一种同步建模和控制的主动噪声控制方法技术

本发明专利技术公开了一种同步建模和控制的主动噪声控制方法。该方法包括以下步骤：(1)初始化控制滤波器为非零向量；(2)利用传声器获取信号，然后通过AD转换将模拟信号转换为数字信号；(3)用估计的控制滤波器系数、次级通道和主通道对参考信号做滤波运算，获得建模信号；(4)用自适应算法更新控制滤波器系数、次级通道和主通道；(5)用更新后的控制滤波器系数计算输出信号给次级声源。本发明专利技术的方法不要求离线建模次级通道，不增加外界残余噪声，更能够有效提升次级通道的建模准确度。

An Active Noise Control Method for Synchronized Modeling and Control

The invention discloses an active noise control method for synchronous modeling and control. The method includes the following steps: (1) initializing the control filter as a non-zero vector; (2) acquiring the signal by microphone, then converting the analog signal into digital signal by AD conversion; (3) filtering the reference signal with estimated control filter coefficients, secondary channels and main channels to obtain the modeled signal; (4) updating the control filter coefficients and secondary channels with adaptive algorithm. And the main channel; (5) Calculate the output signal to the secondary source with the updated control filter coefficients. The method of the invention does not require off-line modeling of secondary channels, does not increase residual external noise, and can effectively improve the modeling accuracy of secondary channels.

【技术实现步骤摘要】
一种同步建模和控制的主动噪声控制方法
本专利技术属于主动噪声控制的领域，具体涉及一种次级通道在线建模的主动噪声控制方法。
技术介绍
主动噪声控制是使得次级声源产生与原噪声信号反相的信号，进而相互抵消的一种噪声控制方法。次级通道是次级声源到误差传感器的通道，其对降噪算法有着很重要的影响，如果偏离真实值过大，则降噪算法将发散。Filtered-xleastmeansquare(FxLMS)算法是最基本的降噪算法，通过离线建模次级通道来缓解次级通道带来的影响。但主动噪声控制系统需要连续较长时间工作，期间由于控制源声学特性的变化、温度的变化以及风的作用等，次级通道也相应会产生变化，所以次级通道有必要实时进行更新，将实时更新的次级通道建模称为在线建模。目前在线建模次级通道的基本方法有附加白噪法(Z.Ming,L.Hui,andS.Wee,“Cross-updatedactivenoisecontrolsystemwithonlinesecondarypathmodeling,”IEEETrans.SpeechAudioProcess.,vol.9,no.5,pp.598–602,2001.)、同时方程法(K.Fujii,K.Yamaguchi,S.Hashimoto,Y.Fujita,andM.Muneyasu,“Verificationofsimultaneousequationsmethodbyanexperimentalactivenoisecontrolsystem,”Acoust.Sci.Technol.,vol.27,no.5,pp.270–277,2006.)和整体建模法(S.M.KuoandM.Wang,“Paralleladaptiveon-lineerror-pathmodellingalgorithmforactivenoisecontrolsystems,”Electron.Lett.,vol.28,no.4,pp.375–377,1992.)。附加白噪声法即通过次级声源输出和外界噪声无关的白噪声来建模次级通道。由于与待降噪声不相关，次级声源发出的白噪声会增加残余噪声，且会影响控制滤波器的建模效果。同时方程法是每次选择不同的控制滤波器系数，得到一组方程，联立解得次级通道，该方法的本质是离线的，有学者将其优化为在线算法，但该结构比较复杂。整体建模法直接用次级声源的输出建模次级通道，虽然结构很简单，但是目前应用的方法得到的次级通道建模准确度比较差，从而影响了系统的降噪效果。
技术实现思路
以上现有的在线建模方法存在很多问题，次级通道建模和控制滤波器建模往往相互干扰。学者们研究了多种优化结构，但又往往增加了复杂度。因此，本专利技术提出一种同步建模和控制的主动噪声控制方法，能够得到很理想的次级通道建模和噪声控制的效果。本专利技术采用的技术方案为：一种同步建模和控制的主动噪声控制方法，包括以下步骤：步骤1，初始化控制滤波器为非零向量；步骤2，利用传声器获取信号，然后通过AD转换将模拟信号转换为数字信号，数字信号包括参考信号和误差信号；步骤3，将利用自适应算法估计的控制滤波器系数、次级通道和主通道对参考信号做滤波运算，获得建模信号；步骤4，基于步骤3的建模信号，用自适应算法更新控制滤波器系数、次级通道和主通道；步骤5，利用更新后的控制滤波器系数计算输出信号给次级声源。进一步地，所述主动噪声控制方法的步骤不存在离线操作。进一步地，所述步骤3中，做滤波运算时，每次更新建模向量的全部系数；利用估计的控制滤波器系数对参考信号滤波后得到次级通道的建模向量，其长度与设置的次级通道长度相同；利用估计的次级通道对参考信号滤波后得到控制滤波器的建模向量，其长度与设置的控制滤波器长度相同；同时，参考信号直接作为主通道的建模向量；具体如下：设主通道长度为L，次级通道长度为M，控制滤波器系数长度为N，估计的控制滤波器系数、次级通道和主通道的时域参数分别表示为w、s、p：其中T表示转置，n表示n时刻，k用于指示向量x的长度；则利用估计的次级通道对参考信号滤波后得到控制滤波器的建模向量为：式中，上标fs用于标记表示经过次级通道滤波的信号；利用估计的控制滤波器系数对参考信号滤波后得到次级通道的建模向量为：式中，上标fc用于标记表示经过控制滤波器滤波的信号。进一步地，所述步骤4中，用自适应算法更新次级通道和主通道时，主通道和次级通道是作为一个向量一起更新的，主通道和次级通道的建模输入为本专利技术在控制系统开始工作时即进行了同时建模和控制，不要求离线建模次级通道，能够利用控制滤波器的时变特性提升次级通道的建模准确度。本专利技术的主动噪声控制方法既不要求附加白噪声，因此不会引入另外的噪声源，增加系统残余噪声；其实现结构又十分简单，装置布放和系统配置更加简便。因此，本专利技术方法不仅能够缓解次级通道时变对降噪性能带来的影响，而且能够适应参考信号的变化，在外界噪声性质变化时还能维持较为稳定的降噪效果。附图说明图1是本专利技术控制方法的算法框图。图2是本专利技术实施例中实验装置示意图。图3是实验管道末端为盖板时，用本专利技术方法(以OMA,OverallModellingAlgorithm指示)建模次级通道的效果与真实次级通道的比较图。图4是实验管道末端开放时，用本专利技术方法(以OMA,OverallModellingAlgorithm指示)建模次级通道的效果与真实次级通道的比较图。图5是OMA与FXNLMS算法的降噪效果比较图，在约8×104处，实验管道末端从加盖板变为开放。具体实施方式本专利技术一种同步建模和控制的主动噪声控制方法主要包括以下几个部分：1、初始化滤波器系数初始化控制滤波器为非零向量，一般可以简单设置为单位冲激响应。一般初始化其余向量为0。2、获取信号利用传声器采集参考信号和误差信号，然后通过AD转换将模拟信号转换为数字信号。3、计算建模信号1)根据式子(2)计算2)根据式子(3)计算3)计算其中e1和e2如图1中所示变量。图1中，P、S、W分别代表主通道、次级通道和控制滤波器。上标^表示估计的滤波器系数。x和e分别是经过前放和AD转换的参考传声器和误差传声器采集的值。4、更新滤波器系数可以采用任意自适应算法更新滤波器系数。1)控制滤波器的更新建模输入为残余误差为e，更新目标为使得e最小化。2)主通道和次级通道的更新主通道和次级通道构成一个向量一起更新系数。建模输入为残余误差为e2，更新目标为使得e2最小化。5、计算次级声源的激励信号次级声源的激励信号即参考信号经过估计的控制滤波器的值，为将此值输出到次级声源。下面结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。1、实验环境单通道主动噪声控制实验在玻璃管道中进行。参考信号由扬声器(1个)产生，误差信号由传声器(1个)采集。系统另有电脑(1台)，主声源(1个)，次级声源(1个)，功放(2台)，前放(1台)，DSP控制板(1块)以及PULSE(1台)用作生成信号，采集信号和分析信号。管道有两种末端，分别为开口和盖板末端。2、参数设置采用200～400Hz频带的噪声信号，采样率设置为1000。主通道，次级通道和控制滤波器长度都设置为48。控制滤波器初始化为单位冲激响应，次级通道和主通道，以及其他向量初本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步建模和控制的主动噪声控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，初始化控制滤波器为非零向量；步骤2，利用传声器获取信号，然后通过AD转换将模拟信号转换为数字信号，数字信号包括参考信号和误差信号；步骤3，将利用自适应算法估计的控制滤波器系数、次级通道和主通道对参考信号做滤波运算，获得建模信号；步骤4，基于步骤3的建模信号，用自适应算法更新控制滤波器系数、次级通道和主通道；步骤5，利用更新后的控制滤波器系数计算输出信号给次级声源。

【技术特征摘要】
1.一种同步建模和控制的主动噪声控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，初始化控制滤波器为非零向量；步骤2，利用传声器获取信号，然后通过AD转换将模拟信号转换为数字信号，数字信号包括参考信号和误差信号；步骤3，将利用自适应算法估计的控制滤波器系数、次级通道和主通道对参考信号做滤波运算，获得建模信号；步骤4，基于步骤3的建模信号，用自适应算法更新控制滤波器系数、次级通道和主通道；步骤5，利用更新后的控制滤波器系数计算输出信号给次级声源。2.根据权利要求1所述的一种同步建模和控制的主动噪声控制方法，其特征在于，所述主动噪声控制方法的步骤不存在离线操作。3.根据权利要求1所述的一种同步建模和控制的主动噪声控制方法，其特征在于，所述步骤3中，做滤波运算时，每次更新建模向量的全部系数；利用估计的控制滤波器系数对参考信号滤波后得到次级通道的建模向量，其长度与设置的次...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡美灵，卢晶，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32