[发明专利]一种双通道有源降噪头靠的虚拟传声器优化设计方法

说明书

本发明公开了一种双通道有源降噪头靠的虚拟传声器优化设计方法，包括建立双通道有源降噪头靠的物理模型，考虑刚性球对声波的散射作用，计算人头处于不同位置时头靠系统的3类路径传递函数矩阵，建立最小最大优化问题求解当人头位于不同位置时，使噪声残余因子幅值最大值最小化的S_v模型，同时这个最优解还应满足系统稳定性约束条件和头靠系统在初始时刻有足够的降噪量，求解最小最大优化问题，计算出使人头位于不同位置时系统的理论降噪量最大值最小化的最优虚拟次级路径传递函数估计值，得到频响在指定频点处与最优解一致的路径冲激响应作为相应传递路径模型，本发明降噪性能高、人头移动类型稳定性好、适应性强。

技术领域

本发明涉及一种提升双通道有源降噪头靠系统中虚拟传声器技术对人头移动稳定性的优化设计方法，即通过鲁棒性优化设计方法对传递函数进行优化，属于声音处理技术领域。

背景技术

有源降噪头靠是一种局部有源噪声控制系统，由误差传声器、控制器和次级源组成，一般来说，误差传声器靠近人耳布放，次级源根据应用场景布放于人耳周围，系统通过控制器产生控制信号，驱动次级源发出次级声与初始噪声相抵消，最终在误差传声器附近产生有源静区。有源静区的大小与噪声波长相关，如在一只人耳附近，使用单通道有源降噪头靠系统产生的静区直径小于1/10波长。由于静区大小的约束，误差传声器应尽可能靠近人耳以获得最佳降噪效果，但这造成了误差传声器与人头移动的冲突，可以引入虚拟传声器技术，通过目标区域外的物理传声器拾取声信号对人耳附近虚拟传声器处（原误差传声器位置）的声压进行估计和控制，进而转移有源静区至人耳附近来解决这一问题。

应用虚拟传声器技术的有源降噪头靠系统的性能与虚拟误差信号的估计精度有关，估计精度越高，头靠系统的性能越好，反之则性能越差。实际应用中人头移动将引起声场和声学路径变化，虚拟误差信号的估计精度降低，影响降噪效果和系统稳定性。这一问题目前主要有两种解决方法：一是移动虚拟传声技术与人头定位技术结合，二是通过优化设计声学路径传递函数模型使系统对人头移动具有更好的性能鲁棒性。移动虚拟传声器技术的基本原理是离线测量并存储控制目标在不同位置时的传递路径数据，使用人头移动跟踪技术实时监测识别人头的移动位置，并调用相应的传递路径数据以更新控制滤波器和观察滤波器（即由物理传声器处初始噪声信号估计虚拟传声器处初始噪声信号的滤波器）的系数，最终产生能跟随人耳移动的有源静区。该方法需要存储大量的传递路径数据，且需要精确的人头移动跟踪系统，系统较为复杂，控制成本较高。针对人头移动的鲁棒性优化设计方法则通过采集人头位于不同位置时的路径传递函数信息，对传递函数模型进行优化，只需存储少数几个传递路径数据，便能有效扩大静区范围。

对于人头一侧单耳使用单通道有源降噪头靠系统，应用虚拟传声器技术并针对人头左右移动方向进行鲁棒性优化设计传递函数，能有效扩大左右移动的的静区范围。然而，针对人头一侧单耳使用双通道有源降噪系统相对单通道有源降噪系统，经合理设计可进一步扩大静区范围，提升降噪性能。此时为避免误差传声器与人头移动的冲突问题，双通道有源降噪头靠也有应用虚拟传声器技术的需求。此外，人头移动方向在三维空间是不确定的，需设计对于至少三种移动类型（即人头左右移动、前后移动和转动）均具有鲁棒性的有源降噪头靠系统。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种降噪性能高、稳定性好的双通道有源降噪头靠的虚拟传声器优化设计方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双通道有源降噪头靠的虚拟传声器优化设计方法，包括以下步骤：