數(shù)字多通道有源噪聲控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及噪聲控制領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字多通道有源噪聲控制系統(tǒng)，本發(fā)明特別適用于，但不限于，多種有源噪聲控制方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著人們對周圍聲學(xué)環(huán)境要求的不斷提高，有源噪聲控制越來越受到重視。與傳統(tǒng)的被動噪聲控制相比較，有源噪聲控制對較難控制的低頻噪聲更為有效，再加上其體積小配置靈活等特點(diǎn)，具有較為廣泛的應(yīng)用前景。有源噪聲控制器是有源噪聲控制核心設(shè)備，主要負(fù)責(zé)聲信號的采集、聲場路徑匹配和驅(qū)動控制源等功能，其性能在較大程度上決定了噪聲控制的效果。在各種有源噪聲控制應(yīng)用中，實(shí)際噪聲場景較為多樣和復(fù)雜，需要根據(jù)實(shí)際需求對有源噪聲控制系統(tǒng)的參數(shù)和功能進(jìn)行專門的配置和優(yōu)化，因此，系統(tǒng)可定制成為有源噪聲控制器的主要需求。近年來，隨著有源噪聲控制技術(shù)的發(fā)展和需求的提高，該領(lǐng)域?qū)τ性丛肼暱刂破鞯囊蟛粩嗵岣?，以前的有源噪聲控制器的缺點(diǎn)成為有源噪聲控制發(fā)展的瓶頸:
[0003]1.有源噪聲控制器的輸入輸出通道數(shù)較少，不能滿足實(shí)際需求；
[0004]2.有源噪聲控制器的運(yùn)算資源有限，不能滿足有源噪聲控制大數(shù)據(jù)量處理需求；
[0005]3.有源噪聲控制器的從輸入到輸出時延較長，不能滿足有源噪聲控制的因果性要求；
[0006]4.有源噪聲控制器的控制操作單一且不靈活，擴(kuò)展性差。
[0007]本發(fā)明是一種新型的有源噪聲控制器，該有源噪聲控制器能滿足有源噪聲控制的實(shí)際需求，具有較為廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為滿足與有源噪聲控制相關(guān)的應(yīng)用需求而提供一種高性能數(shù)字多通道有源噪聲控制器，該有源噪聲控制器基于數(shù)字化處理平臺，具有配置靈活、資源豐富、操作人性化等特點(diǎn)，具體描述如下:
[0009]1、控制器配置
[0010]在不同的有源噪聲控制應(yīng)用場景中，人們對有源噪聲控制器的需求是不一樣的，比如:根據(jù)誤差信號源和控制源的關(guān)系可分為獨(dú)立有源噪聲控制、耦合有源噪聲控制和混合控制，根據(jù)噪聲源的頻譜類型可以分為寬帶噪聲控制、窄帶噪聲控制和純音控制，根據(jù)控制源的通道數(shù)可分為單通道控制和多通道控制等。該有源噪聲控制器可根據(jù)噪聲控制的實(shí)際應(yīng)用的需求，通過人機(jī)交互界面，將輸入通道、輸出通道、運(yùn)算資源、存儲資源進(jìn)行配置。
[0011]2、超短電路時延的實(shí)現(xiàn)
[0012]在寬帶有源噪聲控制中，饋給控制源的信號來自于對參考源采集信號的處理結(jié)果，參考源與控制源之間的物理距離決定了誤差源位置的控制效果，通常該距離越短，則對有源降噪性能的限制就越小。參考源與控制源之間的物理距離越短則要求從參考源輸入到控制源輸出的時延就越低，即系統(tǒng)滿足從參考源到控制源所對應(yīng)目標(biāo)控制區(qū)域的因果性條件。本發(fā)明所采用的短時延結(jié)構(gòu)能優(yōu)化該時延并使其達(dá)到較小的范圍。
[0013]為了滿足有源噪聲控制的需求，從信號的模擬輸入到信號的輸出模擬，即從模擬輸入信號調(diào)理、到模擬輸入轉(zhuǎn)數(shù)字輸入、到采樣、到等待、到處理、到數(shù)字輸出轉(zhuǎn)模擬輸出、到模擬輸出信號調(diào)理的時間總和需要充分的短，本發(fā)明提出了超短電路時延的實(shí)現(xiàn)方法:
[0014]I)基于Sigma-Delta結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器雖然有較高的信噪比和采樣精度，但內(nèi)部的累加時延結(jié)構(gòu)會帶來較長的轉(zhuǎn)換時延，因此，系統(tǒng)輸入采用非Sigma-Delta結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)輸出采用非Sigma-Delta結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，例如，采用基于SAR結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用基于電阻String結(jié)構(gòu)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器等；
[0015]2)基于數(shù)據(jù)逐點(diǎn)觸發(fā)的實(shí)時處理方式，減少傳輸?shù)却龝r延，即模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成一個有效的采樣后立即通知處理模塊，處理模塊通過中斷方式實(shí)時響應(yīng)，處理模塊接收并處理該采樣點(diǎn)，處理完成后即將數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出；
[0016]3)在數(shù)字處理模塊A中對參考源信號的處理盡量采用并行處理方式；
[0017]4)輸入信號抗混疊和輸出信號平滑用模擬低通濾波器完成，但模擬低通濾波電路本身包含時延，因此，提高系統(tǒng)采樣率，利用傳感器和(作為控制源的)激勵源本身的低通特性，盡量使其滿足奈奎斯特采樣定理，模擬低通濾波器則被設(shè)置成旁路直通，避免低通濾波器的電路時延對有源降噪的影響。
[0018]3、操作人性化
[0019]在有源噪聲控制應(yīng)用中，隨著應(yīng)用場景和控制算法的不同，對有源噪聲控制器本身的操作就不同，本發(fā)明提出通過觸摸屏對有源噪聲控制器進(jìn)行控制。相對于傳統(tǒng)有源噪聲控制器通過機(jī)械按鍵或機(jī)械開關(guān)的方式進(jìn)行操控，基于觸摸屏的有源噪聲控制操作界面可以靈活配置，在硬件系統(tǒng)不變的前提下，研發(fā)設(shè)計(jì)人員可以方便的針對多樣的有源噪聲應(yīng)用場景和控制算法的需求來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定制和優(yōu)化，用戶也可以靈活的切換應(yīng)用場景。
[0020]通過本發(fā)明所涉及的控制器所附觸摸屏，用戶可以
[0021]I)配置輸入通道和輸出通道功能；
[0022]2)選擇有源降噪的工作方式，選擇聲場路徑匹配算法，設(shè)置系統(tǒng)工作參數(shù)；
[0023]3)設(shè)置系統(tǒng)啟動方式、保存和讀取數(shù)據(jù)；
[0024]4)觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、濾波器系數(shù)分析，聲信號監(jiān)控和分析。
[0025]為了滿足遠(yuǎn)程控制的需求，本發(fā)明提出通過網(wǎng)絡(luò)對控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在控制器上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用戶把控制器連接到有線網(wǎng)絡(luò)或者無線網(wǎng)絡(luò)中，通過網(wǎng)絡(luò)適配器與接口實(shí)現(xiàn)個人計(jì)算機(jī)與該控制器的連接，通過局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時完成有源噪聲控制器到PC或者服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)控制和狀態(tài)監(jiān)測。
[0026]為了滿足長距離控制需求，本發(fā)明提出應(yīng)用無線遙控設(shè)備對控制器進(jìn)行操作，基于各類無線傳輸協(xié)議和平臺，如紅外線遙控、藍(lán)牙遙控等，用戶可通過無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)有源噪聲控制器的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)傳輸和狀態(tài)監(jiān)測。
[0027]4、豐富的運(yùn)算資源
[0028]有源噪聲控制實(shí)時算法的復(fù)雜度較高，需要消耗大量的運(yùn)算資源。本發(fā)明提出一種適用于有源噪聲控制的數(shù)字計(jì)算結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包含兩組數(shù)字處理模塊和一組通用處理模塊:數(shù)字處理模塊A分別與輸入、輸出信號連接，對信號進(jìn)行實(shí)時的轉(zhuǎn)換和處理，數(shù)字處理模塊A具有高并行性的實(shí)時處理能力，數(shù)字處理模塊A可采用FPGA(Field Programmable GateArray)等器件，用于完成功能單一但時間運(yùn)算復(fù)雜度較高的運(yùn)算，如FIR濾波等;數(shù)字處理模塊B在結(jié)構(gòu)上與數(shù)字處理模塊A直接相連，負(fù)責(zé)運(yùn)行邏輯較為復(fù)雜但實(shí)時性較高的算法，如自適應(yīng)聲場路徑匹配算法，需采用靈活度較高、運(yùn)算資源較為豐富的可編程運(yùn)算器件，數(shù)字處理模塊A可米用高速通用數(shù)字信號處理器DSP(Digital Signal Processor);通用處理模塊在結(jié)構(gòu)上與數(shù)字處理模塊A和數(shù)字處理模塊B組成的子系統(tǒng)整體互連，需要兼顧系統(tǒng)監(jiān)視和人際交互，所以通用處理模塊可采用軟件系統(tǒng)較為成熟且配置靈活的通用處理器，如基于ARM系列體系結(jié)構(gòu)的處理器等。數(shù)字處理模塊A、數(shù)字處理模塊B和通用處理模塊三者結(jié)合，協(xié)同完成系統(tǒng)所需要的運(yùn)算，為有源噪聲控制提供豐富的運(yùn)算資源，開發(fā)者可以將有源噪聲控制系統(tǒng)的運(yùn)算進(jìn)行合理的分配，并加載到這三個模塊中，實(shí)現(xiàn)資源、效率和性能的優(yōu)化。
【附圖說明】
[0029]為方便理解和實(shí)施本發(fā)明，可參照附圖描述示例性的優(yōu)選實(shí)施例子，其中:
[0030]圖1是數(shù)字多通道有源噪聲控制器框圖；
[0031]圖2是數(shù)字多通道有源噪聲控制器實(shí)施實(shí)例系統(tǒng)正面圖，包含電源開關(guān)、用于交互的觸摸屏和各種通信接口(USB 口，網(wǎng)口，無線通信天線)；
[0032]圖3是數(shù)字多通道有源噪聲控制器實(shí)施實(shí)例系統(tǒng)背面圖，包括輸入輸出音頻接口；
[0033]圖4是實(shí)施實(shí)例中，一種多通道有源噪聲控制器觸摸屏界面圖，有源噪聲控制系統(tǒng)的聲場路徑建模界面；
[0034]圖5是實(shí)施實(shí)例中，一種多通道有源噪聲控制器觸摸屏界面圖，有源噪聲控制系統(tǒng)的噪聲控制界面。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面給出本發(fā)明所涉及的數(shù)字多通道有源噪聲控制系統(tǒng)的一個實(shí)施實(shí)例。
[0036]本實(shí)施例的系統(tǒng)具體實(shí)施如下:
[0037]1、采用美國模擬器件公司(Analog Devices，Inc.)生產(chǎn)的AD7658芯片作為模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(5)核心器件，使用3片，每個芯片提供6通道的轉(zhuǎn)換功能，總共提供18個輸入通道。
[0038]2、采用美國德州儀器公司(Texas Instruments，Inc.)生產(chǎn)的DAC8568芯片作為數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換模塊(6)核心器件，使用2片，每個芯片提供8通道的轉(zhuǎn)換功能，總共提供16個輸出通道。
[0039]3、每個輸入通道和輸出通道采用可旁路的2階截止頻率為5kHz的巴特沃斯