[发明专利]一种时频域混合自适应有源噪声控制算法

说明书

一、技术领域

本发明涉及有源噪声控制领域，提出了一种时频域混合自适应有源噪声控制算法。

二、背景技术

针对传统噪声控制方法的不足，有源噪声控制提供了一种对低频噪声非常有效的控制方法，即通过人为引入控制声源和原始噪声相互作用以达到降噪目的。由于一般情况下原始噪声和控制环境是时变的，故需要自适应调节控制声源的输出波形以保持降噪系统的性能。现有机舱和轿车等闭空间的有源噪声控制的应用中，有源噪声控制系统实用的主要障碍之一是降噪带宽有限。这可通过采用较高的采样率改善，但较高的采样频率导致自适应滤波和抵消通道模型的滤波器阶数显著增加。

对于较长阶数的有限冲击响应(FIR)滤波器的滤波和自适应更新，采用基于快速傅立叶变换(FFT)的频域算法可显著降低其计算量。而FFT的正交分解特性对输入信号进行了去相关，通过对每个频谱选择不同的收敛系数，频域算法的收敛速度也可能比相应的时域算法有大幅度提高。对有源噪声控制中最常用的滤波-x最小均方算法(FXLMS)，有两条途径实现对应的频域算法。第一条途径是最大限度地利用频域运算的特点降低计算量，把其中的控制信号生成(FIR滤波)和滤波器更新(LMS)都在频域完成；而第二条途径是在时域完成控制信号生成，仅在频域完成滤波器更新(Elliott，S.J.，2001.Signal Processing for Active Control.Academic Press，London)。现有的大部分有源噪声控制系统采用的是第二条途径，其原因是第一条途径引入至少一个FFT块数据大小的时延，即控制信号生成不是实时的，这不满足大多数有源控制系统的实时性要求。但第二条途径的缺点是其计算量的节省程度有限(Qiu，X.and Hansen，C.H.，2003b.A comparison of adaptive feedforward control algorithms for the practical implementation of multichannel active noise control.Proceedings of 8th International Congress on Sound and Vibration Wespac，Melbourne，Australia)。这是由于控制信号生成在整个系统的运算量中占有一定比重，如30％，因此即使在频域完成滤波器更新能节省所有的滤波器更新所需的计算量，整个系统计算量节省的极限超不过30％。

已有研究提出采用多时延频域(MultiDelay Frequency domain，简称MDF)算法来解决上述问题(Qiu X.，Hansen C.H.，2007.Multidelay adaptive filters for active noise control.Proceedings of 14th International Congress on Sound and Vibration，Cairns，Australia)。MDF算法是一种灵活的自适应结构，即将较长的FIR滤波器分成若干段较短的FIR滤波器分别进行处理，对每个较短的FIR采用频域滤波和更新。这是一种简化的频域算法。由于对每一小块采用了频域算法，故整个系统的计算量可以利用FFT得到降低；而又由于采用了较短的FFT块，故控制信号的时延得到降低，从而在某些有源控制中得到应用。在有源噪声控制中使用MDF算法的关键是块大小的划分，需要在计算量降低和时延之间根据实际噪声环境进行折中。块越大，计算量降低得越多，但时延越大。当块的大小是原滤波器的长度时，则等价于第一条途径的频域算法。较小的块则适合于短时延的场合，当块的长度为1各采样点时，则等价于到时域FXLMS算法。

现有MDF算法在有源噪声控制中应用的主要障碍是其时延。虽然MDF算法由于使用短块数据作FFT，时延减少了很多，但对很多有实时要求的有源噪声控制应用不适用(Qiu，X.，Li，N.，Chen，G.and Hansen，C.H.，2006.The implementation of delayless subband active noise control algorithms，Proceedings of the 2006 International Symposium on Active control of Sound and Vibration，Adelaide，Australia)。本发明提出采用时频域混合自适应算法来实现无时延的MDF算法。