本发明专利技术公开了一种能够实现频段降噪量约束的自适应反馈主动降噪方法，其特征为：在较宽频段的自适应反馈中，通过对具体频段的降噪需求分析，对降噪需求低的频段产生的降噪量进行约束，并提升目标降噪频段的降噪量。其主要步骤如下：1)次级路径估计，依据次级路径与降噪需求确定目标降噪频段与约束频段；2)依据目标降噪频段与约束频段设计权重滤波器；3)基于内模控制的自适应反馈算法构造参考信号与滤波参考信号；4)构造惩罚项和控制滤波器系数迭代公式；5)迭代控制滤波器系数至收敛。本发明专利技术实现了自适应反馈算法中不同频段的降噪量大小及系统稳定性能的调节，可有效应用于对特定频段有着更高降噪需求的场景。频段有着更高降噪需求的场景。频段有着更高降噪需求的场景。
【技术实现步骤摘要】
一种基于频段约束的自适应反馈主动降噪方法
[0001]本专利技术属于自适应反馈主动降噪领域，针对具体频段的降噪需求提出了一种能够约束非目标频段降噪量以提高目标频段降噪量的自适应反馈降噪方法。
技术介绍
[0002]现代有源噪声控制理论始于1936年，其基本过程为：用麦克风提取初级噪声信息，经控制器“实时”分析后产生次级信号，再用扬声器作为次级声源，“实时”播放该次级信号；次级信号与初级噪声产生相消干涉，从而使该区域内的噪声得以降低，有效地针对低频进行降噪。
[0003]有源噪声控制系统分为前馈控制系统、反馈控制系统以及前反馈混合控制系统。前馈系统的性能依赖于参考信号与初级噪声信号之间的相干性，此外还受因果性等因素限制。反馈系统不再需要麦克风接收参考信号，而是将误差信号经过反馈控制器滤波后的信号输出给次级源，其性能取决于系统的灵敏度传递函数。
[0004]反馈系统结构简单，适用于频带较窄的噪声，但系统所需的稳定性要求会影响降噪性能。此外，反馈系统还存在水床效应，在某特定频段降噪的同时会导致其它频段噪声放大。反馈有源噪声控制可分为自适应和非自适应两大类，自适应算法针对声场环境与噪声源传播的时变特性，能对电子系统产生的抵消噪声的幅值和相位进行有效调整，以获得满意的性能。
[0005]自适应算法中，滤波
‑
x最小均方(FxLMS)算法有着计算简单、鲁棒性强等优点，迅速成为了应用广泛的控制器更新算法。FxLMS自适应反馈算法基于内模原理控制反馈ANC系统，通过将误差信号减去次级源在误差点处产生的信号合成参考信号，实现自适应反馈有源噪声控制。针对水床效应的抑制，可以通过在代价函数中增加一项正比于控制滤波器幅值平方和的惩罚项，在全频段约束控制滤波器幅值以降低全频段输出信号的大小，由此获得一种泄漏FxLMS算法(Qiu X,Hansen C H.A study of time
‑
domain FXLMS algorithms with control output constraint[J].The Journal of the Acoustical Society of America,2001,109(6):2815
‑
2823)。此外，为实现以不同权重约束不同频段控制滤波器的幅值从而实现水床抑制，学者们提出了广义泄漏FxLMS算法(Wu L,Qiu X,Guo Y.A generalized leaky FxLMS algorithm for tuning the waterbed effect of feedback active noise control systems[J].Mechanical Systems&Signal Processing,2018,106:13
‑
23)以及双梯度FxLMS算法(吴礼福,陈晶晶,郭业才.调节水床效应的双梯度有源噪声控制自适应算法[J].应用声学,2020,39(04):632
‑
637)。另外，为约束特定频段水床并降低计算复杂度，又提出了一种自适应反馈有源控制系统水床效应抑制方法(周朝辉,邹海山,邱小军,等。自适应反馈有源控制系统水床效应抑制的方法,CN112233643A[P].2021)。
[0006]目前，自适应反馈控制的研究主要集中于水床效应抑制方面，而在实际应用中，往往对具体频段的降噪量有特定的需求。因此在已产生降噪效果的频段范围内，对具体频段降噪量大小的约束和调节是需要解决的问题。
技术实现思路
[0007]专利技术目的：提供一种基于频段约束的自适应反馈主动降噪方法，约束非目标降噪频段的降噪量、提升目标降噪频段的降噪量，从而在不同的降噪频段获得不同的所需的降噪效果。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]本专利技术基于频段约束的自适应反馈控制方法，定义初级噪声d(n)中有更高降噪需求的频段为目标降噪频段F1，定义初级噪声中的非目标降噪频段为约束频段F2。自适应反馈降噪系统采样频率为f
s
，控制滤波器长度为L。所述方法包括如下步骤：
[0009]步骤1，对次级路径的单位脉冲响应进行估计，确定目标降噪频段F1和约束频段F2；其中目标降噪频段F1为初级噪声d(n)中有更高降噪需求的频段，约束频段F2为初级噪声d(n)中的非目标降噪频段
[0010]步骤2，依据F1和F2设计权重滤波器K；
[0011]利用高斯白噪声和权重滤波器K构造惩罚项；
[0012]基于内模控制结构的FxLMS自适应反馈算法，构造参考信号x(n)和滤波参考信号x
′
(n)；
[0013]利用误差信号e(n)、滤波参考信号x
′
(n)和惩罚项构造控制滤波器系数w的迭代公式，迭代控制滤波器系数w直至收敛，此时获得频段降噪量约束后的自适应反馈主动降噪结果。
[0014]进一步的，步骤1中对次级路径的单位脉冲响应进行估计，确定目标降噪频段F1和约束频段F2，具体为：采用LMS算法对次级路径的单位脉冲响应进行估计得到其中L为该单位脉冲响应的长度。对进行频谱分析并将目标频段选取于频谱形状峰值附近，再结合实际应用的目标降噪需求，确定目标降噪频段F1和约束频段F2。
[0015]进一步的，步骤2中依据F1和F2设计权重滤波器K，具体为：权重滤波器K通过带通滤波器实现，其通带的频率范围为F2，通带的幅度为10dB，阻带的频率范围为包含F1但不包含F2的频段，阻带的幅度为
‑
30dB。
[0016]进一步的，步骤2中利用高斯白噪声和权重滤波器K构造惩罚项，具体为：惩罚信号q(n)＝[q(n),q(n
‑
1),...,q(n
‑
L+1)]T
，T为转置符号，q(n)为高斯白噪声信号p(n)通过权重滤波器K滤波后的信号；
[0017]w(n)＝[w0,w1,...,w
L
‑1]T
是长度为L的控制滤波器系数；
[0018]q(n)与w(n)构成惩罚项r(n)＝w
T
(n)q(n)q(n)。
[0019]进一步的，步骤2中构造参考信号x(n)和滤波参考信号x
′
(n)，具体为：控制滤波器的系数初始化为w(0)＝[0,0,...,0]T
，控制滤波器的输出信号y(n)＝[y(n),y(n
‑
1),...,,y(n
‑
L+1)]T
通过与误差信号e(n)相减获得参考信号矢量x(n)＝[x(n),x(n
‑
1),...,x(n
‑
L+1)]T
，其中
[0020]x(n)经得到滤波参考信号x
′
(n)＝[x
′
(n),x
′
(n
‑
1),...,x
′
本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于频段约束的自适应反馈主动降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对次级路径的单位脉冲响应进行估计，确定目标降噪频段F1和约束频段F2；其中目标降噪频段F1为初级噪声d(n)中有更高降噪需求的频段，约束频段F2为初级噪声d(n)中的非目标降噪频段；步骤2，依据F1和F2设计权重滤波器K；利用高斯白噪声和权重滤波器K构造惩罚项；基于内模控制结构的FxLMS自适应反馈算法，构造参考信号x(n)和滤波参考信号x
′
(n)；利用误差信号e(n)、滤波参考信号x
′
(n)和惩罚项构造控制滤波器系数w的迭代公式，迭代控制滤波器系数w直至收敛，此时获得频段降噪量约束后的自适应反馈主动降噪结果。2.根据权利要求1所述一种基于频段约束的自适应反馈主动降噪方法，其特征在于，步骤1中对次级路径的单位脉冲响应进行估计，确定目标降噪频段F1和约束频段F2，具体为：采用LMS算法对次级路径的单位脉冲响应进行估计得到其中L为该单位脉冲响应的长度；对进行频谱分析并将目标频段选取于频谱形状峰值附近，再结合实际应用的目标降噪需求，确定目标降噪频段F1和约束频段F2。3.根据权利要求1所述一种基于频段约束的自适应反馈主动降噪方法，其特征在于，步骤2中依据F1和F2设计权重滤波器K，具体为：权重滤波器K通过带通滤波器实现，其通带的频率范围为F2，通带的幅度为10dB，阻带的频率范围为包含F1但不包含F2的频段，阻带的幅度为
‑
30dB。4.根据权利要求1所述一种基于频段约束的自适应反馈主动降噪方法，其特征在于，步骤2中利用高斯白噪声和权重滤波器K构造惩罚项，具体为：惩罚信号q(n)＝[q(n),q(n
‑
1),...,q(n
‑
L+1)]
T
，T为转置符号，q(n)为高斯白噪声信号p(n)通过权重滤波器K滤波后的信号；w(n)＝[w0,w1,...,w
L
‑1]
T
是长度为L的控制滤波器系数，q(n)与w(n)构成...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩宁，周凌琛，徐月琪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。