一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法，属于降噪耳机技术领域。它包括以下步骤：(1)前馈麦克风采集环境声音信息后，得到反相的噪声信号，即前馈降噪信号，形成前馈抗噪声波；(2)与步骤(1)同步，反馈麦克风采集到近耳处的音频信息，生成反馈降噪信号，形成反馈抗噪声波；(3)功能管理模块同时接收前馈降噪信号、反馈降噪信号这两路信号，功能管理模块向动圈驱动单元输出这两路信号中的至少一种。本发明专利技术实现了一个基于小波变换，前馈、反馈融合的主动降噪系统，能够有效根据环境灵活调整其降噪模式，可以很好的满足舰船上降低噪音的需求，在舰船噪音变化剧烈的环境中也能有维持较好的降噪效果。

An active earphone noise reduction method for high noise scene of warship

【技术实现步骤摘要】
一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法
本专利技术涉及一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法，属于降噪耳机

技术介绍
舰船上主机、轴系、螺旋桨等设备产生的大量噪声严重影响了船员的身体健康，造成沟通不畅，具有巨大危害。通过噪音控制技术，可以有效解决上述问题。噪声是由发音体无规则运动所产生的声音，以波的形式在介质中传播。按照对声波的处理方式，降噪技术可以分为被动降噪技术与主动降噪技术两种。被动降噪技术使用隔音或吸音材料来反射或吸收噪声的声波，降低佩戴者的噪音危害；主动降噪技术从噪声着手，通过声电转换，将声信号转换为电信号，进而计算得出相位相反的信号波形，再通过音频电路转换为声信号。此时两种相位相反的声波叠加，振幅大幅降低，从而达到了降噪的目的。常见的主动降噪技术有前馈式和反馈式两种。前馈式的主动降噪使用在耳机外部的拾音麦克风收集环境的噪声信号，经过声电转换、滤波、反相处理后，再通过扬声器转换为抗噪声波，在人耳处完成叠加。反馈式的主动降噪系统将拾音麦克风置于耳机内部，系统使用高速的数字信号处理芯片来处理误差信号，驱动扬声器发出相应的抗噪声波。反馈系统对误差信号的处理较为复杂，通常使用LMS等自适应控制算法，使系统具有更强的适应性。现代舰船高噪音场景下多使用被动的隔音耳罩来保障人员健康，隔音耳罩能够较好的降低中高频段的噪音，但由于耳机体积和重量的限制，对于低频段的噪音(500Hz以下)控制并不理想。而且由于缺少辅助的电子设备，人员的通讯受到影响。主动降噪技术正处于发展的初步阶段，尚有其缺点与不足。前馈式的主动降噪系统对滤波电路的要求高，而且外部噪声的方向性很强，很难使用同一电路满足不同方向的噪声的降噪需求。反馈式的主动降噪系统中，系统稳定性与快速性是一大难题，一般的LMS算法也很难复杂多变的噪声环境下达到理想的快速性与跟随性。因此，为了解决在舰船高噪音场景下的耳机降噪问题，设计一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法，它提供了一种前馈、反馈融合的主动降噪方式，达到更好适用于舰船高噪音场景下的耳机降噪效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：提供一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法，它解决了目前降噪耳机采用单一降噪模式，降噪效果不够理想的问题。本专利技术所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：一种适用于舰船高噪音场景下的有源降噪耳机，它包括头戴式耳机、音频采集模块、降噪控制模块；头戴式耳机由固定在隔音耳罩内的动圈驱动单元，以及与动圈驱动单元连接的音频处理芯片，头戴式耳机用于被动降噪与音频信号播放；音频采集模块，包括前馈麦克风，反馈麦克风，以及将麦克风输出信号转化为音频信号的滤波电路、模数转换电路；前馈麦克风置于隔音耳罩外部，用于采集环境噪声；反馈麦克风置于动圈驱动单元前方，用于采集误差噪声信号，音频采集模块用于采集环境噪音，输出前馈音频信号、反馈音频信号；降噪控制模块，硬件上由高速DSP处理器构成，用于噪声信号的处理，控制动圈驱动单元模拟抗噪声波，完成降噪任务。隔音耳罩可以有效降低舰船上的高频噪音的强度；对于穿透能力较强的低频噪音(500Hz以下)，主动降噪系统采用前、反馈融合的降噪算法网络来降低噪音强度。一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法，它包括以下步骤：(1)前馈麦克风采集环境声音信息后，将其转化为数字信号量，生成前馈音频信号，采用小波降噪算法对前馈音频信号进行小波变换，分解出噪声信号和非噪声信号，将降噪分解结果与原信号进行差分处理，得到反相的噪声信号，即前馈降噪信号，输入到动圈驱动单元，形成前馈抗噪声波；(2)与步骤(1)同步，反馈麦克风采集到近耳处的音频信息，将其转化为数字信号量，生成反馈音频信号，采用自适应滤波器过滤其中的高频分量，将滤波输出信号反相后乘衰减系数α，生成反馈降噪信号，输入到动圈驱动单元，形成反馈抗噪声波，反馈抗噪声波与前馈抗噪声波叠加形成总的抗噪声波；(3)动圈驱动单元之前接入一个功能管理模块，功能管理模块同时接收前馈降噪信号、反馈降噪信号这两路信号，功能管理模块向动圈驱动单元输出这两路信号中的至少一种。反馈降噪系统易产生低频呼啸，同时在非极端环境下并无降噪效果的显著提升，因此需要在动圈驱动单元之前接入一个功能管理模块。作为优选实例，所述步骤(3)的的功能管理模块根据前馈音频信号中低频分量的比重β(0≤β≤1)判断降噪效果的好坏；a.当β小于设定值时，表示前馈系统降噪效果良好，功能管理模块仅向动圈驱动单元输出前馈降噪信号；b.当β大于设定值时，表示前馈系统降噪效果不良，功能管理模块同时向动圈驱动单元输出前馈降噪信号、反馈降噪信号，并通过调节衰减系数α优化降噪。上述小波降噪算法所做出的的小波变换是一种现有的变换分析方法，它继承和发展了短时傅立叶变换局部化的思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化等缺点，能够提供一个随频率改变的“时间-频率”窗口，是进行信号时频分析和处理的理想工具。现有小波变换算法的基础流程如下：1)根据输入的离散前馈音频信号选取合适的wavelet函数和scaling函数，从已有的信号中，反算出系数c和d；2)对系数做对应处理；3)从处理后的系数中重新构建信号，将噪声信号与非噪声信号分离，仅保留非噪声信号。小波变换是一个时间和频域的局域变换，因而能有效地从音频信号中提取信息，通过伸缩和平移等运算功能对音频信号进行多尺度细化分析。针对舰船中存在的宽频段、高强度的背景噪声，它比传统的傅里叶变换能更好的分离出噪声与非噪声信号，从而完成噪声补偿任务。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术实现了一个基于小波变换，前馈、反馈融合的主动降噪系统，能够有效根据环境灵活调整其降噪模式，可以很好的满足舰船上降低噪音的需求，将小波变换算法应用到耳机降噪领域，相比较传统的LMS算法具有快速收敛的特点，在舰船噪音变化剧烈的环境中也能有维持较好的降噪效果；(2)功能管理模块能够很好保障前馈降噪系统与反馈降噪系统之间的配合，并且根据使用环境降噪情况，灵活调整衰减系数α，能达到更好的反馈补偿的效果。附图说明图1为本专利技术的原理结构示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。如图1所示，一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法，它包括以下步骤：(1)前馈麦克风采集环境声音信息后，将其转化为数字信号量，生成前馈音频信号，采用小波降噪算法对前馈音频信号进行小波变换，分解出噪声信号和非噪声信号，将降噪分解结果与原信号进行差分处理，得到反相的噪声信号，即前馈降噪信号，输入到动圈驱动单元，形成前馈抗噪声波；(2)与步骤(1)同步，反馈麦克风采集到近耳处的音频信息，将其转化为数字信号量，生成反馈音频信号，采用自适应滤波器过滤其中的高频分量，将滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法，其特征在于，它包括以下步骤：/n(1)前馈麦克风采集环境声音信息后，将其转化为数字信号量，生成前馈音频信号，采用小波降噪算法对前馈音频信号进行小波变换，分解出噪声信号和非噪声信号，将降噪分解结果与原信号进行差分处理，得到反相的噪声信号，即前馈降噪信号，输入到动圈驱动单元，形成前馈抗噪声波；/n(2)与步骤(1)同步，反馈麦克风采集到近耳处的音频信息，将其转化为数字信号量，生成反馈音频信号，采用自适应滤波器过滤其中的高频分量，将滤波输出信号反相后乘衰减系数α，生成反馈降噪信号，输入到动圈驱动单元，形成反馈抗噪声波，反馈抗噪声波与前馈抗噪声波叠加形成总的抗噪声波；/n(3)动圈驱动单元之前接入一个功能管理模块，功能管理模块同时接收前馈降噪信号、反馈降噪信号这两路信号，功能管理模块向动圈驱动单元输出这两路信号中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于舰船高噪音场景下的有源耳机降噪方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)前馈麦克风采集环境声音信息后，将其转化为数字信号量，生成前馈音频信号，采用小波降噪算法对前馈音频信号进行小波变换，分解出噪声信号和非噪声信号，将降噪分解结果与原信号进行差分处理，得到反相的噪声信号，即前馈降噪信号，输入到动圈驱动单元，形成前馈抗噪声波；
(2)与步骤(1)同步，反馈麦克风采集到近耳处的音频信息，将其转化为数字信号量，生成反馈音频信号，采用自适应滤波器过滤其中的高频分量，将滤波输出信号反相后乘衰减系数α，生成反馈降噪信号，输入到动圈驱动单元，形成反馈抗噪声波，反馈抗噪声波与前馈抗噪声波叠加形成总的抗噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡大力，孙兆威，
申请(专利权)人：上海集研机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31