一种自适应降噪的方法及降噪装置与流程

1.本发明涉及降噪领域，更具体地说，涉及一种自适应降噪的方法及降噪装置。

背景技术：

2.通常来说，短时间暴露在噪声下，可引起听觉疲劳，产生暂时性听力减退；长时间暴露在噪声下，会引起永久性听力下降。噪声在80db以下，一般不会引起噪声性听力下降，在80db以上，对听力有不同程度的影响，在95db以上，其影响就非常的严重。长期工作在高噪声环境下而又没有采取任何有效的防护措施，必将导致永久性的无可挽回的听力损失，甚至导致严重的职业性耳聋。强噪声除了可导致耳聋外，还可对人体的神经系统、心血管系统、消化系统，以及生殖机能等，产生不良的影响。特别强烈的噪声还可导致神经失常、休克、甚至危及生命。由于噪声易造成心理恐惧以及对报警信号的遮蔽，它严重影响了战斗人员的警觉性、应变能力。
3.噪声的个体防护，是世界各国共同关注的课题，有必要研发一种具有主动降噪技术的护听用品，能解决噪声防护问题，方便使用者之间的信息交流，更好的满足工作任务需求，提高应用能力。国内主动降噪耳机技术主要通过采用模拟技术方式实现，只采用单一反馈控制方式，主动降噪量平均达到10db左右，仅能满足日常工作噪声环境，不能满足日益严酷的噪声环境需求，且针对人员佩戴耳罩后内外的噪声分析的技术几乎没有，在国内为空白，因此，急需一种自适应降噪的噪声记录分析方法的研究，来适应不同环境，不同噪声量的自适应降噪耳机。

技术实现要素：

4.1.要解决的技术问题
5.为了解决不同环境噪声对人员听力及生理造成的危害，本发明采用自适应降噪算法，按照输入输出的统计特性，在滤波过程中输入的统计特性随时间做慢性变化，进行自动适应降噪；且对降噪过程中感知噪声的频率、噪声水平、使用时长等进行记录，呈现出噪声暴露量，对人员听力进行数据分析，可以实现对人员听力进行防护，且对人员实际感受的噪声进行分析，把噪声暴露量进行数据量化，能评价防护耳罩的使用效果，为防护耳罩改进提供方向，且能掌握人员听力与噪声的相对关系，进行人员听力防护研究。本发明通用性强，采用噪声分析记录模块进行对所处环境的噪声进行分析，针对性的进行自适应降噪，避免的现有降噪耳机在不同的环境下不通用的缺陷，因此实用性较好，易于推广应用，具有较大实用价值。
6.2.技术方案
7.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
8.一种自适应降噪的方法，包括以下过程：
9.采集特定环境的噪声源，并转化成噪声数据，进行噪声数据的记录保存；
10.分析处理噪声数据，确定环境下的噪声源的a率系数；
11.记录保存并发送a率系数至自适应控制器，进行自适应滤波降噪；
12.其中，a率系数的确定采用以下方法：
13.将噪声数据进行频域处理，把时域信号转换为频域信号，得到噪声源的多个频带；计算每个频带的声压，使用a率系数表示全部频带的最后声压，以实现噪声数据的显示，单位为d ba；其每个频带的声压计算公式为：
[0014][0015]
其a率系数公式为：
[0016][0017]
其全部频带的最后声压计算公式为：
[0018][0019]
进一步的，自适应控制器根据a率系数调整预设的降噪权系数，进行自适应算法进行滤波降噪；自适应算法采用以下公式进行：
[0020][0021]
其中：x(n)为参考信号；s(z)为误差通道；x'(n)为滤波后次级信号；y(n)为次级信号；e(n)为误差信号。
[0022]
进一步的，采用上述的一种自适应降噪方法的一种自适应降噪装置，包括一对耳罩，耳罩内部设置有噪声记录分析模块和降噪模块。
[0023]
进一步的，噪声记录分析模块设有采集模块、分析模块、记录模块、显示模块、pc通信模块、电池控压模块；
[0024]
采集模块，包括内置拾音器和外置拾音器；内置拾音器设置在耳罩内部，采集耳罩内的噪声源；外置拾音器设置在耳罩外侧，采集特定环境中的噪声源；采集模块将噪声源转化成噪声数据，分别传送至记录模块、分析模块和降噪模块；分析模块，根据噪声数据进行a率系数的确定，并发送到记录模块进行特定环境下的a率系数，同时发送到降噪模块；记录模块，记录噪声数据及与之对应的a率系数；显示模块分别与采集模块和分析模块电性连接，用于显示噪声数据及a率系数，以及实时变化曲线；pc通信模块用于与pc端通信，传输噪声数据和a率系数；电池控压模块用于噪声记录分析模块的工作用电。
[0025]
进一步的，噪声记录分析模块还设有软件系统；软件系统包括adc读取模块、噪声
放大模块、数据处理模块、数据通信模块、噪声显示模块、噪声保存模块。
[0026]
进一步的，adc读取模块将噪声源进行数模转换成数字信号；噪声放大模块设置数字信号放大的倍数，用于数字信号的放大；数据处理模块通过数字信号进行a率系数的计算处理；数据通信模块用于降噪模块与噪声记录分析模块之间的信号通信。
[0027]
进一步的，降噪模块包括：参考传声器，接收特定环境的噪声源并转化成参考信号；误差传声器，接收耳罩内的噪声源并转化成误差信号；自适应控制器，接受参考信号，根据a率系数调整预设权系数，得到次级信号；接受误差信号，根据a率系数调整预设权系数，得到滤波后次级信号；循环接受误差信号多次，直到滤波后的次级噪声与噪声源等幅反相，实现自适应滤波降噪；次级传声器，播放次级信号或滤波后次级信号转化后的次级声源，与噪声源抵消。
[0028]
进一步的，误差传声器与次级传声器水平间隔设置在耳罩内部；参考传声器与外置拾音器电性相连，误差传声器与内置拾音器电性连接。
[0029]
进一步的，噪声记录分析模块还包括外壳上盖，外壳上盖的下端安装有相匹配的外壳底座，外壳底座的下端安装有卡扣，外壳底座上端设置有电源开关，电源开关用于噪声记录分析模块与降噪模块的电性连接。
[0030]
3.有益效果
[0031]
相比于现有技术，本发明的优点在于：
[0032]
本方案可以实现对人员听力进行防护，且对人员实际感受的噪声进行分析，把噪声暴露量进行数据量化，对感受噪声的频率、噪声水平、使用时长等进行记录，借此对人员听力进行数据分析，能评价防护耳罩的使用效果，为防护耳罩改进提供方向，且能掌握人员听力与噪声的相对关系，为人员听力防护研究具有巨大意义，具有极大研究及实用价值。本发明通用性强，采用噪声分析记录模块进行对所处环境的噪声进行分析，针对性的进行自适应降噪，避免的现有降噪耳机在不同的环境下不通用的缺陷，因此实用性较好，易于推广应用，具有较大实用价值。
附图说明
[0033]
图1为本发明的有源降噪方法的降噪系统原理图；
[0034]
图2为本发明的有源降噪装置结构示意图；
[0035]
图3为本发明的噪声记录分析模块结构爆炸结构示意图；
[0036]
图4为本发明的噪声记录分析模块的软件系统的功能框图；
[0037]
图中标号说明：
[0038]
1误差传声器、2参考传声器、3次级传声器、4自适应控制器、5噪声采集模块、6噪声显示模块、7噪声保存模块、8pc通信模块、9电池控压模块、10外壳上盖、11外壳底座、12卡扣、13电源按钮。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0041]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0042]
实施例1：
[0043]
一种自适应降噪的方法，包括以下过程：
[0044]
采集特定环境的噪声源，并转化成噪声数据，进行噪声数据的记录保存；
[0045]
分析处理噪声数据，确定环境下的噪声源的a率系数；
[0046]
记录保存并发送a率系数至自适应控制器，进行自适应滤波降噪；
[0047]
其中，a率系数的确定采用以下方法：
[0048]
在不同的噪声环境下，将所属环境的噪声数据进行频域处理，把时域信号转换为频域信号，得到噪声源的多个频带；计算每个频带的声压，使用a率系数表示全部频带的最后声压，以实现噪声数据的显示，单位为d ba；其每个频带的声压计算公式为：
[0049][0050]
其a率系数公式为：
[0051][0052]
其全部频带的最后声压计算公式为：
[0053][0054]
在上述实施例中，声音是由若干(或无限多个)频率分量组成，需要在频域处理数据，把时域信号转换为频域信号，使用1/3倍频程把声音划分为多个频带，计算每个倍频程的声压级，为了使测量得到的值更符合人的主观感觉，需要使用a率加权来表示最后的声压作为噪声显示，单位为d ba。最后噪声还需校准仪进行标定校准。
[0055]
在上述实施例中，自适应控制器根据a率系数调整预设的降噪权系数，进行自适应算法进行滤波降噪；
[0056]
自适应算法采用以下公式进行：
[0057][0058]
其中：x(n)为参考信号；s(z)为误差通道；x'(n)为滤波后次级信号；y(n)为次级信号；e(n)为误差信号。
[0059]
在上述实施例中，采用了前馈式fxlms。前馈式fxlms用于自适应有源降噪控制的系统原理如图2所示，由自适应控制器4、参考传声器2、误差传声器1和次级声源3组成，前馈式结构易于获得与初级噪声相关的参考信号，便于保持系统的稳定性。
[0060]
通过上述的降噪方法，可以应用到不同噪声量的场景中，通过对环境噪声的采集分析，得出相对应的a率系数，来修订自适应降噪过程中的预设的权系数，使其降噪水平适应现处环境的噪声量，实现有针对性的降噪，更好的实现听力养护的作用。
[0061]
实施例2：
[0062]
一种自适应降噪装置，包括一对耳罩，耳罩内部设置有噪声记录分析模块和降噪模块。
[0063]
1.噪声记录分析模块设有硬件设计和软件设计。
[0064]
硬件设计：
[0065]
包括：采集模块5、分析模块、记录模块7、显示模块6、pc通信模块8、电池控压模块9；
[0066]
采集模块5，包括内置拾音器和外置拾音器；内置拾音器设置在耳罩内部，采集耳罩内的噪声源；外置拾音器设置在耳罩外侧，采集特定环境中的噪声源；采集模块将噪声源转化成噪声数据，使用高精度adc及信号放大电路把噪声进行信号放大调理、采集、计算、显示，分别传送至记录模块7、分析模块和降噪模块；
[0067]
分析模块，根据噪声数据进行a率系数的确定，并发送到记录模块7进行特定环境下的a率系数，同时发送到降噪模块；本发明采用stm32f407vet6，其为高性能cortex m4的微控制器集成创新外设，168mhz工作频率，具有32位闪存mcu具有浮点单元(fpu)。
[0068]
记录模块7，记录噪声数据及与之对应的a率系数；
[0069]
显示模块6分别与采集模块5和分析模块电性连接，用于显示噪声数据及a率系数，以及实时变化曲线；
[0070]
pc通信模块8用于与pc端通信，传输噪声数据和a率系数；采用usb口与与pc连接，通过ft232rl芯片，使用usb转uart串口与pc进行通信，得以通过pc端软件报告生成软件，把数据传输到pc以生成报告。
[0071]
电池控压模块9用于噪声记录分析模块的工作用电，具备升压/降压之优点，输入端工作电压dc 3-6v，输出端为dc 5v。
[0072]
请参阅图3，噪声记录分析模块的硬件设计装配在外壳内，外壳由外壳上盖10、外
壳底座11及卡扣12组成，外壳底端安装卡扣12；外壳底座11的底部固定连接电池控压模块9，外壳底座11的外端安装有电源按钮13，电源按钮13与电池控压模块9电性连接，电池控压模块9的上侧电性连接自适应控制器4，自适应控制器4的上侧电性连接有噪声采集模块5和噪声保存模块7，噪声保存模块7的上端安装有噪声显示模块6，外壳底座11的内部安装有pc通信模块8，pc通信模块8与电池控压模块9和自适应控制器4均电性连接。卡扣12的设置便于模块的安装和拆卸。噪声记录分析模块基于功能模块化设计，方便日后对各模块功能独立升级。
[0073]
软件设计：请参考图4，包括adc读取模块、噪声放大模块、数据处理模块、数据通信模块、噪声显示模块、噪声保存模块：
[0074]
adc读取模块，对adc进行模数转换后把物理界模拟量的噪声信号转成分析模块能够识别的数字信号；
[0075]
噪声放大模块，主要设置噪声采集放大的倍数设置，以对数据后续能进行准确采集；
[0076]
数据处理模块，将数字信号通过a率系数的加权进行计算处理；
[0077]
数据通信模块，用于自适应控制器与噪声收集模块之间的信号通信；还用于stm32f407的arm微控制器对噪声采集模块进行ttl通信，设置相关的波特率及其他参数，发送读取噪声报文，并对回读的报文进行解译。
[0078]
2.请参考图2，降噪模块包括：
[0079]
参考传声器2，接收特定环境的噪声源并转化成参考信号；
[0080]
误差传声器1，接收耳罩内的噪声源并转化成误差信号；
[0081]
自适应控制器4，接受参考信号，根据a率系数调整预设权系数，得到次级信号；接受误差信号，根据a率系数调整预设权系数，得到滤波后次级信号；循环接受误差信号多次，直到滤波后的次级噪声与噪声源等幅反相，实现自适应滤波降噪；
[0082]
次级传声器3，播放次级信号或滤波后次级信号转化后的次级声源，与噪声源抵消。
[0083]
在上述实施例中，自适应控制器4分别与误差传声器1、参考传声器2和次级传声器3电性连接。自适应降噪主要通过自适应控制器4进行，主要包括自适应滤波及自适应算法。
[0084]
在上述实施例中，自适应控制器4根据a率系数调整预设的降噪权系数，进行自适应算法进行滤波降噪的过程为：整个特定环境中待消除的噪声信号有初级扬声器控制的噪声源，参考传声器2接收初级噪声并发送参考信号x(n)至自适应控制器4，自适应控制器4通过自适应算法，计算出次级信号y(n)并发送次级噪声，初级噪声和次级噪声在误差传声器1处叠加，当初级噪声与次级噪声等幅反相时，叠加后声压降低，初级噪声抵消；当初级噪声与次级噪声等幅反相有误差时，发送误差信号e(n)，误差传声器接1收误差信号e(n)并发送至自适应控制器4，通过预设的权系数的a率系数的校正，改变次级信号的幅值和相位，即通过误差通道s(z)滤波后形成的参考信号x'(n)，从而改变次级噪声，经过若干计算和权系数的调整直到加权后的次级噪声与初级噪声等幅反相，系统稳定。
[0085]
在上述实施例中，自适应控制器4对噪声采集模块5通过数据通信模块进行ttl通信，设置相关的波特率及其他参数，发送读取噪声报文，并对回读的报文进行解译。
[0086]
在上述实施例中，误差传声器1与次级传声器水3平间隔设置在耳罩内部；参考传
声器2与外置拾音器电性相连，误差传声器1与内置拾音器电性连接。
[0087]
本发明实现在不同的噪声环境下，可以实现对人员听力进行防护，且对人员实际感受的噪声进行分析，把噪声暴露量进行数据量化，对感受噪声的频率、噪声水平、使用时长等进行记录，借此对人员听力进行数据分析，得出a率系数，从而针对性的进行自适应降噪；能评价防护耳罩的使用效果，为防护耳罩改进提供方向，且能掌握人员听力与噪声的相对关系，为人员听力防护研究具有巨大意义，具有极大研究及实用价值；本发明通用性强，采用噪声分析记录模块进行对所处环境的噪声进行分析，针对性的进行自适应降噪，避免的现有降噪耳机在不同的环境下不通用的缺陷，因此实用性较好，易于推广应用，具有较大实用价值。
[0088]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种自适应降噪的方法，其特征在于：包括以下过程：采集特定环境的噪声源，并转化成噪声数据，进行所述噪声数据的记录保存；分析处理所述噪声数据，确定所述环境下的所述噪声源的a率系数；记录保存并发送所述a率系数至自适应控制器，进行自适应滤波降噪；其中，所述a率系数的确定采用以下方法：将所述噪声数据进行频域处理，把时域信号转换为频域信号，得到所述噪声源的多个频带；计算每个所述频带的声压，使用a率系数表示全部所述频带的最后声压，以实现所述噪声数据的显示，单位为d ba；其每个所述频带的声压计算公式为：其所述a率系数公式为：其全部所述频带的最后声压计算公式为：2.根据权利要求1所述的一种自适应降噪的方法，其特征在于：所述自适应控制器根据所述a率系数调整预设的降噪权系数，进行自适应算法进行滤波降噪；所述自适应算法采用以下公式进行：其中：x(n)为参考信号；s(z)为误差通道；x'(n)为滤波后次级信号；y(n)为次级信号；e(n)为误差信号。3.一种自适应降噪装置，其特征在于：采用权利要求1或2所述的自适应降噪的方法，包括一对耳罩，所述耳罩内部设置有噪声记录分析模块和降噪模块。4.根据权利要求3所述的自适应降噪装置，其特征在于：所述噪声记录分析模块设有采集模块、分析模块、记录模块、显示模块、pc通信模块、电
池控压模块；所述采集模块，包括内置拾音器和外置拾音器；所述内置拾音器设置在所述耳罩内部，采集所述耳罩内的噪声源；所述外置拾音器设置在所述耳罩外侧，采集特定环境中的噪声源；所述采集模块将所述噪声源转化成噪声数据，分别传送至所述记录模块、所述分析模块和所述降噪模块；所述分析模块，根据所述噪声数据进行所述a率系数的确定，并发送到所述记录模块进行特定环境下的所述a率系数，同时发送到所述降噪模块；所述记录模块，记录所述噪声数据及与之对应的所述a率系数；所述显示模块分别与所述采集模块和所述分析模块电性连接，用于显示所述噪声数据及所述a率系数，以及实时变化曲线；所述pc通信模块用于与pc端通信，传输所述噪声数据和所述a率系数；所述电池控压模块用于所述噪声记录分析模块的工作用电。5.根据权利要求3所述的自适应降噪装置，其特征在于：所述噪声记录分析模块还设有软件系统；所述软件系统包括adc读取模块、噪声放大模块、数据处理模块、数据通信模块、噪声显示模块、噪声保存模块。6.根据权利要求5所述的自适应降噪装置，其特征在于：所述adc读取模块将所述噪声源进行数模转换成数字信号；所述噪声放大模块设置所述数字信号放大的倍数，用于所述数字信号的放大；所述数据处理模块通过所述数字信号进行所述a率系数的计算处理；所述数据通信模块用于所述降噪模块与所述噪声记录分析模块之间的信号通信。7.根据权利要求3所述的自适应降噪装置，其特征在于：所述降噪模块包括：参考传声器，接收特定环境的所述噪声源并转化成所述参考信号；误差传声器，接收所述耳罩内的所述噪声源并转化成所述误差信号；自适应控制器，接受所述参考信号，根据所述a率系数调整所述预设权系数，得到所述次级信号；接受所述误差信号，根据所述a率系数调整所述预设权系数，得到所述滤波后次级信号；循环接受所述误差信号多次，直到所述滤波后的次级噪声与所述噪声源等幅反相，实现自适应滤波降噪；次级传声器，播放所述次级信号或所述滤波后次级信号转化后的次级声源，与所述噪声源抵消。8.根据权利要求7所述的自适应降噪装置，其特征在于：所述误差传声器与所述次级传声器水平间隔设置在所述耳罩内部；所述参考传声器与所述外置拾音器电性相连，所述误差传声器与所述内置拾音器电性连接。9.根据权利要求1所述的自适应降噪装置，其特征在于：所述噪声记录分析模块还包括外壳上盖(1)，所述外壳上盖(1)的下端安装有相匹配的外壳底座(2)，所述外壳底座(2)的下端安装有卡扣(10)，所述外壳底座(2)上端设置有电源开关，所述电源开关用于所述噪声记录分析模块与所述降噪模块的电性连接。

技术总结

本发明公开了一种自适应降噪的方法及降噪装置，包括以下过程：采集特定环境的噪声源，并转化成噪声数据，进行噪声数据的记录保存；分析处理噪声数据，确定环境下的噪声源的A率系数；记录保存并发送A率系数至自适应控制器，进行自适应滤波降噪。本发明实现对特定环境噪声进行分析，能评价防护耳罩的使用效果，为防护耳罩改进提供方向，且能掌握人员听力与噪声的相对关系，通用性强，实用性较好，易于推广应用，具有较大实用价值。具有较大实用价值。具有较大实用价值。