主动降噪方法、装置、系统以及相关设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及主动降噪方法及相关设备，通过在误差噪声的通路上引入补偿滤波器以补偿FXLMS算法中引入次级通路频响后造成的衰减，使得经过滤波后的误差噪声再进行LMS运算后更新自适应滤波器时能够获得更好滤波系数，减低次级通路频响衰减对降噪性能的影响，使整体频段上的降噪性能更为均衡，进一步提高降噪性能。

【技术实现步骤摘要】
主动降噪方法、装置、系统以及相关设备
本专利技术涉及主动降噪领域，尤其涉及主动降噪方法、装置、系统、耳机、频设备、芯片以及存储介质。
技术介绍
被动降噪和主动降噪(ActiveNoiseControl,ANC)是目前最主要的两种噪音消除方式。比较常见的被动降噪方式，如采用耳塞、耳罩等，其原理是利用隔音、吸音等声学材料或者声学结构来消除噪声能量，通常对高频噪声的控制非常有效。对于低频噪声，被动降噪需要增加控制材料的重量或者吸音材料的厚度来获得较好的降噪效果，使得被动降噪构件笨重而庞大。ANC基于干涉原理，通过次级通路(消噪扬声器等)产生与噪声同幅度、相位相反的波形进行抵消。与被动降噪相比，主动降噪低频性能好，不需要对原有结构做较大的调整。现有的ANC系统一般采用前馈式和回馈式结构。前馈式结构利用两个麦克风来接收外面的噪音，参考麦克风接收外噪声源信号，经过适应性滤波器产生驱动信号后，驱动消噪扬声器输出与噪音相位相反的声波，再利用误差麦克风来接受残余的噪音信号，作为反馈参数调整适应性滤波器的系数，直到达到预期值或噪音消除后停止，如图1所示。目前，对于适应性滤波器，通常采用传统的自适应算法比如LMS(最小化均方误差准则)获得系数，即通过调整自适应滤波器系数使得误差噪声的方差最小，如图2所示，是采用基于LMS算法改进后的FXLMS算法的一个ANC结构图，其中，初级通路是指从参考麦克风位置到误差麦克风位置的这段通路，其转移函数为初级通路频响，也即系统频响P(z)，次级通路是指从滤波器输出，经消噪扬声器到误差麦克风的这段通路，其转移函数即为次级通路频响S(z)。FXLMS算法在主动降噪过程中，考虑了次级通路的存在所带来的延迟问题，因此加入了一个等价于次级通路转移函数的滤波器(通常称为X-滤波)对参考信号进行滤波，以此来消除系统的稳定性问题，也即相当于在ANC系统中引入了次级通路频响，但是，FXLMS算法没有考虑到引入的次级通路频响对最终降噪性能的影响，如图3所示为基于FXLMS算法仿真得到的次级通路频响，该频响为真实环境中采集数据获得，图4所示为使用传统FXLMS算法得到的降噪性能，从图4的降噪效果可以看出，基于FXLMS算的主动降噪性能(主要体现在误差信号的功率)在不同频段的降噪效果受次级通路频响的影响，次级通路频响呈衰减时，降噪效果差。由此，需要进一步解决引入次级通路等价滤波器后其频响对降噪效果的影响。
技术实现思路
基于上述现状，本专利技术的主要目的在于提供主动降噪方法、装置、系统、耳机音频设备、芯片以及存储介质，通过在次级通路上增加一个补偿滤波器以补偿现有技术中引入次级通路频响时对整体降噪性能所带来的影响，进一步优化降噪性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种主动降噪方法，包括如下步骤：S01，通过参考麦克风拾取噪声源噪声得到参考噪声信号；S02，使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述消噪驱动信号经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；S03，通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；S04，将当前时刻的所述参考噪声信号x(n)经X-滤波器进行X-滤波处理后，得到修正参考噪声信号x′(n)；其中，所述X-滤波器为所述次级通路的等价滤波器，所述X-滤波器的传递函数为所述次级通路传递函数的估计值；S05，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经过补偿滤波器进行补偿滤波处理后，得到修正误差噪声信号e′(n)；其中，所述补偿滤波器为对所述X-滤波器的衰减补偿，所述补偿滤波器在所述X-滤波器衰减的预设频段对所述误差噪声信号e(n)进行增益补偿；S06，基于所述修正参考噪声信号x′(n)和所述修正误差噪声信号e′(n)，更新下一时刻的所述自适应滤波器的系数；S07，重复步骤S01-S06直至所述误差噪声信号e(n)的均方值收敛到预设值，此时，所述次级噪声y(n)为与所述初级噪声d(n)幅度相同、相位相反的声波，所述次级噪声y(n)能抵消所述初级噪声d(n)。优选地，步骤S04之后，步骤S06之前，所述方法还包括：S04″，将所述修正参考噪声信号x′(n)经过所述补偿滤波器进行补偿滤波处理，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)。优选地，在步骤S04″之前，所述方法还包括：S04′，将所述修正参考噪声信号x′(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)；对应的，在步骤S05之前，所述方法还包括：S05′，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的当前时刻的所述误差噪声信号e(n)，其中，所述整形滤波器的频响函数为与人耳听觉曲线匹配的曲线。优选地，所述补偿滤波器的频响为所述X-滤波器频响的逆或所述次级通路频响的逆。优选地，所述补偿滤波器的频响为所述初级通路频响和所述次级通路频响的比值。优选地，所述补偿滤波器的系数为所述自适应滤波器的系数经N次迭代获得，其中，N为整数。优选地，所述补偿滤波器的系数的计算过程包括如下步骤：步骤S201，在T时间内，保持所述补偿滤波器的系数不变，通过步骤S01-S06迭代更新所述自适应滤波器的系数,以T时刻的系数更新所述补偿滤波器的系数；步骤S202，执行N次步骤S201，获得迭代更新后的所述补偿滤波器的系数；其中，T为预设收敛时间。为实现上述目的，本专利技术还提供一种主动降噪装置，所述主动降噪装置包括：参考噪声拾取模块，用于持续通过参考麦克风拾取噪声源噪声得到参考噪声信号x(n)，将所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成初级噪声d(n)；次级噪声产生模块，用于使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述消噪驱动信号经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；LMS模块，用于迭代更新所述自适应滤波器的系数直至误差噪声信号的均方值收敛到预设值；所述次级噪声产生模块在所述误差噪声信号e(n)的均方值收敛到所述预设值时，产生的所述次级噪声y(n)为与所述初级噪声d(n)幅度相同、相位相反的声波，所述次级噪声y(n)能抵消与所述初级噪声d(n)；其中，LMS模块包括：误差噪声信号获取单元，用于通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；参考噪声修正单元，用于将当前时刻的所述参考噪声信号x(n)经X-滤波器进行X-滤波处理后，得到修正参考噪声信号x′(n)；其中，所述X-滤波器为所述次级通路的等价滤波器，所述X-滤波器的传递函数为所述次级通路传递函数的估计值；误差噪声修正单元，用于将当前时刻的所述误差噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS01，通过参考麦克风拾取噪声源噪声得到参考噪声信号x(n)；/nS02，使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述消噪驱动信号经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；/nS03，通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；/nS04，将当前时刻的所述参考噪声信号x(n)经X-滤波器进行X-滤波处理后，得到修正参考噪声信号x′(n)；其中，所述X-滤波器为所述次级通路的等价滤波器，所述X-滤波器的传递函数为所述次级通路传递函数的估计值；/nS05，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经过补偿滤波器进行补偿滤波处理后，得到修正误差噪声信号e′(n)；其中，所述补偿滤波器为对所述X-滤波器的衰减补偿，所述补偿滤波器在所述X-滤波器衰减的预设频段对所述误差噪声信号e(n)进行增益补偿；/nS06，基于所述修正参考噪声信号x′(n)和所述修正误差噪声信号e′(n)，更新下一时刻的所述自适应滤波器的系数；/nS07，重复步骤S01-S06直至所述误差噪声信号e(n)的均方值收敛到预设值，此时，所述次级噪声y(n)为与所述初级噪声d(n)幅度相同、相位相反的声波，所述次级噪声y(n)能抵消所述初级噪声d(n)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种主动降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01，通过参考麦克风拾取噪声源噪声得到参考噪声信号x(n)；
S02，使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述消噪驱动信号经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；
S03，通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；
S04，将当前时刻的所述参考噪声信号x(n)经X-滤波器进行X-滤波处理后，得到修正参考噪声信号x′(n)；其中，所述X-滤波器为所述次级通路的等价滤波器，所述X-滤波器的传递函数为所述次级通路传递函数的估计值；
S05，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经过补偿滤波器进行补偿滤波处理后，得到修正误差噪声信号e′(n)；其中，所述补偿滤波器为对所述X-滤波器的衰减补偿，所述补偿滤波器在所述X-滤波器衰减的预设频段对所述误差噪声信号e(n)进行增益补偿；
S06，基于所述修正参考噪声信号x′(n)和所述修正误差噪声信号e′(n)，更新下一时刻的所述自适应滤波器的系数；
S07，重复步骤S01-S06直至所述误差噪声信号e(n)的均方值收敛到预设值，此时，所述次级噪声y(n)为与所述初级噪声d(n)幅度相同、相位相反的声波，所述次级噪声y(n)能抵消所述初级噪声d(n)。


2.根据权利要求1所述的主动降噪方法，其特征在于，步骤S04之后，步骤S06之前，所述方法还包括：
S04″，将所述修正参考噪声信号x′(n)经过所述补偿滤波器进行补偿滤波处理，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)。


3.根据权利要求2所述的主动降噪方法，其特征在于，在步骤S04″之前，所述方法还包括：
S04′，将所述修正参考噪声信号x′(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)；
对应的，在步骤S05之前，所述方法还包括：
S05′，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的当前时刻的所述误差噪声信号e(n)，其中，所述整形滤波器的频响函数为与人耳听觉曲线匹配的曲线。


4.根据权利要求1-3任一项所述的主动降噪方法，其特征在于，所述补偿滤波器的频响为所述X-滤波器频响的逆或所述次级通路频响的逆。


5.根据权利要求1-3任一项所述的主动降噪方法，其特征在于，所述补偿滤波器的频响为所述初级通路频响和所述次级通路频响的比值。


6.根据权利要求5所述的主动降噪方法，其特征在于，所述补偿滤波器的系数为所述自适应滤波器的系数经N次迭代获得，其中，N为整数。


7.根据权利要6所述的主动降噪方法，其特征在于，所述补偿滤波器的系数的计算过程包括如下步骤：
步骤S201，在T时间内，保持所述补偿滤波器的系数不变，通过步骤S01-S06迭代更新所述自适应滤波器的系数,以T时刻的系数更新所述补偿滤波器的系数；
步骤S202，执行N次步骤S201，获得迭代更新后的所述补偿滤波器的系数；
其中，T为预设收敛时间。


8.一种主动降噪装置，其特征在于，所述主动降噪装置包括：
参考噪声拾取模块，用于通过参考麦克风拾取噪声源噪声得到参考噪声信号x(n)；
次级噪声产生模块，用于使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述消噪驱动信号经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；
LMS模块，用于迭代更新所述自适应滤波器的系数直至误差噪声信号的均方值收敛到预设值；
所述次级噪声产生模块在所述误差噪声信号e(n)的均方值收敛到所述预设值时，产生的所述次级噪声y(n)为与所述初级噪声d(n)幅度相同、相位相反的声波，所述次级噪声y(n)能抵消与所述初级噪声d(n)；
其中，LMS模块包括：
误差噪声信号获取单元，用于通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；...

【专利技术属性】
技术研发人员：方泽凯，朱嘉俊，郝鑫，
申请(专利权)人：珠海市杰理科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44