一种多初级声源条件下的虚拟误差信号计算方法 |
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| 申请号 | CN202410058758.4 | 申请日 | 2024-01-16 | 公开(公告)号 | CN117894291A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 东南大学; | 发明人 | 韩宁; 张天; 段哲华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种多初级声源条件下的虚拟误差 信号 计算方法，涉及主动降噪技术领域，包括：根据初级声源个数，以确定观测 传声 器个数，确定待降噪 位置 ，在待降噪位置附近布放观测传声器，在待降噪位置布放临时传声器；通过观测传声器和临时传声器分别接收多个初级声源发出的初级声场信号，分别输出得到第一观测传声器信号和临时传声器信号；对第一观测传声器信号做自相关处理，得到自相关序列，对第一观测传声器信号和临时传声器信号做互相关处理，得到互相关序列；利用自相关序列和互相关序列计算得出观测传声器对临时传声器的观测路径序列；利用第二观测传声器信号与观测传声器对临时传声器的观测路径序列计算得出待降噪位置的虚拟误差信号。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多初级声源条件下的虚拟误差信号计算方法，其特征在于，方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种多初级声源条件下的虚拟误差信号计算方法技术领域[0001] 本发明涉及主动降噪技术领域，具体的是一种多初级声源条件下的虚拟误差信号计算方法。 背景技术[0002] 环境噪声污染引起了全世界的广泛关注，尤其对于经济快速增长、城镇化进程日益加快的发展中国家来说，噪声扰民问题更加突出。长期暴露在高噪声环境下对人的生理和心理健康将造成严重危害，一般性的噪声干扰则会影响人们的正常工作和生活。因而，很多学者对噪声控制进行了研究。 [0003] 传统的噪声控制从噪声源、噪声传播途径和噪声接受者这三方面入手，主要的技术手段包括吸声处理、隔声处理、消声器等。它的噪声控制机理在于使噪声声波与声学材料或结构相互作用从而达到降低噪声的目的，属于无源噪声控制。当噪声信号为低频信号时，无源噪声控制在成本、部署难度和有效性上均有局限。因此，有源/主动噪声控制的提出与发展填补上了这一部分的空白，近年来已发展成为噪声控制中的主要研究方向。有源噪声控制主要利用幅度相等、相位相反的声波相互叠加，使得其彼此相消，达到降噪目的。 [0004] 在一些应用场景中，会出现在所需降噪位置处不宜放置误差传声器的情况，比如智能座椅的头靠系统，误差传声器无法放置在所需降噪的人耳处，只能放在人耳附近，虚拟传感器算法就是针对这种情况产生的。这种算法可以在无法放置误差传声器的期望降噪位置处实现最大程度的降噪，其中远程麦克风方法是较为常用的方法之一。 [0005] 在实际应用中，如何使用观测传声器更好地估计出待降噪位置的误差信号是这类虚拟传感器算法的一大限制。 发明内容[0006] 为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种多初级声源条件下的虚拟误差信号计算方法，在多初级声源条件下对虚拟误差信号进行较为准确的估计。 [0007] 第一方面，本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种多初级声源条件下的虚拟误差信号计算方法，方法包括以下步骤： [0008] 根据初级声源个数，以确定观测传声器个数，确定待降噪位置，在待降噪位置附近布放观测传声器，在待降噪位置布放临时传声器； [0009] 通过观测传声器和临时传声器分别接收多个初级声源发出的初级声场信号，分别输出得到第一观测传声器信号和临时传声器信号； [0010] 对第一观测传声器信号做自相关处理，得到第一观测传声器信号的自相关序列，对第一观测传声器信号和临时传声器信号做互相关处理，得到第一观测传声器信号与临时传声器信号的互相关序列； [0011] 利用第一观测传声器信号的自相关序列和第一观测传声器信号与临时传声器信号的互相关序列计算得出观测传声器对临时传声器的观测路径序列； [0012] 撤除临时传声器，在多初级声源工作条件下，观测传声器接收初级声场信号得到第二传声器信号，利用第二观测传声器信号与观测传声器对临时传声器的观测路径序列计算得出待降噪位置的虚拟误差信号。 [0013] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述根据初级声源个数，以确定观测传声器个数的过程：根据初级声源个数N，确定观测传声器个数M，使M≥N。 [0014] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述第一观测传声器信号和临时传声器信号被标记为： [0015] 第一观测传声器信号mon＝[mon1(n),mon2(n),…,monm(n),…,monM(n)]和临时传声器信号err(n)； [0016] 其中，n表示信号离散时间点，monm(n)表示第m个观测传声器接收到的信号向量，M表示观测传声器个数。 [0017] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述对第一观测传*声器信号做自相关处理，得到Ri(k)＝E[moni(n)moni(n‑k)]，其中E[]表示期望计算，*表示共轭，k表示时间序列上的某一时刻，Ri(k)表示第i个观测传声器信号的自相关序列，对第* 一观测传声器信号和临时传声器信号做互相关处理，得到ri(k)＝E{moni(n)erri (n‑k)}，ri(k)表示第i个观测传声器信号和临时传声器信号的互相关序列，i＝1,2,…,M。 [0018] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述利用第一观测传声器信号的自相关序列和第一观测传声器信号与临时传声器信号的互相关序列计算得出观测传声器对临时传声器的观测路径序列的过程： [0019] 根据第i个观测传声器信号的自相关序列Ri(k)和第i个观测传声器信号和临时传声器信号的互相关序列ri(k)计算观测传声器对临时传声器的观测路径序列，计算公式如下： [0020] oi(k)＝Ri‑1(k)ri(k) [0021] 其中，oi(k)表示第i个观测传声器信号对临时传声器信号的观测路径序列，Ri‑1(k)表示自相关序列Ri(k)的逆，i＝1,2,…,M。 [0022] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述第i个观测传声器信号对临时传声器信号的观测路径序列oi(k)的长度为L，k＝0,1,…,L‑1。 [0023] 结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述利用观测传声器信号和观测传声器对临时传声器的观测路径序列计算得出待降噪位置的虚拟误差信号的过程： [0024] 利用第二观测传声器信号MON＝[MON1(n),MON2(n),…,MONm(n),…,MONM(n)]和第i个观测传声器信号对临时传声器信号的观测路径序列oi(k)计算此时待降噪位置的虚拟误差信号 其中 表示卷积。 [0025] 本发明的有益效果： [0026] 本发明根据初级声源个数，确定观测传声器个数；为了对观测路径进行建模，在待降噪位置附近布放观测传声器，在待降噪位置布放临时传声器，使用观测传声器和临时传声器接收多初级声源工作时的初级声场信号，得到第一观测传声器信号和临时传声器信号，对以上第一观测传声器信号做自相关处理，对第一观测传声器信号和临时传声器信号做互相关处理；根据以上自相关和互相关处理的结果，计算观测传声器对临时传声器的观测路径序列；撤除临时传声器，在多初级声源工作条件下，观测传声器接收初级声场信号得到第二传声器信号，使用第二观测传声器信号和观测路径序列计算此时待降噪位置的虚拟误差信号。本发明可以在多初级声源条件下对虚拟误差信号进行较为准确的估计。附图说明 [0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图； [0028] 图1是本发明方法流程示意图； [0029] 图2是本发明实施例1中系统模型示意图； [0030] 图3是本发明实施例1待降噪位置处误差估计和真实误差对比图。 具体实施方式[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0032] 实施例一： [0033] 下面，对本申请实施例涉及的相关术语进行介绍： [0034] 初级声源：一个将要被控制的噪声场被称为初级声场，其声源为初级声源，所产生的噪声为初级噪声或初级声波。人为产生的、用于抵消初级噪声的“反”噪声称为次级噪声或次级声波，形成的声场为次级声场；产生次级噪声的作动器称为次级作动器，如果该作动器为声源，则称为次级声源；如果为力源，则称为次级力源； [0035] 传声器(Microphone)简写为MIC，是声‑电转化器材，有时也被称为“麦克风”、“话筒”、“微音器”等。它是音响系统中最为广泛使用的一种电声器件之一，它的作用是将话音信号转换成电信号，再送往调音台或放大器，从扬声器中播放出来。也就是说，传声器在音响系统中是用来拾取声音的，它是整个音响系统的第一个环节，其性能质量的好坏，对整个音响系统的影响很大。 [0036] 互相关和自相关：互相关和自相关分别表示的是两个时间序列之间和同一个时间序列在任意两个不同时刻的取值之间的相关程度，即互相关函数是描述随机信号x(t),y(t)在任意两个不同时刻t1,t2的取值之间的相关程度，自相关函数是描述随机信号x(t)在任意两个不同时刻t1,t2的取值之间的相关程度。 [0037] 自相关函数是描述随机信号x(t)在任意两个不同时刻t1,t2的取值之间的相关程度；互相关函数给出了在频域内两个信号是否相关的一个判断指标，把两测点之间信号的互谱与各自的自谱联系了起来，它能用来确定输出信号有多大程度来自输入信号，对修正测量中接入噪声源而产生的误差非常有效。 [0038] 如图1所示，一种多初级声源条件下的虚拟误差信号计算方法，方法包括以下步骤： [0039] 根据初级声源个数，以确定观测传声器个数，确定待降噪位置，在待降噪位置附近布放观测传声器，在待降噪位置布放临时传声器； [0040] 其中，根据初级声源个数，以确定观测传声器个数的过程：根据初级声源个数N，确定观测传声器个数M，使M≥N。 [0041] 通过观测传声器和临时传声器分别接收多个初级声源发出的初级声场信号，分别输出得到第一观测传声器信号和临时传声器信号； [0042] 进一步地，第一观测传声器信号和临时传声器信号被标记为： [0043] 第一观测传声器信号mon＝[mon1(n),mon2(n),…,monm(n),…,monM(n)]和临时传声器信号err(n)； [0044] 其中，n表示信号离散时间点，monm(n)表示第m个观测传声器接收到的信号向量，M表示观测传声器个数。 [0045] 对第一观测传声器信号做自相关处理，得到第一观测传声器信号的自相关序列，对第一观测传声器信号和临时传声器信号做互相关处理，得到第一观测传声器信号与临时传声器信号的互相关序列； [0046] 其中，对第一观测传声器信号做自相关处理，得到Ri(k)＝E[moni(n)moni*(n‑k)]，其中E[]表示期望计算，*表示共轭，k表示时间序列上的某一时刻，Ri(k)表示第i个观测传声器信号的自相关序列，对第一观测传声器信号和临时传声器信号做互相关处理，得到ri*(k)＝E{moni(n)erri (n‑k)}，ri(k)表示第i个观测传声器信号和临时传声器信号的互相关序列，i＝1,2,…,M。 [0047] 利用第一观测传声器信号的自相关序列和第一观测传声器信号与临时传声器信号的互相关序列计算得出观测传声器对临时传声器的观测路径序列； [0048] 利用第一观测传声器信号的自相关序列和第一观测传声器信号与临时传声器信号的互相关序列计算得出观测传声器对临时传声器的观测路径序列的过程： [0049] 根据第i个观测传声器信号的自相关序列Ri(k)和第i个观测传声器信号和临时传声器信号的互相关序列ri(k)计算观测传声器对临时传声器的观测路径序列，计算公式如下： [0050] oi(k)＝Ri‑1(k)ri(k) [0051] 其中，oi(k)表示第i个观测传声器信号对临时传声器信号的观测路径序列，Ri‑1(k)表示自相关序列Ri(k)的逆，i＝1,2,…,M。 [0052] 其中，第i个观测传声器信号对临时传声器信号的观测路径序列oi(k)的长度为L，k＝0,1,…,L‑1。 [0053] 撤除临时传声器，在多初级声源工作条件下，观测传声器接收初级声场信号得到第二传声器信号，利用第二观测传声器信号与观测传声器对临时传声器的观测路径序列计算得出待降噪位置的虚拟误差信号。 [0054] 利用第二观测传声器信号与观测传声器对临时传声器的观测路径序列计算得出待降噪位置的虚拟误差信号的过程： [0055] 利用第二观测传声器信号MON＝[MON1(n),MON2(n),…,MONm(n),…,MONM(n)]和第i个观测传声器信号对临时传声器信号的观测路径序列oi(k)计算此时待降噪位置的虚拟误差信号 其中 表示卷积。 [0056] 具体的，下面通过实施例对本发明方案作进一步阐述： [0057] 步骤S1、初级声源个数N＝5，为5通道高斯白噪声ref＝[ref1(n),ref2(n),…,ref5(n)]，白噪声频率为0～4kHz，每通道噪声相互独立，临时传声器放置在待降噪位置。根据初级声源个数，确定观测传声器个数M为5，布放在临时传声器周围，系统模型如图2所示。 [0058] 步骤S2、使用声信号测量仪器PULSE记录利用临时传声器接收到的虚拟误差信号err(n)、利用观测传声器接收到的初级声场信号mon＝[mon1(n),mon2(n),…,mon5(n)]。 [0059] 步骤S3、设定观测传声器对临时传声器的观测路径序列oi(k)长度为1024，对观测*传声器信号做自相关处理，得到Ri(k)＝E[moni(n)moni (n‑k)]，其中Ri(k)表示第i个观测传声器信号的自相关序列，对观测传声器信号和临时传声器信号做互相关处理ri(k)＝E[moni* (n)err(n‑k)]，其中ri(k)表示第i个观测传声器信号和临时传声器信号的互相关序列，k＝ 0,1,…,1023，i＝1,2,…5。 [0060] 步骤S4、使用自相关处理结果和互相关处理结果计算观测传声器对临时传声器的‑1观测路径序列oi(k)＝Ri (k)ri(k)，i＝1,2,…5。 [0061] 步骤S5、撤除临时传声器，在多初级声源工作条件下，使用此时的观测传声器信号和观测路径序列估计待降噪位置处的误差信号 待降噪位置处的真实误差err(n)和估计误差err_es(n)如图3所示。接着再对err(n)和err_es(n)计算估计准确度 NN为数据长度，得到NR约为12.8dB，说明本发明方法可以实现较为准确的误差估计。 [0062] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0063] 以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内容。 |
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