，本发明提供一种空间声场的降噪方法，所述降噪方法还包括：

获取环境的所述噪声信号，所述噪声信号包括指向第一传感器的第一噪声向量，以及指向第二传感器的第二噪声向量；

根据所述第一噪声向量和所述第二噪声向量确定所述噪声参数；

驱动所述次级声源发出声源信号，所述声源信号包括指向次级声源的第一声源向量，以及指向所述第二传感器的第二声源向量；

根据所述第一声源向量和所述第二声源向量确定所述声源参数。

具体来说，通过设置第一传感器、第二传感器和次级声源，并建立三者之间的关系，确定第一传感器和第二传感器之间的噪声参数、第二传感器和次级声源之间的声源参数，最终实现根据噪声参数和声源参数对等效参数的确定。

在一个实施例中，所述获取环境所述噪声信号，所述噪声信号包括指向第一传感器的第一噪声向量，以及指向第二传感器的第二噪声向量的步骤中，具体包括：

所述第一传感器包括由若干第一子传感器组成的传感器矩阵；

所述第一噪声向量包括指向每一个所述第一子传感器的第一噪声向量矩阵X＝[x⁽¹⁾(n),x⁽²⁾(n),…,x⁽ⁱ⁾(n)]^T，式中，n为通道内的信号长度，i为对应所述第一传感器中的第i个所述第一子传感器；

所述第二传感器包括由若干第二子传感器组成的传感器矩阵；

所述第二噪声向量包括指向每一个所述第二子传感器的第二噪声向量矩阵V＝[v⁽¹⁾(n),v⁽²⁾(n),…,v^(k)(n)]^T，式中，n为通道内的信号长度，k为对应所述第二传感器中的第k个所述第二子传感器。

具体来说，通过将第一传感器和第二传感器设置为由若干子传感器组成的传感器矩阵，建立了基于第二传感器的评价面；通过获取第一噪声向量和第二噪声向量，建立了基于评价面的第一传感器和第二传感器之间的第一噪声向量矩阵和第二噪声向量矩阵。

在一个实施例中，所述根据所述第一噪声向量和所述第二噪声向量确定噪声参数的步骤中，具体包括：

基于所述噪声信号在所述空间声场中的传递，建立所述第一传感器和所述第二传感器的关系函数，所述关系函数如下V＝H*X，式中V为第二噪声向量矩阵、H为第一传递矩阵、X为第一噪声向量矩阵；

将求得的所述第一传递矩阵作为所述噪声参数，所述第一传递矩阵的计算公式如下，

式中，i为对应所述第一传感器中的第i个子传感器；

k为对应所述第二传感器中的第k个子传感器。

具体来说，噪声在通过第一传感器传递至第二传感器时，第一传感器和第二传感器会产生基于空间声场的信号向量，通过获取第一传感器和第二传感器基于信号向量的函数关系确定第一传感器和第二传感器之间的第一传递矩阵。

在一个实施例中，所述驱动所述次级声源发出声源信号，所述声源信号包括指向次级声源的第一声源向量，以及指向第二传感器的第二声源向量的步骤中，具体包括：

所述次级声源包括由若干子次级声源组成的次级声源矩阵；

所述第一声源向量包括指向每一个所述子次级声源的第一声源向量矩阵Y＝[y⁽¹⁾(n),y⁽²⁾(n),…,y^(j)(n)]^T，式中，n为通道内的信号长度，j为对应所述次级声源中的第j个所述子次级声源；

所述第二传感器包括由若干第二子传感器组成的传感器矩阵；

所述第二声源向量包括指向每一个所述第二子传感器的第二声源向量矩阵V＝[v⁽¹⁾(n),v⁽²⁾(n),…,v^(k)(n)]^T，式中，n为通道内的信号长度，k为对应所述第二传感器中的第k个所述第二子传感器。

具体来说，通过将次级声源和第二传感器设置为由若干子次级声源和若干子传感器组成的次级声源矩阵和传感器矩阵，建立了基于第二传感器的评价面；该评价面与第一传感器与第二传感器的评价面为同一评价面；通过获取第一声源向量和第二声源向量，建立了基于评价面的次级声源和第二传感器之间的第一声源向量矩阵和第二声源向量矩阵。

在一个实施例中，所述根据所述第一声源向量和所述第二声源向量确定所述声源参数的步骤中，具体包括：

基于所述次级声源发出的声源信号在所述空间声场中的传递，建立所述次级声源和所述第二传感器的关系函数，所述关系函数如下 V'＝Z*Y，式中V'为第二声源向量矩阵、Z为第二传递矩阵、Y为第一声源向量矩阵；

将求得的第二传递矩阵作为所述声源参数，所述第二传递矩阵的计算公式如下，

式中，j为对应所述次级声源中的第j个子次级声源；

k为对应所述第二传感器中的第k个子传感器。

具体来说，次级声源发出的声源信号在传递至第二传感器时，次级声源和第二传感器会产生基于空间声场的信号向量，通过获取次级声源和第二传感器基于信号向量的函数关系确定次级声源和第二传感器之间的第二传递矩阵。

在一个实施例中，所述根据所述噪声参数和所述声源参数确定等效参数的步骤中，具体包括：

基于所述第二噪声向量矩阵和所述第二声源向量矩阵在所述第二传感器处相消，得到关于所述第一噪声向量矩阵、所述第一传递矩阵、所述第一声源向量矩阵和所述第二传递矩阵的关系函数，所述关系函数如下，

H*X+Z*Y＝0,

基于所述第一传递矩阵和所述第二传递矩阵求得关于所述第一噪声向量矩阵和所述第一声源向量矩阵的转移矩阵，将所述转移矩阵作为所述等效参数，所述转移矩阵的计算公式如下，

Y＝W*X，

式中，i为对应所述第一传感器中的第i个子传感器；

j为对应所述次级声源中的第j个子次级声源；

n为通道内的信号长度。

具体来说，由于第一传感器和次级声源都是基于同一个评价面进行与第二传感器之间函数关系的计算，因此第一传感器和次级声源之间可以通过第一传递矩阵和第二传递矩阵确定相应的等效参数，基于等效参数和第一传感器获取的噪声，次级声源通过发出等效声源可以实现空间声场的降噪。

在一个实施例中，所述获取环境的噪声信号，并提取噪声参数的步骤之前，还包括：

对所述空间声场内的所述噪声信号进行过滤，提取自所述第一传感器朝向所述第二传感器一侧传播的噪声信号。

具体来说，在使用中，由于存在诸多对噪声进行干扰的杂音，即，从多个方向获得的噪声，这就导致次级声源发出的等效声源与夹带杂音的噪声形成等效效应，而由于噪声夹带了杂音，等效声源也会夹带杂音，造成降噪效果下降的问题。

进一步地，实际降噪时通常只希望对单独某一方向进行定向降噪，因此通过对环境噪声信号进行提取，获取某一方向的特定噪声，并通过次级声源发出与该向噪声等效的等效声源，可以实现高效降噪。

在一个实施例中，所述第一传感器和所述次级声源在所述空间声场内的距离为固定值。

具体来说，将第一传感器与次级声源在空间声场内的位置固定，避免了由于第一传感器与次级声源之间距离发生变化带来的等效参数的改变，同时也方便了第二传感器对等效参数的计算，在计算过程中可以忽略第二传感器与第一传感器、次级声源之间的距离，只需进行顺序测量即可。

根据本发明第二方面实施例的一种空间声场的降噪装置，包括第一传感器，用于获取环境的噪声信号；次级声源，用于发出声源信号；控制器，分别与第一传感器、次级声源连接；存储器，用于存储上述的空间声场的降噪方法中获得的等效参数；其中，控制器从存储器中调取等效参数，并根据等效参数控制次级声源发出与噪声信号对应的等效声源。

在一个应用场景中，本发明提出的一种空间声场的降噪装置安装于窗户的窗框上，装置正常工作阶段，用户通过开关确定降噪装置是否开启。

装置工作时，在实时进行两项工作，一是实时检测并计算声源位置和提取声源信息，声源分别来自第一传感器获取的噪音，以及次级声源发出的声源信号，二是利用第一传感器与次级声源之间计算出的转移矩阵实时驱动次级声源(次级声源阵列)工作，对空间声场实施降噪，在本应用场景中，对窗户外的噪音进行降噪。

实时检测并计算声源位置可以采用很多方法，本实施例中采用了时延估计定位算法，首先，估计各个传感器之间的声源信号到达时间延迟，以广义互相关时延估计算法为例，实现信号到达时间的估计。求取传感器接受信号的互功率谱，对互功率谱进行加权，加权后再经过傅里叶反变换得到广义互相关函数，根据互相关函数进行峰值的搜索，即得到了子传感器之间的时延。通过时延求取来波方向的计算，根据不同的阵列组织形式可以获得相应的公式，此处是公开的技术，需要说明的是，由于窗户的外侧为外部环境，内侧为室内环境，通常降噪是针对由窗户外侧向内侧传播的噪音，获取来波方向可以避免次级声源对室内的声音进行误判并进行降噪的问题。

通过时延求取来波方向的计算也可以通过采用最小化的方式进行。其次进行来波信号的提取，可以采用多种方法进行。计算量较小的可采用延迟波束形成的方法，仅需要对各个通道的信号进行相应的延时叠加就可以获得一定程度上抑制了无规噪声的来波信号。以上信号方位识别和提取的方法仅为本步骤的一项实施方法，并非对其作出限定。

在获取第一传感器各通道信号x后，根据调试阶段获得的驱动信号转移矩阵W计算次级声源的驱动向量y，其中y＝W*x。进一步地，控制次级声源播放等效声源对噪声实现降噪。

以上噪声方位识别和降噪处理的过程由控制器自动完成。

通过以上技术方案，可以在降噪实际工作阶段避免采用复杂的自适应优化算法，大大降低计算复杂度，提高了主动降噪在不同的硬件平台上运行的适应性，同时也提高了主动降噪对外部声源进行降噪的效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上实施方式仅用于说明本发明的内容，而非对本发明的限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种空间声场的降噪方法，其特征在于，包括：

获取环境的噪声信号，并提取噪声参数；

驱动次级声源发出声源信号，并提取声源参数；

根据所述噪声参数和所述声源参数确定等效参数；

根据所述噪声信号和所述等效参数，控制所述次级声源发出与所述噪声信号对应的等效声源。

2.根据权利要求1所述的一种空间声场的降噪方法，其特征在于，所述降噪方法还包括：

获取环境的所述噪声信号，所述噪声信号包括指向第一传感器的第一噪声向量，以及指向第二传感器的第二噪声向量；

根据所述第一噪声向量和所述第二噪声向量确定所述噪声参数；

驱动所述次级声源发出声源信号，所述声源信号包括指向次级声源的第一声源向量，以及指向所述第二传感器的第二声源向量；

根据所述第一声源向量和所述第二声源向量确定所述声源参数。

3.根据权利要求2所述的一种空间声场的降噪方法，其特征在于，所述获取环境所述噪声信号，所述噪声信号包括指向第一传感器的第一噪声向量，以及指向第二传感器的第二噪声向量的步骤中，具体包括：

所述第一传感器包括由若干第一子传感器组成的传感器矩阵；

所述第一噪声向量包括指向每一个所述第一子传感器的第一噪声向量矩阵X＝[x⁽¹⁾(n),x⁽²⁾(n),…,x⁽ⁱ⁾(n)]^T，其中，n为通道内的信号长度，i为对应所述第一传感器中的第i个所述第一子传感器；

所述第二传感器包括由若干第二子传感器组成的传感器矩阵；

所述第二噪声向量包括指向每一个所述第二子传感器的第二噪声向量矩阵V＝[v⁽¹⁾(n),v⁽²⁾(n),…,v^(k)(n)]^T，其中，n为通道内的信号长度，k为对应所述第二传感器中的第k个所述第二子传感器。

4.根据权利要求3所述的一种空间声场的降噪方法，其特征在于，所述根据所述第一噪声向量和所述第二噪声向量确定噪声参数的步骤中，具体包括：

基于所述噪声信号在所述空间声场中的传递，建立所述第一传感器和所述第二传感器的关系函数，所述关系函数如下V＝H*X，式中V为第二噪声向量矩阵、H为第一传递矩阵、X为第一噪声向量矩阵；

将求得的所述第一传递矩阵作为所述噪声参数，所述第一传递矩阵的计算公式如下，

式中，i为对应所述第一传感器中的第i个子传感器；

k为对应所述第二传感器中的第k个子传感器。

5.根据权利要求2至4任一所述的一种空间声场的降噪方法，其特征在于，所述驱动所述次级声源发出声源信号，所述声源信号包括指向次级声源的第一声源向量，以及指向第二传感器的第二声源向量的步骤中，具体包括：

所述次级声源包括由若干子次级声源组成的次级声源矩阵；

所述第一声源向量包括指向每一个所述子次级声源的第一声源向量矩阵Y＝[y⁽¹⁾(n),y⁽²⁾(n),…,y^(j)(n)]^T，其中，n为通道内的信号长度，j为对应所述次级声源中的第j个所述子次级声源；

所述第二传感器包括由若干第二子传感器组成的传感器矩阵；

所述第二声源向量包括指向每一个所述第二子传感器的第二声源向量矩阵V＝[v⁽¹⁾(n),v⁽²⁾(n),…,v^(k)(n)]^T，其中，n为通道内的信号长度，k为对应所述第二传感器中的第k个所述第二子传感器。

6.根据权利要求5所述的一种空间声场的降噪方法，其特征在于，所述根据所述第一声源向量和所述第二声源向量确定所述声源参数的步骤中，具体包括：

基于所述次级声源发出的声源信号在所述空间声场中的传递，建立所述次级声源和所述第二传感器的关系函数，所述关系函数如下V'＝Z*Y，式中V'为第二声源向量矩阵、Z为第二传递矩阵、Y为第一声源向量矩阵；

将求得的第二传递矩阵作为所述声源参数，所述第二传递矩阵的计算公式如下，

式中，j为对应所述次级声源中的第j个子次级声源；

k为对应所述第二传感器中的第k个子传感器。

7.根据权利要求6所述的一种空间声场的降噪方法，其特征在于，所述根据所述噪声参数和所述声源参数确定等效参数的步骤中，具体包括：

基于所述第二噪声向量矩阵和所述第二声源向量矩阵在所述第二传感器处相消，得到关于所述第一噪声向量矩阵、所述第一传递矩阵、所述第一声源向量矩阵和所述第二传递矩阵的关系函数，所述关系函数如下，

H*X+Z*Y＝0,

基于所述第一传递矩阵和所述第二传递矩阵求得关于所述第一噪声向量矩阵和所述第一声源向量矩阵的转移矩阵，将所述转移矩阵作为所述等效参数，所述转移矩阵的计算公式如下，

Y＝W*X，

式中，i为对应所述第一传感器中的第i个子传感器；

j为对应所述次级声源中的第j个子次级声源；

n为通道内的信号长度。

8.根据权利要求2至4任一所述的一种空间声场的降噪方法，其特征在于，所述获取环境的噪声信号，并提取噪声参数的步骤之前，还包括：

对所述空间声场内的所述噪声信号进行过滤，提取自所述第一传感器朝向所述第二传感器一侧传播的噪声信号。

9.根据权利要求2至4任一所述的一种空间声场的降噪方法，其特征在于，所述第一传感器和所述次级声源在所述空间声场内的距离为固定值。

10.一种空间声场的降噪装置，其特征在于，包括

第一传感器，用于获取环境的噪声信号；

次级声源，用于发出声源信号；

控制器，分别与所述第一传感器、所述次级声源连接；

存储器，用于存储上述权利要求1至9任一所述的空间声场的降噪方法中获得的等效参数；

其中，所述控制器从所述存储器中调取所述等效参数，并根据所述等效参数控制所述次级声源发出与所述噪声信号对应的等效声源。

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