一種用于汽車內(nèi)的主動(dòng)降噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于汽車內(nèi)的主動(dòng)降噪方法，屬于語音信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 日前汽車車內(nèi)的噪聲控制主要采用的是傳統(tǒng)的通過隔聲、隔振、消聲、吸聲等被動(dòng) 降噪技術(shù)進(jìn)行降噪，該些技術(shù)對(duì)降低車內(nèi)中、高頻噪聲效果明顯，但對(duì)于低頻噪聲就不甚理 想。而主動(dòng)降噪技術(shù)由于其能有效地降低低頻噪聲的特點(diǎn)，受到了人們的重視，在降低低頻 噪聲中逐漸被應(yīng)用。主動(dòng)降噪原理是通過一個(gè)電聲系統(tǒng)，產(chǎn)生一個(gè)與源噪聲極性反相、強(qiáng)度 相等的新聲源信號(hào)，用該信號(hào)與源噪聲信號(hào)疊加，實(shí)現(xiàn)源噪聲的抵消。該方法針對(duì)性強(qiáng)，在 降噪的同時(shí)可W保證語言信號(hào)的傳輸，能實(shí)現(xiàn)較大空間內(nèi)的噪聲控制。
[0003] 然而現(xiàn)存的方法采用最小均方誤差算法為基本的自適應(yīng)濾波器的算法，雖然有算 法復(fù)雜度低，易于硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，但其受次路徑效應(yīng)影響算法收斂速度慢，穩(wěn)定性不高， 應(yīng)對(duì)突變?cè)肼暳Σ粡耐?、的問題，使得主動(dòng)降噪方法在實(shí)際應(yīng)用上存在缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出在于提出一種用于汽車內(nèi)的主動(dòng)降噪方法，通過使用更穩(wěn)定 有效的遞歸最小二乘算法和改進(jìn)的次級(jí)路徑估計(jì)方法對(duì)已有的汽車車內(nèi)的噪聲控制方法 進(jìn)行改進(jìn)，提高了主動(dòng)降噪方法的降噪速度、降噪效果和穩(wěn)定性。
[0005] 本發(fā)明提出的用于汽車內(nèi)的主動(dòng)降噪方法，包括W下步驟：
[0006] (1)定義汽車內(nèi)噪聲源到人耳路徑的傳輸函數(shù)為主通路傳輸函數(shù)《 (n)，對(duì)主通 路傳輸函數(shù)的預(yù)測(cè)值為&w(n)，設(shè)定&wO)的初值斬伊）=0,其中N為采樣周期序號(hào)，n為 濾波階數(shù)，定義汽車內(nèi)次級(jí)聲源到人耳路徑的傳輸函數(shù)為次級(jí)通路傳輸函數(shù)S(n)，對(duì)次級(jí) 通路傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值為§?如)，設(shè)定Sw(n)的初值§0如）=0,設(shè)定在求解主通路傳輸函數(shù)預(yù) 測(cè)值fiwO)時(shí)的中間變量為主更新矩陣如)，的初值0立1如）=叫-11，其中ui為正 值常數(shù)，Ui的取值范圍為0-0. 5, I為n階單位矩陣，n為濾波階數(shù)，設(shè)定在求解次級(jí)通路傳 輸函數(shù)預(yù)測(cè)值或v(n)時(shí)的中間變量為次級(jí)更新矩陣的初值如）=u、， 其中U為正值常數(shù)，U的取值范圍為0-0. 5,采樣周期序號(hào)N從1開始，進(jìn)行如下循環(huán)計(jì)算：
[0007] (2)在汽車內(nèi)的噪聲源附近設(shè)置一個(gè)麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)采集車內(nèi)環(huán)境噪聲，將當(dāng)前 時(shí)刻該車內(nèi)環(huán)境噪聲作為參考信號(hào)x(N)，在車內(nèi)乘客的耳朵附近設(shè)置一個(gè)麥克風(fēng)，該麥克 風(fēng)采集耳朵附近的聲音信號(hào)，將當(dāng)前時(shí)刻該聲音信號(hào)作為誤差信號(hào)e (腳，N為采樣周期序 號(hào)；
[000引 （3)定義主通路傳輸濾波向量形式的迭代參考信號(hào)為X維向量x(n)，x(n)=
[x(N)x(N-D......x(N-n+l)]T，n為濾波階數(shù)，其中x(腳為第N個(gè)采樣周期得到的參考信 號(hào)，x(N-l)為第N-1個(gè)采樣周期得到的參考信號(hào)，其余類推，對(duì)該迭代參考信號(hào)x(n)通過 下式進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理參考信號(hào)X'(腳，X'OV)=巧(nMn)，其中，巧(>)為Sw(n) 的轉(zhuǎn)置，Sw(n.)為第N個(gè)采樣周期的次級(jí)通路傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值，^v(n)的計(jì)算方法包括如下 步驟：
[0009] (3-1)定義次級(jí)通路傳輸濾波向量形式的迭代輸出信號(hào)為n維向量y(n)，y(n)=
[y(N-l)y(N-2)......y (N-n) ]了，n為濾波階數(shù)，其中y (N-1)為第N-1個(gè)采樣周期得到的輸 出信號(hào)，y(N-2)為第N-2個(gè)采樣周期得到的輸出信號(hào)，其余類推，利用迭代輸出信號(hào)y(n) 計(jì)算次級(jí)增益因子k(n)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于汽車內(nèi)的主動(dòng)降噪方法，其特征在于該方法包括以下步驟： (1) 定義汽車內(nèi)噪聲源到人耳路徑的傳輸函數(shù)為主通路傳輸函數(shù)《 (n)，對(duì)主通路傳 輸函數(shù)的預(yù)測(cè)值為私v(n)，設(shè)SSw(n)的初值S0〇) = 0,其中N為采樣周期序號(hào)，n為濾波 階數(shù)，定義汽車內(nèi)次級(jí)聲源到人耳路徑的傳輸函數(shù)為次級(jí)通路傳輸函數(shù)S(n)，對(duì)次級(jí)通路 傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值為Sw(n)，設(shè)定篆dn)啲初值Sfl(n) = 0,設(shè)定在求解主通路傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值 私v(n)時(shí)的中間變量為主更新矩陣0f(n)，07(n)的初值其中Ul為正值 常數(shù)，h的取值范圍為0-0. 5,I為n階單位矩陣，n為濾波階數(shù)，設(shè)定在求解次級(jí)通路傳輸 函數(shù)預(yù)測(cè)值戈v(n)時(shí)的中間變量為次級(jí)更新矩陣的初值OpCn) =1^1，其 中u為正值常數(shù)，u的取值范圍為0-0. 5,采樣周期序號(hào)N從1開始，進(jìn)行如下循環(huán)計(jì)算： (2) 在汽車內(nèi)的噪聲源附近設(shè)置一個(gè)麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)采集車內(nèi)環(huán)境噪聲，將當(dāng)前時(shí)刻 該車內(nèi)環(huán)境噪聲作為參考信號(hào)x(N)，在車內(nèi)乘客的耳朵附近設(shè)置一個(gè)麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)采 集耳朵附近的聲音信號(hào)，將當(dāng)前時(shí)刻該聲音信號(hào)作為誤差信號(hào)e(N)，N為采樣周期序號(hào)； (3) 定義主通路傳輸濾波向量形式的迭代參考信號(hào)為n維向量x(n)，x(n) = [x(N) x(N-l)……x(N-n+l)]T，n為濾波階數(shù)，其中x(N)為第N個(gè)采樣周期得到的參考信號(hào)， x(N-l)為第N-1個(gè)采樣周期得到的參考信號(hào)，其余類推，對(duì)該迭代參考信號(hào)x(n)通過下式 進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理參考信號(hào)x' (N)，，(A〇 =巧(n)x(n)，其中，爲(wèi)(n)為^v(n)的轉(zhuǎn) 置，Sw(n)為第N個(gè)采樣周期的次級(jí)通路傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值，^v(n)啲計(jì)算方法包括如下步 驟： (3-1)定義次級(jí)通路傳輸濾波向量形式的迭代輸出信號(hào)為n維向量y(n)，y(n)=[y(N-1)y(N-2)……y(N_n) ]T，n為濾波階數(shù)，其中y(N_l)為第N_1個(gè)采樣周期得到的輸出 信號(hào)，y(N_2)為第N-2個(gè)采樣周期得到的輸出信號(hào)，其金類推，利用迭代輸出信號(hào)y(n)計(jì) 算次級(jí)增益因子k(n)
其中A是設(shè)定的收斂常數(shù)，A的 取值范圍為0-1，中tdn)是第N-1個(gè)采樣周期的次級(jí)更新矩陣，y(n)是對(duì)上述參考信號(hào)x(N)經(jīng)過主動(dòng)降噪的輸出信號(hào)； (3-2)對(duì)上述迭代輸出信號(hào)y(n)進(jìn)行濾波，濾波系數(shù)為前一個(gè)采樣周期的次級(jí)通路 傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值心-辦)，得到一級(jí)降噪濾波信號(hào)力(岣⑻;Kn)，其中鄄-辦)為 的轉(zhuǎn)置； (3-3)將上述誤差信號(hào)e(N)與上述一級(jí)降噪濾波信號(hào)yi(N)相減，得到一級(jí)誤差信號(hào)ej(N),ej(N) =e(N)-yj(N)； (3-4)根據(jù)步驟（3-1)的次級(jí)增益因子k(n)，計(jì)算次級(jí)通路傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值心〇)， S/v(n) =Syv-i(n) + 其中，ei'〇V)是ei(N)的復(fù)共輒，ei(N)是步驟（3-3)的一級(jí) 誤差彳目號(hào)； (3-5)根據(jù)上述步驟（3-1)的次級(jí)增益因子k(n)，計(jì)算得到當(dāng)前采樣周期的次級(jí)更新 矩陣^Hn)，OiHn) =A_10>〇) -1-ifcGOZOQOO)，其中 〇V(n):是n階矩陣， OtJn).是第N-l個(gè)采樣周期的次級(jí)更新矩陣，X是設(shè)定的收斂常數(shù)，X的取值范圍為 0-1，yT(N)是y(n)的轉(zhuǎn)置，y(n)是上述迭代輸出信號(hào)； (4) 定義向量形式的預(yù)處理迭代參考信號(hào)為n維向量x' (n)，x' (n) = [x' (N) xr (N-1)……x' (N-n+l)]T，n為濾波階數(shù)，其中x' (N)為第N個(gè)采樣周期得到的輸出信 號(hào)，x' (N-1)為第N-1個(gè)采樣周期得到的輸出信號(hào)，其余類推，利用該預(yù)處理迭代參考信號(hào) (n)，計(jì)算主增益因子匕〇1):
，其中，h是設(shè)定的收 斂常數(shù)，h的取值范圍為0-1，05^01)是第N-1個(gè)采樣周期的主更新矩陣，x' (n)是上 述預(yù)處理參考信號(hào)； (5) 利用下式對(duì)上述步驟（3)的迭代參考信號(hào)x(n)進(jìn)行橫向?yàn)V波，得到一級(jí)濾波信號(hào)y'（N)，y'〇V)=砥(nMn)，其中，耐(n)是Sw(n)的轉(zhuǎn)置，SUn)是當(dāng)前采樣周期的主通 路傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值； (6) 將步驟（5)的一級(jí)濾波信號(hào)y'（N)與汽車內(nèi)部保留信號(hào)T(N)疊加，得到輸出信號(hào) y(N) = -y'（N)+T(N); (7) 根據(jù)上述步驟（4)的主增益因子kjn)，計(jì)算上述主通路傳輸函數(shù)預(yù)測(cè)值私y(tǒng)(n)， 私vOOzSfKW+fciCnMA/)，其中，e(N)為步驟（2)中的誤差信號(hào)； (8) 根據(jù)步驟⑷的主增益因子kjn)，計(jì)算當(dāng)前采用周期的主更新矩昨0y(n)， WM/O=Arl0ti⑷-Ar1fci(nWn)0ti(n)，其中QyOl)是n階矩陣，QhKn)是 第N-1個(gè)采樣周期的主更新矩陣，Ai是設(shè)定的收斂常數(shù)，Ai的取值范圍為0-1，x' T(n) 是？ （n)的轉(zhuǎn)置，？ （n)是步驟⑷中的預(yù)處理參考信號(hào)； (9) 使采樣周期數(shù)N=N+1，重復(fù)步驟（2)-步驟（9)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于汽車內(nèi)的主動(dòng)降噪方法，屬于語音信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。本主動(dòng)降噪方法通過引入次級(jí)聲源，使用自適應(yīng)算法來控制次級(jí)聲源發(fā)出的聲信號(hào)，使自適應(yīng)收斂后輸出的次級(jí)聲波在降噪點(diǎn)剛好與該點(diǎn)的噪聲等幅反相來達(dá)到定點(diǎn)降噪的目的。本發(fā)明在原有主動(dòng)降噪方法的基礎(chǔ)上通過算法本身和方法結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使用遞歸最小二乘算法替代最小均方誤差算法作為主路徑傳輸函數(shù)估計(jì)和次路徑傳輸函數(shù)估計(jì)的核心自適應(yīng)算法，使該方法具有很強(qiáng)的消除脈沖噪聲和非平穩(wěn)噪聲能力以及很好的降噪誤差和降噪速度，同時(shí)對(duì)引入車內(nèi)保留信號(hào)，提高了因信號(hào)相關(guān)性引起的穩(wěn)定性問題，并實(shí)現(xiàn)了在降噪的同時(shí)保留有用信號(hào)，使車內(nèi)信噪比大幅提高。
【IPC分類】G10L25-75, G10K11-178
【公開號(hào)】CN104616667
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410722895
【發(fā)明人】任天令, 楊軼, 陳源泉, 王雪峰
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月2日