[发明专利]一种具有柔性增益的反馈式主动降噪系统及方法

说明书

本发明提供一种具有柔性增益的反馈式主动降噪系统及方法，降噪系统包括：换能器、扬声器以及反馈滤波单元。换能器将某位置处的声信号转换成电信号，该电信号输入反馈滤波单元并经处理后输出降噪信号，降噪信号通过扬声器转换成消噪声波，消噪声波与噪声叠加产生相消干涉，达到降噪效果。同时通过监测反馈滤波电路的输出幅值，在线调整反馈滤波器增益，保证降噪系统的稳定性，提升降噪系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种主动降噪技术领域，尤其涉及一种具有柔性增益的反馈式主动降噪系统及方法。

背景技术

主动降噪技术又称为有源降噪技术，是通过发声装置产生与外界噪声幅值相同、相位相反的声波，将噪声中和，从而实现降噪的效果。根据拓扑结构的不同，主动降噪采用的方法分为前馈式和反馈式两种。前馈式利用前馈控制方法设计降噪滤波器，该方法不存在系统稳定性问题，但降噪深度小，降噪效果不明显。而反馈式则利用反馈控制方法设计降噪滤波器，降噪深度大，降噪效果明显，但存在系统稳定性的问题。

不同的噪声环境，其噪声频域特性不同，因此采用固定参数的反馈滤波器其降噪性能无法保证，再者，降噪耳机使用者的佩戴习惯会导致降噪系统声学特性上的差异，这种差异会进一步恶化降噪效果，导致反馈系统出现过调或不稳定情况而引发的啸叫。这种情况下不仅无法消除噪声，还会增强噪声。

发明内容

为保证降噪效果，提高反馈降噪系统的稳定性，本发明提出一种具有柔性增益的反馈滤波器，具体涉及一种具有柔性增益的反馈式主动降噪系统及方法。

为实现上述目的，本发明提出一种具有柔性增益的反馈式主动降噪系统，所述主动降噪系统包括：换能器、扬声器以及反馈滤波单元。所述反馈滤波单元包括模/数转换电路、反馈滤波电路、变增益模块以及数/模转换电路。

所述换能器将检测到的噪声声信号转换成电信号后输出至反馈滤波单元，反馈滤波单元的模/数转换电路接收到该电信号并将其转换成数字信号后输出至反馈滤波电路，经反馈滤波电路处理后输出消噪信号至数/模转换电路，数模转换电路将消噪信号转化成模拟信号后传输至扬声器，扬声器将该信号转换成声信号，该降噪声波与环境噪声声波叠加产生相消干涉，达到降噪效果。同时将反馈滤波电路的输出传输至变增益模块，经变增益模块计算后输出增益值，该增益值输出至反馈滤波电路，用于修正当前滤波器增益。

进一步地，反馈滤波电路的滤波器参数采用离线设计方法。

进一步地，反馈滤波器增益根据滤波电路的输出值在线进行调节。

进一步地，变增益模块的输出与反馈降噪滤波器的输出呈函数关系。

本发明还提出一种具有柔性增益的反馈式主动降噪方法，所述方法包括以下步骤：

步骤(1)利用换能器测量噪声信号，分析噪声频率特性；

步骤(2)基于噪声频率特性，离线设计反馈滤波器；

步骤(3)利用步骤(2)所得反馈滤波器在线消除噪声；

步骤(4)利用实时检测反馈滤波电路的输出值在线修正反馈滤波器增益，保证反馈滤波电路输出不超过预先设定的阙值。

与现有技术相比，本发明的优势在于：针对不同的噪声环境，通过在线调整反馈滤波器的增益，控制反馈滤波器的输出，有效的保证了降噪系统的稳定性，提高了系统的鲁棒性。由于增益调整需求是根据反馈滤波电路的输出是否超过预设的阙值而定，在不超过阙值的情况下反馈滤波器增益保持不变，一方面减少在线的计算量，使实施变得简单；另一方面将由于增益的调整对系统降噪性能的影响将至较小的范围内。

附图说明

图1为具有柔性增益的反馈式主动降噪系统构成图；

图2为反馈滤波器设计原理图；