双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统的制作方法

1.本技术属于反馈式主动抗噪技术领域，尤其涉及一种双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统。


背景技术：

2.主动抗噪技术(active noise control，anc)是一种能够把指定的噪音隔除，而其他的声音却不受影响的装置。主要的原理为根据声源接收装置接收指定的噪音，并利用声音发送装置送出相位完全相反的声波，让两种声波得以互相抵销，从而把该噪音予以滤除的技术。目前主动抗噪技术已被广泛应用在飞机、战机的隔音喇叭以及降噪耳机上。
3.传统反馈式的主动抗噪技术主要通过滤波器(fir filter)将接收到的误差信号转换为对应的反向信号，借以滤除噪声。然而，所输入误差信号的高频有可能使位于滤波器(fir filter)前端的自适应运算发散，导致降噪的效果不佳。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统，可以提升降噪效果。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统，包括：误差收讯装置、音讯输出装置、错误整形器以及反馈模组。该误差收讯装置接收误差音源信号并输出误差信号。该音讯输出装置输出音讯信号。该错误整形器的输入端连接至该误差收讯装置以接收该误差信号，该错误整形器包括杂讯频宽侦测器、输入端连接至该杂讯频宽侦测器的系数修正器以及输入端连接至该系数修正器的1至n阶的双二阶滤波器，该杂讯频宽侦测器计算该误差信号的频宽，该系数修正器依据该误差信号的频宽修正该1至n阶双二阶滤波器的系数，该1至n阶双二阶滤波器依据修正后的系数将下一取样的该误差信号的高频杂讯消除并输出错误整型信号。该反馈模组的输入端连接至该错误整形器的输出端并接收该音讯信号，该反馈模组的输出端连接至该音讯输出装置，该反馈模组包括混合器、输入端分别与错误整形器输出端和该混合器输出端连接的lms运算器以及输入端分别与该lms运算器输出端和该混合器输出端连接的自适应滤波器，该混合器的输入端连接至该错误整形器的输出端并接收该音讯信号，该混合器将该错误整形信号与该音讯信号混合后输出混合信号，该lms运算器依据所接收到的该错误整型信号与该混合信号更新该自适应滤波器的权系数，该自适应滤波器依据更新后的权系数将该混合信号滤波后输出降噪信号至该音讯输出装置。
6.因此，本技术相较于现有技术能降低误差信号的高频杂讯，并且能根据需求调整消除的高频杂讯之外，进一步地避免自适应滤波器的运算发散而导致降噪效果降低。
附图说明
7.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述
中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1是本技术一实施例提供的双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统的方块示意图；
9.图2是本技术一实施例提供的错误整形器的方块示意图；
10.图3是本技术另一实施例提供的双二阶滤波器的方块示意图；
11.图4是本技术一实施例提供的1至n阶双二阶滤波器阶层配置的方块示意图；
12.图5是本技术实施例提供的双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统的控制逻辑示意图；
13.图6是本技术实施例提供的双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统的流程示意图。
14.其中，图中各附图主要标记：
15.100 双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统；10 误差收讯装置；
16.12 误差麦克风；14 前置放大器；16 抗混叠滤波器；18 类比-数位转换器；
17.20 音讯输出装置；22 数位-类比转换器；24 重建滤波器；26 功率放大器；
18.28 扬声器；30 错误整形器；32 杂讯频宽侦测器；34 系数修正器；
19.36 1至n阶双二阶滤波器；361-36n 双二阶滤波器；40 反馈模组；
20.41 第一次级路径滤波器；42 混合器；43 第二次级路径滤波器；
21.44 lms运算器；46 自适应滤波器；ns 噪声。
具体实施方式
22.有关本技术的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下。再者，本技术中的附图，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，多个附图及其比例并非用以限制本技术的范围，在此先行说明。
23.本技术实施例中可实施于包括有线头戴式耳机、智能型电话手机、无线耳机或其他头部佩戴式音讯装置的个人收听系统中的降噪装置或降噪控制器，本技术中不予以限制。
24.本技术中所述的“装置”、“器”、“模组”及其对应执行的功能，可以由单一芯片或多个芯片的组合协同执行，多个芯片配置的数量非属本技术所欲限定的范围。此外，所述的芯片可以为但不限定于处理器(processor)、中央处理器(central processing unit，cpu)、微处理器(microprocessor)、数位信号处理器(digital signal processor，dsp)、特殊应用集成电路(application specific integrated circuits，asic)、可编程逻辑装置(programmable logic device，pld)等装置的组合，在本技术中不予以限制。本技术另一实施例中，该“装置”、“器”、“模组”或其组合可以为音讯装置(例如行动装置、穿戴式装置)提供的芯片，或是为整合或分离于有线耳机、无线耳机或头戴式装置的音讯芯片所构成，多个变化非属本技术所欲限制的范围。
25.以下针对本技术的其中一实施例进行说明，请参阅图1，本技术一实施例提供的双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统的方块示意图，如图所示：
26.请参阅图1，本实施例揭示双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统100，主要包括误差收讯装置10、音讯输出装置20、错误整形器30以及反馈模组40。
27.所述的误差收讯装置10主要用于接收误差音源信号，该误差收讯装置10一般设置于扬声器与人耳之间的位置，误差收讯装置10所接收到的音讯主要包括噪声ns与扬声器所输出的声音之间的差值，在此定义该差值为误差音源信号。该误差收讯装置10在实施例中例如可以为麦克风、拾音器或是其他可以用以接收环境音波并进一步转换为类比、数位音讯的装置。在实施例中，该误差收讯装置10包括误差麦克风12、连接于该误差麦克风12后端的前置放大器14、连接于该前置放大器14后端的抗混叠滤波器16、以及连接于该抗混叠滤波器16后端的类比-数位转换器18。最后，该类比数位-转换器18输出误差信号至错误整形器30。
28.所述的音讯输出装置20主要用于输出用于抵消噪声ns的降噪信号与原音讯。该音讯输出装置20在实施例中例如可以为扬声器、喇叭及其对应设置的音讯处理芯片等类此用以输出声音的装置，在此定义所输出的声音为音讯信号。在实施例中，该音讯输出装置20依序包括扬声器28、连接于该扬声器28前端的功率放大器26、连接于该功率放大器26前端的重建滤波器24以及连接于该重建滤波器24前端的数位-类比转换器22。其中，数位-类比转换器22接收反馈模组40的降噪信号与原音讯(图未示输入位置)，所述的原音讯为尚未进入空间且未受到噪声ns影响的音乐、人声或其他声音，在本技术中不予以限制。
29.所述的错误整形器30主要用以降低误差信号的高频杂讯，并将降低高频杂讯后的误差信号定义为错误整形信号。请一并参阅图2、图3、图4，本技术中错误整形器30的方块示意图、双二阶滤波器、1至n阶双二阶滤波器阶层配置的方块示意图，如图所示：
30.所述的错误整形器30的输入端连接至该误差收讯装置10的输出端以接收误差信号。在实施例中，该错误整形器30依序包括杂讯频宽侦测器32、输入端连接至该杂讯频宽侦测器32的系数修正器34以及输入端连接至该系数修正器34的1至n阶双二阶滤波器36。其中，杂讯频宽侦测器32的输入端连接至误差收讯装置10的输出端；该系数修正器34的另一输入端连接至该误差麦克风12，在系数修正器34与误差麦克风12之间设置有频率侦测器(frequency detector)(图未示)；1至n阶双二阶滤波器36中各个双二阶滤波器的输入端连接至该系数修正器34，具体而言，该1至n阶双二阶滤波器36的1阶双二阶滤波器361的另一输入端连接至该误差收讯装置10。最后，由该1至n阶双二阶滤波器36的n阶双二阶滤波器36n输出错误整形信号至反馈模组40。
31.所述的1至n阶双二阶滤波器36的阶层配置如下，请参阅图4：1阶双二阶滤波器361的输出端连接至2阶双二阶滤波器362的另一输入端；2阶双二阶滤波器362的输出端连接至3阶双二阶滤波器363的另一输入端，依此类推，n-1阶双二阶滤波器36n-1的输出端连接至n阶双二阶滤波器36n的另一输入端。
32.所述的反馈模组40的输入端连接至该错误整形器30并接收该音讯信号，用以将所接收的音讯信号与错误整形信号进行自适应运算并利用所生成的反向信号与噪声抵销借以达到降噪效果，在此定义反馈模组40所输出用于抵消噪声ns的信号为降噪信号。于一实施例中，请一并参阅图5，反馈模组40包括混合器42、输入端连接至混合器42输出端的lms运算器44(least mean square filter)以及输入端连接至该lms运算器44的自适应滤波器46(adaptive filter)。其中，lms运算器44的另一输入端连接至错误整形器30的输出端；自适
应滤波器46的另一输入端连接至混合器42、自适应滤波器46的输出端连接至该音讯输出装置20。于本实施例中，输入该扬声器28的信号在反馈至该混合器42的路径之间具有第一次级路径滤波器41，用已预先对音讯信号进行滤波；该混合器42的输出端与该lms运算器44的输入端的路径之间具有第二次级路径滤波器43，用已预先对混合信号进行滤波。所述第一次级路径滤波器41、第二次及路径滤波器43作为估测实际上路径的转移函数，使lms运算器44调整自适应滤波器46系数后能产生与噪声ns大小相同、相位相反的降噪信号至音讯输出装置20。
33.以上针对本技术硬件架构的具体实施例进行说明，有关于本技术的运作将于下面进行更进一步的说明，请一并参阅图3、图4、图5、图6，为本技术双二阶滤波器、1至n阶双二阶滤波器阶层配置的方块图及双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统的控制逻辑示意图、流程示意图，如图所示：
34.首先，噪声ns与音讯信号通过误差收讯装置10的误差麦克风12接收，经由误差收讯装置10将噪声ns与音讯信号转换成数位音讯的误差信号至错误整形器30(步骤s201)。在系统启动时，所述的音讯信号尚未经过降噪处理，此时的音讯信号为原音讯。
35.错误整形器30的杂讯频宽侦测器32侦测误差信号的频宽并输出与误差信号的中心频率相同频宽的杂讯频宽信号至系数修正器34(步骤s202)。所述的中心频率由该杂讯频宽侦测器32依据下列的公式经由误差信号获得：
[0036][0037]
其中，k＝0，......，m-1；x(n)为n阶段由该误差收讯装置输入的误差信号，f(k)为该杂讯频宽侦测器32输出的该中心频率，f(k)共有m个输出，m为预设的输出数量。
[0038]
系数修正器34接收误差麦克风信号与杂讯频宽信号，并计算用于调整双二阶滤波器系数的系数修正信号至1至n阶双二阶滤波器36，使1至n阶双二阶滤波器36依据误差信号的频宽修正系数(步骤s203)。换句话说，本技术1至n阶双二阶滤波器36的系数能由系数修正器34修正而调整所需修正的高频杂讯。请参阅图3，所述的系数修正器34依据下列公式修正各个双二阶滤波器361-36n的系数：
[0039][0040][0041][0042][0043]
[0044]
其中，w0为中心角频率数值，α为固有频率参数，b0、b1、b2、a1、a2为各个双二阶滤波器361-36n的系数。
[0045]
前述的中心角频率数值w0以及该固有频率参数α由该系数修正器34依据下列的公式获得：
[0046][0047][0048]
其中，fk为由该杂讯频宽侦测器32输入的中心频率，fs为由该误差麦克风12输入的误差麦克风信号的频率，q为预设的品质参数，w0为中心角频率数值，α为固有频率参数。前述提及的品质参数q基于质量因素而决定；固有频率参数α基于固有频率因子而决定。
[0049]
进一步地，该1至n阶双二阶滤波器36依据接收到的误差信号的频宽修正系数，并依据修正后的系数将下一取样的该误差信号的高频杂讯进行消除后(x(n-1)、x(n-2)视为已知参数)，由该n阶双二阶滤波器36n输出错误整形信号(步骤s204)。所述的各个双二阶滤波器361-36n依据下列的公式对该误差信号进行滤波：
[0050]
y(n)＝b0×
x(n)+b1×
x(n-1)+b2×
x(n-2)-a1×
y(n-1)-a2×
y(n-2)；
[0051]
其中，x(n)、x(n-1)、x(n-2)为第n阶、第n-1阶及第n-2阶时点所接收到的误差信号，y(n)、y(n-1)、y(n-2)为第n阶、第n-1阶及第n-2阶时点输出的该错误整型信号，b0、b1、b2、a1、a2为各个双二阶滤波器361-36n的系数。
[0052]
进一步地，经过第一次级路径滤波器41的该音讯信号与该错误整形信号由该反馈模组40的混合器42混合并输出混合信号(步骤s205)。
[0053]
lms运算器44接收错误整形信号与经由第二次级路径滤波器43的混合信号更新自适应滤波器46的权系数，使自适应滤波器46将接收到的混合信号调整成与噪声ns大小相同、相位相反的降噪信号，自适应滤波器46输出降噪信号至音讯输出装置20(步骤s206)。
[0054]
最后，音讯输出装置20将接收到的降噪信号用于消除下一阶的噪声ns，并将降噪信号与原音讯转换输出成类比音讯的音讯信号(步骤s207)。换句话说，所述的音讯信号通过上一阶的降噪信号达到降噪效果，使音讯信号中的原音讯不受噪声ns影响而进入人耳。
[0055]
综上所述，比起现有技术，本技术相较于现有技术能降低误差信号的高频杂讯，并且能根据需求调整消除的高频杂讯之外，进一步地避免自适应滤波器的运算发散而导致降噪效果降低。
[0056]
以上已将本技术做详细说明，但是，以上所述者，仅为本技术的一实施例而已，当不能以此限定本技术实施的范围，即凡依本技术申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本技术的专利涵盖范围内。

技术特征：
1.一种双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统，其特征在于，所述系统包括：误差收讯装置，接收误差音源信号，并输出误差信号；音讯输出装置，输出音讯信号；错误整形器，所述错误整形器的输入端连接至所述误差收讯装置以接收所述误差信号，所述错误整形器包括杂讯频宽侦测器、输入端连接至所述杂讯频宽侦测器的系数修正器以及输入端连接至所述系数修正器的1至n阶的双二阶滤波器，所述杂讯频宽侦测器计算所述误差信号的频宽，所述系数修正器依据所述误差信号的频宽修正所述1至n阶双二阶滤波器的系数，所述1至n阶双二阶滤波器依据修正后的系数将下一取样的所述误差信号的高频杂讯消除并输出错误整型信号；以及反馈模组，所述反馈模组的输入端连接至所述错误整形器的输出端并接收所述音讯信号，所述反馈模组的输出端连接至所述音讯输出装置，所述反馈模组包括混合器、输入端分别与所述错误整形器输出端和所述混合器输出端连接的lms运算器以及输入端分别与所述lms运算器的输出端和所述混合器的输出端连接的自适应滤波器，所述混合器的输入端连接至所述错误整形器的输出端并接收所述音讯信号，所述混合器将所述错误整形信号与所述音讯信号混合后输出混合信号，所述lms运算器依据所接收到的所述错误整型信号与所述混合信号更新所述自适应滤波器的权系数，所述自适应滤波器依据更新后的权系数将所述混合信号滤波后输出降噪信号至所述音讯输出装置。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述误差收讯装置包括误差麦克风、连接于所述误差麦克风后端的前置放大器、连接于所述前置放大器后端的抗混叠滤波器以及连接于所述抗混叠滤波器后端的类比-数位转换器。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述音讯输出装置包括扬声器、连接于所述扬声器前端的功率放大器、连接于所述功率放大器前端的重建滤波器以及连接于所述重建滤波器前端的数位-类比转换器。4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述杂讯频宽侦测器的输入端连接至所述误差收讯装置以侦测所述误差信号的频宽并输出与所述误差信号的中心频率相同频宽的杂讯频宽信号；其中，所述系数修正器的输入端连接至所述误差麦克风以接收误差麦克风信号，并依据所述误差麦克风信号及所述杂讯频宽信号运算输出用于调整双二阶滤波器系数的系数修正信号至所述1至n阶双二阶滤波器；其中，所述1至n阶双二阶滤波器中的1阶双二阶滤波器的输入端连接至所述误差收讯装置以接收所述误差信号，所述1至n阶双二阶滤波器根据所述系数修正信号更新系数并根据系数修正下一取样的所述误差信号后由所述1至n阶双二阶滤波器中的n阶双二阶滤波器输出所述错误整型信号。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，各个所述双二阶滤波器依据下列的公式对所述误差信号进行滤波：y(n)＝b0×
x(n)+b1×
x(n-1)+b2×
x(n-2)-a1×
y(n-1)-a2×
y(n-2)；其中，x(n)、x(n-1)、x(n-2)为第n阶、第n-1阶及第n-2阶时点所接收到的误差信号，y(n)、y(n-1)、y(n-2)为第n阶、第n-1阶及第n-2阶时点输出的所述错误整型信号，b0、b1、b2、a1、a2为各个所述双二阶滤波器的系数。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系数修正器依据下列公式修正各个所述双二阶滤波器的系数：双二阶滤波器的系数：双二阶滤波器的系数：双二阶滤波器的系数：双二阶滤波器的系数：其中，w0为中心角频率数值，α为固有频率参数，b0、b1、b2、a1、a2为各个所述双二阶滤波器的系数。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述中心角频率数值以及所述固有频率参数由所述系数修正器依据下列的公式获得：由所述系数修正器依据下列的公式获得：其中，f
k
为由所述杂讯频宽侦测器输入的中心频率，f
s
为由所述误差麦克风输入的频率，q为预设的品质参数，w0为中心角频率数值，α为固有频率参数。8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述中心频率由所述杂讯频宽侦测器依据下列的公式由所述误差信号获得：其中，k＝0，......，m-1；x(n)为n阶段由所述误差收讯装置输入的误差信号，f(k)为所述杂讯频宽侦测器输出的所述中心频率，f(k)共有m个输出，m为预设的输出数量。9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述品质参数基于质量因素而确定，所述固有频率参数基于固有频率因子而确定。10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述音讯输出装置的输出端与所述混合器的输入端的路径之间具有第一次级路径滤波器；所述混合器的输出端与所述lms运算器的输入端的路径之间具有第二次级路径滤波器。

技术总结
一种双二阶错误量控制的反馈式主动抗噪系统，包括误差收讯装置、音讯输出装置、错误整形器以及反馈模组。该误差收讯装置接收误差音源信号，并输出误差信号。该音讯输出装置输出音讯信号。该错误整形器的输入端连接至该误差收讯装置以接收该误差信号，该错误整形器将该误差信号的高频杂讯消除后输出错误整形信号。该反馈模组的输入端连接至该错误整形器的输出端并接收该音讯信号，该反馈模组依据该错误整形信号与该音讯信号输出降噪信号。整形信号与该音讯信号输出降噪信号。整形信号与该音讯信号输出降噪信号。


技术研发人员：林义雄 陈浩铭
受保护的技术使用者：漳州立达信光电子科技有限公司
技术研发日：2021.07.30
技术公布日：2022/3/8