一种车内选择性噪声主动控制方法

本发明涉及汽车内部噪声控制领域，更具体的说是一种针对汽车车内噪声的车内选择性噪声主动控制方法。

背景技术：

1、汽车车内噪声控制是改善车内声环境、提高乘坐舒适性的一个有效措施。随着人们对汽车驾乘舒适性要求越来越高，车内噪声控制技术越来越受到人们的关注。

2、车内噪声控制方法分为被动控制方法和主动控制方法。被动控制方法是通过具有吸声、消声或隔声功能的材料来阻断噪声传播路径，以达到抑制噪声的目的，这种方法往往设计复杂、成本高，且不利于汽车轻量化。主动控制方法是通过产生与初级噪声幅值相同、相位相反的次级噪声来抵消初级噪声，这种方法布置简单、成本低，且有利于汽车轻量化。因此，噪声主动控制方法已逐渐被应用于车内噪声控制。目前应用广泛的噪声主动控制系统通常包括参考麦克风、误差麦克风、次级扬声器和控制器。参考麦克风用于采集初级噪声信号，误差麦克风用于采集误差噪声信号，控制器采用最小均方算法计算次级噪声信号，次级扬声器用于发出次级噪声信号来抵消初级噪声。

3、然而，现有的车内噪声主动控制技术都是“一刀切”的、无选择性的，即噪声主动控制系统开启后，目标区域内所有声音都将被抵消，被抵消的声音中通常会包含一些人们期望听到的声音，如导航声、音乐声、语音等。因此，现有的车内噪声主动控制技术在抵消噪声(如发动机噪声、路噪、风噪等)的同时也不同程度地抵消了一些人们期望听到的非噪声信号，非噪声信号也称期望声音信号，如导航声、音乐声、语音等。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述现有噪声主动控制方法无法有效识别和分离噪声而对车内声音进行无差别抵消的缺陷，提供一种适用于车内噪声的主动控制方法，利用该方法控制车内噪声，可以将车内噪声与期望声音信号分离开，进一步选择性地对分离出来的噪声信号进行主动控制，从而达到降低噪声信号的同时保留期望声音信号的效果。

2、本发明解决上述现有技术缺陷所采用的技术方案是：

3、一种车内选择性噪声主动控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1：采集车内噪声信号和期望声音信号的混合声音信号，并将噪声信号和期望声音信号分离；

5、具体步骤如下：

6、1.1汽车行驶时车内噪声信号和期望声音信号的混合声音信号包含多个统计独立未知源信号，表示为：

7、s(t)＝[s1(t)，s2(t)，s3(t)，...，sn(t)]t式中，t表示时间，[*]t表示矩阵转置，n为正整数、表示源信号的数量，sn(t)表示t时刻第n个源信号(声音信号)；

8、1.2使用多个麦克风采集到的观测混合声音信号记为：

9、u(t)＝[u1(t)，u2(t)，u3(t)，...，um(t)]t

10、式中，t表示时间，[*]t表示矩阵转置，m为正整数、表示麦克风的数量，um(t)表示t时刻第m个麦克风采集到的观测混合声音信号；

11、1.3观测混合声音信号是源信号与其延时信号线性混叠而成的，可表示为：

12、u(t)＝as(t)

13、式中，a为信道冲击响应，表示为：

14、

15、其中，anm为第n个源信号到第m个麦克风的冲击响应，n＝1，2，3，...，n，m＝1，2，3，...，m；

16、1.4假设y(t)为源信号s(t)的估计，则

17、y(t)＝bu(t)

18、式中，b为分离矩阵，表示为：

19、

20、其中，bnm为权重系数，n＝1，2，3，...，n，m＝1，2，3，...，m，理想情况下，b为a的逆矩阵；

21、1.5采用快速独立成分分析法迭代计算分离矩阵，代价函数取为分离矩阵的负熵，即：

22、l(b)＝{e[f(btu)]-e[f(g)]}2

23、式中，e[*]表示均值运算，f[*]表示非线性函数，f[*]可以是对数函数、指数函数或幂函数的一种，g是均值为0、方差为1的高斯随机变量，u＝u(t)；

24、1.6当l(b)值的变化率小于10-9时，停止迭代，输出此时计算的分离矩阵b，将分离矩阵与麦克风采集到的观测混合声音信号相乘，得到分离出来的车内噪声信号和期望声音信号；

25、步骤2：将步骤1中分离出来的车内噪声信号作为前馈噪声主动控制系统的初级噪声信号输入，通过噪声主动控制系统输出次级噪声信号来抵消初级噪声信号；

26、具体步骤如下：

27、2.1将步骤1中分离出来的车内噪声信号记为ρ(τ)，并将车内噪声信号ρ(τ)作为初级噪声信号，输入噪声主动控制系统；其中，τ为正整数，表示离散时间变量；

28、2.2以白噪声为输入，利用滤波x最小均方算法辨识次级通路，次级通路辨识结果记为s′(τ)；

29、2.3将初级噪声信号经次级通路滤波，滤波后的噪声信号记为r(τ)，即：

30、γ(τ)＝ρ(τ)*s′(τ)

31、其中，*表示卷积运算；

32、2.4利用误差麦克风采集误差噪声信号，记为ε(τ)，并将误差噪声信号输入噪声主动控制系统；

33、2.5采用变步长归一化的滤波x最小均方算法更新噪声主动控制系统滤波器的权系数，权系数记为使用车内噪声信号和权系数计算次级噪声信号ψ(τ)，

34、

35、其中，权系数按如下公式更新：

36、

37、λ(τ)为步长；λ(τ)的计算式为：

38、

39、其中，α、β和κ为控制步长的参数，一般取整数，||*||2表示欧几里得范数；

40、2.6使用扬声器播放次级噪声信号ψ(τ)，用以抵消初级噪声信号，完成车内选择性噪声主动控制。

41、使用本发明“一种车内选择性噪声主动控制方法”，可以从车内混合声音信号中有效分离噪声信号和期望声音信号，从而仅针对车内噪声信号进行主动控制，而对车内期望声音信号不产生影响，既可以更大程度地降低车内噪声声压级，又可以提高期望声音信号的信噪比。

技术特征：

1.一种车内选择性噪声主动控制方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述车内选择性噪声主动控制方法，其特征在于：步骤1中所述的f[*]可以是对数函数、指数函数或幂函数的一种。

3.根据权利要求1所述车内选择性噪声主动控制方法，其特征在于：步骤2中所述的λ(τ)的计算式为：

技术总结一种车内选择性噪声主动控制方法，涉及汽车内部噪声控制领域，包括以下步骤：步骤1：采集车内噪声信号和期望声音信号的混合声音信号，并将噪声信号和期望声音信号分离；步骤2：将步骤1中分离出来的车内噪声信号作为前馈噪声主动控制系统的初级噪声信号输入，通过噪声主动控制系统输出次级噪声信号来抵消初级噪声信号。本发明可将车内噪声与期望声音信号分离开，进一步选择性地对分离出来的噪声信号进行主动控制，从而达到降低噪声信号的同时保留期望声音信号的效果。技术研发人员：马琮淦,安原圣,虞冬蕾,张佳悦,刘惠佳,王彦岩,沈照杰,纪兆圻,林波受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）技术研发日：技术公布日：2024/3/31