一种耳机自适应有源噪声控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种耳机自适应有源噪声控制系统及方法，该系统至少包括，一个用于采集采集噪音信号的参考麦克风，一个用于采集误差噪音信号的误差麦克风，参考麦克风设于耳机外部，误差麦克风设于耳机内部；一个扬声器单元，用于播放次级声信号；两个模数转换器AD，分别用于将参考噪音信号和误差噪音信号转换为对应的数字信号；一个数模转换器DA，用于将滤波输出信号转化成模拟信号并馈给次级扬声器；一个处理器，用于更新滤波系数并产生次级扬声器的输入信号。该发明专利技术能够解决普通自适应算法实时跟踪能力不足和计算延时过大等问题，对不同的环境和不同的耳机佩戴方式都具有较好的自适应性能，提高了耳机自适应有源噪声控制的收敛性能和跟踪性能。

【技术实现步骤摘要】
一种耳机自适应有源噪声控制系统及方法
本专利技术涉及噪声消除领域，具体涉及一种耳机自适应有源噪声控制系统及方法。
技术介绍
噪声时刻影响着人们的生活，例如在机舱、地铁和办公环境中，人们无时无刻不受到噪声的侵扰，噪声的存在使人的心理变得烦躁和不安，如何有效的控制噪声，降低它对人们身心的危害一直是科学研究的重要目标之一。科学研究表明长时间暴露在强噪声环境下，容易导致对所有或部分听力频率敏感性的永久丧失，甚至造成耳聋。降低噪声主要有主动噪声控制和被动噪声控制两种方法。被动噪声控制主要利用特殊材料的反射隔离声音的传播或利用材料的多孔性和粘滞性衰减所通过的声能，被动噪声控制方法对高频噪声比较有效。有源降噪耳机是利用主动噪声控制技术在耳机内部产生一个与噪声幅度相同而相位相反的声信号，使得在目标处次级声波和原声场的声波相互抵消，从而达到控制噪声的目的，主动噪声控制技术对低频噪声效果较好。在有源噪声控制中一个关键的问题是如何更新滤波器系数。FxLMS(Filtered-xleastmeansquare)算法是最为流行的用于有源噪声控制的自适应算法，但是该算法由于在时域实现，计算复杂度很高，在资源有限的系统中实现受到限制，另外该算法本质上属于LMS类算法，其收敛速度取决于输入信号自相关矩阵的条件数。频域自适应滤波算法由于具有很低的计算复杂度和很好的收敛性能已经被广泛的应用在回声抵消、波束形成和啸叫抑制等场合。也有文献已经尝试利用频域自适应算法来做有源噪声控制。例如：文献《Q.ShenandA.S.Spanias,“TimeandfrequencydomainxblockLMSalgorithmsforsinglechannelactivenoisecontrol,”inProceedingsofthe2ndInternationalCongressofRecentDevelopmentsinAir-andStructure-BorneSoundVibration,1992,pp.353–360》首先提出将频域算法应用到有源噪声控制，文献《Das,D.P.,G.Panda,andS.M.Kuo."Newblockfiltered-XLMSalgorithmsforactivenoisecontrolsystems."IETSignalProcessing1.2(2007):73-81》进一步讨论了更为彻底的频域自适应有源控制技术。但是这些方法由于是基于块处理，数据缓存和处理引入了延时，该延时对于系统辨识的应用而言不会引起性能的下降只是带来算法延时，但是对于有源噪声控制系统的影响却很大，因为该延时可能直接导致有源系统是非因果的，特别是对于耳机的应用中，前馈麦克风和次级扬声器之间的距离非常短，因而算法允许的延时非常小。例如，在大多数耳罩式耳机中，前馈麦克风和扬声器之间距离的典型值是d＝1厘米，假设采样率为fS＝16000Hz，那么为保证系统因果性允许的算法最大延时为4.7个采样周期，而直接实现的频域算法通常会引入例如128个采样周期的延时，因而直接将频域算法用于耳机有源降噪系统是不可行的。为了解决这个问题，文献《X.QiuandC.H.Hansen,“Multidelayadaptivefiltersforactivenoisecontrol,”inProceedingsofthe14thInternationalCongressonSoundandVibration(ICSV),Cairns,Australia,2007,pp.724–732》采用无延时的算法，但是这个方法的峰值复杂度非常高，因为该算法要求在一个采样周期内完成傅里叶变换等一系列复杂度密集的操作，这对绝大多数DSP芯片都是一个很大的挑战。采用频域自适应算法的另外一个问题是步长的选择必须在收敛速度和稳态失调之间折中。一个较大的步长可以保证算法具有较快的初始收敛速度，以及当系统发生变化时具有快速的再跟踪的能力，但是大的步长很容易使得算法稳态时具有较大的失调，这是不被期望的特性。在实际的环境中，主通道和次级通道的传递函数都是时变的，例如不同人的耳朵大小不同导致佩戴上耳机后其次级通道是不同的，在实际中佩戴者也会经常的调整耳机的松紧度引起上述两个传递函数的变化。因而自适应算法必须具备良好的实时跟踪性能。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于：提供一种耳机自适应有源噪声控制系统及方法，能够解决普通自适应算法实时跟踪能力不足和计算延时过大等问题，对不同的环境和不同的耳机佩戴方式都具有较好的自适应性能，提高了耳机自适应有源噪声控制的收敛性能和跟踪性能。一种耳机自适应有源噪声控制系统，该系统至少包括：第一音频采集器和第二音频采集器，第一音频采集器安装在耳机外部，用于采集参考噪音信号；第二音频采集器安装在耳机内部，用于采集降噪后的误差噪音信号；第一模数转换器AD和第二模数转换器AD，第一模数转换器AD和第一音频采集器电连接，用于将第一音频采集器采集的参考噪音信号转换为对应的数字信号，第二模数转换器AD和第二音频采集器电连接，用于将第二音频采集器采集的误差噪音信号转换为对应的数字信号；处理器单元，第一模数转换器AD和处理器单元第一信息输入端连接，第二模数转换器AD和处理器单元第二信息输入端连接；数模转换器DA和次级扬声器，处理器单元信息输出端经数模转换器DA后和次级扬声器连接，次级扬声器安装在耳机内，数模转换器DA用于将处理器单元的输出滤波信号转换为对应的模拟信号并馈给到次级扬声器，次级扬声器用于播放次级声音信号。进一步地，该控制系统还包括存储器单元，存储器单元和处理器单元双向通信连接。进一步地，该控制系统还包括电源模块，电源模块和处理器单元供电端连接。进一步地，该控制系统还包括控制逻辑单元，控制逻辑单元用于控制有源降噪功能的开关。一种耳机自适应有源噪声控制方法，包括以下步骤：由第一音频采集器实时采集参考噪音信号，并通过第一模数转换器将参考噪音信号转换为对应的数字信号x(n)后传输到处理器单元；由第二音频采集器实时采集误差噪音信号，并通过第二模数转换器将误差噪音信号转换为对应的数字信号e(n)后传输到处理器单元；通过处理器单元计算滤波器系数向量和计算输出滤波信号y(n)，在频域内采用卡尔曼滤波计算滤波器系数向量在时域内对数字信号x(n)和时域滤波器系数进行卷积得到输出滤波信号y(n)；其中，时域滤波器系数是滤波系数向量的逆傅里叶变换；通过数模转换器将输出滤波信号y(n)转换为对应的模拟信号并馈给到次级扬声器，次级扬声器用于播放次级声音信号。进一步地，在频域内采用卡尔曼滤波计算滤波器系数向量的步骤如下：在频域内，参考噪音信号对应的数字信号x(n)经过估计的次级通道滤波得到卡尔曼滤波输入信号v(n)；将最近的2L点卡尔曼滤波输入信号v(n)组成的序列做傅里叶变换得到频域向量v(k)，将频域向量v(k)的元素依次放置于对角线组成对角矩阵V(k)；将最近的L点误差噪音信号e(n)组成的序列做傅里叶变换得到频域向量E(k)；更新卡尔曼增益矩阵K(k)＝P(k)VH(k)[V(k)P(k)VH(k)+2ψee(k)]-1，其中，P(k)是状态误差矩阵，ψee(k)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耳机自适应有源噪声控制系统，其特征在于，该系统至少包括：第一音频采集器和第二音频采集器，第一音频采集器安装在耳机外部，用于采集参考噪音信号；第二音频采集器安装在耳机内部，用于采集降噪后的误差噪音信号；第一模数转换器AD和第二模数转换器AD，第一模数转换器AD和第一音频采集器电连接，用于将第一音频采集器采集的参考噪音信号转换为对应的数字信号，第二模数转换器AD和第二音频采集器电连接，用于将第二音频采集器采集的误差噪音信号转换为对应的数字信号；处理器单元，第一模数转换器AD和处理器单元第一信息输入端连接，第二模数转换器AD和处理器单元第二信息输入端连接；数模转换器DA和次级扬声器，处理器单元信息输出端经数模转换器DA后和次级扬声器连接，次级扬声器安装在耳机内，数模转换器DA用于将处理器单元的输出滤波信号转换为对应的模拟信号并馈给到次级扬声器，次级扬声器用于播放次级声音信号。

【技术特征摘要】
1.一种耳机自适应有源噪声控制系统，其特征在于，该系统至少包括：第一音频采集器和第二音频采集器，第一音频采集器安装在耳机外部，用于采集参考噪音信号；第二音频采集器安装在耳机内部，用于采集降噪后的误差噪音信号；第一模数转换器AD和第二模数转换器AD，第一模数转换器AD和第一音频采集器电连接，用于将第一音频采集器采集的参考噪音信号转换为对应的数字信号，第二模数转换器AD和第二音频采集器电连接，用于将第二音频采集器采集的误差噪音信号转换为对应的数字信号；处理器单元，第一模数转换器AD和处理器单元第一信息输入端连接，第二模数转换器AD和处理器单元第二信息输入端连接；数模转换器DA和次级扬声器，处理器单元信息输出端经数模转换器DA后和次级扬声器连接，次级扬声器安装在耳机内，数模转换器DA用于将处理器单元的输出滤波信号转换为对应的模拟信号并馈给到次级扬声器，次级扬声器用于播放次级声音信号。2.根据权利要求1所述的耳机自适应有源噪声控制系统，其特征在于，该控制系统还包括存储器单元，存储器单元和处理器单元双向通信连接。3.根据权利要求1所述的耳机自适应有源噪声控制系统，其特征在于，该控制系统还包括电源模块，电源模块和处理器单元供电端连接。4.根据权利要求1所述的耳机自适应有源噪声控制系统，其特征在于，该控制系统还包括控制逻辑单元，控制逻辑单元用于控制有源降噪功能的开关。5.一种耳机自适应有源噪声控制方法，其特征在于，包括以下步骤：由第一音频采集器实时采集参考噪音信号，并通过第一模数转换器将参考噪音信号转换为对应的数字信号x(n)后传输到处理器单元；由第二音频采集器实时采集误差噪音信号，并通过第二模数转换器将误差噪音信号转换为对应的数字信号e(n)后传输到处理器单元；通过处理器单元计算滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：重庆传乐音响科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50