本發(fā)明涉及一種汽車車內(nèi)主動噪音控制方法，尤其是一種基于最優(yōu)臨界頻帶幅值增益控制的主動噪聲均衡控制方法。

背景技術(shù)：

汽車車內(nèi)噪聲的傳統(tǒng)控制手段主要有隔聲、吸聲等手段。但受成本、布置空間和材料特性等因素的限制,對車內(nèi)低頻噪聲的控制效果都不太理想,且均屬于被動的噪聲控制方法,既不能根據(jù)車輛復(fù)雜多變的行駛工況自動調(diào)整,更不能有選擇性地控制特定頻段的噪聲。因此無法實現(xiàn)汽車車內(nèi)聲品質(zhì)的改善。

與被動降噪措施相對應(yīng),主動噪聲控制（anc）方法是依據(jù)聲波干涉相消原理通過次級聲源發(fā)聲抵消原有噪聲實現(xiàn)降噪，同時隨著數(shù)字信號處理技術(shù)和集成電路廣泛應(yīng)用日漸興起。主動噪聲控制采用以聲治聲的方法對低頻噪聲有良好的抑制效果，目前的anc針對的是某一頻率或整體噪聲的消除，沒有選擇性地控制特定頻段（一般為臨界頻帶）的噪聲使之產(chǎn)生均衡效果從而改善聲品質(zhì)。

目前anc方法對參考信號的獲取通常采用一路或多路振動加速度信號或發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號來識別，很難同時滿足實時性和全面性。此外，anc方法中參考信號識別后直接進入自適應(yīng)控制算法驅(qū)動次級聲源實現(xiàn)噪聲的最大消除，無聲音優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有主動噪聲控制（anc）方法難以同時滿足實時性和全面性的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于最優(yōu)臨界頻帶幅值增益控制的主動噪聲均衡控制方法。

一種基于最優(yōu)臨界頻帶幅值增益控制的主動噪聲均衡控制方法，具體步驟是：

a.車內(nèi)噪音和發(fā)動機震動基于相干計算識別獲取參考信號x(n)；

b.根據(jù)步驟a得到的參考信號x(n)建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲品質(zhì)模型并優(yōu)化臨界頻帶幅值增益，獲得最優(yōu)臨界頻帶幅值增益β及其組合{β}；

c.將步驟a得到的參考信號x(n)分兩路，一路經(jīng)過初級通路p(z)成為初級聲信號d(n)，另一路經(jīng)次級通路估計濾波器se(z)后與偽誤差信號e’(n)一起輸入lms算法控制的自適應(yīng)濾波器，由此產(chǎn)生一組權(quán)值，該權(quán)值與參考信號相乘后得到次級聲控制信號y(n)；

y(n)與步驟b中得到的最優(yōu)幅值增益β結(jié)合得到真實次級聲信號s(n)=(1-β)y(n)以及偽次級聲信號s’(n)=βy(n)。真實次級聲信號s(n)與初級聲信號d(n)形成的真實誤差e(n)與偽次級聲信號s’(n)形成更新的偽誤差信號，由此不斷調(diào)整自適應(yīng)濾波器的權(quán)值，更新次級聲控制信號。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進一步的，所述步驟a車內(nèi)噪音和發(fā)動機震動基于相干計算識別獲取參考信號x(n)，是一路相干計算識別出相干高于設(shè)定值的頻帶range(i)，定義如式入下：

其中為發(fā)動機懸置被動側(cè)振動加速度自功率譜，為車內(nèi)噪聲自功率譜，為發(fā)動機振動與車內(nèi)噪聲的互功率譜，為相干系數(shù)，在0~1之間；

另一路進行幅值譜計算a(f)；識別range(i)內(nèi)a(f)最大值x（i）及對應(yīng)頻率f（i）,得到參考信號x（n）。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進一步的，所述步驟b根據(jù)步驟a得到的參考信號x(n)建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲品質(zhì)模型并優(yōu)化臨界頻帶幅值增益，獲得最優(yōu)臨界頻帶幅值增益β及其組合{β}，具體步驟如下：

a.根據(jù)參考信號x（n）判斷其臨界頻帶bark；

b.為相關(guān)bark增益系數(shù)賦初始值,其中;

c.參考信號相關(guān)的各以0.1為間隔，從0.0變化至1.5；

d.根據(jù)頻帶增益系數(shù)與頻帶線性總聲壓幅值的關(guān)系，估算當前增益系數(shù)向量β對應(yīng)的均衡后各參考信號相關(guān)bark線性總聲壓幅值;

e.計算不同β向量時誤差信號的噪聲聲品質(zhì)；

f.判斷步驟e得到的信號噪聲舒適度是否到達最優(yōu)聲品質(zhì)，若不是最優(yōu)返回步驟c；若是最優(yōu)聲品質(zhì)，輸出至步驟c。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進一步的，所述步驟d根據(jù)頻帶增益系數(shù)與頻帶線性總聲壓幅值的關(guān)系，估算當前增益系數(shù)向量β對應(yīng)的均衡后各參考信號相關(guān)bark線性總聲壓幅值是，令臨界頻帶內(nèi)參考信號頻率的幅值譜分量為pr(f)，非參考信號頻率的幅值譜分量為pn(f)，主動噪聲均衡控制后，參考信號分量變?yōu)樵瓉淼摩卤?，非參考信號分量保持不變?/p>

一個臨界頻帶內(nèi)聲信號幅值在主動均衡控制后與幅值增益β的關(guān)系為：

(4)

其中，w(f)為權(quán)系數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點是：基于聲-振相干計算可識別出多個參考信號頻率進行均衡控制，提高噪聲控制的全面性。將參考信號頻率對應(yīng)到臨界頻帶內(nèi)，以頻帶內(nèi)聲信號幅值增益為控制目標在實施控制之前先根據(jù)聲品質(zhì)模型優(yōu)化出最優(yōu)增益組合。本方法與anc控制相比，能在多頻帶控制聲信號幅值實現(xiàn)聲信號均衡，同時增加了基于聲品質(zhì)模型的優(yōu)化環(huán)節(jié)，最終達到聲品質(zhì)最優(yōu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明流程示意圖；

圖2是步驟a流程示意圖；

圖3是步驟b流程示意圖；

圖4是fxlms自適應(yīng)主動噪聲均衡控制原理圖；

圖5是實施例1中4檔2000rpm不同增益β控制下車內(nèi)噪聲時域信號示意圖；

圖6是主動均衡控制前后車內(nèi)噪聲聲品質(zhì)對比圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的實例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的原件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，一種基于最優(yōu)臨界頻帶幅值增益控制的主動噪聲均衡控制方法，具體步驟是：

a.車內(nèi)噪音和發(fā)動機震動基于相干計算識別獲取參考信號x(n)；

b.根據(jù)步驟a得到的參考信號x(n)建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲品質(zhì)模型并優(yōu)化臨界頻帶幅值增益，獲得最優(yōu)臨界頻帶幅值增益β及其組合{β}；

c.將步驟a得到的參考信號x(n)分兩路，一路經(jīng)過初級通路p(z)成為初級聲信號d(n)，另一路經(jīng)次級通路估計濾波器se(z)后與偽誤差信號e’(n)一起輸入lms算法控制的自適應(yīng)濾波器，由此產(chǎn)生一組權(quán)值，該權(quán)值與參考信號相乘后得到次級聲控制信號y(n)；

y(n)與步驟b中得到的最優(yōu)幅值增益β結(jié)合得到真實次級聲信號s(n)=(1-β)y(n)以及偽次級聲信號s’(n)=βy(n)。真實次級聲信號s(n)與初級聲信號d(n)形成的真實誤差e(n)與偽次級聲信號s’(n)形成更新的偽誤差信號，由此不斷調(diào)整自適應(yīng)濾波器的權(quán)值，更新次級聲控制信號。

如圖2所示，所述步驟a車內(nèi)噪音和發(fā)動機震動基于相干計算識別獲取參考信號x(n)，是一路相干計算識別出相干高于設(shè)定值的頻帶range(i)，定義如式入下：

其中為發(fā)動機懸置被動側(cè)振動加速度自功率譜，為車內(nèi)噪聲自功率譜，為發(fā)動機振動與車內(nèi)噪聲的互功率譜，為相干系數(shù)，在0~1之間；

另一路進行幅值譜計算a(f)；識別range(i)內(nèi)a(f)最大值x（i）及對應(yīng)頻率f（i）,得到參考信號x（n）。

如圖3所示，所述步驟b根據(jù)步驟a得到的參考信號x(n)建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聲品質(zhì)模型并優(yōu)化臨界頻帶幅值增益，獲得最優(yōu)臨界頻帶幅值增益β及其組合{β}，具體步驟如下：

a.根據(jù)參考信號x（n）判斷其臨界頻帶bark；

b.為相關(guān)bark增益系數(shù)賦初始值，其中；

c.參考信號相關(guān)的各以0.1為間隔，從0.0變化至1.5；

d.根據(jù)頻帶增益系數(shù)與頻帶線性總聲壓幅值的關(guān)系，估算當前增益系數(shù)向量β對應(yīng)的均衡后各參考信號相關(guān)bark線性總聲壓幅值；

e.計算不同β向量時誤差信號的噪聲聲品質(zhì)；

f.判斷步驟e得到的信號噪聲舒適度是否到達最優(yōu)聲品質(zhì)，若不是最優(yōu)返回步驟c；若是最優(yōu)聲品質(zhì)，輸出至步驟c。

實施例1

設(shè)定相干系數(shù)為0.99，車輛運行工況為多個當我不同發(fā)動機轉(zhuǎn)速，其中在4檔2000rpm轉(zhuǎn)速下，根據(jù)步驟a中式（1）：

識別出的參考信號頻率如表1所示：

對識別出的參考信號判斷臨界頻帶bark，令臨界頻帶內(nèi)參考信號頻率的幅值譜分量為pr(f)，非參考信號頻率的幅值譜分量為pn(f)，主動噪聲均衡控制后，參考信號分量變?yōu)樵瓉淼摩卤?，非參考信號分量保持不變?/p>

一個臨界頻帶內(nèi)聲信號幅值在主動均衡控制后與幅值增益β的關(guān)系為：

（4）

其中，w(f)為權(quán)系數(shù)。

搭建聲品質(zhì)模型根據(jù)各臨界頻帶幅值增益計算聲品質(zhì)值，采用枚舉法優(yōu)化出最優(yōu)聲品質(zhì)時的幅值增益組合{β}并輸出給fxlms控制算法。本例中權(quán)系數(shù)w(f)取1，聲品質(zhì)指標為“舒適度”，聲品質(zhì)模型由bp(backpropagating)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建，其輸入層神經(jīng)元數(shù)量為5，輸出層神經(jīng)元數(shù)量為1，隱含層數(shù)量為7。臨界頻帶幅值增益β的范圍設(shè)定在0~1.5。得到最優(yōu)幅值增益組合及其最低聲品質(zhì)，其中聲品質(zhì)即舒適度，如表2所示：

根據(jù)圖所示的fxlms自適應(yīng)控制原理搭建主動噪聲均衡控制器，圖中各符號對應(yīng)含義如表3。控制方法的輸入是經(jīng)相干計算識別的參考信號x(n)，其中一路經(jīng)過初級通路p(z)成為初級聲信號d(n)（期望控制的信號）。另一路經(jīng)次級通路估計濾波器se(z)后與偽誤差信號e’(n)一起輸入lms算法控制的自適應(yīng)濾波器，由此產(chǎn)生一組權(quán)值，該權(quán)值與參考信號相乘后得到次級聲控制信號y(n)，y(n)與步驟2中得到的最優(yōu)幅值增益β結(jié)合得到真實次級聲信號s(n)=(1-β)y(n)以及偽次級聲信號s’(n)=βy(n)。真實次級聲信號s(n)與初級聲信號d(n)形成的真實誤差e(n)與偽次級聲信號s’(n)形成更新的偽誤差信號，由此不斷調(diào)整自適應(yīng)濾波器的權(quán)值，更新次級聲控制信號。調(diào)節(jié)lms自適應(yīng)濾波器的收斂步長和濾波器長度這兩個參數(shù)以達到合適的算法收斂速度。當e’(n)=0時

e’(n)=e(n)-βy(n)=0,e(n)=d(n)-(1-β)y(n)；

因此，d(n)=y(n)；e(n)=βy(n)=βd(n)；由此，將初級聲信號控制為原來的β倍。β=0時，初級聲信號被完全抑制；0<β<1時，初級聲信號幅值部分衰減；β=1時，初級聲信號保持原樣；β>1時，初級聲信號得到放大。圖5為本例中4檔2000rpm工況不同β控制下車內(nèi)噪聲信號的均衡。當各臨界頻帶聲信號幅值增益為最優(yōu)時，實現(xiàn)聲品質(zhì)最優(yōu)（舒適度最高）的主動噪聲均衡控制。圖6顯示了多個工況下主動均衡控制前后車內(nèi)噪聲“舒適度”的對比，可以看到聲品質(zhì)有明顯提升。表4列出了具體舒適度值以及均衡控制的5個最優(yōu)臨界頻帶幅值增益組合。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。