CN108229030B - 一种主动降噪***控制器参数的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明研发了一种主动降噪***控制器参数的设计方法，根据人头部移动各位置的概率计算出各位置能量的概率平均，结合测量统计的各个位置人头部出现的概率和求得的各个位置的整体能量求出降噪区域内的空间总能量，这个整体能量最小的情况下，计算出控制器参数用于实际应用中控制器的设计，从而使***的降噪效果最优，可以理解为在最需要降噪的位置降噪，以实现整体空间最优的降噪效果，在不需要加附加噪声、不需要人耳道内设置传感器的情况下，很好的降低人耳附近空间的噪声水平。

Description

一种主动降噪***控制器参数的设计方法
技术领域
本发明涉及降噪领域，尤其涉及一种主动降噪***控制器参数的设计方法。
背景技术
在针对人耳附近的空间场设计主动降噪***时，一般需要先使用模具人头或人身进行前期测试，具体而言是在模具的耳道处放置传感器并测量噪声场在人耳位置的特性以及次级声源在人耳处的传递函数，前期测试结束后会将这些测量数据存于信号处理器中并根据这些测量结果设计主动降噪控制器的***参数，但当***应用于真实环境时，降噪的目标是用户在实际使用时的人耳位置，然而在使用过程中用户的头部位置是不确定的，会在前期测试的模具人头放置位置附近有一定范围内的随机移动，这会导致次级扬声器的激励源在实际人耳位置产生的声音信号与在前期测试中得到的数据并不一致，因此依据前期测试数据设计的控制器在实际使用时的降噪效果会受到影响，然后在实际应用中不可能在用户人耳处放置传感器来实时测量次级声源在实际人耳位置的传递函数。而且即便能让用户在耳朵出佩戴传感器，这种实时测量的方法也不能达到理想的效果，因为测量扬声器的传递函数需要在主动降噪的同时用扬声器另外发出一个额外噪声激励信号，再通过在耳部传感器中提取该额外激励对应的响应信号才能完成实时测试，但这个附加的激励声源会使主动降噪效果变差。
发明内容
本发明旨在提供一种主动降噪***的控制器参数设计方法，能在不需要加附加噪声、不需要人耳处设置传感器的情况下，针对用户头部位置的随机变动很好的降低人耳附近空间的噪声水平。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案，一种主动降噪***控制器参数的设计方法，包括以下步骤：
S1、确定降噪区域，在需要降噪的空间内安装多个传入装置及输出装置；
S2、测量统计人头部出现在各个随机位置的概率；
S3、计算人头部出现的各个位置能量的概率平均，由于在前期实验已经测量统计了空间各点位置人头部存在的概率，接下来需要测量空间各点的能量，在该空间中误差麦克风的数量可能为2、4或者n个,随具体空间的特征而定：
Figure BDA0001540192320000021
式中α代表空间某个确定的位置，l代表某个误差麦克风的编号，则
Figure BDA0001540192320000022
表示当头部在α时第l个误差麦克风处的信号，
Figure BDA0001540192320000023
表示表示当头部在α时第l个误差麦克风处的原始噪声源信号，加号后面为***发出的反向声波信号，则该式表示的是，当头部在α时第l个误差麦克风处已经进行降噪后的噪声信号，本式代表一个麦克风附近的噪声信号，如果实际***中有几个麦克风，需要将几个麦克风的信号进行相加并据此计算出各位置的整体能量，α位置的整体能量用以下公式表示：
Figure BDA0001540192320000024
S4、结合步骤S2测量统计的各个位置人头部出现的概率和步骤S3求得的各个位置的整体能量求出降噪区域内的空间总能量J：
Figure BDA0001540192320000025
S5、将步骤S4求得的空间总能量取最小值，推导出控制器的最佳参数w。
作为优选，步骤S2通过记录各个受测试人员在降噪区域空间内的运动规律从而记录该空间各点人头部所处的概率。
作为优选，控制器的参数即前期降噪实验测量过程中人耳处总能量最小时取得的参数值，以保证降噪***实际应用时降噪效果最佳。
本发明根据人头部移动各位置的概率计算出各位置能量的概率平均，从而得出整体空间的能量，这个整体能量最小的情况下，计算出控制器参数用于实际应用中控制器的设计，从而使***的降噪效果最优，可以理解为在最需要降噪的位置降噪，以实现整体空间最优的降噪效果，在不需要加附加噪声、不需要人耳道内设置传感器的情况下，很好的降低人耳附近空间的噪声水平。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面参照图1描述根据本发明实施例的一种主动降噪***控制器参数的设计方法，包括以下步骤：
S1、确定降噪区域，在需要降噪的空间内安装多个传入装置及输出装置；
S2、测量统计人头部出现在各个随机位置的概率；
S3、计算人头部出现的各个位置能量的概率平均，由于在前期实验已经测量统计了空间各点位置人头部存在的概率，接下来需要测量空间各点的能量，在该空间中误差麦克风的数量可能为2、4或者n个,随具体空间的特征而定：
Figure BDA0001540192320000031
式中α代表空间某个确定的位置，l代表某个误差麦克风的编号，则
Figure BDA0001540192320000032
表示当头部在α时第l个误差麦克风处的信号，
Figure BDA0001540192320000033
表示表示当头部在α时第l个误差麦克风处的原始噪声源信号，加号后面为***发出的反向声波信号，则该式表示的是，当头部在α时第l个误差麦克风处已经进行降噪后的噪声信号，本式代表一个麦克风附近的噪声信号，如果实际***中有几个麦克风，需要将几个麦克风的信号进行相加并据此计算出各位置的整体能量，α位置的整体能量用以下公式表示：
Figure BDA0001540192320000041
S4、结合步骤S2测量统计的各个位置人头部出现的概率和步骤S3求得的各个位置的整体能量求出降噪区域内的空间总能量J：
Figure BDA0001540192320000042
S5、将步骤S4求得的空间总能量取最小值，推导出控制器的最佳参数w。
作为优选，步骤S2通过记录各个受测试人员在降噪区域空间内的运动规律从而记录该空间各点人头部所处的概率。
作为优选，控制器的参数即前期降噪实验测量过程中人耳处总能量最小时取得的参数值，以保证降噪***实际应用时降噪效果最佳。
本发明根据人头部移动各位置的概率计算出各位置能量的概率平均，从而得出整体空间的能量，这个整体能量最小的情况下，计算出控制器参数用于实际应用中控制器的设计，从而使***的降噪效果最优，可以理解为在最需要降噪的位置降噪，以实现整体空间最优的降噪效果，在不需要加附加噪声、不需要人耳道内设置传感器的情况下，很好的降低人耳附近空间的噪声水平。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、或“一些示例”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发明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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种主动降噪***控制器参数的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定降噪区域，在需要降噪的空间内安装多个麦克风及扬声器；
S2、测量统计人头部出现在各个随机位置的概率；
S3、计算人头部出现的各个位置能量的概率平均，由于在前期实验已经测量统计了空间各点位置人头部存在的概率，接下来需要测量空间各点的能量，在该空间中误差麦克风的数量为任意多个,随具体空间的特征而定：
Figure FDA0002939408200000011
式中α代表空间某个确定的位置，l代表某个误差麦克风的编号，m是降噪喇叭的编号，n是时间，j是上一时刻，则
Figure FDA0002939408200000012
表示当头部在α时第l个误差麦克风处的信号，
Figure FDA0002939408200000013
表示当头部在α时第l个误差麦克风处的原始噪声源信号，加号后面为***发出的反向声波信号，其中g(α)代表扬声器在α位置响应的传递函数的系数，该系数通过前期测量测得，u代表驱动扬声器发出降噪声波的信号，u(α)代表在α位置时的驱动信号，则
Figure FDA0002939408200000014
表示的是，当头部在α时第l个误差麦克风处已经进行降噪后的噪声信号，
Figure FDA0002939408200000015
代表一个麦克风附近的噪声信号，如果实际***中有几个麦克风，需要将几个麦克风的信号能量进行相加并据此计算出各位置的整体能量，α位置的整体能量用以下公式表示：
Figure FDA0002939408200000016
式中的
Figure FDA0002939408200000017
为由与多个误差麦克风分别对应的
Figure FDA0002939408200000018
组成的列向量，T指转置，E代表的是随机变量的期望值，
Figure FDA0002939408200000019
为由与多个误差麦克风分别对应的
Figure FDA00029394082000000110
组成的列向量，R(α)(n)通过公式换算得来；
S4、结合步骤S2测量统计的各个位置人头部出现的概率和步骤S3求得的各个位置的整体能量求出降噪区域内的空间总能量J：
Figure FDA00029394082000000111
式中F(α)代表在α处的概率密度函数，通过前期对各个位置概率随机的测量统计得来，A、b、c是结合步骤S2和S3求总能量的公式中转换得来的参数；
S5、将步骤S4求得的空间总能量取最小值，推导出控制器的最佳参数
Figure FDA0002939408200000021
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤S2通过记录各个受测试人员在降噪区域空间内的运动规律从而记录该空间各点人头部所处的概率。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，控制器的最佳参数
Figure FDA0002939408200000022
即前期降噪实验测量过程S1-S5中人耳处总能量最小时取得的参数值，以保证降噪***实际应用时降噪效果最佳。
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