CN117690404B - 用于汽车的发动机噪声的主动控制方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于汽车的发动机噪声的主动控制方法及其装置，该主动控制方法包括以下步骤：基于每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，生成全频段总体频域的最大响应函数；基于最大响应函数，生成各次级通道传递函数增益函数；基于根据发动机参考转速，生成噪音时域参考信号；生成所有M个扬声器一一对应的M音频信号，并控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。从而能够控制扬声器产生与发动机的噪音相抵消的声音。
Description
技术领域
本发明涉及声学技术领域，尤其涉及一种用于汽车的发动机噪声的主动控制方法及其装置。
背景技术
在汽车行驶过程中，发动机会产生噪音，此时，就需要消除该噪音，其中的一种消音方式是：在车厢中，设置有多个麦克风，每个麦克风用于对噪声进行录音，扬声器用于播放声音，该声音与噪音进行相互抵消。因此，如何控制扬声器产生与发动机的噪音相抵消的声音，就成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于汽车的发动机噪声的主动控制方法及其装置。
为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种用于汽车的发动机噪声的主动控制方法，在汽车车厢中设置有M个处于不同位置的扬声器，以及N个处于不同位置的麦克风，其中，M和N均为自然数，且M≥2，N≥2；包括以下步骤：基于每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，生成全频段总体频域的最大响应函数；基于最大响应函数，生成各次级通道传递函数增益函数；基于根据发动机参考转速，生成噪音时域参考信号；生成所有M个扬声器一一对应的M音频信号，并控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述基于每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，生成全频段总体频域的最大响应函数具体包括：获取每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，其中，为扬声器/>到麦克风/>的次级通道时域传递函数，p和q均为自然数，1≤p≤M，1≤q≤N，z为时间；将M*N个次级通道传递函数进行频域转换处理，得到，其中，/>为扬声器/>到麦克风的次级通道频域传递函数，f为频率；麦克风所一一对应的整体频域响应为，其中，/>，全频段总体频域的最大响应函数。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述基于最大响应函数，生成各次级通道传递函数增益函数具体包括：麦克风的通道在频率f下的频域响应增益系数/>，其中，。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述基于根据发动机参考转速，生成噪音时域参考信号具体包括：获取发动机的参考转速r(k)，生成发动机噪音控制频率，其中，k为序列迭代变量，r(k)单位为转/分，order为发动机的转速阶次；生成噪音时域参考信号/>，其中，t(k)代表时间变量。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述生成所有M个扬声器一一对应的M音频信号，并控制每个扬声器基于对应的音频信号发声具体包括：对扬声器均进行以下处理：基于随机梯度下降算法更新此次待处理的扬声器/>的滤波器系数/>，，其中，/>代表扬声器/>在时刻k时的滤波器系数，μ为滤波器误差信号梯度更新步长，/>为麦克风/>的通道的传递函数频域增益系数，/>为麦克风/>的误差信号；得到扬声器/>在时刻k+1输出的音频信号/>；之后，在时刻k+1，控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
本发明实施例还提供了一种用于汽车的发动机噪声的主动控制装置，在汽车车厢中设置有M个处于不同位置的扬声器，以及N个处于不同位置的麦克风/>，其中，M和N均为自然数，且M≥2，N≥2；包括以下模块：最大响应函数生成模块，用于基于每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，生成全频段总体频域的最大响应函数；增益函数生成模块，用于基于最大响应函数，生成各次级通道传递函数增益函数；时域参考信号生成模块，用于基于根据发动机参考转速，生成噪音时域参考信号；发生模块，用于生成所有M个扬声器一一对应的M音频信号，并控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述最大响应函数生成模块还用于：获取每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，其中，/>为扬声器/>到麦克风的次级通道时域传递函数，p和q均为自然数，1≤p≤M，1≤q≤N，z为时间；将M*N个次级通道传递函数进行频域转换处理，得到/>，其中，/>为扬声器/>到麦克风/>的次级通道频域传递函数，f为频率；麦克风/>所一一对应的整体频域响应为，其中，/>，全频段总体频域的最大响应函数。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述增益函数生成模块还用于：麦克风的通道在频率f下的频域响应增益系数，其中，/>。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述时域参考信号生成模块还用于：获取发动机的参考转速r(k)，生成发动机噪音控制频率，其中，k为序列迭代变量，r(k)单位为转/分，order为发动机的转速阶次；生成噪音时域参考信号，其中，t(k)代表时间变量。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述发生模块还用于：对扬声器均进行以下处理：基于随机梯度下降算法更新此次待处理的扬声器/>的滤波器系数/>，，其中，/>代表扬声器/>在时刻k时的滤波器系数，μ为滤波器误差信号梯度更新步长，/>为麦克风/>的通道的传递函数频域增益系数，/>为麦克风/>的误差信号；得到扬声器/>在时刻k+1输出的音频信号/>；之后，在时刻k+1，控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：本发明实施例提供了一种用于汽车的发动机噪声的主动控制方法及其装置，该主动控制方法包括以下步骤：基于每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，生成全频段总体频域的最大响应函数；基于最大响应函数，生成各次级通道传递函数增益函数；基于根据发动机参考转速，生成噪音时域参考信号；生成所有M个扬声器一一对应的M音频信号，并控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。从而能够控制扬声器产生与发动机的噪音相抵消的声音。
附图说明
图1是本发明实施例中的主动控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中的术语“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文和简化描述，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的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，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，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明实施例一提供了一种用于汽车的发动机噪声的主动控制方法，在汽车车厢中设置有M个处于不同位置的扬声器，以及N个处于不同位置的麦克风/>，其中，M和N均为自然数，且M≥2，N≥2；如图1所示，包括以下步骤：
步骤101：基于每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，生成全频段总体频域的最大响应函数。
步骤102：基于最大响应函数，生成各次级通道传递函数增益函数。
步骤103：基于根据发动机参考转速，生成噪音时域参考信号。
步骤104：生成所有M个扬声器一一对应的M音频信号，并控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
现有的发动机噪音多通道（即多扬声器多麦克风）主动控制方法是单通道（即单扬声器单麦克风）主动控制方法的空间域推广。多扬声器系统相当于单扬声器系统的数量拓展，多麦克风系统相当于单麦克风系统的空间拓展。在单通道主动控制方法中，对误差信号进行次级通道传递函数滤波有助于滤波器的快速收敛。这种主动控制方法应用于多通道系统时，由于各次级通道传递函数的各频率响应幅值的不同，直接对各误差信号进行滤波，相当于在各控制点的控制频率上增加了不同的计算权重，在数学上改变了误差信号的噪声幅值分布。
本实施例中的主动控制方法通过对各次级通道传递函数进行频域转换，计算每个麦克风的扬声器总体频域响应曲线，再将各麦克风的总体频域响应曲线中各频率点的最大响应值整合为控制系统次级通道整体频域最大响应曲线。将各次级通道频域传函与整体频域最大响应曲线比较，得到各次级通道的频域增益曲线。根据噪音参考信号的频率，各次级通道通过调用不同的传递函数增益系数，实现在不改变每个控制点对应的各扬声器通道传递函数频域响应幅值比例关系的限定条件下，各控制点整体频域响应幅值相同，避免各控制点的噪音幅值比例关系被不同次级通道的传递函数滤波所改变，提升各控制点降噪效果均匀性，消除了噪音增大的问题的潜在可能性。
本实施例中的主动控制方法是一种考虑次级通道传函均衡的发动机噪音多通道主动控制方法。通过对测量得到的各次级通道传递函数进行频域转换与计算，得到多通道系统整体频域最大响应曲线，进而计算得出各次级通道传函频域增益曲线。根据参考信号的频率值调用各次级通道传函频域增益曲线中相应的增益系数，实现各控制点的扬声器整体频域响应幅值的均匀化，提升多通道主动控制方法的降噪均匀性与局部稳定性。
本实施例中，所述基于每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，生成全频段总体频域的最大响应函数具体包括：
获取每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，其中，/>为扬声器/>到麦克风/>的次级通道时域传递函数，p和q均为自然数，1≤p≤M，1≤q≤N，z为时间；将M*N个次级通道传递函数进行频域转换处理，得到/>，其中，/>为扬声器到麦克风/>的次级通道频域传递函数，f为频率；麦克风所一一对应的整体频域响应为，其中，/>，全频段总体频域的最大响应函数/>。
本实施例中，所述基于最大响应函数，生成各次级通道传递函数增益函数具体包括：
麦克风的通道在频率f下的频域响应增益系数/>，其中，/>。
这里，基于公式计算总体频域最大响应函数/>与各麦克风通道的整体频域响应函数/>在各频率点f上的响应幅值比，作为各麦克风通道在频率f下的频域响应增益系数。
本实施例中，所述基于根据发动机参考转速，生成噪音时域参考信号具体包括：
获取发动机的参考转速r(k)，生成发动机噪音控制频率，其中，k为序列迭代变量，r(k)单位为转/分，order为发动机的转速阶次；生成噪音时域参考信号/>，其中，t(k)代表时间变量。
本实施例中，所述生成所有M个扬声器一一对应的M音频信号，并控制每个扬声器基于对应的音频信号发声具体包括：
对扬声器均进行以下处理：基于随机梯度下降算法更新此次待处理的扬声器/>的滤波器系数/>，，其中，/>代表扬声器/>在时刻k时的滤波器系数，μ为滤波器误差信号梯度更新步长，/>为麦克风的通道的传递函数频域增益系数，/>为麦克风/>的误差信号；得到扬声器/>在时刻k+1输出的音频信号/>；之后，在时刻k+1，控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
该主动控制方法实现所有扬声器滤波器的系数更新与输出音频信号计算。算法迭代计算后各滤波器自适应收敛，通过各扬声器输出噪音抵消信号，降低各控制点处发动机噪音幅值。
本发明实施例一提供了一种用于汽车的发动机噪声的主动控制装置，在汽车车厢中设置有M个处于不同位置的扬声器，以及N个处于不同位置的麦克风/>，其中，M和N均为自然数，且M≥2，N≥2；包括以下模块：
最大响应函数生成模块，用于基于每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，生成全频段总体频域的最大响应函数。
增益函数生成模块，用于基于最大响应函数，生成各次级通道传递函数增益函数。
时域参考信号生成模块，用于基于根据发动机参考转速，生成噪音时域参考信号。
发生模块，用于生成所有M个扬声器一一对应的M音频信号，并控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
本实施例中，所述最大响应函数生成模块还用于：获取每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，其中，/>为扬声器到麦克风/>的次级通道时域传递函数，p和q均为自然数，1≤p≤M，1≤q≤N，z为时间；将M*N个次级通道传递函数进行频域转换处理，得到，其中，/>为扬声器/>到麦克风/>的次级通道频域传递函数，f为频率；麦克风/>所一一对应的整体频域响应为/>，其中，，全频段总体频域的最大响应函数。
本实施例中，所述增益函数生成模块还用于：麦克风的通道在频率f下的频域响应增益系数，其中，/>。
本实施例中，所述时域参考信号生成模块还用于：获取发动机的参考转速r(k)，生成发动机噪音控制频率，其中，k为序列迭代变量，r(k)单位为转/分，order为发动机的转速阶次；生成噪音时域参考信号/>，其中，t(k)代表时间变量。
本实施例中，所述发生模块还用于：对扬声器均进行以下处理：基于随机梯度下降算法更新此次待处理的扬声器/>的滤波器系数，/>，其中，代表扬声器/>在时刻k时的滤波器系数，μ为滤波器误差信号梯度更新步长，为麦克风/>的通道的传递函数频域增益系数，/>为麦克风的误差信号；得到扬声器/>在时刻k+1输出的音频信号；之后，在时刻k+1，控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。可读存储介质例如可以包括但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (2)
1.一种用于汽车的发动机噪声的主动控制方法，在汽车车厢中设置有M个处于不同位置的扬声器，以及N个处于不同位置的麦克风，其中，M和N均为自然数，且M≥2，N≥2；其特征在于，包括以下步骤：
获取每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，其中，/>为扬声器/>到麦克风/>的次级通道时域传递函数，p和q均为自然数，1≤p≤M，1≤q≤N，z为时间；将M*N个次级通道传递函数进行频域转换处理，得到/>，其中，/>为扬声器到麦克风/>的次级通道频域传递函数，f为频率；麦克风所一一对应的整体频域响应为，其中，/>，全频段总体频域的最大响应函数/>；
麦克风的通道在频率f下的频域响应增益系数/>，其中，/>；
获取发动机的参考转速r(k)，生成发动机噪音控制频率，其中，k为序列迭代变量，r(k)单位为转/分，order为发动机的转速阶次；生成噪音时域参考信号，其中，t(k)代表时间变量；
对扬声器均进行以下处理：基于随机梯度下降算法更新此次待处理的扬声器/>的滤波器系数/>，，其中，/>代表扬声器/>在时刻k时的滤波器系数，μ为滤波器误差信号梯度更新步长，/>为麦克风的通道的传递函数频域增益系数，/>为麦克风/>的误差信号；得到扬声器/>在时刻k+1输出的音频信号/>；之后，在时刻k+1，控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
2.一种用于汽车的发动机噪声的主动控制装置，在汽车车厢中设置有M个处于不同位置的扬声器，以及N个处于不同位置的麦克风，其中，M和N均为自然数，且M≥2，N≥2；其特征在于，包括以下模块：
最大响应函数生成模块，用于获取每个扬声器到每个控制点之间的M*N个次级通道传递函数，其中，/>为扬声器/>到麦克风的次级通道时域传递函数，p和q均为自然数，1≤p≤M，1≤q≤N，z为时间；将M*N个次级通道传递函数进行频域转换处理，得到/>，其中，为扬声器/>到麦克风/>的次级通道频域传递函数，f为频率；麦克风/>所一一对应的整体频域响应为，其中，/>，全频段总体频域的最大响应函数/>；
增益函数生成模块，用于麦克风的通道在频率f下的频域响应增益系数/>，其中，；
时域参考信号生成模块，用于获取发动机的参考转速r(k)，生成发动机噪音控制频率，其中，k为序列迭代变量，r(k)单位为转/分，order为发动机的转速阶次；生成噪音时域参考信号/>，其中，t(k)代表时间变量；
发生模块，用于对扬声器均进行以下处理：基于随机梯度下降算法更新此次待处理的扬声器/>的滤波器系数/>，，其中，/>代表扬声器/>在时刻k时的滤波器系数，μ为滤波器误差信号梯度更新步长，/>为麦克风的通道的传递函数频域增益系数，/>为麦克风/>的误差信号；得到扬声器/>在时刻k+1输出的音频信号/>；之后，在时刻k+1，控制每个扬声器基于对应的音频信号发声。
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