一种多误差麦克风场分布型主动降噪系统及方法与流程

本发明属于主动降噪，具体涉及一种多误差麦克风场分布型主动降噪系统及方法。

背景技术：

1、目前主动降噪系统被广泛用于管风机、空调、油烟机、空气净化器等半封闭式噪声源环境。主动降噪系统根据麦克风的不同布局，其具体可分为前馈式主动降噪系统，反馈式主动降噪系统，以及混合式主动降噪系统。

2、其中具备管道环境的噪声控制场景，由于其具备半封闭式的特性，因此声波干涉式的主动降噪技术被广泛应用。多数管道系统根据其对应应用场景的不同，所建立的主动降噪系统包含环境不一，长短不一的次级通道，并且现有的主动降噪系统大多采用单一误差麦克风以离线次级通道建模的方式来补偿次级通道的干扰，但引入次级通道系统模型一方面增加dsp的计算复杂度，另一方面单一误差麦克风无法避免次级通道内驻波的影响，单一误差麦克风极容易陷入驻波的疏部位置中，从而使得整个降噪系统陷入局部最优解。其次由于次级通道声波叠加的复杂性，单一误差麦克风极容易在局部最优和发散的过程中反复振荡。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多误差麦克风场分布型主动降噪系统及方法，提高了主动降噪系统的稳定性，拓宽了主动降噪系统的应用场景。

2、为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种多误差麦克风场分布型主动降噪系统，应用于管道降噪，所述多误差麦克风场分布型主动降噪系统包括一个参考麦克风、若干个误差麦克风、一个次级声源和一个处理单元，以次级声源至管道出口端之间的管道空间作为次级通道，其中：

4、所述参考麦克风安装在管道内壁靠近噪声源位置，用于获取噪声声波信号；

5、所述若干个误差麦克风均匀布置在次级通道内，用于获取叠加声波信号；

6、所述处理单元布置在管道外，用于根据若干个误差麦克风获取的叠加声波信号得到融合声波信号，并以噪声声波信号和融合声波信号更新fir滤波器的系数，将噪声声波信号通过更新后的fir滤波器生成降噪声波信号；

7、所述次级声源安装在参考麦克风和误差麦克风之间，用于根据所述处理单元生成的降噪声波信号播放降噪声波，实现管道内的主动降噪。

8、以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

9、作为优选，所述若干个误差麦克风均匀布置在次级通道内，包括：

10、若干个误差麦克风沿管道的长度方向和圆周方向均匀分布，其中相邻两个误差麦克风在长度方向的间距与在圆周方向的间距相同或不同。

11、作为优选，所述误差麦克风的数量确定如下：

12、

13、式中，numerr为误差麦克风的数量，h为所述次级通道的长度，r为所述次级通道的半径。

14、作为优选，所述根据若干个误差麦克风获取的叠加声波信号得到融合声波信号，包括：

15、

16、

17、

18、式中，为若干个误差麦克风获取的叠加声波信号的均值，numerr为误差麦克风的数量，errmic_i为第i个误差麦克风的叠加声波信号，σmic为若干个误差麦克风获取的叠加声波信号的标准差，errmic为融合声波信号，α、β为权重值，且α+β＝1。

19、作为优选，所述以噪声声波信号和融合声波信号更新fir滤波器的系数，包括：

20、采用lms梯度下降算法更新fir滤波器的系数，更新公式如下：

21、w(n)＝w(n-1)+μ*errmic(n)*x(n)

22、x(n)＝[refmic(n),refmic(n-1),…,refmic(n-l+1)]t

23、w(n)＝[w1(n),w2(n),…,wl(n)]t

24、式中，w(n)为fir滤波器n时刻的系数，即更新后的fir滤波器的系数，w(n-1)为fir滤波器n-1时刻的系数，即更新前的fir滤波器的系数，μ为lms梯度下降算法的收敛步长，errmic(n)为n时刻的融合声波信号，x(n)为fir滤波器n时刻的输入，w1(n)为n时刻fir滤波器的第一阶系数，refmic(n)为n时刻的噪声声波信号。

25、作为优选，所述将噪声声波信号通过更新后的fir滤波器生成降噪声波信号，包括：

26、取更新后的fir滤波器的系数为：

27、w(n)＝[w1(n),w2(n),…,wl(n)]t

28、式中，w(n)为n时刻fir滤波器的系数，t为转置，l为fir滤波器的长度，w1(n)为n时刻fir滤波器的第一阶系数；

29、则fir滤波器输出的降噪声波信号为：

30、x(n)＝[refmic(n),refmic(n-1),…,refmic(n-l+1)]t

31、y(n)＝x(n)tw(n)

32、式中，x(n)为n时刻fir滤波器的输入，refmic(n)为n时刻的噪声声波信号，y(n)为n时刻得到的降噪声波信号，x(n)t为x(n)的转置。

33、作为优选，所述处理单元包括前端处理模块和dsp处理器，所述前端处理模块包括数模/模数转换电路和运放电路；

34、所述数模/模数转换电路与所述参考麦克风、误差麦克风、运放电路和dsp处理器连接，用于将噪声声波信号和叠加声波信号进行模数转换后发送至所述dsp处理器，并将所述dsp处理器生成的降噪声波信号进行数模转换后发送至所述运放电路；

35、所述运放电路用于对所述数模/模数转换电路的输出进行放大，并驱动次级声源播放降噪声波。

36、作为优选，所述参考麦克风、误差麦克风和次级声源分别与管道内壁的连接部位设有止震材料。

37、本发明还提供一种多误差麦克风场分布型主动降噪方法，应用于所述的多误差麦克风场分布型主动降噪系统，所述多误差麦克风场分布型主动降噪方法，包括：

38、初始化fir滤波器的系数；

39、采集参考麦克风的噪声声波信号以及误差麦克风的叠加声波信号；

40、根据若干个误差麦克风获取的叠加声波信号得到融合声波信号；

41、以噪声声波信号和融合声波信号更新fir滤波器的系数；

42、将噪声声波信号通过更新后的fir滤波器生成降噪声波信号，并控制次级声源播放降噪声波。

43、本发明提供的一种多误差麦克风场分布型主动降噪系统及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

44、1)根据多个误差麦克风采集次级通道的叠加声波信号，以多个叠加声波信号得出降噪效果误差，即融合声波信号，减少降噪效果误差受到声场干涉以及管道驻波的影响，使得降噪效果误差更真实的反应声场叠加情况，提高降噪的收敛率。

45、2)相较于现有的主动降噪系统需要提前对次级通道建模的情况，本发明去除了次级通道建模的步骤，一方面简化了流程，另一方面减少了lms梯度下降算法中fir滤波器的输入经过预估次级通道fir模型的步骤，使得系统算法的时间复杂度降低至约50％，可使得主动降噪系统的硬件成本降低，或者提升其余功能的部署。