关于主动降噪的问题

信息处理 过滤器 声音的 自适应滤波器 自适应算法
2022-02-22 14:08:07

作为 ANC 的新手,这是我对 ANC 工作原理的理解:

环境噪声 (n) 正在进入一个地理上较小的区域。为了抑制噪声,扬声器通过声学方式将干扰(校正)声音注入该区域。来自扬声器的干扰声音是自适应生成的,因此它 - 理论上 - 最终成为噪声的 180 度相移版本......当这个相移信号与环境噪声在声学上混合时,噪声是理想地取消了。

因此,基于上述情况,我需要一个麦克风来记录声音,因为它出现在“区域”中,然后让它驱动一个自适应过程,计算一个数字扬声器信号发送到扬声器。录制声音的能量将是自适应过程执行情况的指标(就消除噪声而言)。

我的问题是:这种 DSP 方案使用什么类型的算法?

一个麦克风就够了吗?

如果扬声器必须输出的不仅仅是降噪信号怎么办?例如:用户戴着带 ANC 的耳机。用户正在听音乐,但希望消除“外部”噪音。我无法想象它会起作用,除非耳机有一个“内部”麦克风和一个“外部”麦克风。

ANC 是否适用于尺寸较小的设置?例如:

扬声器连接到一个管子,校正声音通过该管子传播。管子的开口端放置在麦克风所在的小区域中。算法从麦克风接收音频,计算扬声器信号并将扬声器信号发送给扬声器。那会奏效吗?或者是否有一些基本要求/假设必须满足 ANC 才能工作?

我想听听希望分享他们在 ANC 工作中获得的经验和知识的人的意见。任何建议表示赞赏。

谢谢你。

主动降噪设置

2个回答

这是一个相当广泛的问题。让我们从降噪耳机开始,这是最简单的设备。

ANC 耳机有一个内置麦克风,尽可能靠近耳道放置。它比运行一个常规控制循环(http://en.wikipedia.org/wiki/Control_theory):它计算一个扬声器信号,试图将麦克风上的信号保持为零。如果您想同时播放音乐,您只需将“所需信号”设为音乐而不是零。

但是,有各种各样的实施问题

  1. 设计控制回路在稳定性、消除性能、频谱保真度等方面是困难的。
  2. 制造公差
  3. 控制回路需要快速,因此它们在低频下工作得更好。大多数好的耳机都使用了主动和被动消除的良好组合。无源在高频下工作得更好
  4. 虽然耳机腔体很小,但它仍然有相当多的声学共振和波传播,因此您需要校正麦克风处的声音与耳鼓处的声音
  5. 许多较新的耳机也使用外部麦克风,因此它是前馈和反馈消除的组合

一旦空间变得比耳机大,事情就会变得复杂得多。现在你需要考虑空间分布的声场、环境、各种传播模式。

通常自适应算法用于这种类型的 DSP 应用。您可以尝试很多算法。所有这些都属于最小化算法/数值优化算法(LMS,RLS ...)系列您可以使用特定结构中的自适应滤波器,您可以使用算法不断调整。

x(k) + n_1(k) ──────────────────────────────┐
                                            │
                        ┌──────────┐        v
       n_2(k) ─────────>│ Adaptive ├───────>O───  e(k)
                        │  Filter  │      -
                        └──────────┘

这样,您就可以使用两个麦克风。一种用于测量您想要消除的噪声,另一种用于测量您的信号和噪声(这将是参考麦克风)。如果 n_1(k) 和 n_2(k) 相互关联,则可以得到 e(k) ~ x(k)

自适应算法只是整个结构的一个插件,它将决定自适应行为的属性。

关于自适应滤波有一本很好的书:http ://www.springer.com/engineering/signals/book/978-1-4614-4105-2

你也可以找到很多关于这个应用程序的文章。