面向开放声场的主动降噪系统研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hujun_xiao
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工作和生活环境周围的噪声污染是影响国民身心健康的重要隐患。持续的噪声污染会对人的生理及心理健康造成极大的影响。噪声消除主要通过被动消除和主动消除两种方式。被动消除主要通过使用吸音材料,比如耳塞,阻碍声波的传播和降低声波的能量。被动降噪对于高频段的噪声能够比较好的抑制,但是对于低频噪声信号被动降噪面临设备体积增大及高成本的问题,所以主要通过主动噪声控制的手段对低频噪声进行消除。主动噪声控制(Active noise control,ANC)是利用数字信号处理的技术,产生和噪声信号同幅值反相位的信号进行实时叠加相消。由于主动噪声控制技术具有适应性强,设备简单,成本低等优点,在噪声消除中被广泛应用。本文对主动噪声控制中涉及到的降噪系统结构,自适应滤波算法(least mean square,LMS),次级通道拟合分析等技术点进行了较深入的研究。在开放的声场环境中,为了灵活的使用设备,传感器位置,次级声源输出功率会发生变化,次级通道以及主通道面临突变的情形。为提高系统的稳定性,本文对在线次级通道拟合各滤波器的收敛条件进行了分析,尤其对于次级通道误差较大时的收敛条件作了详尽的推导。其次对系统的稳态误差分析并揭示辅助白噪声信号对系统整体的影响。仿真分析表明了本文提出的稳定性条件提高了系统在各种极端环境下的鲁棒性。此外,本文根据归一化自适应算法的思想,分别提出ANC滤波器和次级通道拟合滤波器的最优步进因子,提高了系统的收敛速度和稳态性能。在次级通道进行在线拟合时,所注入的白噪声信号功率过大会影响系统的稳态性能,降低噪声控制效果。白噪声功率过小会影响次级通道拟合的速度,从而对ANC滤波器的收敛性能产生影响。为协调上述需求的矛盾,本文提出变功率白噪声方案。白噪声的功率根据ANC滤波器的收敛性能进行调节,在ANC滤波器误差较大时白噪声功率也较大,系统趋于稳定时,白噪声功率较小,并且几乎不影响残留噪声的功率水平。经过对ANC系统结构,包含反馈式,前馈式,单通道以及多通道的分析,本文设计了单一通道前馈式ANC系统。通过实验验证,系统对于单一频率,多谐波频率的窄带噪声以及100-400Hz,400-800Hz的宽带噪声具有良好的降噪能力,并实现了在一定空间范围内的降噪。
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