一种针对高频窄带线型噪声源主动噪声控制装置

本发明涉及一种主动噪声控制装置，尤其涉及一种针对高频窄带线型噪声源的主动噪声控制装置。

背景技术：

1、随着科学技术的空前发展，噪声污染也随之成为一个愈发严峻的问题。噪声的危害多种多样，一方面，噪声污染不仅对人的精神、情感和心理有很大的危害，而且会引发各种疾病。研究表明，当人长期处于高分贝的噪声环境中(超过90分贝)，噪音会对人体听觉器官造成永久性损伤。

2、为减轻噪声的干扰，人们提出了许多方案来对噪声进行控制。从噪声传播的角度来说，噪声控制可以分为从噪声源、噪声传播途径、噪声接收者三个方面进行消噪处理；从降噪原理的角度来说，噪声控制可以分为主动噪声控制和被动噪声控制。被动噪声控制基于物理声学控制方法，使用隔声材料、吸声材料、隔振降噪等达到降噪效果。主动噪声控制技术是利用声音的相消干涉，主动产生一个声场来抵消另一个现有的声场，当它们同幅反相时，两列声波相互叠加抵消，从而降低噪声。目前传统的被动噪声控制技术发展时间较长、系统简单，已经成为一种比较成熟的降噪方法，但被动隔声技术往往由于设备安装空间、材料体积等因素在使用场景上存在巨大的限制，而主动噪声控制不仅可以缩小降噪装置体积，而且在声源处对噪声进行抵消，可以达到有效降噪效果。

3、在主动噪声控制方面，目前主要是在低频、点声源的场景下使用，针对高频、线声源的主动控制方法研究较少。原因在于一方面，线声源的声场分布复杂，对次级扬声器的有效布放有很大的要求；另一方面，由于主动噪声控制系统对“因果性”、“实时性”的需求，高频噪声源对主动噪声控制硬件平台的算力和时延要求很高，因此硬件系统设计难度较高。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明提出一种针对高频窄带线型噪声源主动噪声控制装置。首先引入线声源离散化方法，将线声源等效为若干点声源，然后针对点声源进行次级扬声器布局；基于高算力低时延主动噪声控制硬件平台和双通道耦合前馈fx-lms主动噪声控制算法，实现对10khz的高频窄带线型噪声源的有效控制。

2、一种针对高频窄带线型噪声源全局主动噪声控制装置，其特征在于：包括1个线型噪声源、2个参考传声器、2个误差传声器、2个次级扬声器和1个控制器，其中：所述线型噪声源，为长度4cm且噪声能量主要集中在10khz频率点处的高频窄带线型噪声源。

3、进一步的，所述2个参考传声器，分别紧靠线型噪声源的两侧布放，用于采集与实际噪声高相干型的参考信号，参考传声器连接控制器输入端，距离次级扬声器15mm左右，距离误差传声器55mm左右；所述2个误差传声器，分别紧靠线型噪声源的两侧布放，在噪声传播方向与侧边的参考传声器位于一条直线上，用于采集降噪点处的误差信号，实现误差传声器处的降噪，误差传声器连接控制器输出端，误差传声器距离次级扬声器40mm左右；所述2个次级扬声器，分别以朝向人体活动区域方向紧靠线型噪声源的两侧布放，在噪声传播方向与侧边的参考传声器位于一条直线上，用于发出由控制器运算生成的反相噪声，次级扬声器连接控制器输出端；所述1个控制器，用于处理采集到的参考传声器和误差传声器信号，通过运行双通道耦合lms算法进行2个误差传声器和2个次级扬声器间的次级路径建模，运行双通道耦合前馈fxlms主动降噪算法抵消线型噪声源的原始噪声，控制器具有高速低时延的特点，工作主频可达456mhz，控制器时延低至128μs。

4、进一步的，所述控制器，包含两个参考传声器信号输入接口用于采集参考信号；两个误差传声器信号输入接口用于采集误差信号；一个四通道输入两通道输出音频编解码芯片用于传声器信号的模数转换和反相噪声的数模转换；一个主控芯片用于运行主动降噪算法，两个d类音频功放用于驱动次级扬声器，两个音频输出接口用于连接次级扬声器；并且所述控制器具有高速低时延的特征，可以实现强大算力并保持高速运行，在满足“实时性”和“因果性”的前提下，支持更加复杂的多通道前主动噪声控制算法，以全局范围内达到更好的降噪效果。

5、进一步的，所述控制器，为保证全局空间主动降噪效果，采用双通道耦合前馈fx-lms主动噪声控制算法，主动噪声控制算法在48khz运算率下运行。

6、进一步的，所述控制器，次级建模采用双通道耦合lms算法，建模噪声源采用12khz带宽白噪声，采用左右通道分步建模，每步获取两组次级路径，最终获得四组次级路径。

技术特征：

1.一种针对高频窄带线型噪声源全局主动噪声控制装置，其特征在于：包括1个线型噪声源、2个参考传声器、2个误差传声器、2个次级扬声器和1个控制器，其中：所述线型噪声源，为长度4cm且噪声能量主要集中在10khz频率点处的高频窄带线型噪声源。

2.据权利要求1所述的一种针对高频窄带线型噪声源主动噪声控制装置，其特征在于，所述2个参考传声器，分别紧靠线型噪声源的两侧布放，用于采集与实际噪声高相干型的参考信号，参考传声器连接控制器输入端，距离次级扬声器15mm左右，距离误差传声器55mm左右；所述2个误差传声器，分别紧靠线型噪声源的两侧布放，在噪声传播方向与侧边的参考传声器位于一条直线上，用于采集降噪点处的误差信号，实现误差传声器处的降噪，误差传声器连接控制器输出端，误差传声器距离次级扬声器40mm左右；所述2个次级扬声器，分别以朝向人体活动区域方向紧靠线型噪声源的两侧布放，在噪声传播方向与侧边的参考传声器位于一条直线上，用于发出由控制器运算生成的反相噪声，次级扬声器连接控制器输出端；所述1个控制器，用于处理采集到的参考传声器和误差传声器信号，通过运行双通道耦合lms算法进行2个误差传声器和2个次级扬声器间的次级路径建模，运行双通道耦合前馈fx-lms主动降噪算法抵消线型噪声源的原始噪声，控制器具有高速低时延的特点，工作主频可达456mhz，控制器时延低至128μs。

3.根据权利要求1所述的一种针对高频窄带线型噪声源主动噪声控制装置，其特征在于，所述控制器，包含两个参考传声器信号输入接口用于采集参考信号；两个误差传声器信号输入接口用于采集误差信号；一个四通道输入两通道输出音频编解码芯片用于传声器信号的模数转换和反相噪声的数模转换；一个主控芯片用于运行主动降噪算法，两个d类音频功放用于驱动次级扬声器，两个音频输出接口用于连接次级扬声器；并且所述控制器具有高速低时延的特征，可以实现强大算力并保持高速运行，在满足“实时性”和“因果性”的前提下，支持更加复杂的多通道前主动噪声控制算法，以全局范围内达到更好的降噪效果。

4.根据权利要求1所述的一种高频窄带线型噪声源主动噪声控制装置，其特征在于，所述控制器，为保证全局空间主动降噪效果，采用双通道耦合前馈fx-lms主动噪声控制算法，主动噪声控制算法在48khz运算率下运行。

5.根据权利要求1所述的一种高频窄带线型噪声源主动噪声控制装置，其特征在于，所述控制器，次级建模采用双通道耦合lms算法，建模噪声源采用12khz带宽白噪声，采用左右通道分步建模，每步获取两组次级路径，最终获得四组次级路径。

技术总结本发明提出了一种针对高频窄带线型噪声源的主动噪声控制装置，所述装置由两个参考传声器、两个误差传声器、一个主动降噪控制器和两个次级扬声器组成，首先通过参考传声器来采集参考噪声信号，再由主动降噪控制器处理参考噪声信号并运行主动降噪算法输出对应的抵消信号，最后通过次级扬声器发出声音来抵消噪声。本发明的显著特征在于：通过有针对性的物理布局和双通道耦合主动降噪算法实现高频率窄带线型噪声的主动噪声控制，解决了传统主动噪声控制对高频噪声和线型噪声源的降噪效果不佳问题，该装置具有功耗低、灵活性高等显著优点，实现10kHz中心频率的窄带内10dB的平均降噪量。技术研发人员：张丽敏,李奎,童约钱,闻志成,张馨怡受保护的技术使用者：南京大学技术研发日：技术公布日：2024/2/1