一种面向声品质改善的车内多通道主动降噪系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向声品质改善的车内多通道主动降噪系统及方法，该系统包括：音频收发模块、音频数据传输模块、噪声信号分析预处理模块、参考信号发生模块、基于FELMS多通道降噪算法模块和基本参数设置模块；其中，噪声信号分析预处理模块对噪声源信号进行噪声信号分析预处理后，发送控制所需参考信号至降噪算法模块，并结合接收的误差信号进行运算后，发出抗噪信号，实现噪声抵消。本发明专利技术能对车内噪声进行声品质特性分析和针对性控制，在满足车内较大空间降噪同时改善车内声品质，从而能提升驾乘体验。提升驾乘体验。提升驾乘体验。

【技术实现步骤摘要】
一种面向声品质改善的车内多通道主动降噪系统及方法


[0001]本专利技术涉及的是一种面向声品质改善的车内多通道主动降噪系统及方法，用于实现车内噪声控制和声学环境改善。

技术介绍

[0002]被动降噪如加装隔音材料、添加吸声装置、利用板件材料抑制振动等操作简单，实现较为容易的方式对于车内高频噪声的控制效果比较明显，但对车内中低频噪声尤其是对人耳听觉影响较大的低频噪声抑制效果不佳，在以发动机为动力源的燃油汽车上效果更不显著。
[0003]随着汽车行业“新四化”发展趋势的逐步推动，传统主动噪声控制技术多用于实现目标降噪点处噪声声压级降低，未对人耳听觉特性作进一步考虑，未能真正提升驾乘人员的听觉舒适性。此外，汽车座舱是一个三维空间，传统单通道主动噪声控制技术未能满足驾驶员和乘客对于较大空间的降噪需求，未能更好地与车载系统相结合。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种面向声品质改善的车内多通道主动噪声主动降噪系统及方法，以期能对车内噪声进行声品质特性分析和针对性控制，在满足车内较大空间降噪同时改善车内声品质，从而能提升驾乘体验。
[0005]为解决上述技术问题采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种面向声品质改善的车内多通道主动降噪系统的特点在于，包括：音频收发模块、音频数据传输模块、噪声信号分析预处理模块、参考信号发生模块、基于FELMS多通道降噪算法模块和基本参数设置模块；其中，音频收发模块包括：参考信号接收单元、误差信号接收单元和抗噪信号发出单元；所述噪声信号分析预处理模块包括：时/频数据转换单元和声品质参量计算分析单元；
[0007]所述基本参数设置模块中设置步长因子μ和采集时长L、第n时刻4个自适应滤波器权系数矩阵{H
cb
(n)|c＝1,2；b＝1,2}，其中，H
cb
(n)表示第n时刻第c行第b列的自适应滤波器权系数矩阵；
[0008]所述参考信号接收单元获取第n时刻噪声源信号x(n)并通过所述音频数据传输模块发送给所述时/频数据转换单元；
[0009]所述时/频数据转换单元利用快速傅里叶变换法对第n时刻噪声源信号x(n)进行频谱分析，得到第n时刻噪声源信号x(n)的频域幅值谱和能量谱信息并发送给所述声品质参量计算分析单元；
[0010]所述声品质参量计算分析单元利用声品质参量计算模型对频域幅值谱和能量谱信息进行处理，得到第n时刻噪声源信号x(n)的临界频带能量和声压级，从而根据声压级计算第n时刻噪声源信号x(n)的声品质参量特征值矩阵，并根据频域幅值谱和能量谱信息从声品质参量特征值矩阵中选取最大的2个特征值所对应的频率值及其幅值后发送给参考信
号发生模块；
[0011]所述参考信号发生模块根据2个频率值及其幅值、采集时长L产生第n时刻2个参考信号矩阵{X
c
(n)|c＝1,2}并发送给所述基于FELMS多通道降噪算法模块，其中，X
c
(n)表示第n时刻第c个参考信号矩阵；
[0012]所述误差信号接收单元获取第n时刻2个目标降噪点处的误差信号{e
i
(n)|i＝1,2}并利用残差滤波器矩阵进行处理后，得到第n时刻2个误差滤波信号{e
hb
(n)|b＝1,2}并发送给基于FELMS多通道降噪算法模块，其中，e
i
(n)表示第n时刻第i个误差信号，e
hb
(n)表示第n时刻第b个误差滤波信号；
[0013]所述基于FELMS多通道降噪算法模块利用辨识滤波器矩阵和残差滤波器矩阵对所接收到的第n时刻2个参考信号矩阵{X
c
(n)|c＝1,2}进行处理，得到第n时刻2个滤波补偿后的参考信号矩阵{R
hb
(n)|b＝1,2}，其中，R
hb
(n)表示第n时刻第b个滤波补偿后的参考信号矩阵；
[0014]所述基于FELMS多通道降噪算法模块利用LMS算法对第n时刻2个误差滤波信号{e
hb
(n)|b＝1,2}和第n时刻2个滤波补偿后的参考信号矩阵{R
hb
(n)|b＝1,2}进行处理，得到第n时刻2个滤波器权系数增量矩阵{ΔH
b
(n)|b＝1,2}，其中，ΔH
b
(n)表示第n时刻第b个滤波器权系数增量矩阵；
[0015]所述基于FELMS多通道降噪算法模块根据第n时刻2个滤波器权系数增量矩阵{ΔH
b
(n)|b＝1,2}和步长因子μ，对所设置的第n时刻4个自适应滤波器权系数矩阵{H
cb
(n)|c＝1,2；b＝1,2}进行更新，并将更新后的第n时刻4个自适应滤波器权系数更新矩阵{H
’
cb
(n)|c＝1,2；b＝1,2}与第n时刻2个参考信号矩阵{X
c
(n)|c＝1,2}进行卷积求和，从而生成第n时刻2个抗噪信号{y
b
(n)|b＝1,2}并通过所述音频数据传输模块发送给抗噪信号发出单元；其中，H
cb
(n)表示第n时刻第c行第b列的自适应滤波器权系数矩阵，H
’
cb
(n)表示第n时刻第c行第b列的自适应滤波器权系数更新矩阵，y
b
(n)表示第n时刻第b个抗噪信号；
[0016]所述抗噪信号发出单元将第n时刻2个抗噪信号{y
b
(n)|b＝1,2}输出，并与第n时刻2个目标降噪点处的噪声信号{x
i
(n)|i＝1,2}进行叠加后，产生第n+1时刻2个目标降噪点处的误差信号{e
i
(n+1)|i＝1,2}并传输给所述误差信号接收单元，其中，e
i
(n+1)表示第n+1时刻第i个误差信号，x
i
(n)表示第n时刻第i个目标降噪点处的噪声信号。
[0017]本专利技术一种面向声品质改善的车内多通道主动降噪方法的特点在于，包括如下步骤：
[0018]步骤1、定义当前时刻为n，定义降噪步长因子为μ和采集时长为L；
[0019]步骤2、获取第n时刻噪声源信号x(n)并进行频谱分析，得到第n时刻噪声源信号x(n)的频域幅值谱和能量谱信息；
[0020]步骤3、利用声品质参量计算模型对频域能量谱信息进行处理，得到第n时刻噪声源信号x(n)的临界频带能量和临界频带声压级；
[0021]步骤4、根据临界频带声压级计算第n时刻噪声源信号x(n)的声品质参量特征值矩阵；
[0022]步骤5、根据频域幅值谱和能量谱信息从声品质参量特征值矩阵中选取最大的2个特征值所对应的频率值及其幅值；
[0023]步骤6、根据2个频率值及其幅值，利用式(1)产生第n时刻2个参考信号矩阵{X
c
(n)
|c＝1,2}；其中，X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向声品质改善的车内多通道主动降噪系统，其特征在于，包括：音频收发模块、音频数据传输模块、噪声信号分析预处理模块、参考信号发生模块、基于FELMS多通道降噪算法模块和基本参数设置模块；其中，音频收发模块包括：参考信号接收单元、误差信号接收单元和抗噪信号发出单元；所述噪声信号分析预处理模块包括：时/频数据转换单元和声品质参量计算分析单元；所述基本参数设置模块中设置步长因子μ和采集时长L、第n时刻4个自适应滤波器权系数矩阵{H
cb
(n)|c＝1,2；b＝1,2}，其中，H
cb
(n)表示第n时刻第c行第b列的自适应滤波器权系数矩阵；所述参考信号接收单元获取第n时刻噪声源信号x(n)并通过所述音频数据传输模块发送给所述时/频数据转换单元；所述时/频数据转换单元利用快速傅里叶变换法对第n时刻噪声源信号x(n)进行频谱分析，得到第n时刻噪声源信号x(n)的频域幅值谱和能量谱信息并发送给所述声品质参量计算分析单元；所述声品质参量计算分析单元利用声品质参量计算模型对频域幅值谱和能量谱信息进行处理，得到第n时刻噪声源信号x(n)的临界频带能量和声压级，从而根据声压级计算第n时刻噪声源信号x(n)的声品质参量特征值矩阵，并根据频域幅值谱和能量谱信息从声品质参量特征值矩阵中选取最大的2个特征值所对应的频率值及其幅值后发送给参考信号发生模块；所述参考信号发生模块根据2个频率值及其幅值、采集时长L产生第n时刻2个参考信号矩阵{X
c
(n)|c＝1,2}并发送给所述基于FELMS多通道降噪算法模块，其中，X
c
(n)表示第n时刻第c个参考信号矩阵；所述误差信号接收单元获取第n时刻2个目标降噪点处的误差信号{e
i
(n)|i＝1,2}并利用残差滤波器矩阵进行处理后，得到第n时刻2个误差滤波信号{e
hb
(n)|b＝1,2}并发送给基于FELMS多通道降噪算法模块，其中，e
i
(n)表示第n时刻第i个误差信号，e
hb
(n)表示第n时刻第b个误差滤波信号；所述基于FELMS多通道降噪算法模块利用辨识滤波器矩阵和残差滤波器矩阵对所接收到的第n时刻2个参考信号矩阵{X
c
(n)|c＝1,2}进行处理，得到第n时刻2个滤波补偿后的参考信号矩阵{R
hb
(n)|b＝1,2}，其中，R
hb
(n)表示第n时刻第b个滤波补偿后的参考信号矩阵；所述基于FELMS多通道降噪算法模块利用LMS算法对第n时刻2个误差滤波信号{e
hb
(n)|b＝1,2}和第n时刻2个滤波补偿后的参考信号矩阵{R
hb
(n)|b＝1,2}进行处理，得到第n时刻2个滤波器权系数增量矩阵{ΔH
b
(n)|b＝1,2}，其中，ΔH
b
(n)表示第n时刻第b个滤波器权系数增量矩阵；所述基于FELMS多通道降噪算法模块根据第n时刻2个滤波器权系数增量矩阵{ΔH
b
(n)|b＝1,2}和步长因子μ，对所设置的第n时刻4个自适应滤波器权系数矩阵{H
cb
(n)|c＝1,2；b＝1,2}进行更新，并将更新后的第n时刻4个自适应滤波器权系数更新矩阵{H
’
cb
(n)|c＝1,2；b＝1,2}与第n时刻2个参考信号矩阵{X
c
(n)|c＝1,2}进行卷积求和，从而生成第n时刻2个抗噪信号{y
b
(n)|b＝1,2}并通过所述音频数据传输模块发送给抗噪信号发出单元；其中，H
cb
(n)表示第n时刻第c行第b列的自适应滤波器权系数矩阵，H
’
cb
(n)表示第n时刻第c行第b列的自适应滤波器权系数更新矩阵，y
b
(n)表示第n时刻第b个抗噪信号；
所述抗噪信号发出单元将第n时刻2个抗噪信号{y
b
(n)|b＝1,2}输出，并与第n时刻2个目标降噪点处的噪声信号{x
i
(n)|i＝1,2}进行叠加后，产生第n+1时刻2个目标降噪点处的误差信号{e
i
(n+1)|i＝1,2}并传输给所述误差信号接收单元，其中，e
i
(n+1)表示第n+1时刻第i个误差信号，x
i
(n)表示第n时刻第i个目标降噪点处的噪声信号。2.一种面向声品质改善的车内多通道主动降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、定义当前时刻为...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢剑伟，陈会义，卢浩，胡金芳，陈品，姜俊昭，吴勃夫，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：