[发明专利]有源噪声控制系统及其设计方法

权利要求书

1.一种有源噪声控制系统，其包括：

环境噪声采集装置、与所述环境噪声采集装置电连接的高速模数转换装置、回放音频接收装置、分别与所述高速模数转换装置和所述回放音频接收装置电连接的信号处理装置、与所述信号处理装置电连接的高速数模转换装置、与所述高速数模转换装置电连接的功率放大装置和电连接在所述功率放大装置上的受话器，其特征在于：

所述信号处理装置包括：

环境噪声数字信号输入端，接收带风噪环境噪声数字信号；

回放音频数字信号输入端，接收需要被回放的回放音频数字信号；

风噪信号滤除模块，其包括高通滤波器，滤除所述带风噪环境噪声数字信号中的风噪，得到无风噪环境噪声数字信号并输出；

基于次级声反馈通路的反相滤波模块，其包括数字反相滤波器，将所述无风噪环境噪声数字信号经所述数字反相滤波器处理得到反相环境噪声数字信号并输出；

回放音频增益调整模块，将所述回放音频数字信号进行增益调整得到增益调整后回放音频数字信号并输出；

基于次级通路的频率响应补偿模块，其包括频率响应补偿滤波器，将所述增益调整后回放音频数字信号进行频率响应补偿得到频率响应补偿后回放音频数字信号并输出；

系数存储模块，用于预先存储所述反相滤波器和所述频率响应补偿滤波器的系数；

信号叠加模块，将所述反相环境噪声数字信号和所述频率响应补偿后回放音频数字信号进行信号叠加得到所述混合音频数字信号；

混合音频数字信号输出端，将所述混合音频数字信号输出。

2.根据权利要求1所述的有源噪声控制系统，其特征在于：所述数字反相滤波器和所述频率响应补偿滤波器皆为FIR型数字滤波器。

3.根据权利要求2所述的有源噪声控制系统，其特征在于：所述高通滤波器的通带起始频率为200Hz的。

4.一种如权利要求3所述的有源噪声控制系统的设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤A、提供一环境噪声采集装置；

提供一高速模数转换装置；

提供一回放音频接收装置；

提供一信号处理装置，其包括环境噪声数字信号输入端、回放音频数字信号输入端、风噪信号滤除模块、基于次级声反馈通路的反相滤波模块、回放音频增益调整模块、基于次级通路的频率响应补偿模块、系数存储模块、信号叠加模块、混合音频数字信号输出端，其中，所述风噪信号滤除模块包括高通滤波器，所述基于次级声反馈通路的反相滤波模块包括数字反相滤波器，所述基于次级通路的频率响应补偿模块包括频率响应补偿滤波器；

提供一高速数模转换装置；

提供一功率放大装置；

提供一受话器；

提供一扬声器；

提供一人耳模型，其内设有麦克风；

步骤B、利用环境噪声采集装置采集环境噪声得到带风噪环境噪声模拟信号，再利用所述高速模数转换装置将所述带风噪环境噪声模拟信号转换得到带风噪环境噪声数字信号并输入给所述信号处理装置的所述环境噪声数字信号输入端，通过所述回放音频接收装置接收需要被回放的回放音频数字信号并将接收到的所述回放音频数字信号输入给所述信号处理装置的所述回放音频数字信号输入端；

步骤C、通过所述信号处理装置对信号进行去除风噪、反相滤波、增益调整、频率响应补偿和信号叠加处理，得到混合音频数字信号并输入给所述混合音频数字信号输出端：

步骤1、利用所述风噪信号滤除模块的通带起始频率为200Hz的高通滤波器对所述带风噪环境噪声模拟信号进行风噪滤波处理，得到无风噪环境噪声数字信号；

步骤2、利用所述基于次级声反馈通路的反相滤波模块的所述数字反相滤波器对所述无风噪环境噪声数字信号进行反相滤波处理，得到反相环境噪声数字信号，所述数字反相滤波器设为w，则有：

(1)准备标准声音测试环境，利用所述扬声器模拟噪声源，所述人耳模型模拟用户，将所述有源噪声控制系统固定在人耳模型附近；

(2)利用所述信号处理装置产生白噪声X_s，所述人耳模型内的麦克风接收到信号设为Y_s，通过维纳滤波法等系统建模方法，计算出次级通路的脉冲响应，其设为s，则

s＝wiener(X_s，Y_s，N_s)

其中，N_s表示次级通路的脉冲响应的长度(采样点的个数)，wiener为FIR型维纳滤波器的求解函数；

(3)利用所述信号处理装置产生白噪声X_b，所述环境噪声采集装置接收的信号设为Y_b，通过维纳滤波法等系统建模方法，计算出声反馈通路的脉冲响应，其设为b，则

b＝wiener(X_b，Y_b，N_b)

其中，N_b表示次级通路的脉冲响应的长度；

(4)使所述噪声源发出白噪声，所述环境噪声采集装置和所述人耳模型内的麦克风分别接收到信号设为X_p和Y_p，计算出反相滤波器w：

F_x＝conv(b，Y_p)-conv(s，X_p)；

w＝wiener(F_x，Y_p，N_w)；

其中，N_w表示反相滤波器的脉冲响应的长度，conv为卷积操作函数，F_x为滤波后的参考信号；

步骤3、设置噪声门限为NG，利用所述回放音频增益调整模块接收所述回放音频数字信号和所述无风噪环境噪声数字信号，通过所述无风噪环境噪声数字信号与所述噪声门限NG比较调整所述回放音频增益调整模块的增益倍数，得到增益调整后回放音频数字信号，设所述无风噪环境噪声数字信号为x，增益倍数设为gain，则：

gain=1,x≤NGx/NG,NG<x<NG*GMAXGMAX,x>NG*GMAX]]>

其中GMAX为所述回放音频数字信号不失真情况下可调的最大增益倍数；

步骤4、利用所述基于次级通路的频率响应补偿模块的频率响应补偿滤波器对所述增益调整后回放音频数字信号进行频率响应补偿，所述频率响应补偿滤波器设为c，其为：

c＝fir2(N_c，2/f_s*[0，150，234，280，398，540，820，1758，3247，3352，3400，3720，24000]，[1，2，1，0.9，1，0.73，1.3，0.5，1.2，1.5，1.4，1，1])

其中，N_c为频率响应补偿滤波器的长度，fir2为根据频率响应设计的滤波器函数，f_s为采样频率；

步骤5、将所述数字反相滤波器和所述频率响应补偿滤波器的系数别分预先存储在所述系数存储装置，当所述数字反相滤波器和所述频率响应补偿滤波器工作时读取所述系数；

步骤6、通过所述信号叠加模块将所述反相环境噪声数字信号和所述频率响应补偿后回放音频数字信号进行信号叠加得到混合音频数字信号并输入给所述混合音频数字信号输出端；

步骤D、通过高速数模转换装置将所述混合音频数字信转换为混合音频模拟信号并输入给所述功率放大装置，所述功率放大装置将所述混合音频模拟信号进行功率放大并输出功率放大后混合音频模拟信号；通过所述受话器接收所述放大后混合音频模拟信号并输出混合声波。