[发明专利]一种无麦克风前馈局部主动噪声控制系统的控制方法

说明书

本发明涉及振动噪声控制领域，具体涉及一种无麦克风前馈局部主动噪声控制系统的控制方法，该控制方法不需要使用物理麦克风来监测耳旁目标控制点的噪声，包括调试阶段和控制阶段；在调试阶段，采用自适应滤波算法识别出初级通路和次级通路；在调试节阶段，使用初级通路和参考信号的卷积来估计干扰信号，使用控制滤波器输出与次级通路的卷积来估计抵消噪声，估计的干扰信号与抵消噪声的差即为耳旁目标控制点误差信号的估计值，使用该估计值输入控制滤波器进行权系数的迭代，从而在没有物理麦克风的情况下，实现耳旁目标控制点的主动噪声控制。该方法成本低，且不存在因物理麦克风比虚拟麦克风相对于初级声源更远导致的非因果问题，因而更稳定。

技术领域

本发明属于振动噪声控制技术领域，特别涉及一种无麦克风前馈局部主动噪声控制系统的控制方法。

背景技术

典型的前馈主动噪声控制系统，基于声波叠加原理，采集与初级声源相关的参考信号(例如，转速、声压和加速度信号)和位于耳旁目标控制点的麦克风测量的误差信号输入控制滤波器。然后，控制滤波器产生控制信号来驱动辅助源(如扬声器)产生抵消噪声，在目标控制区域(如听者的耳朵)创建静音区。在全局主动噪声控制的实施中，最小化封闭空间(例如，汽车驾驶室)中的总声势能，控制性能会随着初级噪声的频率的增加而降低，这是因为，单个频率点的声压通常由多个模态贡献，次级声源的数量要求不小于贡献的模态数才能实现明显的降噪效果。为了实现更高频段内的主动噪声控制，需要局部噪声控制系统(例如主动头枕系统)，它将次级声源集成到头枕中，并在听者的耳朵周围创建局部静音区。然而，该系统需要用户佩戴双耳麦克风来测量用于更新控制滤波器系数的误差信号，这限制了主动头枕系统的应用。

虚拟传感技术应运而生。多个监测麦克风放置在远离听者耳朵的位置以估计误差信号，而不是将误差麦克风放置在耳旁目标控制点。移除的麦克风被称为虚拟误差麦克风。虚拟传感技术主要分为两大类，包括远程麦克风(Remote Microphone,RM)技术和辅助滤波(Auxiliary Filter,AF)技术。它们的共同点是两种方法都包含两个阶段，即调试阶段和控制阶段。在实现这两种方法之前，需要对系统进行调试以获得观测滤波器和辅助滤波器。不同之处在于，观察滤波器用于对监测麦克风采集到的干扰信号进行滤波，计算出虚拟误差麦克风处的干扰信号，然后估计出耳旁目标控制点的误差信号，驱动控制滤波器权系数的更新迭代。辅助滤波器用于对参考信号进行滤波。当滤波结果与监测麦克风测得的误差信号相等时，控制器滤波权系数收敛到最优解。但是RM技术受到监测麦克风和虚拟误差麦克风相对于初级声源的空间相关性的影响。当初级声源比监测麦克风更早到达虚拟麦克风时，系统的因果关系会降低，因为从监测麦克风的干扰信号预测虚拟麦克风“未来”的干扰信号是不可行的。这将导致局部主动噪声控制系统对宽带随机噪声的控制性能下降。远程麦克风方法的另一个难点是监测麦克风的位置和数量的最优解，即多少麦克风以及麦克风如何布置，才能更准确的估计虚拟误差麦克风出的误差信号，从而实现更好的降噪效果。

相比之下，AF技术不涉及这些问题，因为在调试阶段获得的辅助滤波器已经包含了监控麦克风和虚拟误差麦克风之间的相对位置信息。控制滤波器系数的更新是由辅助滤波器的输出和监测麦克风测量的信号之间的误差信号驱动的，而不是虚拟误差麦克风的估计的误差信号。不难看出，以上两种方法仍然需要物理麦克风来监测干扰信号。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种无需物理麦克风的前馈局部主动控制系统的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种无麦克风前馈局部主动噪声控制系统的控制方法，系统包括初级声源、参考传感器和听音者，以及与参考传感器依次连接的控制器和两个次级声源，两个次级声源位于听音者左右侧；控制方法包括控制阶段和调试阶段；调试阶段识别出初级通路和次级通路；参考传感器采集初级声源信号作为参考信号输入控制器，控制器首先计算参考信号与初级通路的卷积、以及控制器输出与次级通路的卷积，再通过计算二者的差值得到耳旁目标控制点的误差信号，将该误差信号输入控制器，采用最小均方LMS算法进行控制器中的滤波器权系数的更新迭代，从而实现无麦克风的前馈主动噪声控制。