[发明专利]设于通风管口且能够声学交互的有源降噪装置及控制方法

权利要求书

1.设于通风管口且能够声学交互的有源降噪装置，其特征在于：包括一壳体(1)、一扬声器(2)、一参考传声器(3)、复数个误差传声器(4)、一控制器(5)以及一散流器(6)；所述壳体(1)的底面上开设一第一通孔(11)，所述壳体(1)的顶部开设一第二通孔(12)；所述扬声器(2)设于所述壳体(1)内，且其纸盆(21)朝外并设于所述第一通孔(11)上，所述壳体(1)与所述扬声器(2)围成的内部空间形成所述扬声器(2)的后腔；所述参考传声器(3)设于所述第二通孔(12)上且所述参考传声器(3)的声学输入端朝向所述壳体(1)的外部；各所述误差传声器(4)均设于所述壳体(1)的底面上且设于靠近所述底面边缘的位置，各所述误差传声器(4)的声学输入端均朝向所述壳体(1)的外部；所述控制器(5)设于所述壳体(1)内，所述扬声器(2)、参考传声器(3)以及各误差传声器(4)均引线连接至所述控制器(5)；所述散流器(6)的中心位置开设一第三通孔(61)，所述壳体(1)的底面设于所述第三通孔(61)内，将所述散流器(6)安装于通风管口时，所述壳体(1)上设有参考传声器(3)的一侧作为内侧，设于所述通风管口的内部，所述壳体(1)的底面作为外侧，设于所述通风管口，使所述扬声器(2)直接向室内发声；所述控制器(5)包括一无线通信模块(51)以及顺次连接的一A/D转换器(52)、一数字信号处理器(53)、一D/A转换器(54)和一功率放大器(55)，外部声控设备(7)通过所述无线通信模块(51)与所述数字信号处理器(53)进行双向通信，所述A/D转换器(52)采集所述参考传声器(3)和各所述误差传声器(4)的输出信号，所述D/A转换器(54)将需要扬声器(2)播放的信号输出至所述功率放大器(55)，所述功率放大器(55)连接所述扬声器(2)；还包括一吸声材料层(8)，除所述壳体(1)的底面外，所述壳体(1)的外表面设有所述吸声材料层(8)，包括所述参考传声器(3)的外侧，所述吸声材料层(8)用于增加被动降噪效果，同时降低所述参考传声器(3)的风噪；所述壳体(1)为锥形壳体，所述第二通孔(12)开设于所述锥形壳体的顶部，所述参考传声器(3)密封安装于所述第二通孔(12)上。

2.一种能够声学交互的有源降噪控制方法，其特征在于，其结合权利要求1所述的有源降噪装置，所述参考传声器(3)拾取通风管道内的声信号，其包括管道内部的原始噪声信号、由扬声器(2)发出的反相噪声信号以及由扬声器(2)播放的外部声控设备(7)输入的音频信号；所述误差传声器(4)拾取到的声信号包括：由管道内部传播而来的原始噪声信号和扬声器(2)发出的反相噪声信号叠加而成的残留噪声信号、由扬声器(2)播放的外部声控设备(7)输入的音频信号以及人发出的控制语音；所述数字信号处理器(53)内设有同时运行的用于处理声信号的软件模块，包括一降噪模块(100)、一回声抵消模块(200)和一降噪增强模块(300)，在处理降噪和声学交互过程中，所述降噪模块(100)、回声抵消模块(200)和降噪增强模块(300)同时运行，不分先后顺序；

所述控制方法具体如下：

通过所述降噪模块(100)抑制通风管道内产生的低频辐射噪声：所述降噪模块(100)包括降噪滤波器(101)、声反馈通道模型(102)、次级通道模型(103)以及滤波器更新算法模块(104)；所述降噪滤波器(101)将管道内部的原始噪声滤波处理后输出与原始噪声幅度相同但相位相反的反相噪声，所述反相噪声与所述外部声控设备(7)输入的音频信号叠加后作为所述降噪模块(100)的输出信号，驱动所述扬声器(2)，同时还作为所述声反馈通道模型(102)的输入；所述降噪模块(100)的输出信号经过所述声反馈通道模型(102)滤波后取反，再与所述参考传声器(3)拾取到的声信号进行叠加，叠加后消除所述参考传声器(3)拾取到的由扬声器(2)发出的反相噪声信号和由扬声器(2)播放的外部声控设备(7)输入的音频信号，仅剩下管道内部的原始噪声，将该原始噪声作为所述降噪滤波器(101)的输入，同时，所述原始噪声还作为所述次级通道模型(103)的输入，所述原始噪声经过所述次级通道模型(103)滤波后作为所述滤波器更新算法模块(104)的输入；

通过所述回声抵消模块(200)获取人发出的控制语音：所述回声抵消模块(200)包括复数个子模块，所述子模块与所述误差传声器(4)一一对应设置，各子模块包括一回声抵消滤波器(201)和一自适应算法模块(202)；所述回声抵消滤波器(201)的输入为外部声控设备(7)输入的音频信号，将其滤波后取反，再与所述误差传声器(4)拾取到的声信号进行叠加，该叠加后的信号作为所述子模块的输出信号，所述子模块的输出信号去除了由所述扬声器(2)播放的外部声控设备(7)输入的音频信号，但包括人的控制语音，将所述子模块的输出信号通过无线通信模块(51)发送至外部声控设备(7)，结合外部声控设备(7)通过所述无线通信模块(51)输入的音频信号，实现声学交互；同时，所述子模块的输出信号还作为所述自适应算法模块(202)的输入和所述滤波器更新算法模块(104)的输入，所述自适应算法模块(202)的输入还包括外部声控设备(7)输入的音频信号，所述自适应算法模块(202)输出用于更新所述回声抵消滤波器(201)的参数，所述自适应算法模块(202)根据外部声控设备(7)输入的音频信号和子模块的输出信号，对回声抵消滤波器(201)的参数进行自适应调整，其目的是更好地消除误差传声器(4)拾取的由所述扬声器(2)播放的外部声控设备(7)输入的音频信号；

所述滤波器更新算法模块(104)的输入包括次级通道模型(103)的输出信号以及各回声抵消子模块的输出信号的叠加，所述滤波器更新算法模块(104)的输出用于对所述降噪滤波器(101)的系数进行自适应调整，其目的是更好的抑制误差传声器(4)拾取的残留噪声信号，从而实现更佳的有源降噪效果；

所述降噪增强模块(300)的输入为各所述回声抵消滤波器(201)的参数，所述降噪增强模块(300)将各个回声抵消滤波器(201)的参数进行叠加并时域平滑后，其结果作为次级通道模型(103)的新参数，实现次级通道模型(103)的实时更新。

3.根据权利要求2所述的一种能够声学交互的有源降噪控制方法，其特征在于：所述降噪滤波器(101)、声反馈通道模型(102)、次级通道模型(103)以及回声抵消滤波器(201)均采用FIR滤波器，其中所述次级通道模型（103）和所述回声抵消滤波器（201）具有相同的阶次。