一种可定向降噪的智能噪声消除系统的制作方法

本发明涉及降噪技术领域，具体涉及一种可定向降噪的智能噪声消除系统。

背景技术：

日常生活中经常遇到噪音扰民的现象，交通噪音、设备噪音、社会噪音、施工噪音都是比较常见的噪音来源。噪音对受音者的听力、视力、心血管系统等有较大的损害，因此降噪产品具有很大的市场空间。

目前常用的噪音治理方法有：

在传音途径上降低噪音，控制噪音的传播，改变声源已经发出的噪音传播途径。如采用吸音、隔音、音屏障、隔振等措施，以及合理规划城市和建筑布局等。

降低声源噪音，工业、交通运输业可以选用低噪音的生产设备和改进生产工艺，或者改变噪音源的运动方式（如用阻尼、隔振等措施降低固体发声体的振动）。

对受音者或受音器官进行噪音防护。在声源和传播途径上无法采取措施，或采取的声学措施仍不能达到预期效果时，就需要对受音者或受音器官采取防护措施，如长期职业性噪音暴露的工人可以戴耳塞、耳罩或头罩。普通百姓面对噪音的防护措施主要采用第三种方式，对受音者或受音器官进行噪音防护。如受音者通过戴耳塞、耳罩或头罩等隔音工具来防护。

现有技术的客观缺点主要在于：1、对受音者或受音器官进行噪音防护的方式，虽有效果，但也存在以下的缺点，即人体舒适感较差：戴隔音工具的办法，虽然对降低噪音有一定效果，但对于受音者来讲，长期戴着这些隔音工具，人体舒适感较差；2、无法做到定向降噪，戴隔音工具是通过隔音方式来实现降噪的，这种方式的特点是不加区别地把所有声音都进行了隔音屏蔽，这会导致新问题的出现，比如会把一些不应屏蔽的声音如一些警示声音、对话声音也同时被屏蔽掉；3、使用便利性不够，通常这些隔音工具不会随身携带，当受音者有降噪需求时，往往才发现没带隔音工具，因此这种方式使用的便利性不够。

技术实现要素：

为了解决上述技术存在的缺陷，本发明提供一种可定向降噪的智能噪声消除系统。本发明所采用的技术方案如下：

一种可定向降噪的智能噪声消除系统，所述智能噪声消除系统包括内置在设备上的音频感知器、消声子系统、自适应滤波器、发声系统以及设置在云端并与所述消声子系统无线通信的智能云平台；

所述智能云平台，用于在线/离线收集存储各类声音源的音频，建立音频库；

所述音频感知器，用于采集各种声源波形；

所述消声子系统，用于将所述音频感知器采集的声源波形中对应各不同频率的噪声源的波形数据传递给所述自适应滤波器；

所述自适应滤波器，与所述发声系统连接，用于输出对应于待消声噪声源的反向干扰声波波形的信号序列；

发声系统，输出反向干扰声波波形，使噪声波形与反向干扰声波波形相互

抵消，使保留声源可以无干扰传递到受音者处。

上述的一种可定向降噪的智能噪声消除系统，所述智能云平台用于对音频库中的各类噪声源进行建模与参数训练，生成对应各类噪声的识别参数，识别后对各类噪声进行分频归类，并确立对应各类不同频率噪声源的抵消因子，为消声子系统提供基本的噪声滤波依据。

上述的一种可定向降噪的智能噪声消除系统，所述消声子系统通过所述音频感知器对指定方向的声源波形进行采集，采集后根据用户设置筛选音源参数对声源波形进行预处理，预处理后的声源波形与所述智能云平台的音频库内的噪声样本进行对比、识别和分类，并获取所述智能云平台上存储的对应各不同频率噪声源的抵消因子。

上述的一种可定向降噪的智能噪声消除系统，所述自适应滤波器通过自适应滤波算法更新和调整加权系数，将信号传递给所述发声系统，并实时控制所述发声系统发出的输出信号和输出功率，使输出信号序列逼近期望信号序列，所述期望信号序列为对应于待消声噪声源的反向干扰声波波形。

上述的一种可定向降噪的智能噪声消除系统，所述设备为智能移动设备，包括专用终端、智能智能移动设备和平板电脑。

上述的一种可定向降噪的智能噪声消除系统，所述音频感知器为智能移动设备上的自带声音输入系统，所述发声系统为智能移动设备上的自带声音输出系统。

上述的一种可定向降噪的智能噪声消除系统，所述消声子系统还用于通过所述音频感知器采集各种声源上传至所述智能云平台中的音频库。

上述的一种可定向降噪的智能噪声消除系统，所述智能云平台中的音频库在所述设备处于数据连接状态时，所述消声子系统以在线方式与所述智能云平台中的音频库建立数据连接，获取噪声源的抵消因子；所述消声子系统中设有本地音频库，在所述设备处于离线状态时，所述消声子系统以离线方式与所述本地音频库建立数据连接，获取噪声源的抵消因子。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、对噪音的处理原理是分解吸收，而非隔音式处理。音频感知器接收声波后，通过消声子系统将音频根据声源进行分解后，将需要消声的声源传递给自适应滤波器，自适应滤波器用自适应算法产生需要消除声音声源的反向声波数据，将数据传送到智能移动设备的发声系统，发声系统产生波形相反的干扰波形，两种波形相反的声波重叠后就会抵消，从而达到对噪音分解吸收的效果。

2、实时跟踪，实时性强，消音效果良好。消声子系统是根据音频感知器采集的声波，进行实时分解，传递给自适应滤波器，自适应滤波器采用实时的识别算法，对环境噪声进行快速的自适应识别，快速找出环境声波中的共性，而与其进行对冲。

3、消音效果可手动调节，消音效果可通过智能移动设备手动控制和调节输出声波的功率进行调节。

4、可以选择声音源进行定向消音，在智能移动设备已具备高性能处理能力情况下，安装在智能移动设备上的消声子系统可以及时将接收的外部声音按声源进行适配和分类，并根据受音者的消声设置，消声子系统有选择地控制自适应滤波器和发声系统产生抵消声波，从而实现定向消音的效果。

5、智能移动设备要具备降噪功能，需要在硬件上增加自适应滤波器功能模块，只需对现有智能移动设备增加自适应滤波器模块，就可以利用智能移动设备现有硬件实现频谱干扰的功能，配套安装消声子系统，就可以让智能移动设备具有降噪消音功能。

6、随时随地，使用方便。受音者将无需携带除智能移动设备以外的硬件设备，就可以随时随地使用降噪服务。

7、小范围、有限度的噪音防护，实现成本低廉。通过智能移动设备就可以瞬间产生一个保护的音场空间，大大降低噪音，虽然形成噪音抵消空间大小有限，需要将智能移动设备放在身边，但降噪快速方便，与其它降噪方式相比，特别适合小范围快捷降噪的场合使用。

8、应用范围广泛，降噪需求普遍而广泛，因此降噪功能有可能成为以后智能移动设备的标配功能之一，让具有降噪功能的智能移动设备更有竞争力。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明在线/离线获取音频样品的原理框图；

图3为本发明的工作流程图。

具体实施方式

为使对本发明作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1至图3所示，为本发明提供的一种可定向降噪的智能噪声消除系统，该智能噪声消除系统包括一个具有声音源鉴别功能和噪音音频库的智能云平台以及内置在设备上的音频感知器、消声子系统、自适应滤波器、发声系统。智能云平台用于不断在线/离线收集存储各种声音源的音频，填充音频库，通过对上万种环境噪声声源样本，进行建库与训练，用HMM算法进行建模与参数训练，训练出最优的识别参数。智能云平台中的音频库在设备处于数据连接状态时，消声子系统以在线方式与智能云平台中的音频库建立数据连接，获取噪声源的抵消因子。消声子系统中设有本地音频库，在设备处于离线状态时，消声子系统以离线方式与本地音频库建立数据连接，获取噪声源的抵消因子。以此快速对实际现场噪声的识别，识别后对噪声进行分频归类，并以此确立噪声源的抵消因子选取，为消声子系统进行滤波提供基本的依据。音频感知器用于采集各种声源波形，并经消声子系统将采集到的各类噪声源上传至智能云平台，对智能云平台的音频库进行样本填充和丰富。自适应滤波器对经过消声子系统筛选的需要消音的各种声波信号输入自适应滤波器后，通过自适应滤波算法，更新、调整加权系数，自适应滤波器将信号传递给智能移动设备的发声系统，并实时控制发声系统发出的输出信号和输出功率，使输出信号序列逼近期望信号序列，该期望信号序列对应于噪声源的反向声波，从而达到降噪消音的效果。常见的自适应滤波算法有：递推最小二乘算法，最小均方误差算法，归一化均方误差算法，快速精确最小均方误差算法，子带滤波，频域的自适应滤波等等。其中最典型最有代表性的两类自适应算法就是递推最小二乘算法和最小均方误差算法。

发声系统，自适应滤波算法生成了噪音声波的的反向干扰声波信号序列，须通过发声系统才能产生噪音的反向声波干扰波形，噪音与干扰声波波形相互抵消，实现降噪消音功能。消声子系统，具有声纹识别功能，首先用音频感知器对指定方向的声源进行采集，对声波预处理后，通过与智能云平台噪音样本进行对比、识别和分类，并获取声源的抵消因子，并相应数据传递给自适应滤波器。具体有以下功能：

1、实时筛选音源和定向降噪消音：根据客户设定的筛选音源参数，实时将音频感知器采集的声音进行预处理和分类，对需要消音的音源和相关抵消因子传送到自适应滤波器进行自适应和产生频谱干扰信号序列。

2、收集各类音源形成音源库：音源可分为风雨声、马路噪音、鼻鼾声、装修噪音等等，消声子系统可不断采集各种音源上传至智能云平台丰富音源库。

具体的，在本发明的优选实施例中，设备为智能移动设备，包括但不限于专用终端、智能手机和平板电脑，消声子系统为安装在智能移动设备上的消音APP应用程序。音频感知器为智能移动设备上的自带声音输入系统，发声系统为智能移动设备上的自带声音输出系统。在其他一些实施例中，该设备还可以包括用于发声的广播、通讯工具。消声子系统也可以相应的设置为工控机上的嵌入式应用程序。

本发明的降噪原理为：当噪音来袭时，受音者通过消声子系统设定智能移动设备的降噪消音参数，并启动消声子系统。音频感知器开始接收到外界噪音的波形组成，消声子系统对这些波形组成进行音频频谱分析和分解，并根据受音者的消音参数设置，选择出需要消音的音频和相关抵消因子，传递给自适应滤波器。自适应滤波器对该音频的声波信号按特定的算法，进行更新、调整加权系数等处理，并实时控制发声系统产生需要消音频谱的反向干扰波形，消声子系统根据消音效果自动/手动适配反向声波频谱的输出功率，直至让两种相反的波形相互抵消，完全重叠后就可以完全抵消，从而达到对指定声源的分解吸收效果。经过降噪处理的噪声源和未受干扰的保留声源一起传递到受音者处，最大限度地降低了噪声的干扰，使得保留声源可清晰地传递到受音者处。

降噪流程示意图如图2所示：

第一步：运行消声子系统，并对消声子系统进行消声参数设置，设置保留对话交流声源，消除其它噪音；

第二步：音频感知器采集各种声源波形；

第三步：消声子系统对各类声源进行预处理、对比、识别和分类，并将待消音的波形和抵消因子送到自适应滤波器；

第四部：自适应滤波器通过自适应算法，形成需要消声声源的反向波形信号；

第五步：自适应滤波器控制智能移动设备发声系统产生反向的干扰波形，干扰波形与噪音波形实时进行相互抵消实现定向降噪和消声；

第六步：受干扰的噪声声波和无干扰的保留声源传递到受音者处。

本发明的一种可定向降噪的智能噪声消除系统提供了一种可定向降噪，便于随身携带的外置式降噪方式。尤其是基于智能移动设备便携、随身、设置方便等特点，通过在智能移动设备植入自适应滤波器功能模块，与智能移动设备的发声系统结合，组成可以消音的频率干扰模块，通过消声子系统方式设置消音参数和甄别筛选噪音声源，并控制频率干扰模块产生反向消音波形，有选择地将某些声音进行分解吸收，在受音者身体周边小范围内临时建立一个噪音防护屏障，从而为用户提供一个可以随时随地降噪的手段。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。