一种基于系数平滑的频域有源噪声控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种系数平滑的频域有源噪声控制系统，属于噪声控制技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着人们对周围声学环境要求的不断提高，有源噪声控制越来越受到重视。有源噪声控制是一种利用反向声波对实际噪声进行消除的技术。与传统的被动噪声控制相比较，有源噪声控制对较难控制的低频噪声更为有效，再加上其体积小配置灵活等特点，具有较为广泛的应用前景。与传统的有源噪声控制方法相比较，频域有源噪声控制控制具有较高的运行效率，因此，它是有源噪声控制系统的一种重要实现方法，但是频域有源噪声控制以数据帧为单位对信号进行实时处理，当数据帧比较大时，帧与帧之间的处理结果存在较大的差异，导致信号的不连续，从而产生异响，甚至会影响到有源噪声控制系统的稳定性，该问题严重制约了频域有源噪声控制控制的应用和推广。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于系数平滑的频域有源噪声控制系统，包括前端控制滤波器、后端控制滤波器、系数平滑器，其中，系数平滑器用于对频域有源噪声控制系统的后端控制滤波器中的系数进行平滑，并更新前端控制滤波器，限制因系数变化过大带来的系统杂音，进而提高有源噪声控制系统的稳定性和有效性。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于系数平滑的频域有源噪声控制系统，包括依次连接的后端控制滤波器、系数平滑器、前端控制滤波器，其中：后端控制滤波器用于频域有源噪声控制系统的前半段系数的滤波，得到后端控制滤波器时域系数。根据得到的后端控制滤波器时域系数采用最小均方方法更新后端控制滤波器。
5.所述系数平滑器根据得到的后端控制滤波器时域系数对前端控制滤波器时域系数进行平滑，并更新前端控制滤波器。
6.所述前端控制滤波器用于根据更新后的前端控制滤波器对参考信号进行滤波，得到滤波后的参考信号。将滤波后的参考信号发送给频域有源噪声控制系统的声学路径得到控制信号。
7.优选的：所述系数平滑器通过下式对前端控制滤波器时域系数进行平滑：其中，是数据帧序列，是前端控制滤波器在第帧的第阶时域系数，是后端控制滤波器在第帧的第阶时域系数，是取实数符号操作，
是取最小值操作，是绝对值操作，是平滑因子，是更新上限阈值。
8.优选的：所述平滑因子的取值范围：。
9.优选的：所述更新上限阈值的取值范围：。
10.系数平滑器中，平滑因子和更新上限阈值的取值起到了关键的作用，具体的：1.平滑因子的取值决定系统的平滑速度，平滑因子取大于0但远小于1的值。若平滑因子过大，则平滑速度过快，会使得系统抑制块效应产生的噪声能力减弱，影响处理的效果。若平滑因子过小，则平滑速度过慢，会使得系统更新的声场传递函数的速度较慢。因此，在实际应用中，一般需要根据声学环境来确定平滑因子的取值：当声学环境的时变特性较弱时，对系统的声场跟踪要求较低时，可使用较小的平滑因子。当声学环境的时变特性较强，对系统的声场跟踪要求较高时，则使用较大的平滑因子。
11.2.更新上限阈值的取值限制了前端控制滤波器和后端控制滤波器在每一阶系数上所允许的最大变化量，更新上限阈值一般去较小的正数。若过大，则阈值长期失效，会使得系统抑制块效应产生的噪声能力减弱，影响处理的效果。若过小，则前端控制滤波器更新收敛，会使得系统更新的声场传递函数的速度较慢。在实际应用中，一般需要根据声学环境来确定更新上限阈值的取值：当声学环境的时变特性较弱时，对系统的声场跟踪要求较低时，可使用较小的。当声学环境的时变特性较强，对系统的声场跟踪要求较高时，则使用较大的。
12.本发明相比现有技术，具有以下有益效果：本发明能克服了使用频域有源噪声控制算法的系统中出现的系数变化较大的问题，从而抑制了因该问题所带来的系统杂音，进而提高有源噪声控制系统的稳定性和有效性。本发明所涉及的平滑方法能够解决使用频域算法的有源噪声控制系统出现的杂音问题，具有广泛的应用前景。
附图说明
13.图1是系数平滑的频域有源噪声控制系统框图。
14.图2是系数平滑的频域有源噪声控制系统流程图。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
16.一种基于系数平滑的频域有源噪声控制系统，该系统基于数字信号处理器（digital signal processor）实现，控制源是普通扬声器，误差信号和参考信号分别来自于误差传声器和参考传声器，自适应滤波器采用传统的频域最小均方算法（frequency
‑
domain least mean squares， fdlms）。系统的采样率设置为16 khz，系统的帧长和帧移分别设置为512和256，控制滤波器的长度设置为256。如图1所示，包括参考信号输入模块、误差信号输出模块、后端控制滤波器、系数平滑器、前端控制滤波器、初级路径、声学路径、加
操作模块、快速傅里叶变换模块一、声学路径的傅里叶变换模块、共轭操作模块、相乘模块、步长相乘模块、快速傅里叶变换模块二、快速逆傅里叶变换模块，其中：所述参考信号输入模块分别与初级路径、快速傅里叶变换模块一、前端控制滤波器连接，所述加操作模块分别与初级路径、声学路径、误差信号输出模块、快速傅里叶变换模块二连接，所述相乘模块分别与共轭操作模块、步长相乘模块、快速傅里叶变换模块二连接，所述快速傅里叶变换模块一、声学路径的傅里叶变换模块、共轭操作模块依次连接，步长相乘模块、快速逆傅里叶变换模块、后端控制滤波器、系数平滑器、前端控制滤波器连接，且前端控制滤波器与声学路径连接，其中：后端控制滤波器用于频域有源噪声控制系统的前半段系数的滤波，得到后端控制滤波器时域系数。根据得到的后端控制滤波器时域系数采用最小均方方法更新后端控制滤波器。
17.所述系数平滑器用于根据得到的后端控制滤波器时域系数对前端控制滤波器时域系数进行平滑，同时更新前端控制滤波器，限制因系数变化过大带来的系统杂音，进而提高有源噪声控制系统的稳定性和有效性。
18.系数平滑器设置更新量的上限阈值，当当前得到的滤波器系数变化量绝对值超过该更新量的上限阈值，则限制更新控制滤波器时域系数。
19.所述前端控制滤波器用于根据更新后的前端控制滤波器对参考信号进行滤波，得到滤波后的参考信号。将滤波后的参考信号发送给频域有源噪声控制系统的声学路径得到控制信号。
20.所述系数平滑器通过下式对前端控制滤波器时域系数进行平滑：其中，是数据帧序列，是前端控制滤波器在第帧的第阶时域系数，是后端控制滤波器在第帧的第阶时域系数，是取实数符号操作，是取最小值操作，是绝对值操作，是平滑因子，平滑因子的取值范围：。是更新上限阈值。
21.一种基于系数平滑的频域有源噪声控制方法，如图1、2所示，包括以下步骤：步骤1，初始化系统参数：前端控制滤波器时域系数初始化为0，后端控制滤波器时域系数初始化为0，平滑因子设置为0.1，更新上限阈值设置为0.01。
22.步骤2，通过参考信号输入模块实时获取参考信号，给定初始误差信号。
23.步骤3，参考信号经过初级路径后为实际的噪声信号。
24.步骤4，参考信号经过快速傅里叶变换模块一得到频域参考信号，频域参考信号经过声学路径的傅里叶变换模块、共轭操作模块得到被滤波的共轭频域参考信号。
25.步骤5，噪声信号经过快速傅里叶变换模块二得到频域误差信号。
26.步骤6，频域误差信号和共轭操作模块得到被滤波的共轭频域参考信号，通过相乘模块得到控制滤波器的频域瞬态梯度。
27.步骤7，步骤6得到控制滤波器的频域瞬态梯度乘以步长，再进行快速逆傅里叶变换并提取快速逆傅里叶变换后信号的前半段参数，得到后端控制滤波器时域系数。
28.步骤8，根据得到的后端控制滤波器时域系数采用最小均方方法在频域内更新后端控制滤波器。
29.步骤9，系数平滑器通过下式对后端控制滤波器时域系数进行平滑，并对前端控制滤波器进行更新：其中，是数据帧序列，是前端控制滤波器在第帧的第阶时域系数，是后端控制滤波器在第帧的第阶时域系数，是取实数符号操作，是取最小值操作，是绝对值操作，是平滑因子，平滑因子的取值范围：。是更新上限阈值。
30.如图1所示，通过提取到的前半段系数对后端控制器的后端控制滤波器时域系数进行更新，得到更新后的后端控制滤波器；对更新后的后端控制滤波器时域系数进行平滑，将平滑后的后端控制滤波器时域系数对前端控制滤波器时域系数进行更新，得到更新后的前端控制滤波器。
31.步骤10，参考信号进入更新后的前端控制滤波器得到次级源输出信号。得到的次级源输出信号经过声学路径得到控制信号，该控制信号和噪声信号相加得到误差信号。
32.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。