CN112492438B - 机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法 - Google Patents

机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，包括步骤：S1：在一机舱内设置一舱内麦克风和多个耳机；S2：通过所述舱内麦克风实时采集所述机舱内噪声获得舱内噪声信号Vreceive(t)，通过耳机麦克风实时采集耳机噪声信号Vin(t)；S3：所述反馈式控制器利用所述噪声模型并结合所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述耳机噪声信号Vin(t)确定一最终噪声；S4：所述反馈式控制器根据所述最终噪声控制所述耳机扬声器输出所述最终噪声的反相声波。本发明是一种机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，能较好的实现噪声的实时检测、分析及处理。

Description

机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法
技术领域
本发明涉及主动降噪技术领域，尤其涉及一种机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法。
背景技术
现有主动降噪技术包括前馈式降噪和反馈式降噪，这两种方法均由内置麦克风采集外界噪声，再经过内部电路计算。在耳机播放正常音乐的同时加入和外界噪声相位相反的声波，达到抵消外界噪声的目的。
现有主动降噪技术有如下缺点：
1、扬声器播放的音乐可能会被麦克风采集，从而生成音乐的反相声波，影响正常播放。
2、前馈式降噪中采集的声波和到达扬声器处的声波可能会有偏差，导致主动降噪的效果降低。
3、麦克风采集到声波后处理时间不足，产生反相声波的实时性不足。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，能较好的实现噪声的实时检测、分析及处理。
为了实现上述目的，本发明提供一种机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，包括步骤：
S1：在一机舱内设置一舱内麦克风和多个耳机，每一所述耳机包括一反馈式控制器以及与所述反馈式控制器连接的一存储器、至少一耳机扬声器和一耳机麦克风；所述反馈式控制器与所述舱内麦克风通信连接，所述存储器预存有一噪声模型；
S2：通过所述舱内麦克风实时采集所述机舱内噪声获得舱内噪声信号Vreceive(t)，通过耳机麦克风实时采集耳机噪声信号Vin(t)；
S3：所述反馈式控制器利用所述噪声模型并结合所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述耳机噪声信号Vin(t)确定一最终噪声；
S4：所述反馈式控制器根据所述最终噪声控制所述耳机扬声器输出所述最终噪声的反相声波。
优选地，所述S3步骤进一步包括步骤：
S31：所述反馈式控制器将所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述噪声模型的模型噪声Vmodel(t)进行分帧处理后再进行反相；
S32：所述反馈式控制器判断反相后的所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述噪声模型的模型噪声Vmodel(t)的差值的二范数||Vreceive(t)-Vmodel(t)||2是否小于预设的第一阈值k；如否，结束步骤；否则，继续步骤；
S33：将反相后的所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述噪声模型的模型噪声Vmodel(t)进行叠加融合生成叠加噪声信号Von(t)，对所述叠加噪声信号Von(t)进行傅里叶变换得到叠加傅里叶信号Von(s)；
S34：通过对所述耳机噪声信号Vin(t)进行分帧处理后再进行反相，再进行傅里叶变换获得耳机傅里叶信号Vin(s)；判断所述叠加傅里叶信号Von(s)与所述耳机傅里叶信号Vin(s)的协方差是否大于一第二阈值M；如否，将所述耳机噪声信号Vin(t)作为所述最终噪声；如是，将所述叠加噪声信号Von(t)与所述耳机噪声信号Vin(t)的频谱取公共部分作为所述最终噪声。
优选地，所述舱内麦克风采集的舱内噪声信号Vreceive(t)延迟一延迟时间差Δt后发送给所述耳机的反馈式控制器。
优选地，所述S3步骤前还包括步骤：
分别记录所述舱内麦克风采集到飞机运行过程中的产生的噪声的第一时间ton和所述耳机麦克风采集到飞机运行过程中的产生的噪声的第二时间tin；
计算第一时间ton和第二时间tin的时间差；将所述时间差作为所述延迟时间差Δt。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
1、预先采集噪声生成噪声模型，能在实时采集噪声时作为参考模型；
2、采集过程中不会采集到音乐，进而保证扬声器音乐的完整性；
3、在噪声传播到人耳的过程中进行采集，能有充分的时间进行处理和生成反相声波，保证了降噪的实时性。
附图说明
图1为本发明实施例的机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法的原理图；
图2为本发明实施例的机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法的流程图；
图3为本发明实施例的确定最终噪声的流程图。
具体实施方式
下面根据附图1～图3，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1～图3，本发明实施例的一种机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，包括步骤：
S1：在一机舱内设置一舱内麦克风1和多个耳机，每一耳机包括一反馈式控制器2以及与反馈式控制器2连接的一存储器、至少一耳机扬声器3和一耳机麦克风4；反馈式控制器2与舱内麦克风1通信连接，存储器预存有一噪声模型；
S2：通过舱内麦克风1实时采集机舱内噪声获得舱内噪声信号Vreceive(t)，通过耳机麦克风4实时采集耳机噪声信号Vin(t)；
S3：反馈式控制器2利用噪声模型并结合舱内噪声信号Vreceive(t)和耳机噪声信号Vin(t)确定一最终噪声；
S4：反馈式控制器2根据最终噪声控制耳机扬声器3输出最终噪声的反相声波。
优选地，S3步骤进一步包括步骤：
S31：反馈式控制器2将舱内噪声信号Vreceive(t)和噪声模型的模型噪声Vmodel(t)进行分帧处理后再进行反相；
S32：反馈式控制器2判断反相后的舱内噪声信号Vreceive(t)和噪声模型的模型噪声Vmodel(t)的差值的二范数||Vreceive(t)-Vmodel(t)||2是否小于预设的第一阈值k；如否，结束步骤；否则，继续步骤；
S33：将反相后的舱内噪声信号Vreceive(t)和噪声模型的模型噪声Vmodel(t)进行叠加融合生成叠加噪声信号Von(t)，对叠加噪声信号Von(t)进行傅里叶变换得到叠加傅里叶信号Von(s)；
S34：通过对耳机噪声信号Vin(t)进行分帧处理后再进行反相，再进行傅里叶变换获得耳机傅里叶信号Vin(s)；判断叠加傅里叶信号Von(s)与耳机傅里叶信号Vin(s)的协方差是否大于一第二阈值M；如否，将耳机噪声信号Vin(t)作为最终噪声；如是，将叠加噪声信号Von(t)与耳机噪声信号Vin(t)的频谱取公共部分作为最终噪声。
本实施例中，舱内麦克风1采集的舱内噪声信号Vreceive(t)延迟一延迟时间差Δt后发送给耳机的反馈式控制器2。
S3步骤前还包括步骤：
分别记录舱内麦克风1采集到飞机运行过程中的产生的噪声的第一时间ton和耳机麦克风4采集到飞机运行过程中的产生的噪声的第二时间tin；
计算第一时间ton和第二时间tin的时间差；将时间差作为延迟时间差Δt。
本发明实施例的一种机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，以传统反馈式主动降噪原理为基础，在此基础上将采集噪声的麦克风由耳机中转移到座舱内部，再加入预先生成的噪声模型，在实时降噪的过程中作为识别噪声频率、相位的参考。
原理说明：
(1)实时噪声信号主要来源为飞机在飞行过程中由于发动机产生的噪声，此类噪声频率较低，不易被耳机物理遮蔽屏蔽掉，所以采用适合低频降噪的主动降噪方法。(2)舱内麦克风1主要用于采集实时噪声信号，继而将含有噪声信号的电信号发送给反馈控制器。(3)耳机扬声器3在接收到反相声波信号后，根据此信号产生反向声波，对噪声声波进行抵消，从而达到降噪的效果。(4)现有噪声模型主要来源于以往飞机在运行过程当中保留下来的噪声信息，这些信息包括记录时飞机的运行状态，如功率和时速。
另外，由于采集噪声的舱内麦克风1与耳机相隔一定距离，如果在采集到噪声信号后直接进行由声音信号产生的电信号的传输，那么会在噪声到达耳机之前就进行了降噪，所以需要对采集到的噪声信号延迟Δt后再进行传输的操作。
由于每个耳机和噪声采集麦克风的相对位置不一样，所以对座舱中距离间隔比较大的耳机进行单独采集、标定。当飞机在飞行过程当中，分别记录舱内麦克风1和耳机麦克风4采集到飞机运行过程中的产生的噪声的第一时间ton和第二时间tin，计算两个时刻的到达时间差Δt，从而将Δt作为舱内麦克风1采集、处理噪声信号后的时延。
反馈式控制器2用于声源信息的比对和校正，当接收到的舱内噪声信号Vreceive(t)由于误差与模型噪声Vmodel(t)的区别较大，则由反馈控制器对噪声信号进行调整，同时，加入耳机麦克风4接收到的耳机噪声信号Vin(t)，此信号更接近耳机的扬声器，由于会受到扬声器播放的音乐的干扰，所以加入座舱内的舱内噪声信号Vreceive(t)和模型噪声Vmodel(t)会更准确的降噪而不影响原始音乐的播放。
在舱内麦克风1采集到噪声信号后，与现有噪声模型进行分帧处理，然后进行反相比较。当这两组声波信号差值的二范数||Vreceive(t)-Vmodel(t)||2未超过设定的阈值k，说明此时舱内麦克风1采集到的舱内噪声信号Vreceive(t)数据是可靠的。然后将两组信号进行叠加融合生成叠加噪声信号Von(t)，并进行傅里叶变化得到叠加傅里叶信号Von(s)，与耳机麦克风4进行频谱比较。最终噪声信号取决于叠加噪声信号Von(t)和耳机傅里叶信号Vin(s)的协方差：当两组频谱的协方差足够小，说明耳机麦克风4采集到内部扬声器音乐的成分较少，耳机麦克风4采集到的噪声可视为最终噪声；反之，取两部分噪声的频谱取公共部分，从而滤掉来自扬声器的声波。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，包括步骤：
S1：在一机舱内设置一舱内麦克风和多个耳机，每一所述耳机包括一反馈式控制器以及与所述反馈式控制器连接的一存储器、至少一耳机扬声器和一耳机麦克风；所述反馈式控制器与所述舱内麦克风通信连接，所述存储器预存有一噪声模型；
S2：通过所述舱内麦克风实时采集所述机舱内噪声获得舱内噪声信号Vreceive(t)，通过耳机麦克风实时采集耳机噪声信号Vin(t)；
S3：所述反馈式控制器利用所述噪声模型并结合所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述耳机噪声信号Vin(t)确定一最终噪声；
S4：所述反馈式控制器根据所述最终噪声控制所述耳机扬声器输出所述最终噪声的反相声波；
所述S3步骤进一步包括步骤：
S31：所述反馈式控制器将所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述噪声模型的模型噪声Vmodel(t)进行分帧处理后再进行反相；
S32：所述反馈式控制器判断反相后的所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述噪声模型的模型噪声Vmodel(t)的差值的二范数||Vreceive(t)-Vmodel(t)||2是否小于预设的第一阈值k；如否，结束步骤；否则，继续步骤；
S33：将反相后的所述舱内噪声信号Vreceive(t)和所述噪声模型的模型噪声Vmodel(t)进行叠加融合生成叠加噪声信号Von(t)，对所述叠加噪声信号Von(t)进行傅里叶变换得到叠加傅里叶信号Von(s)；
S34：通过对所述耳机噪声信号Vin(t)进行分帧处理后再进行反相，再进行傅里叶变换获得耳机傅里叶信号Vin(s)；判断所述叠加傅里叶信号Von(s)与所述耳机傅里叶信号Vin(s)的协方差是否大于一第二阈值M；如否，将所述耳机噪声信号Vin(t)作为所述最终噪声；如是，将所述叠加噪声信号Von(t)与所述耳机噪声信号Vin(t)的频谱取公共部分作为所述最终噪声。
2.根据权利要求1所述的机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，其特征在于，所述舱内麦克风采集的舱内噪声信号Vreceive(t)延迟一延迟时间差Δt后发送给所述耳机的反馈式控制器。
3.根据权利要求2所述的机舱内反馈式主动降噪耳机主动降噪方法，其特征在于，所述S3步骤前还包括步骤：
分别记录所述舱内麦克风采集到飞机运行过程中的产生的噪声的第一时间ton和所述耳机麦克风采集到飞机运行过程中的产生的噪声的第二时间tin；
计算第一时间ton和第二时间tin的时间差；将所述时间差作为所述延迟时间差Δt。
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