一种自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法，属于声源处理技术领域。本发明专利技术的方法，包括训练阶段和工作阶段两个阶段，其中训练阶段通过对第一扬声器和第二扬声器的频率响应和真实频率响应特性进行测量；工作阶段通过获取期望信号d(n)、获得期望信号的估计d

【技术实现步骤摘要】
一种自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法


[0001]本专利技术属于声源处理
，尤其涉及一种自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法。

技术介绍

[0002]某些场合，希望扬声器只向特定方向传播，而不希望在其它方向传播，或在其它方向声音显著减弱。保证私密性或减少对周围的噪声干扰。
[0003]目前的声源定向传播技术多采用配置拾音麦克风，并且受外界环境噪音影响比较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法，旨在解决现有技术声源定向传播缺少解决方案的问题，本专利技术采用自适应跟随算法，使抑制扬声器在规定的方向上产生与声源扬声器大小相等，且相位相反的声音信号，实现对规定方向上声音的抵消和抑制。
[0005]本专利技术实施例是这样实现的：
[0006]一种自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法，其中所用到第一扬声器src_spk(需定向传播声源的扬声器)、与第二扬声器ns_spk(实现定向传播的扬声器)，第二扬声器ns_spk设置于第一扬声器src_spk的辐射区域内，第二扬声器ns_spk的辐射区域抵消第一扬声器src_spk声音的有效区域，实现声源定向传播的效果。
[0007]一种自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法，包括训练阶段和工作阶段两个阶段，具体步骤如下：
[0008]S1.训练阶段，将需要抑制的传播方向上的区域位点trn_mic上放置麦克风：
[0009]S101.由测试设备测量出第一扬声器src_spk(需定向传播声源的扬声器)至需要抑制的传播方向上的区域位点(trn_mic)的第一频率响应，以模拟其空中传播的第一真实频率响应特性(Wo)；
[0010]S102.由测试设备测量出第二扬声器ns_spk(实现定向传播的扬声器)至需要抑制的传播方向上的区域位点(trn_mic)的第二频率响应，以模拟其空中传播的第二真实频率响应特性(Wn)；
[0011]其中，所述第一频率响应位置设置有第一频率响应滤波器Woa，以模拟相应地第一真实频率响应Wo；所述第二频率响应位置设置有第二频率响应滤波器Wna，以模拟相应地第二真实频率响应Wn；第一频率响应滤波器和第二频率响应滤波器均为IIR型滤波器；
[0012]S2.工作阶段，需要抑制的传播方向上的区域位点trn_mic上不需放置麦克风：
[0013]S201.获取期望信号d(n)：为第一扬声器src_spk(需定向传播声源的扬声器)的输入信号S0(n)，经第一频率响应滤波器Woa后，获得期望信号d(n)；
[0014]S202.获得期望信号的估计d
′
(n)：是原信号S0(n)经自适应滤波器Won，第二扬声
器(ns_spk，实现定向传播的扬声器)的第二频率响应滤波器Wna后的输出，完成上述期望信号d(n)的估计；其中此处Woa，Wna的数值，在S1步骤中均已求得，为已知值；
[0015]S203.获得抑制过程中滤波后的反馈信号er(n)，抑制过程的反馈信号er(n)具体通过如下式一实现：
[0016]er(n)＝d(n)
‑
d'(n)
[0017]＝Woa
H
(n).S0(n)
‑
Won
H
(n).S0(n).Wna
ꢀꢀꢀ
(式一)；
[0018]其中：式一中，Woa
H
、S0、Won
H
、Wna四项粗体表示向量；H，表示共轭转置；
[0019]S204.滤波器系数的更新迭代，这里采用归一化NLMS算法进行更新迭代，避免S0(n)较大时，引起梯度放大，造成收敛过程的振荡不稳定，S0(n)较小时，算法收敛较慢的问题；
[0020]S205.当er(n)经多次迭代达到预期足够小值，迭代结束；此时，在原mic所处的位置和方向上，接收到的src_spk播放的声音显著减弱；实现对需要抑制的传播方向上的区域位点(trn_mic)的抑制，达到声源定向传播的效果。
[0021]本专利技术中，处于训练阶段时，通过电路中按键key闭合，联通需要抑制的传播方向上的区域位点(trn_mic)上的麦克风；处于工作阶段时，该按键key打开，表示需要抑制的传播方向上的区域位点(trn_mic)上没有安装麦克风。
[0022]本专利技术中自适应滤波器Won，连接第一扬声器和第二扬声器，构成横向滤波器结构；信号er(n)是滤波后的反馈信号；当er(n)经多次迭代达到预期足够小值，迭代结束；此时，在原mic所处的位置和方向上，接收到的src_spk播放的声音显著减弱，实现对需要抑制的传播方向上的区域位点(trn_mic)的抑制，达到声源定向传播的效果。
[0023]作为优选的实施方式，步骤S204中所述的滤波器系数的更新迭代，具体更新算法如式二：
[0024]Won(n+1)＝Won(n)+μ(n).S0(n).er(n)
ꢀꢀꢀ
(式二)
[0025]其中：
[0026]μ(n)＝μ./s02(n)
ꢀꢀꢀ
(式三)
[0027]式三中的μ为迭代基本步长因子。
[0028]作为优选的实施方式，所述迭代基本步长因子μ＝0.05。
[0029]所述自适应滤波器Won为数据依赖型FIR型自适应滤波器。
[0030]本专利技术与现有技术相比具有以下的有益效果：
[0031]1.本专利技术中自适应滤波器Won的输入信号为第一扬声器src_spk(需定向传播声源的扬声器)输入端的纯净信号S0(n)，其滤波器系数会跟随S0(n)按照一定准则(NLMS准则，即最小方差)生成和更新，而与周围环境噪声无关；所以本算法有很好地抗噪特性。
[0032]2.本专利技术的方法的应用，结构简单，只需额外增加相应的扬声器，不需配置拾音麦克风。采用自适应跟随算法，只与声源扬声器的输入信号有关，受外界环境噪声影响小。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实施例1提供的自适应跟随滤波器实现声源定向传播的扬声器相对位置关系示意图；
[0034]图2是本专利技术实施例1提供的自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法应用结
构示意图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0037]另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应跟随滤波器实现声源定向传播的方法，其特征在于：包括训练阶段和工作阶段两个阶段，具体步骤如下：S1.训练阶段，将需要抑制的传播方向上的区域位点trn_mic上的麦克风联通：S101.由测试设备测量出第一扬声器src_spk至需要抑制的传播方向上的区域位点trn_mic的第一频率响应，以模拟其空中传播的第一真实频率响应特性；S102.由测试设备测量出第二扬声器ns_spk至需要抑制的传播方向上的区域位点trn_mic的第二频率响应，以模拟其空中传播的第二真实频率响应特性；其中，所述第一频率响应位置设置有第一频率响应滤波器Woa，以模拟相应地第一真实频率响应Wo；所述第二频率响应位置设置有第二频率响应滤波器Wna，以模拟相应地第二真实频率响应Wn；S2.工作阶段，将需要抑制的传播方向上的区域位点trn_mic上的麦克风断开：S201.获取期望信号d(n)：为第一扬声器src_spk的输入信号S0(n)，经第一频率响应滤波器Woα后，获得期望信号d(n)；S202.获得期望信号的估计d
′
(n)：是原信号S0(n)经自适应滤波器Won，第二扬声器ns_spk的第二频率响应滤波器Wna后的输出，完成上述期望信号d(n)的估计；S203.获得抑制过程中滤波后的反馈信号er(n)，抑制过程的反馈信号er(n)具体通过如下式一实现：er(n)＝d(n)
‑
d'(n)＝Woa
H
(n)
·
S0(n)
‑
Won
H
(n)
·

【专利技术属性】
技术研发人员：何敏，王鹏，戴伟彬，陈光勤，
申请(专利权)人：深圳市悦尔声学有限公司，
类型：发明
国别省市：