TWI695630B - 主動式管路噪音控制系統及其方法 - Google Patents

主動式管路噪音控制系統及其方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI695630B
TWI695630B TW107132975A TW107132975A TWI695630B TW I695630 B TWI695630 B TW I695630B TW 107132975 A TW107132975 A TW 107132975A TW 107132975 A TW107132975 A TW 107132975A TW I695630 B TWI695630 B TW I695630B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
noise
matrix
pipeline
cancelling
control
Prior art date
Application number
TW107132975A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202013988A (zh
Inventor
白明憲
陳泓宇
Original Assignee
國立清華大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立清華大學 filed Critical 國立清華大學
Priority to TW107132975A priority Critical patent/TWI695630B/zh
Priority to US16/238,060 priority patent/US10720142B2/en
Publication of TW202013988A publication Critical patent/TW202013988A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI695630B publication Critical patent/TWI695630B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787—General system configurations
    • G10K11/17879—General system configurations using both a reference signal and an error signal
    • G10K11/17881—General system configurations using both a reference signal and an error signal the reference signal being an acoustic signal, e.g. recorded with a microphone
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17853—Methods, e.g. algorithms; Devices of the filter
    • G10K11/17854—Methods, e.g. algorithms; Devices of the filter the filter being an adaptive filter
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17857—Geometric disposition, e.g. placement of microphones
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/112—Ducts
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/301—Computational
    • G10K2210/3026—Feedback
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/301—Computational
    • G10K2210/3027—Feedforward
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/301—Computational
    • G10K2210/3045—Multiple acoustic inputs, single acoustic output
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3215—Arrays, e.g. for beamforming

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Duct Arrangements (AREA)

Abstract

一種主動式管路噪音控制系統及其方法，其包含管路、噪音源喇叭、麥克風、複數個消噪喇叭以及複數個控制器。其中，噪音源喇叭產生主要噪音，麥克風是設置以接收殘餘噪音。複數個消噪喇叭是設置在噪音源喇叭與麥克風之間，且分別產生各自之消噪音頻以抵銷主要噪音。複數個控制器分別連接至複數個消噪喇叭及噪音源喇叭，藉由多通道反濾波器原理計算各個消噪喇叭所需產生之消噪音頻。

Description

主動式管路噪音控制系統及其方法
本發明是關於一種主動式管路噪音控制系統及其方法，特別是關於一種利用多通道反濾波器原理，設置多通道之消噪喇叭以提供更佳的主動式降噪效果之控制系統及方法。
噪音是一直是受到重視的環境問題，目前針對噪音之控制方法大致可分為兩大類：被動式噪音控制以及主動式噪音控制(Active noise control,ANC)。被動式噪音控制指的是利用屏障或吸音材料如吸音棉來阻隔聲源，達到減噪效果，此方法主要是消除高頻噪音，不適合抑制低頻噪音。而主動式噪音控制則補足這部分缺點，利用第二聲源播放反噪音之聲源來消除低頻的噪音。
主動式消噪控制的架構可分為前饋控制(feedforward)、反饋控制(feedback)及複合式(hybrid)，針對主動式消噪控制的前饋控制架構而言，前一般常以自適應性演算法來設計控制器，例如以最小均方(Least-mean-square,LMS)演算法來實踐。隨著技術發展，為了確保收斂性，輸入訊號即參考訊號必須經過次要路徑的濾波，FXLMS(Filtered-x least-mean-square)演算法則廣為應用於處理主動式消噪的問題。然而，以上述方式來設計之控制器，是找出最佳化的解 並使其收斂到一定範圍內，但通常仍會有誤差產生，降噪的精準度及效果仍有所缺陷。
綜觀前所述，習知的主動式消噪控制仍然具有相當之改進空間，因此，本發明藉由設計一種主動式管路噪音控制系統及其方法，針對現有技術之缺失加以改善，使主動式消噪控制更為精準及有效，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種主動式管路噪音控制系統及其方法，藉由多通道反濾波原理，設計包含複數個消噪喇叭之主動式管路噪音控制系統，並藉此主動式管路噪音控制方法減少降噪誤差及提升降噪效果。
根據本發明之一目的，提出一種主動式管路噪音控制系統，其包含管路、噪音源喇叭、麥克風、複數個消噪喇叭以及複數個控制器。其中，噪音源喇叭是設置於管路之一端，由噪音源喇叭產生主要噪音。麥克風是設置於管路之另一端，接收殘餘噪音。複數個消噪喇叭是設置在噪音源喇叭與麥克風之間，且分別產生各自之消噪音頻以抵銷主要噪音，降低殘餘噪音。複數個控制器是分別連接至複數個消噪喇叭及噪音源喇叭，藉由多通道反濾波器原理計算各個消噪喇叭所需產生之消噪音頻。
較佳地，多通道反濾波器原理可滿足方程式g 1[k]* c 1[k]+g 2[k]* c 2[k]+…+g N [k]* c N [k]+m[k]=0。其中m[k]為主要噪音之脈衝響 應，g i [k]為各消噪音頻之脈衝響應，c i [k]為各個控制器之控制係數，i=1,2,...,N，N為複數個消噪喇叭之數量，*為線性卷積運算。
較佳地，方程式可以矩陣形式轉換成關係式：
Figure 107132975-A0305-02-0005-1
 其中
Figure 107132975-A0305-02-0005-2
為各消噪音頻之脈衝響應矩陣，
Figure 107132975-A0305-02-0005-3
為各個控制器之控制係數矩陣，m為主要噪音之脈 衝響應矩陣，L m 為m之矩陣長度，L c 為c之矩陣長度，N為複數個消噪喇叭之數量。
較佳地，L g 可為G之矩陣長度，且當滿足(N-1)L c
Figure 107132975-A0305-02-0005-21
L g -1的情況下，各個控制器之控制係數具有對應解以控制複數個消噪喇叭分別產生各自之消噪音頻。
較佳地，主動式管路噪音控制系統可進一步包含頻譜分析儀，連接於噪音源喇叭與複數個消噪喇叭，取樣管路當中之脈衝響應。
根據本發明之另一目的，提出一種主動式管路噪音控制方法，適用於控制管路中噪音源喇叭所產生之主要噪音，管路包含複數個消噪喇叭、控制複數個消噪喇叭之複數個控制器及麥克風。主動式管路噪音控制方法包含以下步驟：將噪音源喇叭設置於管路之一端，並將麥克風設置於管路之另一端以接收殘餘噪音；將複數個消噪喇叭設置在噪音源喇叭與麥克風之間；將複數個控制器連接於噪音源喇叭以接收主要噪音，並藉由多通道反濾波器原理計算各 個消噪喇叭所需產生之消噪音頻；以及藉由複數個消噪喇叭分別產生之消噪音頻來抵銷主要噪音，降低殘餘噪音。
較佳地，多通道反濾波器原理可滿足方程式g 1[k]* c 1[k]+g 2[k]* c 2[k]+…+g N [k]* c N [k]+m[k]=0。其中m[k]為主要噪音之脈衝響應，g i [k]為各消噪音頻之脈衝響應，c i [k]為各個控制器之控制係數，i=1,2,...,N，N為複數個消噪喇叭之數量，*為線性卷積運算。
較佳地，方程式可以矩陣形式轉換成關係式：
Figure 107132975-A0305-02-0006-4
 其中
Figure 107132975-A0305-02-0006-5
為各消噪音頻之脈衝響應矩陣，
Figure 107132975-A0305-02-0006-6
為各個控制器之控制係數矩陣，m為主要噪音之脈衝響應矩陣，L m 為m之矩陣長度，L c 為c之矩陣長度，N為複數個消噪喇叭之數量。
較佳地，L g 可為G之矩陣長度，且當滿足(N-1)L c
Figure 107132975-A0305-02-0006-22
L g -1的情況下，各個控制器之控制係數具有對應解以控制複數個消噪喇叭分別產生各自之消噪音頻。
較佳地，主動式管路噪音控制方法可進一步藉由連接於噪音源喇叭與複數個消噪喇叭之頻譜分析儀取樣管路當中之脈衝響應。
承上所述，依本發明之主動式管路噪音控制系統及其方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)此主動式管路噪音控制系統及其方法可利用多通道反濾波器原理計算各個控制器之控制係數，使得多通道的消噪喇叭能產生抵銷主要噪音的消噪音頻，讓殘餘噪音趨近於零，取得最佳的減噪效果。
(2)此主動式管路噪音控制系統及其方法可藉由增加多通道的消噪喇叭設置，相較於習知技術僅能利用演算法來找尋收斂的可行解，本揭露更能準確的消除主要噪音，減少消噪的誤差。
(3)此主動式管路噪音控制系統及其方法可在全頻寬都能有效降低噪音，增加了將其運用在其他管路、風扇，甚至用於各種耳機等主動式消噪的解決方案，進而提升應用的多樣性。
10:主動式管路噪音控制系統
11:管路
12:噪音源喇叭
13:麥克風
14a:第一消噪喇叭
14b:第二消噪喇叭
15a:第一控制器
15b:第二控制器
16:主要噪音
c 1[k]-c N [k]:控制係數
d[k]:期望訊號
e[k]:誤差訊號
g 1[k]-g N [k]、m[k]:脈衝響應
x[k]:參考訊號
y 1[k]-y N [k]:消噪音頻
S1-S4:步驟
第1圖係為本發明實施例之主動式管路噪音控制系統之多通道架構圖。
第2圖係為本發明另一實施例之主動式管路噪音控制系統之示意圖。
第3A圖係為本發明實施例之主要路徑之脈衝響應示意圖。
第3B圖係為本發明實施例之次要路徑之脈衝響應示意圖。
第4圖係為本發明實施例之主動式管路噪音控制方法之流程圖。
第5A圖及第5B圖係為本發明實施例之主動式管路噪音控制方法與習知技術之比較圖。
為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖，第1圖係為本發明實施例之主動式管路噪音控制系統之多通道架構圖。如圖所示，主動式管路噪音控制系統包含主要路徑的脈衝響應m[k]，其係由參考訊號x[k]控制，由噪音源喇叭產生主要噪音的期望訊號d[k]，亦即是主要路徑之噪音來源。在主動式降噪的原理下，設置了N個通道的消噪喇叭，在同樣接收到參考訊號x[k]後，可以由第一控制器傳送第一控制訊號c 1[k]來驅動第一消噪喇叭，使其產生次要路徑之脈衝響應g 1[k]，成為抑制主要噪音的消噪音頻y 1[k]。依此類推，第二控制器傳送第二控制訊號c 2[k]來驅動第二消噪喇叭，使其產生次要路徑之脈衝響應g 2[k]，成為抑制主要噪音的消噪音頻y 2[k]。直到第N個控制器傳送第N個控制訊號c N [k]來驅動第N個消噪喇叭，使其產生次要路徑之脈衝響應g N [k]，成為抑制主要噪音的消噪音頻y N [k]。
為了判斷主要噪音的消噪效果，在末端設置麥克風來接收殘餘噪音音頻，也就是多個通道音頻總和(d[k]+y 1[k]+y 2[k]+...+y N [k])之誤差訊號e[k]。為了使得消噪效果提升，亦即使誤差訊號e[k]之音訊趨近於零，上述架構可以方程式(1)來表示：m[k]+g 1[k]* c 1[k]+g 2[k]* c 2[k]+…+g N [k]* c N [k]=0 (1)
其中，*是指藉由線性卷積(linear convolution)以計算各通道之消噪喇叭所產生之消噪音頻。在傳統方法單通道的前饋式控制架構下主動式消噪可以方程式(2)表示。
g[k]* c[k]+m[k]=0 (2)
其中m[k]為主要噪音之脈衝響應，g[k]為各消噪音頻之脈衝響應，c[k]為各個控制器之控制係數，*為線性卷積運算。
在以往單通道的計算上，上述的線性卷積運算可以轉換為矩陣方式來求解，例如將其轉為如下之通式：
Figure 107132975-A0305-02-0009-7
L g 為g[k]之矩陣長度，L c 為c[k]之矩陣長度，L m 為m[k]之矩陣長度，其中L m =L g +L c -1，由於矩陣g[k]為滿行秩(Full column rank)，使得上述問題變成超定問題(Overdetermined problem)。這類問題通常無法求得精確解(exact solution)，以數學觀點解釋：超定問題通常是無解的，所以只能找近似解，因此傳統方法相當於是找最佳近似解，使得誤差最小。然而，不管如何找都會有非零的殘餘誤差(residual error)產生，也就是產生非零的殘餘噪音(non-zero residual noise)，使得消噪的效果會受到限制。
為了解決上述問題，本實施例提供了多通道的消噪喇叭，其中方程式(1)可以轉換成如方程式(3)之關係式：
Figure 107132975-A0305-02-0010-8
其中
Figure 107132975-A0305-02-0010-9
為各消噪音頻之脈衝響應矩 陣，
Figure 107132975-A0305-02-0010-10
為各個控制器之控制係數矩陣，m為主要噪音之脈衝響應矩 陣，L m 為m之矩陣長度，L c 為c之矩陣長度，N為複數個消噪喇叭之數量。透過增加消噪喇叭的數量，矩陣G的維度提高，當選擇適當的控制器長度L c 滿足(N-1)L c
Figure 107132975-A0305-02-0010-23
L g -1的情況下，上述問題成為了欠定問題(Underdetermined problem)，欠定問題在數學觀點上是一定有解，而且是無限多組解，更精準地說，是有無限多組精確解(infinite exact solutions)，因此在此問題必能求得無限多組精確解。精確是為表達求得的並非近似解，不會有殘餘誤差產生，因而能消除殘餘噪音(zero residual noise)，提升降噪效果。除此之外，若等號成立時，即(N-1)L c =L g -1的情況下，矩陣G為方陣，矩陣c可進一步簡化成c=-G -1 m，由此來求得各個控制器之控制係數矩陣。
請參閱第2圖，第2圖係為本發明另一實施例之主動式管路噪音控制系統之示意圖。如圖所示，主動式管路噪音控制系統10包含管路11、噪音源喇叭12、麥克風13、第一消噪喇叭14a、第二消噪喇叭14b、第一控制器15a以及第二控制器15b。首先，管路11是指音訊傳播的路徑，在本實施例中，選用截面積為16公分乘以16公分之方形之木製管路，但本揭露不侷限於此，也可選用圓形或其他材質之管道來做為音訊傳播之路徑。管路11的一端設置噪音源喇叭12，噪音源喇叭12接收參考訊號x[k]而發出主要噪音16，管路11之另一端則設置麥克風13以接收主要噪音16通過管道後之殘餘噪音。如前一實施例所示，為使 殘餘噪音降至最低，即使誤差訊號e[k]趨近於零，則需藉由管道11當中多個消噪喇叭所產生之音頻來抵銷主要噪音。
在本實施例當中，主動式管路噪音控制系統10設置兩個通道之消噪喇叭，分別是第一消噪喇叭14a及第二消噪喇叭14b，如圖所示，第一消噪喇叭14a設置較第二消噪喇叭14b靠近噪音源喇叭12，但本揭露不侷限於此，消噪喇叭距離噪音源喇叭12或距離麥克風13之距離可依據設置數量等情況而有所改變。第一控制器15a連接第一消噪喇叭14a以控制其產生之消噪音源，而第二控制器15b連接第二消噪喇叭14b以控制其產生之消噪音源。第一控制器15a以及第二控制器15b均連接於噪音源喇叭12，及接收同樣的參考訊號x[k]，經由控制器根據噪音源喇叭12之脈衝響應m[k]及第一消噪喇叭14a與第二消噪喇叭14b所能產生之脈衝響應g 1[k]、g 2[k]，計算第一控制器15a以及第二控制器15b之控制係數c 1[k]、c 2[k]。
此外，本實施例之主動式管路噪音控制系統10可進一步設置頻譜分析儀，例如以16kHz的取樣頻率，偵測主要路徑之脈衝響應m[k]，以及次要路徑之脈衝響應g 1[k]、g 2[k]。其中，依據本實施例之雙通道測試的結果，可以如以下之圖式來說明。
請參閱第3A圖及第3B圖，第3A圖係為本發明實施例之主要路徑之脈衝響應示意圖、第3B圖係為本發明實施例之次要路徑之脈衝響應示意圖。如圖所示，主要路徑之噪音源喇叭，經過取樣後具有如圖所示之脈衝大小，其中L m 之矩陣長度為2000。對於消噪喇叭而言，其第一消噪喇叭14a所測得的脈衝響應則如第3B圖左側之次要路徑g 1所示，同樣地，第二消噪喇叭14b所測得的脈 衝響應則如第3B圖右側之次要路徑g 2所示。在本實施例當中，L g1 與L g2 之矩陣長度均為1000。
經由上述模擬後，可進一步找到第一控制器15a與第二控制器15b之控制係數，利用這種反算的結果，使得主動式管路噪音控制系統10之消噪效果能有效提升。其中主動式管路噪音控制方法於以下實施例中說明。
請參閱第4圖，第4圖係為本發明實施例之主動式管路噪音控制方法之流程圖。本實施例之主動式管路噪音控制方法適用於前述實施例之主動式管路噪音控制系統，系統中相同元件以相同符號指代，相同內容不再重複描述。如圖所示，主動式管路噪音控制方法包含以下步驟(S1-S4)：
步驟S1：將噪音源喇叭設置於管路之一端，並將麥克風設置於管路之另一端以接收殘餘噪音。參考第2圖，首先設置主動式管路噪音控制系統10，其中管路11的一端設置噪音源喇叭12，噪音源喇叭12接收參考訊號x[k]而發出主要噪音16，管路11之另一端則設置麥克風13以接收主要噪音16通過管道後之殘餘噪音。
步驟S2：將複數個消噪喇叭設置在噪音源喇叭與麥克風之間。將第一消噪喇叭14a及第二消噪喇叭14b設置於管路11當中，位於噪音源喇叭12語麥克風13之間，本實施例以兩個消噪喇叭之雙通道設置進行說明，但本揭露不侷限於此，設置兩個以上消噪喇叭之多通道設置也包含於本揭露之內容當中。
步驟S3：將複數個控制器連接於噪音源喇叭以接收主要噪音，並藉由多通道反濾波器原理計算各個消噪喇叭所需產生之消噪音頻。設置第一控制器15a連接第一消噪喇叭14a，而第二控制器15b連接第二消噪喇叭14b，同時第一控制器15a以及第二控制器15b均連接於噪音源喇叭12，接收同樣的參考訊號 x[k]。經由多通道反濾波器原理計算第一控制器15a以及第二控制器15b之控制係數c 1[k]、c 2[k]。
步驟S4：藉由複數個消噪喇叭分別產生之消噪音頻來抵銷主要噪音，降低殘餘噪音。由第一控制器15a控制第一消噪喇叭14a產生之消噪音源，而第二控制器15b控制第二消噪喇叭14b產生之消噪音源。使得主要噪音在通過管路11時能被消噪音源所抵銷，進而使殘餘噪音降到最低，達到主動式減噪之效果。
本實施例依據上述建置之主動式管路噪音控制系統與方法，與現有的主動式減噪方法進行比較，其結果參閱以下圖式進行說明。請參閱第5A圖及第5B圖，第5A圖及第5B圖係為本發明實施例之主動式管路噪音控制方法與習知技術之比較圖。在本實施例中，習知技術選擇FXLMS演算法來進行測試，並採用如第2圖所示之第二消噪喇叭，分別依據時間與頻率為橫軸來測試主動式管路噪音控制與習知技術之差異，如第5A圖的時域圖所示，本揭露之ERLE(Echo Return Loss Enhancement)值在所有時段均明顯優於FXLMS演算法。ERLE值之定義為沒有進行控制之前的噪音能量與控制後殘餘噪音能量之比值，其值越大代表消噪效果越佳。可見本揭露之方法相對於習知的主動式消噪方法更能有效提升消噪效果。
再參閱第5B圖之頻域圖，最上是原始噪音，而習知的FXLMS演算法在有些頻段能降低原始噪音，最大約為15dB，然而在有些頻段的降幅則並不明顯。相較之下，本揭露之系統與方法所達到之消噪效果，降幅地頻帶在100Hz至2kHz之間，最大可降至60dB，且為全頻寬的降幅，可見本揭露相對於習知的主動式消噪方法具有更廣的消噪範圍及更加的消噪效果。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
d[k]:期望訊號
e[k]:誤差訊號
g 1[k]-g N [k]、m[k]:脈衝響應
x[k]:參考訊號
y 1[k]-y N [k]:消噪音頻

Claims (3)

  1. 一種主動式管路噪音控制系統，其包含：一管路；一噪音源喇叭，係設置於該管路之一端，由該噪音源喇叭產生一主要噪音；一麥克風，係設置於該管路之另一端，接收一殘餘噪音；複數個消噪喇叭，係設置在該噪音源喇叭與該麥克風之間，且分別產生各自之消噪音頻以抵銷該主要噪音，降低該殘餘噪音；以及複數個控制器，係分別連接至該複數個消噪喇叭及該噪音源喇叭，藉由多通道反濾波器原理計算各該複數個消噪喇叭所需產生之各該消噪音頻，其中，該多通道反濾波器原理滿足方程式g 1[k]* c 1[k]+g 2[k]* c 2[k]+…+g N [k]* c N [k]+m[k]=0，其中m[k]為該主要噪音之脈衝響應，g i [k]為各該消噪音頻之脈衝響應，c i [k]為各該複數個控制器之控制係數，i=1,2,...,N,N為該複數個消噪喇叭之數量，*為線性卷積運算，其中，該方程式以矩陣形式轉換成關係式：G 1 c 1+G 2 c 2+…+G N c N =[G 1 G 2…G N ][c 1 c 2⋮c N ]=Gc=-m； 其中
    Figure 107132975-A0305-02-0015-30
    為各該消噪音頻之脈衝響應矩 陣，
    Figure 107132975-A0305-02-0015-31
    為各該複數個控制器之控制係數矩陣， m為該主要噪音之脈衝響應矩陣，L m 為m之矩陣長度，L c 為c之矩陣長度，N為該複數個消噪喇叭之數量，其中，L g 為G之矩陣長度，且當滿足(N-1)L c
    Figure 107132975-A0305-02-0015-24
    L g -1的情況下，各該複數個控制 器之控制係數具有對應解以控制該複數個消噪喇叭分別產生各自之消噪音頻。
  2. 一種主動式管路噪音控制方法，適用於控制一管路中一噪音源喇叭所產生之一主要噪音，該管路包含複數個消噪喇叭、控制該複數個消噪喇叭之複數個控制器及一麥克風，該主動式管路噪音控制方法包含以下步驟：將該噪音源喇叭設置於該管路之一端，並將該麥克風設置於該管路之另一端以接收一殘餘噪音；將該複數個消噪喇叭設置在該噪音源喇叭與該麥克風之間；將該複數個控制器連接於該噪音源喇叭以接收該主要噪音，並藉由多通道反濾波器原理計算各該複數個消噪喇叭所需產生之消噪音頻，其中，該多通道反濾波器原理滿足方程式g 1[k]* c 1[k]+g 2[k]* c 2[k]+…+g N [k]* c N [k]+m[k]=0，其中m[k]為該主要噪音之脈衝響應，g i [k]為各該消噪音頻之脈衝響應，c i [k]為各該複數個控制器之控制係數，i=1,2,...,N，N為該複數個消噪喇叭之數量，*為線性卷積運算，其中，該方程式以矩陣形式轉換成關係式：G 1 c 1+G 2 c 2+…+G N c N =[G 1 G 2…G N][c 1 c 2⋮c N ]=Gc=-m；其中
    Figure 107132975-A0305-02-0016-25
    為各該消噪音頻之脈衝響應矩陣，
    Figure 107132975-A0305-02-0016-27
    為各該複數個控制器之控制係數矩陣，m為該主要噪音之脈衝響應矩陣，L m 為m之矩陣長度，L c 為c之矩陣長度，N為該複數個消噪喇叭之數量，其中，L g 為G之矩陣長度，且當滿足(N-1)L c
    Figure 107132975-A0305-02-0016-28
    L g -1的情況下，各該複數個控制 器之控制係數具有對應解以控制該複數個消噪喇叭分別產生各自之消噪音頻；以及藉由該複數個消噪喇叭分別產生之各該消噪音頻來抵銷該主要噪音，降低該殘餘噪音。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之主動式管路噪音控制方法，進一步藉由連接於該噪音源喇叭與該複數個消噪喇叭之一頻譜分析儀取樣該管路當中之脈衝響應。
TW107132975A 2018-09-19 2018-09-19 主動式管路噪音控制系統及其方法 TWI695630B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107132975A TWI695630B (zh) 2018-09-19 2018-09-19 主動式管路噪音控制系統及其方法
US16/238,060 US10720142B2 (en) 2018-09-19 2019-01-02 Active duct noise control system and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107132975A TWI695630B (zh) 2018-09-19 2018-09-19 主動式管路噪音控制系統及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202013988A TW202013988A (zh) 2020-04-01
TWI695630B true TWI695630B (zh) 2020-06-01

Family

ID=69772502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107132975A TWI695630B (zh) 2018-09-19 2018-09-19 主動式管路噪音控制系統及其方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10720142B2 (zh)
TW (1) TWI695630B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160314778A1 (en) * 2013-12-16 2016-10-27 Harman Becker Automotive Systems Gmbh Active noise control system

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994001981A2 (en) * 1992-07-06 1994-01-20 Adaptive Audio Limited Adaptive audio systems and sound reproduction systems
US6201872B1 (en) * 1995-03-12 2001-03-13 Hersh Acoustical Engineering, Inc. Active control source cancellation and active control Helmholtz resonator absorption of axial fan rotor-stator interaction noise
US7272234B2 (en) * 2002-04-04 2007-09-18 Brigham Young University Multi-channel active control system and method for the reduction of tonal noise from an axial fan
US7706547B2 (en) * 2002-12-11 2010-04-27 General Electric Company System and method for noise cancellation
US8855329B2 (en) * 2007-01-22 2014-10-07 Silentium Ltd. Quiet fan incorporating active noise control (ANC)
US9558732B2 (en) * 2007-08-15 2017-01-31 Iowa State University Research Foundation, Inc. Active noise control system
JP5823362B2 (ja) * 2012-09-18 2015-11-25 株式会社東芝 能動消音装置
US9923550B2 (en) * 2015-09-16 2018-03-20 Bose Corporation Estimating secondary path phase in active noise control

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160314778A1 (en) * 2013-12-16 2016-10-27 Harman Becker Automotive Systems Gmbh Active noise control system

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dragana Nikolic, Branislav Vuksanovic, "Multichannel Filtered-Inverse Least Mean Square Algorithms - Development and Analysis," 2007 IEEE Workshop on Machine Learning for Signal Processing.
Masaki Kamata, Yuhsuke Ohta, Akira Sano, "New direct adaptive algorithm for multichannel active noise control and sound reproduction," 2004 12th European Signal Processing Conference.^&rn^
Masaki Kamata, Yuhsuke Ohta, Akira Sano, "New direct adaptive algorithm for multichannel active noise control and sound reproduction," 2004 12th European Signal Processing Conference.^&rn^ Dragana Nikolic, Branislav Vuksanovic, "Multichannel Filtered-Inverse Least Mean Square Algorithms - Development and Analysis," 2007 IEEE Workshop on Machine Learning for Signal Processing. *

Also Published As

Publication number Publication date
US20200090635A1 (en) 2020-03-19
TW202013988A (zh) 2020-04-01
US10720142B2 (en) 2020-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Noise cancellation over spatial regions using adaptive wave domain processing
Shi et al. An active noise control casing using the multi-channel feedforward control system and the relative path based virtual sensing method
Shi et al. Feedforward multichannel virtual-sensing active control of noise through an aperture: Analysis on causality and sensor-actuator constraints
CN105575382B (zh) 一种快速稳定收敛的完全并行窄带主动噪声控制方法
CN105814627A (zh) 有源噪声控制***
Iwai et al. Multichannel feedforward active noise control system combined with noise source separation by microphone arrays
Shen et al. Alternative switching hybrid ANC
JP7374595B2 (ja) 対角化フィルタ行列を利用した能動騒音消去システム
Das et al. Nonlinear active noise control for headrest using virtual microphone control
Lei et al. Active headrest with robust performance against head movement
Luo et al. Implementation of multi-channel active noise control based on back-propagation mechanism
Shi et al. Multichannel active noise control with spatial derivative constraints to enlarge the quiet zone
US20210104218A1 (en) Feedforward active noise control
TWI695630B (zh) 主動式管路噪音控制系統及其方法
Tang et al. Stability guaranteed active noise control: Algorithms and applications
CN108428444B (zh) 一种补偿次级声源近场影响的紧凑有源吸声方法
Wang et al. Psychoacoustic hybrid active noise control system
Bao et al. A novel feedforward active noise control structure with spectrum-tuning for residual noise
US11405724B1 (en) Method for feedforward active noise control system using analog filter
Okajima et al. Dual active noise control with common sensors
García et al. DSP implementation of the FxLMS algorithm for active noise control: Texas instruments TSM320C6713DSK
Djigan et al. Modified hybrid active noise control system
Fasciani et al. Comparative study of cone-shaped versus flat-panel speakers for active noise control of multi-tonal signals in open windows
Donley et al. On the comparison of two room compensation/dereverberation methods employing active acoustic boundary absorption
JPH01231597A (ja) 騒音制御装置