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专利号: 2022110372397
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 乐器;声学
更新日期:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种窄带反馈型主动噪声控制系统,其特征在于,所述窄带反馈型主动噪声控制系统包括:窄带目标噪声估计合成子系统(1)、参考信号合成子系统(2)和次级声源合成子系统(3);

所述窄带目标噪声估计合成子系统(1)与所述参考信号合成子系统(2)连接;所述参考信号合成子系统(2)分别与所述窄带目标噪声估计合成子系统(1)、所述次级声源合成子系统(3)连接;所述次级声源合成子系统(3)与所述参考信号合成子系统(2)连接;

所述窄带目标噪声估计合成子系统(1)根据系统残余噪声和所述次级声源合成子系统(3)合成的次级声源估计得到窄带目标噪声;所述参考信号合成子系统(2)根据所述窄带目标噪声合成准确的参考信号;所述次级声源合成子系统(3)根据所述参考信号合成次级声源;

所述参考信号合成子系统(2)包括:串型前置自适应带通滤波器组(21)和并型后置自适应带通滤波器组(22);

所述串型前置自适应带通滤波器组(21)由q个自适应带通滤波器按照串型方式组成,且q取值不小于窄带目标噪声中频率分量的数目;每个自适应带通滤波器均由二阶IIR陷波器构成,相应的第i个二阶IIR陷波器的z域模型Hi(z)和第i个自适应带通滤波器的z域模型Hi,bp(z)分别为:其中,ρ为极半径参数,ρ∈(0,1);ai是时变的,ai(n)=‑2cos[ωi(n)]为与第i个二阶‑1IIR陷波器的中心频率有关的滤波权值,ωi(n)为第i个二阶IIR陷波器的中心频率;z 表示‑2一阶延迟运算;z 表示二阶延迟运算;n是时刻,n≥0;

所述串型前置自适应带通滤波器组(21)的第i个二阶IIR陷波器的输出为:2

yc,i(n)=‑ρai(n)yc,i(n‑1)‑ρyc,i(n‑2)+yc,i‑1(n)+ai(n)yc,i‑1(n‑1)+yc,i‑1(n‑2)其中,yc,0(n)=x(n),x(n)为所述窄带目标噪声估计合成子系统(1)得到的窄带目标噪声估计;

所述串型前置自适应带通滤波器组(21)的第i个自适应带通滤波器的输出为:yd,i(n)=yc,i‑1(n)‑yc,i(n)

所述并型后置自适应带通滤波器组(22)由q个自适应带通滤波器按照并型方式组成,其中,每个自适应带通滤波器的z域模型与所述串型前置自适应带通滤波器组(21)中的带通滤波器的z域模型相同;

所述并型后置自适应带通滤波器组(22)的第i个二阶IIR陷波器的输入和输出分别为:2

yb,i(n)=‑ρai(n)yb,i(n‑1)‑ρyb,i(n‑2)+xd,i(n)+ai(n)xd,i(n‑1)+xd,i(n‑2)所述并型后置自适应带通滤波器组(22)的第i个自适应带通滤波器的输出为:xi(n)=xd,i(n)‑yb,i(n)

其中,xi(n)为所述次级声源合成子系统(3)提供准确的参考信号输入。

2.根据权利要求1所述的窄带反馈型主动噪声控制系统,其特征在于,所述并型后置自适应带通滤波器组(22)的第i个二阶IIR陷波器的滤波权值ai(n),采用归一化梯度算法进行更新,即:其中,μ1为ai(n)的更新步长,取值为正值;ε为保证分母非零的参数,取值为正值;gi(n)和Gi(n)分别为梯度信号和梯度信号瞬时功率的平滑估计,分别表示为:gi(n)=‑ρyb,i(n‑1)+xd,i(n‑1)

其中,α为Gi(n)的遗忘因子,α∈(0,1)。

3.根据权利要求2所述的窄带反馈型主动噪声控制系统,其特征在于,所述窄带目标噪声估计合成子系统(1)包括:次级通道估计模型(11)、一阶延迟环节(12)和一阶延迟环节(13);所述次级通道估计模型(11)和一阶延迟环节(12)串联;利用残余噪声e(n)和次级声源合成子系统(3)的输出信号y(n)经过所述次级通道估计模型(11)后的输出信号 叠加,获得窄带目标噪声估计,所述窄带目标噪声估计为:其中,e(n‑1)为误差传声器采集到的残余噪声e(n)经所述一阶延迟环节(13)的输出,为y(n)经所述次级通道估计模型(11)的输出, 为 经所述一阶延迟环节(12)的输出;

所述次级通道估计模型(11) 采用线性有冲激响应滤波器表示,其系数和长度分别为 次级声源y(n)经所述次级通道估计模型(11)的输出 为:

4.根据权利要求3所述的窄带反馈型主动噪声控制系统,其特征在于,所述串型前置自适应带通滤波器组(21)中第i个二阶IIR陷波器的滤波权值由所述并型后置自适应带通滤波器组(22)中的第i个二阶IIR陷波器的滤波权值ai(n)提供;

所述参考信号合成子系统(2)为所述次级声源合成子系统(3)的提供q个参考输入。

5.根据权利要求4所述的窄带反馈型主动噪声控制系统,其特征在于,所述次级声源合成子系统(3)包括:窄带控制器(31)和滤波‑X最小均方算法模块(32);所述窄带控制器(31)采用具有两个权值的幅度相位调整结构,其权值为 且所述次级声源合成子系统(3)利用所述滤波‑X最小均方算法模块(32)对所述窄带控制器(31)的权值进行更新,即:其中,μ2为所述窄带控制器(31)权值的更新步长,取值为正值; 为所述参考信号合成子系统(2)提供的参考信号xi(n)经所述次级通道估计模型(11)滤波后的输出,经一阶延迟运算的输出;

表示为:

所述次级声源合成子系统(3)的所述窄带控制器(31)的输出为:yi(n)=hi,0(n)xi(n)+hi,1(n)xi(n‑1)所述次级声源合成子系统(3)合成得到的次级声源y(n)为:

6.根据权利要求5所述的窄带反馈型主动噪声控制系统,其特征在于,所述残余噪声e(n)为在声学空间内窄带目标噪声p(n)与次级声源y(n)经过实际次级通道S(z)后信号yp(n)之差,即:e(n)=p(n)‑yp(n)

所述残余噪声e(n)通过误差传声器采集得到。

7.一种窄带反馈型主动噪声控制方法,其特征在于,所述方法基于权利要求5所述的稳健的窄带反馈型主动噪声控制系统实现,所述方法包括:步骤一:系统初始参数设置;

设置所述并型后置自适应带通滤波器组(22)的自适应带通滤波器个数q;设置二阶IIR陷波器的极半径参数ρ、更新步长μ1、保证分母非零的参数ε、遗忘因子α;设置二阶IIR陷波器的滤波权值 的初值;设置窄带控制器(31)的更新步长μ2;设置窄带控制器(31)权值 的初值;设置次级通道估计模型(11)的系数 和长度步骤二:获得窄带目标噪声估计;

利用误差传声器采集到残余噪声e(n),以及次级声源合成子系统(3)的输出y(n)经次级通道估计模型(11)的输出 它们分别经过一阶延迟环节(13)和一阶延迟环节(12)后进行叠加,获得窄带目标噪声估计x(n):即把在n‑1时刻的残余噪声和次级通道估计模型(11)输出进行叠加,获得n时刻的窄带目标噪声估计;

步骤三:两路噪声干涉相消;

在n时刻,首先,窄带目标噪声估计x(n)经参考信号合成子系统(2)后合成得到参考信号然后,参考信号 输入到次级声源合成子系统(3),得到次级声源y(n);最后,次级声源y(n)和窄带目标噪声在声学空间进行干涉相消,得到残余噪声e(n);

步骤四:更新主动噪声控制系统;

利用所述并型后置自适应带通滤波器组(22)的第i个二阶IIR陷波器的输出yb,i(n)及梯度信号gi(n),根据第i个二阶IIR陷波器的滤波权值ai(n)更新公式计算其在n+1时刻的滤波权值ai(n+1);

利用所述残余噪声e(n)和参考信号xi(n)经次级通道估计模型(11)滤波后的输出根据所述窄带控制器(31)的权值更新公式计算在n+1时刻的窄带控制器(31)的权值;

步骤五:返回到步骤二,重复上述步骤二到步骤四,直至系统收敛并达到稳态。

8.根据权利要求7所述的窄带反馈型主动噪声控制方法,其特征在于,所述次级通道估计模型(11) 通过离线辨识得到。

9.根据权利要求7所述的窄带反馈型主动噪声控制方法,其特征在于,所述二阶IIR陷波器的滤波权值 的初值均设置为‑2。

10.根据权利要求7所述的窄带反馈型主动噪声控制方法,其特征在于,所述窄带控制器(31)权值 的初值均为设置零。