CN117174058A - 一种声学***的主动均衡控制***及增益修正方法 - Google Patents

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唐荣江
林波
张悦
关磊
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Nanning Guidian Electronic Technology Research Institute Co ltd
Guilin University of Electronic Technology
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Abstract

本发明涉及汽车噪声技术领域,具体涉及一种声学***的主动均衡控制***及增益修正方法,主动均衡控制***包括主动降噪模块、主动噪声弥补模块、自动增益调整模块、控制模块、噪声信号发生模块、声音拾取模块和音频输出模块,首先通过声音检测模块检测车内的实时噪声信号,并传输给控制模块;然后控制模块根据实时噪声信号的特征,分别调用对应模块,主动降噪模块产生抵消车内突出阶次的噪声,并通过音频输出模块输出,同时主动噪声弥补模块利用AGC算法,根据车内环境的残余噪声重组得到期望的噪声信号,通过音频输出模块输出到车内。从而对不需要的噪声信号进行消除,将缺失的噪声进行弥补,解决现有的主动均衡控制技术的不足。

Description

一种声学***的主动均衡控制***及增益修正方法
技术领域
本发明涉及汽车噪声技术领域,具体涉及一种声学***的主动均衡控制***及增益修正方法。
背景技术
有源噪声控制(Active Noise Control,ANC)***的设计通常追求对输入噪声的最大衰减,但在某些应用中,希望保留具有指定频谱形状的小残留误差。例如,在汽车、卡车或推土机中,驾驶员需要一些关于发动机速度的声音信息才能安全地控制车辆。还有一些场合,人们不仅想减小噪音强度,还想调节噪音频率或幅度平衡,以达到理想的声音效果。这就需要用到主动噪声质量控制(Active Sound Quality Control,ASQC)这种技术,它是主动噪声控制的一种改进,能够针对性地处理不需要的信号并补偿缺少的噪声信号,以实现整体噪声水平的期望。
发明内容
本发明的目的在于提供一种声学***的主动均衡控制***及增益修正方法,旨在解决现有的主动均衡控制技术在噪声弥补不足或弥补过量的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种声学***的主动均衡控制***,包括主动降噪模块、主动噪声弥补模块、自动增益调整模块、控制模块、噪声信号发生模块、声音拾取模块和音频输出模块,所述主动降噪模块、所述主动噪声弥补模块和所述噪声信号发生模块分别与所述控制模块相连;所述控制模块和所述音频输出模块相连;所述声音拾取模块的一端与所述主动降噪模块相连,所述声音拾取模块的另一端与所述自动增益调整模块和所述主动噪声弥补模块依次相连。
其中,所述主动降噪模块负责产生车内突出阶次相反相位的抵消噪声,通过音频输出模块输出到车内,从而降低车内突出阶次的噪声水平,具体采用窄带伴随最小均方(Narrow BandAdjoint Least Mean Square,NALMS)算法对噪声信号进行分析和处理,以实现对发动机阶次噪声的有效抑制。
其中,所述主动噪声弥补模块采用自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)算法,根据车内环境的残余噪声重组期望噪声信号,再通过音频输出模块输出到车内,从而补偿车内频率成分较弱的噪声部分。
其中,所述控制模块用于根据NALMS算法对声音拾取模块采集的残余噪声信号进行评估,判断降噪效果是否达到预期目标;
如果未达预期目标,则更新滤波器系数,并根据滤波器系数调整噪声信号发生模块生成的阶次噪声信号,使之与环境噪声信号同频反相,从而形成抵消噪声信号,并将抵消噪声信号输出给音频输出模块,所述音频输出模块用于将抵消噪声信号转换为声波并向环境中辐射,以达到降低环境噪声的目的。
其中,所述噪声信号发生模块根据控制器局域网(ControllerAreaNetwork,CAN)接收发动机报文并生成相应的阶次噪声信号;
所述声音拾取模块用于采集环境中的噪声信号并转换为电信号。
本发明还提出了一种声学***的增益修正方法,采用所述的声学***的主动均衡控制***,包括下列步骤:
声音检测模块检测车内的实时噪声信号,并传输给控制模块;
控制模块根据实时噪声信号的特征,分别调用主动降噪模块和主动噪声弥补模块;
主动降噪模块产生抵消车内突出阶次的噪声,并通过音频输出模块输出到车内;
主动噪声弥补模块利用AGC算法,根据车内环境的残余噪声重组得到期望的噪声信号,并通过音频输出模块输出到车内。
本发明提供了一种声学***的主动均衡控制***及增益修正方法,其中声学***的主动均衡控制***包括主动降噪模块、主动噪声弥补模块、自动增益调整模块、控制模块、噪声信号发生模块、声音拾取模块和音频输出模块,首先通过声音检测模块检测车内的实时噪声信号,并传输给控制模块;然后控制模块根据实时噪声信号的特征,分别调用主动降噪模块和主动噪声弥补模块;主动降噪模块产生抵消车内突出阶次的噪声,并通过音频输出模块输出到车内,同时主动噪声弥补模块利用AGC算法,根据车内环境的残余噪声重组得到期望的噪声信号,并通过音频输出模块输出到车内。通过上述的增益修正方法,本发明能够对不需要的噪声信号进行消除,将缺失的噪声进行弥补,有效解决现有的主动均衡控制技术在噪声弥补不足或弥补过量的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种声学***的主动均衡控制***的模块结构示意图。
图2是本发明的主动噪声弥补原理示意框图。
图3是本发明的主动噪声均衡控制***原理示意图。
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,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1,本发明提供了一种声学***的主动均衡控制***,包括主动降噪模块、主动噪声弥补模块、自动增益调整模块、控制模块、噪声信号发生模块、声音拾取模块和音频输出模块,所述主动降噪模块、所述主动噪声弥补模块和所述噪声信号发生模块分别与所述控制模块相连;所述控制模块和所述音频输出模块相连;所述声音拾取模块的一端与所述主动降噪模块相连,所述声音拾取模块的另一端与所述自动增益调整模块和所述主动噪声弥补模块依次相连。
所述控制模块接收来自噪声信号发生模块产生的噪声信号和来自所述声音拾取模块的噪声信号;所述音频输出模块接收所述控制模块产生的抵消噪声信号。
所述主动噪声弥补模块引入AGC算法,该算法能够根据目标输出水平、最大增益能力以及压限器等参数自适应调节输入的噪声信号从而获得期望噪声信号。NALMS主动降噪算法根据该期望噪声信号生成相应阶次的噪声信号实现噪声修饰。
所述主动降噪模块采用NALMS算法对噪声信号进行分析和处理,以实现对发动机阶次噪声的有效抑制。
具体的声音拾取模块表现为麦克风,音频输出模块为扬声器。
主动降噪原理为:声音拾取模块用于采集环境中的噪声信号并转换为电信号;噪声信号发生模块用于根据CAN通信接收的发动机报文信号生成相应的阶次噪声信号;控制模块用于根据NALMS算法对声音拾取模块采集的残余噪声信号进行评估,判断降噪效果是否达到预期目标,如果未达预期目标,则更新滤波器系数,并根据滤波器系数调整噪声信号发生模块生成的阶次噪声信号,使之与环境噪声信号同频反相,从而形成抵消噪声信号,并将抵消噪声信号输出给扬声器,扬声器用于将抵消噪声信号转换为声波并向环境中辐射,以达到降低环境噪声的目的。
主动噪声弥补原理为:在基于所述主动降噪模块的基础上对声音拾取模块采集的信号进行分析和处理,以实现对发动机阶次噪声的有效弥补。声音拾取模块用于采集环境中的噪声信号并转换为电信号;自动增益调整模块对声音拾取模块所采集的噪声信号进行分析和处理,通过AGC算法对噪声信号消高补低以获得期望噪声信号;噪声信号发生模块用于根据CAN通信接收的发动机报文信号生成相应的阶次噪声信号;控制模块用于根据NALMS算法对自动增益调整模块所产生的期望噪声信号进行评估,判断增益效果是否达到预期目标,如果未达预期目标,则更新滤波器系数,并根据滤波器系数调整噪声信号发生模块生成的阶次噪声信号,使之与环境噪声信号同频同相,从而形成弥补噪声信号,并将弥补噪声信号输出给扬声器,扬声器用于将弥补噪声信号转换为声波并向环境中辐射,以达到噪声均衡的目的。进一步的,主动噪声弥补原理示意框图如图2所示。
主动均衡控制***是一种基于主动降噪和主动噪声弥补的声音处理技术,能够根据音频拾取模块的输入信号,实时地分析声音的特征和噪声的水平,然后通过调节滤波器的参数,生成与噪声相反的信号来抵消噪声的影响,从而达到降低噪声和提高声音质量的目的。***具有自适应性和灵活性,能够根据不同的场景和需求,生成一条符合心理声学的降噪曲线,使得声音更加清晰和舒适,具体的实现原理如图3所示。
在本发明中,首先,***通过连接汽车CAN通信接口,获取当前发动机转速的信息。这个信息对于噪声控制至关重要,因为发动机转速的变化通常与引擎噪声的频率特性相关。***利用这一信息构造相应阶次的噪声信号,并将其加入控制模块,以针对性地抑制引擎噪声。
麦克风用于采集当前环境中的噪声,目的是评估当前的残余噪声水平,即没有被引擎噪声抑制掉的噪声成分。控制模块通过分析麦克风采集到的噪声信号,对残余噪声进行评估和分析。根据评估结果,在主动降噪模块和主动噪声补偿模块中,***可以相应地调整滤波器的系数。
在主动降噪模块中,***根据麦克风采集到的噪声信号,使用适当的滤波算法对其进行处理,以减弱或消除噪声成分。这有助于提高车内的声音质量和乘坐舒适度。
此外,***在主动噪声补偿模块中使用自动增益控制(AGC)算法,对残余噪声进行修饰。AGC算法可以根据麦克风采集到的噪声信号的强度,自动调整放大倍数,以获得期望的噪声信号。这样可以进一步优化控制模块中的噪声补偿效果,并参与滤波器系数的调整。
本发明还提出了一种声学***的增益修正方法,采用所述的声学***的主动均衡控制***,包括下列步骤:
声音检测模块检测车内的实时噪声信号,将车内的噪声转成数字信号传输给控制模块;
控制模块接收噪声信号,将噪声信号分别加入主动降噪模块和主动噪声弥补模块中,通过主动降噪算法和主动噪声弥补算法对噪声信号实时分析,确定当前残余噪声;
同时,所述噪声信号发生模块通过汽车OBD接口接收CAN报文,将报文进行解析获得当前发动机转速,并将当前转速发送给所述控制模块;所述控制模块获得转速后将其加入算法中进行计算;
所述主动降噪模块会根据所述控制模块输入的残余噪声和发动机转速进行分析,计算出车内突出阶次的抵消噪声,并通过音频输出模块输出到车内,与此同时所述主动降噪模块更新降噪算法的滤波器系数;
所述主动噪声弥补模块根据所述控制模块输入的残余噪声和发动机转速进行分析,输入的残余噪声会被AGC算法计算重组得到期望噪声信号,得到的期望噪声信号与发动机转速信号一同加入主动弥补算法中计算得到弥补噪声,并通过音频输出模块输出到车内,与此同时所述主动噪声弥补模块更新弥补算法的滤波器系数。
通过对突出阶次的噪声进行降噪和对缺失的频率噪声进行弥补,从而达到对车内噪声增益修正的目的。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程,并依本发明权利要求所作的等同变化,仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种声学***的主动均衡控制***,其特征在于,
包括主动降噪模块、主动噪声弥补模块、自动增益调整模块、控制模块、噪声信号发生模块、声音拾取模块和音频输出模块,所述主动降噪模块、所述主动噪声弥补模块和所述噪声信号发生模块分别与所述控制模块相连;所述控制模块和所述音频输出模块相连;所述声音拾取模块的一端与所述主动降噪模块相连,所述声音拾取模块的另一端与所述自动增益调整模块和所述主动噪声弥补模块依次相连。
2.如权利要求1所述的声学***的主动均衡控制***,其特征在于,
所述主动降噪模块负责产生车内突出阶次相反相位的抵消噪声,通过音频输出模块输出到车内,从而降低车内突出阶次的噪声水平,具体采用NALMS算法对噪声信号进行分析和处理,以实现对发动机阶次噪声的有效抑制。
3.如权利要求2所述的声学***的主动均衡控制***,其特征在于,
所述主动噪声弥补模块采用AGC算法,根据车内环境的残余噪声重组期望噪声信号,再通过音频输出模块输出到车内,从而补偿车内频率成分较弱的噪声部分。
4.如权利要求3所述的声学***的主动均衡控制***,其特征在于,
所述控制模块用于根据NALMS算法对声音拾取模块采集的残余噪声信号进行评估,判断降噪效果是否达到预期目标;
如果未达预期目标,则更新滤波器系数,并根据滤波器系数调整噪声信号发生模块生成的阶次噪声信号,使之与环境噪声信号同频反相,从而形成抵消噪声信号,并将抵消噪声信号输出给音频输出模块,所述音频输出模块用于将抵消噪声信号转换为声波并向环境中辐射,以达到降低环境噪声的目的。
5.如权利要求4所述的声学***的主动均衡控制***,其特征在于,
所述噪声信号发生模块用于根据CAN通信接收的发动机报文信号生成相应的阶次噪声信号;
所述声音拾取模块用于采集环境中的噪声信号并转换为电信号。
6.一种声学***的增益修正方法,采用如权利要求1-5任一项所述的声学***的主动均衡控制***,其特征在于,包括下列步骤:
声音检测模块检测车内的实时噪声信号,并传输给控制模块;
控制模块根据实时噪声信号的特征,分别调用主动降噪模块和主动噪声弥补模块;
主动降噪模块产生抵消车内突出阶次的噪声,并通过音频输出模块输出到车内;
主动噪声弥补模块利用AGC算法,根据车内环境的残余噪声重组得到期望的噪声信号,并通过音频输出模块输出到车内。
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