主動降噪系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，具體涉及一種主動降噪系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們對于生活品質(zhì)要求的提升，噪聲污染越來越讓人難以容 忍。然而，很多設備都會產(chǎn)生噪聲，特別是在這些設備周圍的環(huán)境中，這對人們造成很大困 擾。
[0003]例如，越來越多的汽車走入人們的生活。但是車內(nèi)噪聲一直是一個影響人們乘車 舒適性的主要因素。近年來，車內(nèi)噪聲已經(jīng)成為評價汽車乘坐舒適性和產(chǎn)品質(zhì)量的重要指 標之一，對消費者的購車取向和汽車產(chǎn)品的市場競爭力會產(chǎn)生很大的影響。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，被動和主動降噪方法可以一定程度上控制噪聲。
[0005] 傳統(tǒng)被動降噪方法能在寬頻范圍內(nèi)進行中高頻噪聲的降噪，但對低頻噪聲抑制效 果不佳，而且難以對噪聲品質(zhì)進行有效改善。
[0006] 主動降噪，全稱為噪聲主動控制，是一種利用附加聲源在指定區(qū)域內(nèi)人為地、有目 的地生成噪聲抵消聲音信號，從而來控制原始聲音信號的降噪方法。這類方法根據(jù)楊氏聲 波干涉原理，利用控制聲源產(chǎn)生與原始聲源振幅相等而相位相反的聲波，從而使兩者在空 間產(chǎn)生相干抵消。由此，在一定的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個靜音區(qū)，也就達到了降低噪聲的效果。主 動降噪方法使噪聲控制更具有針對性，可以對噪聲進行抵消，低頻噪聲控制效果好。然而主 動降噪方法雖然優(yōu)勢明顯，但是良好的、能投入市場使用的主動降噪系統(tǒng)方案卻很少，其中 主要存在以下幾方面問題。
[0007] 1.聲傳感器帶來的聲反饋問題?，F(xiàn)有的大多數(shù)主動降噪系統(tǒng)均使用麥克風直接采 集環(huán)境內(nèi)噪聲信號，將采集到的初級噪聲信號反相后得到次級噪聲信號，最后通過揚聲器 輸出次級噪聲信號，利用疊加相消的原理抵消噪聲。在這類系統(tǒng)中，利用聲音傳感器采集初 級噪聲信號的同時，會不可避免的引入麥克風發(fā)出的次級噪聲信號。換言之，輸出信號反饋 到了聲音輸入端，即這類系統(tǒng)存在所謂的聲音反饋問題。聲音反饋問題會在很大程度上影 響主動降噪系統(tǒng)的降噪效果，嚴重時甚至會造成系統(tǒng)振蕩，無法工作。
[0008] 2.參考噪聲信號不能實時反映原始噪聲信號的變化問題。為了消除聲反饋問題， 需要引入?yún)⒖荚肼曅盘栕鳛閷υ荚肼曅盘柕墓烙嫛，F(xiàn)有技術(shù)中有一種方法是將原始噪聲 信號與預存到降噪系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲樣本信號進行對比，選擇相似度最大的噪聲樣本信號作 為噪聲參考信號。由此帶來的問題是，參考噪聲信號無法實時準確地反映原始噪聲信號，降 低了噪聲抵消效果。若噪聲樣本信號與原始噪聲信號差別過大，甚至可能會加重噪聲。
[0009] 3.無法準確地生成參考噪聲信號的問題?，F(xiàn)有主動降噪系統(tǒng)中大多采用線性模型 (自回歸（AR)模型等）生成參考噪聲信號，這種方法計算簡單，速度快。但是實際應用環(huán)境 中的系統(tǒng)均為非線性系統(tǒng)，故利用線性模型預測生成的參考噪聲信號不可能準確反映原始 噪聲信號。目前，也有些論文中提出利用各種非線性模型（人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型）的方法預 測噪聲，但是其存在容易陷入局部最小值等問題，也會導致非線性模型預測的結(jié)果不準確， 無法準確地生成參考噪聲信號。由此，降噪效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種至少部分地解決上述問題的汽車主動 降噪系統(tǒng)和方法。
[0011] 依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種主動降噪系統(tǒng)，包括：聲音采集裝置、運動信 號采集裝置、控制器以及聲音播放裝置，其中，
[0012] 所述聲音采集裝置用于采集環(huán)境中的誤差噪聲信號；
[0013] 所述運動信號采集裝置用于采集產(chǎn)生初級噪聲信號的設備上特定位置的、與所述 初級噪聲信號有關(guān)的運動信號；
[0014] 所述控制器用于利用支持向量機、根據(jù)所述運動信號生成參考噪聲信號并且根據(jù) 所述誤差噪聲信號調(diào)整所述參考噪聲信號，以生成次級噪聲信號；
[0015] 所述聲音播放裝置用于在所述環(huán)境中播放所述次級噪聲信號，以抵消所述環(huán)境中 的所述初級噪聲信號；
[0016] 其中，所述誤差噪聲信號由所述初級噪聲信號和所述次級噪聲信號疊加而生成。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提供了一種主動降噪方法，包括：
[0018] 采集環(huán)境中的誤差噪聲信號；
[0019] 采集產(chǎn)生初級噪聲信號的設備上特定位置的、與所述初級噪聲信號有關(guān)的運動信 號；
[0020] 利用支持向量機、根據(jù)所述運動信號生成參考噪聲信號并且根據(jù)所述誤差噪聲信 號調(diào)整所述參考噪聲信號，以生成次級噪聲信號；
[0021] 在所述環(huán)境中播放所述次級噪聲信號，以抵消所述環(huán)境中的所述初級噪聲信號；
[0022] 其中，所述誤差噪聲信號由所述初級噪聲信號和所述次級噪聲信號疊加而生成。
[0023] 上述主動降噪系統(tǒng)和方法中，利用支持向量機來實時預測環(huán)境中的噪聲，避免了 利用聲音信號來生成參考噪聲信號。所生成的參考噪聲信號具有實時性和準確性，顯著提 高了降噪效果。
[0024] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的【具體實施方式】。
【附圖說明】
[0025] 通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明 的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：
[0026] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的主動降噪系統(tǒng)的示意性框圖；
[0027] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的主動降噪系統(tǒng)的示意性框圖；
[0028] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自適應濾波的工作原理示意圖；
[0029] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的主動降噪方法的示意性流程圖；以及
[0030] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的主動降噪方法的示意性流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開 的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施例 所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍 完整的傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種主動降噪系統(tǒng)，其應用于包括產(chǎn)生初級噪聲 信號的設備的環(huán)境中。初級噪聲信號是指在設備運行過程中，由其導致的噪聲信號。其也 可以稱為原始噪聲信號。主動降噪系統(tǒng)的主要目標是通過主動降噪方式有效降低環(huán)境中的 初級噪聲信號，使得環(huán)境中的人們感覺更舒適。
[0033] 在本文中，主動降噪系統(tǒng)所針對的設備可以是汽車、火車或本領(lǐng)域已知或未來可 能實現(xiàn)的任何產(chǎn)生噪聲信號的設備。例如，汽車在行駛過程中，其發(fā)動機會產(chǎn)生噪聲。此外， 汽車在行駛過程中，其車輪與地面摩擦也會產(chǎn)生噪聲。主動降噪系統(tǒng)可以用來降低汽車內(nèi) 部的噪聲。與汽車類似，火車在行駛過程中也會產(chǎn)生噪聲。主動降噪系統(tǒng)可以用來降低車 廂和駕駛艙內(nèi)的噪聲。又例如