一种有源降噪方法及其装置与流程

本发明涉及噪声处理技术领域，特别是涉及一种有源降噪方法及其装置。

背景技术：

变压器噪声广泛存在于人们的生产生活周围，现阶段广泛研究的有源噪声控制技术可以有效地控制变压器低频噪声。有源噪声控制指人为地产生次级噪声去抵消原有噪声的一种方法，有源噪声控制的基本原理是根据两列同频率、相位相反的声波会发生相消性干涉。

目前的有源降噪方法一般都是采用基于最小均方误差准则、最小二乘准则等的自适应算法，但降噪系统在选用自适应算法时需要兼顾到稳定性、权系数迭代以及收敛速度等诸多因素，算法复杂程度高。

因此，如何提供一种易于实现的有源降噪方法及其装置是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种有源降噪方法及其装置，采用重复控制方式对误差噪声信号进行处理，得到次级噪声信号，算法简单，易于实现。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种有源降噪方法，包括：

周期性地采集当前的误差噪声信号；所述误差噪声信号为当前初级噪声信号与次级噪声信号之和；

将所述误差噪声信号作为重复控制内模的参考信号，对所述参考信号进行重复控制，得到次级信号；

将所述次级信号进行电/声转换处理，发出次级噪声信号。

优选地，所述对所述参考信号进行重复控制，得到次级信号的过程具体为：

将所述参考信号e(z)带入重复内模控制关系式，得到本周期内的总误差信号e₀(z)，其中，所述重复内模控制关系式具体为：

e₀(z)＝e(z)+e(z)Q(z)z^-N；

Q(z)为预设常量，T₀为所述参考信号中基频信号的周期，T_s为所述参考信号的采样周期，N为正整数；

将所述总误差信号进行反向处理，得到反向后的偏差结果信号；

对所述偏差结果信号进行低通滤波处理，得到所述次级信号。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种有源降噪装置，包括：

误差传感器，用于周期性地采集当前的误差噪声信号；所述误差噪声信号为当前初级噪声信号与次级噪声信号之和；

控制器，用于将所述误差噪声信号作为重复控制内模的参考信号，对所述参考信号进行重复控制，得到次级信号；

扬声器，用于将所述次级信号进行电/声转换处理，发出次级噪声信号。

优选地，所述控制器包括：

重复控制器，用于将所述参考信号e(z)带入重复内模控制关系式，得到本周期内的总误差信号e₀(z)，其中，所述重复内模控制关系式具体为：e₀(z)＝e(z)+e(z)Q(z)z^-N；Q(z)为预设常量，T₀为所述参考信号中基频信号的周期，T_s为所述参考信号的采样周期，N为正整数；

乘法器，用于将所述总误差信号进行反向处理，得到反向后的偏差结果信号；

滤波器，用于对所述偏差结果信号进行低通滤波处理，得到所述次级信号。

优选地，所述误差传感器为麦克风。

优选地，还包括：

位于所述控制器与所述扬声器之间的、分别与所述控制器和所述扬声器相连的功率放大器，用于对所述次级信号进行放大处理，并发送至所述扬声器。

本发明提供了一种有源降噪方法，周期性的采集误差噪声信号，并对采集到的误差噪声信号采用重复控制的方式进行控制处理，得到次级噪声信号来抵消初级噪声信号(噪声源发出的噪声信号)；重复性控制算法与自适应算法相比，不需要考虑权系数的迭代以及收敛性能等问题，算法简单，易于实现。本发明还提供了一种有源降噪装置，采用上述方法实现，也具有上述优点，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种有源降噪方法的过程的流程图；

图2为本发明提供的一种有源降噪方法中重复控制的示意图；

图3为本发明提供的一种有源降噪装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种有源降噪方法及其装置，采用重复控制方式对误差噪声信号进行处理，得到次级噪声信号，算法简单，易于实现。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种有源降噪方法，参见图1所示，图1为本发明提供的一种有源降噪方法的过程的流程图；该方法包括：

步骤s101：周期性地采集当前的误差噪声信号；误差噪声信号为当前初级噪声信号与次级噪声信号之和；

步骤s102：将误差噪声信号作为重复控制内模的参考信号，对参考信号进行重复控制，得到次级信号；

步骤s103：将次级信号进行电/声转换处理，发出次级噪声信号。

可以理解的是，上述降噪过程为周期性进行，即每周期均会进行一次步骤s101～103的操作，其中，本发明对每周期的时间长度不作限定。

具体的，参见图2所示，图2为本发明提供的一种有源降噪方法中重复控制的示意图；对参考信号进行重复控制，得到次级信号的过程具体为：

步骤s201：将参考信号e(z)带入重复内模控制关系式，得到本周期内的总误差信号e₀(z)，其中，重复内模控制关系式具体为：

e₀(z)＝e(z)+e(z)Q(z)z^-N；

Q(z)为预设常量，T₀为参考信号中基频信号的周期，T_s为参考信号的采样周期，N为正整数；

步骤s202：将本周期内的总误差信号进行反向处理，得到反向后的偏差结果信号；

步骤s203：对偏差结果信号进行低通滤波处理，得到次级信号。

可以理解的是，重复控制是一种将过去的控制偏差与现在的控制偏差一起加到被控对象上的一种控制方式，具有对基频及其倍频信号的高增益特性，能够实现对误差噪声信号进行跟踪时零跟踪误差的稳态响应，稳态性好。该方法应用在本发明中即为将上一周期得到的总误差信号与当前采集的误差噪声信号求和。

需要注意的是，由图2所示，在重复控制的过程中，仅将误差噪声信号作为重复控制内模的参考信号进行重复控制，而重复控制整体模型的输入仍为初级噪声信号，输出为次级噪声信号；本发明的优点是不需要实际输入初级噪声信号至重复控制整体模型内，而是通过对误差信号进行重复控制，使得重复控制整体模型的输入输出为相互抵消的状态，从而使得输出的次级噪声能够抵消初级噪声信号。

其中，重复控制内模的传递函数为：

根据实验可知，当Q(z)＝1时对基频及其倍频信号的开环增益为无穷大，但此时处于临界稳定状态，因此Q(z)通常取小于1的常数，例如可取0.95，以保证重复内模稳定性，当然，这里的Q(z)也可取其他不大于1的值，本发明对此不作限定。

重复控制整体模型的传递函数为：

可以理解的是，H(z)理论上趋近于无穷大，所以重复控制整体模型的传递函数接近于-1，表示输出的次级噪声信号和作为输入初级噪声信号能够近似相互抵消，从而实现本发明的目的。

本发明提供了一种有源降噪方法，周期性的采集误差噪声信号，并对采集到的误差噪声信号采用重复控制的方式进行控制处理，得到次级噪声信号来抵消初级噪声信号(噪声源发出的噪声信号)；重复性控制算法与自适应算法相比，不需要考虑权系数的迭代以及收敛性能等问题，算法简单，易于实现。

本发明还提供了一种有源降噪装置，参见图3所示，图3为本发明提供的一种有源降噪装置的结构示意图。该装置包括：

误差传感器11，用于周期性地采集当前的误差噪声信号；误差噪声信号为当前初级噪声信号与次级噪声信号之和；

控制器12，用于将误差噪声信号作为重复控制内模的参考信号，对参考信号进行重复控制，得到次级信号；

扬声器13，用于将次级信号进行电/声转换处理，发出次级噪声信号。

其中，控制器12包括：

重复控制器，用于将参考信号e(z)带入重复内模控制关系式，得到本周期内的总误差信号e₀(z)，其中，重复内模控制关系式具体为：e₀(z)＝e(z)+e(z)Q(z)z^-N；Q(z)为预设常量，T₀为参考信号中基频信号的周期，T_s为参考信号的采样周期，N为正整数；

乘法器，用于将本周期内的总误差信号进行反向处理，得到反向后的偏差结果信号；

滤波器，用于对偏差结果信号进行低通滤波处理，得到次级信号。

可以理解的是，乘法器内设置乘法因子，用于与总误差信号相乘，该乘法因子一般为-1，用于使相乘后得到的偏差结果信号与总误差信号频率相同、幅值相同、相位相反。滤波器用于滤除偏差结果信号中的高频信号干扰，即滤除尖峰，可以采用二阶低通数值滤波器，滤波器的截止频率可以为1800Hz，滤波器的传递函数可以为：

当然，以上仅为优选方案，本发明不限定乘法因子的具体数值以及滤波器的具体类型、截止频率以及传递函数。

具体的，误差传感器11为麦克风。

作为优选地，该装置还包括：

位于控制器12与扬声器13之间的、分别与控制器12和扬声器13相连的功率放大器14，用于对次级信号进行放大处理，并发送至扬声器13。

可以理解的是，一般得到次级信号都不够大，不足以扩散至一个较大的范围来与噪声进行抵消，故需要对生成的次级信号进行放大处理，当然，放大倍数可自行决定，本发明对此不作限定。

另外，本发明采用重复控制原理，故不需要持续采集初级噪声信号，而是仅在最初的周期采集一次初级噪声信号即可，故可仅设置误差传感器11，相比目前的有源降噪装置，减少了装置内的器件数量，节约了成本。

本发明提供了一种有源降噪装置，周期性的采集误差噪声信号，并对采集到的误差噪声信号采用重复控制的方式进行控制处理，得到次级噪声信号来抵消初级噪声信号(噪声源发出的噪声信号)；重复性控制算法与自适应算法相比，不需要考虑权系数的迭代以及收敛性能等问题，算法简单，易于实现。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。