[发明专利]一种基于ANC前馈拓扑的声学校准器及方法

权利要求书

1.一种基于ANC前馈拓扑的声学校准器，其特征在于，所述声学校准器包括：

第一扬声器，用于提供标准声信号；

第一麦克风，用于录制所述声学校准器的内部声音信号，所述内部声音信号包含第一扬声器提供的所述标准声信号、第二扬声器的输出信号以及进入所述声学校准器内部的噪声信号；

第二麦克风，用于录制所述声学校准器外部的环境噪声信号；

主动降噪模块，包括自适应算法模块和自适应滤波器，所述自适应算法模块根据第一麦克风所录制到的内部声音信号和第二麦克风所录制到的环境噪声信号，计算所述自适应滤波器下一时刻的系数，根据下一时刻的系数，所述自适应滤波器模块对第二麦克风的环境噪声信号进行滤波，并根据滤波后的信号调整所述第二扬声器的输出信号，所述输出信号用于抵消进入所述声学校准器内部的噪声信号。

2.如权利要求1所述的基于ANC前馈拓扑的声学校准器，其特征在于，第二扬声器的所述输出信号与进入所述声学校准器内部的所述噪声信号的相位相反。

3.如权利要求1所述的基于ANC前馈拓扑的声学校准器，其特征在于，还包括微控制器，所述第一麦克风所录制的声音信号反馈给所述微控制器，所述微控制器通过所述声音信号动态调整第一扬声器提供的标准声信号，使该标准声信号的频率稳定在预设频率上，信号大小稳定在第一分贝或第二分贝 。

4.如权利要求1所述的基于ANC前馈拓扑的声学校准器，其特征在于，所述自适应算法模块采用以下方式计算所述自适应滤波器下一时刻的系数：

设当前第n时刻自适应滤波器的系数w(n)为：

w(n)＝[w₁(n),w₂(n),…,w_L(n)]^T公式(1)，

其中，L为所述自适应滤波器的阶数，w₁(n),w₂(n),…,w_L(n)为每一阶的系数；

设n-L+1到n这一时间段所述环境噪声信号x(n)为：

x(n)＝[x(n),x(n-1),…,x(n-L+1)]^T 公式(2)，

则根据公式(1)和(2)：

第二扬声器的输出信号为：y'(n)＝x^T(n)w(n)*g(n) 公式(3)，

其中g(n)为第二扬声器到被校准传感器的声学传递方程；

所述声学校准器外部的环境噪声信号传递到内部后的噪声信号为：

y(n)＝p(n)*x(n) 公式(4)，

其中p(n)为噪声声源到第一麦克风的声学传递方程；

根据公式(3)和(4)，所述被校准传感器的最终收到的校准信号为：

e(n)＝y(n)-y'(n)，e(n)为误差函数；

根据最小均方误差准则，所述误差函数e(n)平方的期望为：

J(n)＝E[e²(n)] 公式(5)；

当J(n)达到最小时，即自适应滤波器为最优，因此采用梯度下降法来求解所述自适应滤波器下一时刻的系数w(n+1):

w(n+1)＝w(n)+μ(▽J(n)) 公式(6)，其中μ为一常数；

设v(n)＝x(n)*g(n) 公式(7)，其中v(n)为自适应算法的中间系数；

根据公式(5)和(7)，得到▽J(n)＝-2E[e(n)v(n)]

设-2e(n)v(n)称为瞬时梯度，因为瞬时梯度是真实梯度的无偏估计，这里使用瞬时梯度代替真实梯度，即:

▽J(n)＝-2E[e(n)v(n)]＝-2e(n)v(n) 公式(8)

根据公式(6)和(8)，则得到所述自适应滤波器下一时刻的系数为w(n+1)＝w(n)-2μe(n)v(n)。

5.如权利要求3所述的基于ANC前馈拓扑的声学校准器，其特征在于，还包括功能按键，被配置成短按可将第一扬声器提供的标准声信号在第一分贝和第二分贝之间进行切换；长按可将所述主动降噪模块在开启和关闭之间进行切换。