一种主动降噪系统的制作方法

1.本发明涉及降噪技术,具体说是一种主动降噪系统和一种车辆主动降噪系统。


背景技术：

2.主动降噪的目的就是消除噪声源的通过发射反向声波将噪声源的声波进行滤除。目前主动降噪分为开放式的，和非开放式的。开放式主动降噪是对声场中某一个声辐射方向进行屏蔽，或者对声场中的某一个小区间进行降噪。
3.如图1所示，现有技术的开放式主动降噪，扬声器就是发射反向声波的载体，但是在开放式的主动降噪中，考麦克风和误差麦克风都暴露在同一个声场中，相互间没有屏蔽，发射的反向声波就会干扰到参考麦克风，然后影响控制器发出错误指令从而加大扬声器的功率，如此便成了恶性循环最终导致麦克风啸叫产生，因此开放式样的主动降噪系统难度就在此。
4.并且，车辆上的rnc主动降噪普遍采用的是振动传感器拾音，然后通过发射反向声波将车身振动导致的空气声滤除。但是车身振动和其因为振动所产生的空气声之间的相关性不强，因此效果往往差强人意。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够将麦克风采样逐点延迟，能够使用一个方向或者一个点的声源，被参考作为滤波对象声源，能够很大程度避免降噪扬声器对参考麦克风的干扰的主动降噪系统和车辆主动降噪系统。
6.为了实现上述目的，设计一种主动降噪系统，包括设置于噪声源附近的参考麦克风、设置于声波接收端附近的误差麦克风、面对声波接收端的降噪扬声器，以及与参考麦克风、误差麦克风和降噪扬声器信号连接的控制器，所述参考麦克风采用声源方向指向的麦克风阵列，所述控制器采用延迟算法或者采用自适应滤波算法，将麦克风采样逐点延迟，从而能够使用一个方向或者一个点的声源，被参考作为滤波对象声源。
7.本发明还具有如下优选的技术方案：1.所述麦克风阵列沿着声源传播的方向布置若干麦克风，声波沿着参考麦克风布置的方向传播，各麦克风之间保持设定距离，每个麦克风接受到的音频能够保持一定的相位差。
8.2.所述延迟算法具体如下：在参考麦克风所收集转换ad信号后，是一个个采样点组成的，靠近噪声源的是第一麦克风，第二麦克风、第三麦克风依次类推，通过信号的互相关函数能够计算得出第一麦克风、第二麦克风两个麦克风与声源的相对关系是a个采样点延迟，同理得出第三麦克风和第一麦克风有b个采样点延迟，将靠近声源的第一麦克风的电压信号乘以系数，将第二麦克风的音频信号延迟a个采样点，再乘以另一个系数，将第三麦克风延迟b个采样点，并且乘以又一个系数，依次类推，然后将计算完的音频进行叠加。
9.3. 所述自适应滤波算法具体如下：e(n)=d(n)-y(n)；y(n)=b(n)*x(n)；b(n)=c*x
(n)*e(n)+b(n-1)，d(n)是声源通过空气传播后达到声源接受点的音频信号，x(n)是参考麦克风阵列得出的声源方向过来的音频信号，e(n)是主动降噪后的残余值就是误差麦克风信号（越小越好），y(n)是通过计算后扬声器发射的反向声波，b(n)是滤波器系数，c是滤波器系数计算步长，通过上述计算从而得出最优化的降噪反向声波。
10.还设计一种车辆主动降噪系统，包含上述的主动降噪系统，将麦克风阵列从下而上的布置，将降噪扬声器布置在座椅头枕中发射反向声波，能够直接对着乘员耳朵进行降噪辐射。
11.本发明同现有技术相比，其优点在于：本发明采用延迟的算法，或者采用自适应滤波的的算法，能够将麦克风采样逐点延迟，从而能够使用一个方向或者一个点的声源，被参考作为滤波对象声源，能够很大程度避免降噪扬声器对参考麦克风的干扰，从而使得开放式主动降噪成为可能；麦克风可以立体进行布置，从声源方向向声源接受方进行布置，实现多场景的降噪需求。
附图说明
12.图1为现有技术的结构图；图2为本发明的结构图；图3为本发明的延迟算法示意图；图4为本发明的自适应滤波算法示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
14.如图2所示，本发明改进了传统的主动降噪系统，将参考麦克风改成了声源方向指向的麦克风阵列，采用延迟的算法，或者采用自适应滤波的算法，能够将麦克风采样逐点延迟，从而能够使用一个方向或者一个点的声源，被参考作为滤波对象声源，能够很大程度避免降噪扬声器对参考麦克风的干扰，从而使得开放式主动降噪成为可能。
15.沿着声源传播的方向布置若干麦克风，声波沿着参考麦克风布置的方向传播，麦克风之间保持一定的距离，这样做的目的是每个麦克风接受到的音频能够保持一定的相位差，方便之后的计算。
16.延迟算法的具体如下：在参考麦克所收集转换ad信号后，是一个个采样点组成的，图2中靠近声源的是第一麦克风，依次是第二麦克风，第三麦克风。如图3所示，在实际应用中有更多的麦克风在声场中布置，通过信号的互相关函数能够计算得出第一麦克风、第二麦克风两个麦克风与声源的相对关系是a个采样点延迟，同理可以得出第三麦克风和第一麦克风有b个采样点延迟。
17.由于麦克风1更靠近声源，因此我们将其结果乘以一个系数1.2（可以更高）由于麦克风3是靠近降噪喇叭，为了进一步防止干扰，我们将其乘以一个系数0.1（在实际应用中可以乘以的系数进行调整），中间麦克风2我们乘以一个系数0.8。
18.在降噪过程中首先要采集参考麦克风的音频信号，在本发明中音频麦克风是由麦克风阵列组成的，我们将靠近声源的第一麦克风的电压信号乘以系数1.2（举例），将第二麦克风的音频信号延迟a个采样点，再乘以一个系数0.8，将第三麦克风延迟b个采样点，并且乘以一个系数0.1，然后将这三个计算完的音频进行叠加。叠加后的音频能使从声源沿着麦克风传播的音频被放大，从相反方向传播的音频被缩小，如此用这个麦克风阵列替代传统的参考麦克风的功能就能做到开放式的主动降噪功能，发射的反向声波对参考麦克风阵列的干扰能够做到最小，并且麦克风采集的数据要比振动传感器得出的结果要更为直观精确，真正实现了开放式的主动降噪。
19.自适应滤波法具体如下：如图4所示，d(n)是声源通过空气传播后达到声源接受点的音频信号，x(n)是参考麦克风阵列得出的声源方向过来的音频信号，e(n)是主动降噪后的残余值就是误差麦克风信号（越小越好），y(n)是通过计算后扬声器发射的反向声波，b(n)是滤波器系数，c是滤波器系数计算步长。
20.计算过程如下：e(n)=d(n)-y(n)；y(n)=b(n)*x(n)；b(n)=c*x(n)*e(n)+b(n-1)；通过上述计算从而得出最优化的降噪反向声波。
21.采用以上采样点系数叠加的方法后，能够使用延时更精确，同样将计算后的音频叠加后，能够将声源位置的音频放大，同时将降噪喇叭辐射的音频影响降低。其原理与延迟算法有相似点，只是延迟算法用的是采样点的延迟，然而现实中的延迟肯定不是一个个采样点整数倍，因此用自适应滤波法更精确，当然硬件负担要更大些。
22.上述方法是一个参考声源沿着一个直线管道内的传播，因此，参考麦克风的布置是沿着直线传播，在更多的应用场景是立体的，声波接受端是人耳，这时麦克风就要立体进行布置，从声源方向向声源接受方进行布置。
23.本发明可以用于车辆降噪，将麦克风阵列从下而上的布置，因为无论发动机噪声，还是胎噪都是从下往上进行传播，将降噪扬声器布置在座椅头枕中，能够直接对着乘员耳朵进行降噪辐射，更直观，目前市场用的系统都是直接通过车辆自带的喇叭，自带喇叭距离乘员耳朵较远，无法提高降噪效率，并且用振动传感器的效果远远低于用麦克风阵列直接采集声场来的直观。因此这里我采用智能头枕的方法，将座椅头枕内置降噪喇叭发射反向声波，将麦克风阵列沿着座椅从下往上进行布置，因为胎噪，发动机噪声传播方向主要是自下而上，因此这样布置麦克风能够充分利用声的传播方向，不仅能够运用于私家车，还能用于集卡等商务车从而降低司机的疲劳程度。
24.还可以用于管道降噪，运用在空调吹风管道，新风系统上能够大大降低系统噪音。
25.以上所述，仅为此发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案和新型的构思加于等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种主动降噪系统，包括设置于噪声源附近的参考麦克风、设置于声波接收端附近的误差麦克风、面对声波接收端的降噪扬声器，以及与参考麦克风、误差麦克风和降噪扬声器信号连接的控制器，其特征在于所述参考麦克风采用声源方向指向的麦克风阵列，所述控制器采用延迟算法或者采用自适应滤波算法，将麦克风采样逐点延迟，从而能够使用一个方向或者一个点的声源，被参考作为滤波对象声源。2.如权利要求1所述的一种主动降噪系统，其特征在于所述麦克风阵列沿着声源传播的方向布置若干麦克风，声波沿着参考麦克风布置的方向传播，各麦克风之间保持设定距离，每个麦克风接受到的音频能够保持一定的相位差。3.如权利要求1所述的一种主动降噪系统，其特征在于所述延迟算法具体如下：在参考麦克风所收集转换ad信号后，是一个个采样点组成的，靠近噪声源的是第一麦克风，第二麦克风、第三麦克风依次类推，通过信号的互相关函数能够计算得出第一麦克风、第二麦克风两个麦克风与声源的相对关系是a个采样点延迟，同理得出第三麦克风和第一麦克风有b个采样点延迟，将靠近声源的第一麦克风的电压信号乘以系数，将第二麦克风的音频信号延迟a个采样点，再乘以另一个系数，将第三麦克风延迟b个采样点，并且乘以又一个系数，依次类推，然后将计算完的音频进行叠加。4.如权利要求1所述的一种主动降噪系统，其特征在于所述自适应滤波算法具体如下：e(n)=d(n)-y(n)；y(n)=b(n)*x(n)；b(n)=c*x(n)*e(n)+b(n-1)，d(n)是声源通过空气传播后达到声源接受点的音频信号，x(n)是参考麦克风阵列得出的声源方向过来的音频信号，e(n)是主动降噪后的残余值就是误差麦克风信号（越小越好），y(n)是通过计算后扬声器发射的反向声波，b(n)是滤波器系数，c是滤波器系数计算步长，通过上述计算从而得出最优化的降噪反向声波。5.一种车辆主动降噪系统，其特征在于包含如权利要求1-4任一所述的主动降噪系统，将麦克风阵列从下而上的布置，将降噪扬声器布置在座椅头枕中发射反向声波，能够直接对着乘员耳朵进行降噪辐射。

技术总结
本发明涉及降噪技术,具体说是一种主动降噪系统，包括设置于噪声源附近的参考麦克风、设置于声波接收端附近的误差麦克风、面对声波接收端的降噪扬声器，以及与参考麦克风、误差麦克风和降噪扬声器信号连接的控制器，所述参考麦克风采用声源方向指向的麦克风阵列，所述控制器采用延迟算法或者采用FIR滤波算法，将麦克风采样逐点延迟，从而能够使用一个方向或者一个点的声源，被参考作为滤波对象声源。本发明优点在于：本发明采用延迟的算法，或者采用自适应滤波的算法，能够将麦克风采样逐点延迟，从而能够使用一个方向或者一个点的声源，被参考作为滤波对象声源，能够很大程度避免降噪扬声器对参考麦克风的干扰，从而使得开放式主动降噪成为可能。主动降噪成为可能。主动降噪成为可能。


技术研发人员：陈利君
受保护的技术使用者：上海声茵科技有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/16