CN118430503A - 一种汽车扬声器全频降噪技术及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车扬声器全频降噪技术及方法，涉及扬声器降噪技术领域。该汽车扬声器全频降噪技术，包括：噪声采集与信号处理，通过在车内布置麦克风来采集环境中的噪声信号，设置多个麦克风能够准确捕捉到车内各个方向的噪声源；声场计算与噪声控制，通过先进的算法计算车内的噪声声场，从而建立起车内噪声的全面模型，根据计算得到的噪声声场，系统进一步计算出需要控制的噪声声场，确保最终的降噪效果能够满足驾驶者和乘客的期望。通过采用降噪算法对车内环境中的噪声进行实时的更新和计算，能根据车辆的动态变化和噪声环境的变化，及时调整降噪算法，从而实现适应不同的驾驶条件和噪声环境。

Description

一种汽车扬声器全频降噪技术及方法

技术领域

本发明涉及扬声器降噪技术领域，具体为一种汽车扬声器全频降噪技术及方法。

背景技术

汽车扬声器是汽车音响系统的重要组成部分，用于将电信号转换为声音，并在汽车内部播放音乐、语音导航等声音内容，汽车扬声器的设计需要综合考虑声音质量、功率处理能力、尺寸和安装、频率响应、耐用性和稳定性以及环境适应性等因素，以实现在汽车内部提供高品质的音频体验，汽车扬声器通常由一个或多个驱动单元(通常是电磁或压电式扬声器单元)组成，这些单元被设计用来产生特定频率范围内的声音。它们安装在汽车内部的不同位置，如车门、仪表板、后座等，以提供全方位的音频覆盖。汽车扬声器的设计考虑到了汽车内部空间的限制，以及在移动车辆环境下的耐用性、稳定性和声学特性。

然而现有的汽车扬声器在实际使用过程中仍存在一些不足和有待改进的地方，在汽车内部，噪音一直是一个困扰驾驶者和乘客的问题；尤其是发动机噪音、路面噪音以及风噪音等，严重影响了驾驶者和乘客的舒适性和安静性；传统的汽车音响系统往往只能在有限的频率范围内进行噪音抑制，无法实现全频段的降噪效果，因此，本领域的技术人员提供了一种汽车扬声器全频降噪技术及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种汽车扬声器全频降噪技术及方法，解决了传统的汽车音响系统往往只能在有限的频率范围内进行噪音抑制，无法实现全频段的降噪效果的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种汽车扬声器全频降噪技术，包括：

噪声采集与信号处理，通过在车内布置麦克风来采集环境中的噪声信号，设置多个麦克风能够准确捕捉到车内各个方向的噪声源；

声场计算与噪声控制，通过先进的算法计算车内的噪声声场，其中涉及对噪声的定位、强度和频率特性的精确计算，从而建立起车内噪声的全面模型，

根据计算得到的噪声声场，系统进一步计算出需要控制的噪声声场，这一过程需要综合考虑降噪的目标和效果多方面因素，确保最终的降噪效果能够满足驾驶者和乘客的期望；

反向声波发射与降噪，在计算出噪声控制声场后，系统会发出降噪驱动信号到扬声器，扬声器发出反向声波，其频率和相位特性与车内噪声相反，使得反向声波与车内噪声相互抵消，实现了降噪的效果；其中反向声波发射与降噪的算法如下：

自适应滤波器：

使用自适应滤波器来模拟噪声的传播路径和特性；

最小均方算法：

LMS算法是一种自适应算法，用于调整滤波器的系数，以最小化误差信号，去查信号是期望信号与滤波器输出信号之间的差异；

误差信号计算：

e(n)＝d(n)-y(n)

误差信号e(n)是通过从期望信号d(n)中减去滤波器输出信号y(n)来计算的；

滤波器系数更新：

使用LMS算法更新滤波器系数w(n)：

w(n+1)＝w(n)+2μe(n)x(n)

其中，μ是步长参数，x(n)是输入信号；

控制信号生成：

控制信号u(n)是通过自适应滤波器生成的，用于驱动扬声器产生反相声波：

u(n)＝w^T(n)x(n)

其中，w^T(n)是滤波器系数的转置；

降噪算法的实现，降噪算法通常包括以下步骤：

第一步，噪声信号的采集与预处理，使用麦克风阵列采集噪声信号，并对其进行滤波和去噪相关处理；

第二步，噪声源的识别与定位，通过信号处理技术识别噪声源，并确定其在车内的位置；

第三步，噪声模型的建立，根据采集到的噪声信号建立噪声模型，包括噪声的频率、相位和强度；

第四步，反向声波的生成，根据噪声模型生成与噪声相位相反、振幅相等的反向声波；

第五步，扬声器的控制，通过控制扬声器的输出，使得反向声波与噪声在车内空间中叠加，从而实现降噪；

算法的优化与调整，根据车辆的动态变化和噪声环境的变化，实现调整降噪算法的参数，以适应不同的驾驶条件和噪声环境；

系统的集成与测试，将降噪算法集成到汽车的音响系统中，并进行实际的测试和验证，确保降噪效果达到预期。

优选的，所述自适应滤波器可采用FIR或IIR滤波器。

一种汽车扬声器全频降噪技术的使用方法，包括以下步骤：

S1.通过在车内不同位置安装麦克风或压电传感器，用来采集环境中的噪音，通过设置多个麦克风能够准确捕捉到车内各个方向的噪声源，从而方便后续有针对性地操作和降噪处理；

S2.通过采用最小均方算法、误差信号计算对内部噪声的定位、强度和频率进行精确计算，从而在车内建立起噪声全面的模型；

S3.通过利用反向声波发射与降噪对噪声进行抑制和降噪处理，在计算出噪声后，系统会发出降噪驱动信号到扬声器，利用扬声器发出反向声波，频率和相位特性与车内噪声相反，刚好与车内噪声相互抵消，从而实现降噪效果；

S4.算法的优化和调整，根据车辆的动态变化和噪声环境的变化，实现调整降噪算法的参数，达到能适应不同的驾驶条件和噪声环境；

S5.将降噪算法集成到汽车的音响系统中，并进行实际的测试和验证，确保降噪效果达到预期，方便后续驾驶过程中使用。

(三)有益效果

本发明提供了一种汽车扬声器全频降噪技术及方法。具备以下有益效果：

1、本发明中，使用时能够实现对汽车内部全频段噪音的有效降噪，显著提高了驾驶者和乘客的舒适性和安静性，提升了汽车内部音响系统的性能和体验。

2、本发明中，通过采用降噪算法对车内环境中的噪声进行实时的更新和计算，能根据车辆的动态变化和噪声环境的变化，及时调整降噪算法，从而实现适应不同的驾驶条件和噪声环境。

附图说明

图1为本发明整体系统流程的示意图；

图2为本发明中反向声波发射与降噪的整体流程示意图；

图3为本发明中降噪算法的实现的具体流程示意图。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

实施例一：

如图1-3所示，本发明实施例提供一种汽车扬声器全频降噪技术，包括：

噪声采集与信号处理，通过在车内布置麦克风来采集环境中的噪声信号，设置多个麦克风能够准确捕捉到车内各个方向的噪声源；

声场计算与噪声控制，通过先进的算法计算车内的噪声声场，其中涉及对噪声的定位、强度和频率特性的精确计算，从而建立起车内噪声的全面模型，

根据计算得到的噪声声场，系统进一步计算出需要控制的噪声声场，这一过程需要综合考虑降噪的目标和效果多方面因素，确保最终的降噪效果能够满足驾驶者和乘客的期望；

反向声波发射与降噪，在计算出噪声控制声场后，系统会发出降噪驱动信号到扬声器，扬声器发出反向声波，其频率和相位特性与车内噪声相反，使得反向声波与车内噪声相互抵消，实现了降噪的效果；其中反向声波发射与降噪的算法如下：

自适应滤波器：

使用自适应滤波器来模拟噪声的传播路径和特性；

最小均方算法：

LMS算法是一种自适应算法，用于调整滤波器的系数，以最小化误差信号，去查信号是期望信号与滤波器输出信号之间的差异；

误差信号计算：

e(n)＝d(n)-y(n)

误差信号e(n)是通过从期望信号d(n)中减去滤波器输出信号y(n)来计算的；

滤波器系数更新：

使用LMS算法更新滤波器系数w(n)：

w(n+1)＝w(n)+2μe(n)x(n)

其中，μ是步长参数，x(n)是输入信号；

控制信号生成：

控制信号u(n)是通过自适应滤波器生成的，用于驱动扬声器产生反相声波：

u(n)＝w^T(n)x(n)

其中，w^T(n)是滤波器系数的转置；

降噪算法的实现，降噪算法通常包括以下步骤：

第一步，噪声信号的采集与预处理，使用麦克风阵列采集噪声信号，并对其进行滤波和去噪相关处理；

第二步，噪声源的识别与定位，通过信号处理技术识别噪声源，并确定其在车内的位置；

第三步，噪声模型的建立，根据采集到的噪声信号建立噪声模型，包括噪声的频率、相位和强度；

第四步，反向声波的生成，根据噪声模型生成与噪声相位相反、振幅相等的反向声波；

第五步，扬声器的控制，通过控制扬声器的输出，使得反向声波与噪声在车内空间中叠加，从而实现降噪；

算法的优化与调整，根据车辆的动态变化和噪声环境的变化，实现调整降噪算法的参数，以适应不同的驾驶条件和噪声环境；

系统的集成与测试，将降噪算法集成到汽车的音响系统中，并进行实际的测试和验证，确保降噪效果达到预期。

自适应滤波器可采用FIR或IIR滤波器。

一种汽车扬声器全频降噪技术的使用方法，包括以下步骤：

S1.通过在车内不同位置安装麦克风或压电传感器，用来采集环境中的噪音，通过设置多个麦克风能够准确捕捉到车内各个方向的噪声源，从而方便后续有针对性地操作和降噪处理；

S2.通过采用最小均方算法、误差信号计算对内部噪声的定位、强度和频率进行精确计算，从而在车内建立起噪声全面的模型；

S3.通过利用反向声波发射与降噪对噪声进行抑制和降噪处理，在计算出噪声后，系统会发出降噪驱动信号到扬声器，利用扬声器发出反向声波，频率和相位特性与车内噪声相反，刚好与车内噪声相互抵消，从而实现降噪效果；

S4.算法的优化和调整，根据车辆的动态变化和噪声环境的变化，实现调整降噪算法的参数，达到能适应不同的驾驶条件和噪声环境；

S5.将降噪算法集成到汽车的音响系统中，并进行实际的测试和验证，确保降噪效果达到预期，方便后续驾驶过程中使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种汽车扬声器全频降噪技术，其特征在于：包括：

噪声采集与信号处理，通过在车内布置麦克风来采集环境中的噪声信号，设置多个麦克风能够准确捕捉到车内各个方向的噪声源；

声场计算与噪声控制，通过先进的算法计算车内的噪声声场，其中涉及对噪声的定位、强度和频率特性的精确计算，从而建立起车内噪声的全面模型，

根据计算得到的噪声声场，系统进一步计算出需要控制的噪声声场，这一过程需要综合考虑降噪的目标和效果多方面因素，确保最终的降噪效果能够满足驾驶者和乘客的期望；

反向声波发射与降噪，在计算出噪声控制声场后，系统会发出降噪驱动信号到扬声器，扬声器发出反向声波，其频率和相位特性与车内噪声相反，使得反向声波与车内噪声相互抵消，实现了降噪的效果；其中反向声波发射与降噪的算法如下：

自适应滤波器：

使用自适应滤波器来模拟噪声的传播路径和特性；

最小均方算法：

LMS算法是一种自适应算法，用于调整滤波器的系数，以最小化误差信号，去查信号是期望信号与滤波器输出信号之间的差异；

误差信号计算：

误差信号e(n)是通过从期望信号d(n)中减去滤波器输出信号y(n)来计算的；

滤波器系数更新：

使用LMS算法更新滤波器系数

其中，μ是步长参数，x(n)是输入信号；

控制信号生成：

控制信号u(n)是通过自适应滤波器生成的，用于驱动扬声器产生反相声波：

其中，w^T(n)是滤波器系数的转置；

降噪算法的实现，降噪算法通常包括以下步骤：

第一步，噪声信号的采集与预处理，使用麦克风阵列采集噪声信号，并对其进行滤波和去噪相关处理；

第二步，噪声源的识别与定位，通过信号处理技术识别噪声源，并确定其在车内的位置；

第三步，噪声模型的建立，根据采集到的噪声信号建立噪声模型，包括噪声的频率、相位和强度；

第四步，反向声波的生成，根据噪声模型生成与噪声相位相反、振幅相等的反向声波；

第五步，扬声器的控制，通过控制扬声器的输出，使得反向声波与噪声在车内空间中叠加，从而实现降噪；

算法的优化与调整，根据车辆的动态变化和噪声环境的变化，实现调整降噪算法的参数，以适应不同的驾驶条件和噪声环境；

系统的集成与测试，将降噪算法集成到汽车的音响系统中，并进行实际的测试和验证，确保降噪效果达到预期。

2.根据权利要求1所述的一种汽车扬声器全频降噪技术，其特征在于：所述自适应滤波器可采用FIR或IIR滤波器。

3.一种汽车扬声器全频降噪技术的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.通过在车内不同位置安装麦克风或压电传感器，用来采集环境中的噪音，通过设置多个麦克风能够准确捕捉到车内各个方向的噪声源，从而方便后续有针对性地操作和降噪处理；

S2.通过采用最小均方算法、误差信号计算对内部噪声的定位、强度和频率进行精确计算，从而在车内建立起噪声全面的模型；

S3.通过利用反向声波发射与降噪对噪声进行抑制和降噪处理，在计算出噪声后，系统会发出降噪驱动信号到扬声器，利用扬声器发出反向声波，频率和相位特性与车内噪声相反，刚好与车内噪声相互抵消，从而实现降噪效果；

S4.算法的优化和调整，根据车辆的动态变化和噪声环境的变化，实现调整降噪算法的参数，达到能适应不同的驾驶条件和噪声环境；

S5.将降噪算法集成到汽车的音响系统中，并进行实际的测试和验证，确保降噪效果达到预期，方便后续驾驶过程中使用。