使用自适应 LMS 的环境有源噪声消除系统的硬件要求

信息处理 声音的 DSP核心 自适应滤波器 降噪
2022-02-03 14:39:18

背景

我正在做一个爱好项目,以减少房间小区域内 HVAC 设备产生的环境低频噪音。噪声是可预测的,并且集中在 55Hz 和 120Hz 之间。在这些频率上,积极的无源噪声衰减努力已经失败,因此 ANC 可能是唯一的选择。我有基本的模拟混音设备、麦克风和扬声器,现在正在研究 ANC 的 DSP 和相关硬件要求。

算法

我的初步研究使我相信过滤最小均方 (FxLMS) 算法可能是此类应用程序的最佳选择。因为它将在“开放”空间中实现,所以我的理解是 FxLMS(与简单的 LMS 相对)的二级路径过滤器将是至关重要的。相关图表将是:

在此处输入图像描述

在哪里:

  • x(n)是通过 HVAC 噪声源附近的麦克风记录的参考信号,通过前置放大器馈送并可作为线路电平信号使用。
  • e(n)是通过消除区域中的麦克风记录的误差信号,通过前置放大器馈送并可作为线路电平信号使用。
  • y(n)是消除信号,它将作为线路电平信号发送到在消除区域(滤波器输出)附近具有集成 LPF 的供电低音炮。
  • d(n)是从源行进到消除区域后要消除的环境噪声。

我的理解是,从概念上讲,这是一个非常简单的 ANC 设置,并且在许多公开可用的资源(例如这里这里)中都详细引用了它。但是,我不清楚的是实现 DSP 滤波器部分(蓝色框)的硬件要求。

可能性

我假设采样 x(n)/e(n) 信号和最终 y(n) 输出之间的实时同步需要专门的 DSP 板。我想算法本身可以在 Matlab 或 C 中编程(样本可用),但是从头开始精炼、编译和嵌入结果似乎需要我目前没有的专业知识。所以我想知道是否有更多的“黑匣子”解决方案可用于此类事情。

我能找到的最接近的东西是SigmaDSP 音频处理器,可能是这块板这个板的评估版本如果我理解正确的话,它们会附带一个巨大的预编译过滤器库,这些过滤器可以链接在一起并通过 GUI 映射到各种 I/O。可用的过滤器之一似乎是 FxLMS(来源),但很难判断哪些 SigmaDSP 板能够运行该过滤器,或者在给定这样的应用程序时,我是否需要注意其他特殊注意事项。


那么在硬件方面,像这样的应用程序的“最低进入门槛”是什么?虽然我有系统工程背景,但我在音频信号处理方面没有丰富的经验。我还想知道这是否是在解决之前可能需要大量额外的背景理论知识的问题空间。

1个回答

我建议查看 Sen Kuo [[报告链接]] 的“使用 TMS320 系列设计有源噪声控制系统”。

TMS320 芯片专为执行各种 ANC 任务而设计。在报告中,他们甚至提供了用于编程 LMS 和 FxLMS 的代码。

在很多关于实时 ANC 的文献中,控制系统都是使用这些芯片组实现的。所以在我看来,这些芯片将是一个很好的起点。或者,我确信这个系统可以用各种微控制器来实现,但我不知道有任何其他专门为 ANC 设计的硬件。

旁注:我也会考虑研究泄漏的 FxLMS 算法。它并不比常规 FxLMS 复杂,但为自适应算法提供了更高的稳定性(尽管会降低稳态性能)。在实时实际控制系统中,泄漏项通常是必需的。