机动车自适应前馈降噪的方法
阅读说明：本技术 机动车自适应前馈降噪的方法 (Self-adaptive feedforward noise reduction method for motor vehicle ) 是由 梁秉章 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种机动车自适应前馈降噪的方法,包括：获取噪声信号,并将获取的噪声信号划分成多个分段噪声信号；对于每个分段噪声信号,利用1/3倍频程谱分析其对应的声压数据；声压数据被用于驱动一个或多个换能器,使得一个或多个换能器的输出自适应的背景修正声压信号被引导以用来降低所述噪声信号。本发明旨在通过将声信号划分成多个分段噪声信号并利用1/3倍频程谱分析其对应的声压数据,增加噪声的各频率段分布值,以获得更加精确平缓的降噪效果。(The invention discloses a self-adaptive feedforward noise reduction method for a motor vehicle, which comprises the following steps: acquiring a noise signal, and dividing the acquired noise signal into a plurality of segmented noise signals; for each segmented noise signal, analyzing corresponding sound pressure data by using 1/3 octave spectrum; the acoustic pressure data is used to drive the one or more transducers such that an output adaptive background-corrected acoustic pressure signal of the one or more transducers is directed to reduce the noise signal. The invention aims to increase the distribution value of each frequency segment of noise by dividing an acoustic signal into a plurality of segmented noise signals and analyzing the corresponding sound pressure data by using 1/3 octave spectrum so as to obtain more accurate and gentle noise reduction effect.)
技术领域
本发明涉及电子和自动噪声消除技术，尤其涉及一种机动车自适应前馈降 噪的技术。
背景技术
发动机噪声消除系统是在机动车中(例如在车厢中或者在消声器组件中)使 用的自适应前馈降噪系统，以用来降低或消除发动机噪声。在待被消除的频率 处的正弦波被用作自适应滤波器的输入。发动机噪声消除系统还使用一个或多 个麦克风作为误差输入换能器。自适应滤波器可以改变输入正弦波的幅度和/或 相位。自适应滤波器的输出被应用到产生声音的一个或多个换能器(即扬声器)， 该声音与待被消除的不理想的发动机噪声声学相反，以通过相消干涉来抑制噪 声。而机动车的噪声除了发动机噪声还有路噪，其对机动车自适应前馈降噪提 出更高的技术挑战。
目前，测量汽车路噪单纯利用声压计测出若干个声压级，然后取其平均值。 但是，这种处理方式首先所测出来的声压级无法忽略车外风噪的影响；另外， 由于只有一个总的声压级，却无法展示该噪声下各频率段分布值，从而无法对 其汽车所产生的路噪进行针对性的降噪策略优化改进。尽管不断有更大的计算 处理能力，但是信噪比正确与否很大程度取决于对于噪声的估计是否可靠、准 确，因此，对于动态的、快速变化的声音，或者包含较高频率的声音，降噪效 果更加不好。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种机动车自适应前馈降噪的方法，旨 在通过将声信号划分成多个分段噪声信号并利用1/3倍频程谱分析其对应的声 压数据，增加噪声的各频率段分布值，以获得更加精确平缓的降噪效果。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种机动车自适应前馈降噪的方法， 包括：
获取噪声信号，并将获取的噪声信号划分成多个分段噪声信号；
基于每个分段噪声信号，利用1/3倍频程谱分析其相应的的声压数据；所述 声压数据被用于驱动一个或多个换能器，使得所述一个或多个换能器的输出自 适应的背景修正声压信号被引导以用来降低所述噪声信号。
所述声压数据至少包括运行总声压数据LT、背景噪声声压数据LB和所述背 景修正声压信号LN。
在一个优选实施例中，所述利用1/3倍频程谱分析其对应的声压数据，包括 利用hamming窗函数后对所述分段噪声信号进行FFT频谱变换计算，以使得所 述分段噪声信号的始末端之不连续数据被消除。
在一个优选实施例中，所述利用1/3倍频程谱分析其对应的声压数据，还包 括：
将FFT计算后的频谱谱线值根据1/3倍频程中对所述分段噪声信号的上下 限频率划分进行归类；
将FFT计算后的频谱谱线值，即所述分段噪声信号的声能量幅值谱线，根 据1/3倍频程所属上下限频率对所述分段噪声信号进行分类；
将分类后的所述分段噪声信号进行IFFT计算得出所述分段噪声信号对应下 的声压均方根；
利用A计权网络测量对所述声压均方根进行A特性的修正以获取A计权1/3 倍频程声压级LAi；
对多段A计权1/3倍频程声压级进行等效声压级处理以获得声压数据LAeq；
其中，根据LAi计算LAeq的方式为：
进一步的，所述分段噪声信号的时间窗是可变的。所述分段噪声信号的时 间窗可以是10s、20或者30s。
具体的，所述背景修正声压信号LN的计算方法为：
若运行总声压数据LT与背景噪声声压数据LB的差值之绝对值大于10dB， 则LN＝LT；
若运行总声压数据LT与背景噪声声压数据LB的差值之绝对值在3～10dB；
若运行总声压数据LT与背景噪声声压数据LB的差值之绝对值小于3dB，
在一个优选实施例中，所述方法还包括：
所述获取噪声信号被从所述换能器输出的所述背景修正声压信号中减去以 获取新的噪声信号。
在一个优选实施例中，所述方法还包括：
对每个分段噪声信号单独应用适合应用的幅度缩放因子；
组合多个移位且幅度缩放的背景修正声压信号LN以形成复合抗噪声信号。 进一步的，所述复合抗噪声信号与所述噪声信号的正弦波相乘，并且被提供作 为自适应窄带滤波器的输入，以引导自适应窄带滤波器的自适应。
在一个优选实施例中，所述噪声信号还包括发动机噪声。背景修正声压信 号LN被引导进入机动车车厢中以消除发动机噪音和路噪。
本发明的有益效果在于：机动车自适应前馈降噪的装置旨在通过将声信号 划分成多个分段噪声信号并利用1/3倍频程谱分析其对应的声压数据，增加噪声 的各频率段分布值，随后将自适应滤波器的输出被应用到产生背景修正声压信 号LN的一个或多个换能器(即扬声器)，该背景修正声压信号LN与待被消除的噪 声声学相反，以通过相消干涉来抑制噪声，以获得更加精确平缓的降噪效果。 背景修正声压信号LN结合车型进行降噪策略制定，从而针对性改善车型的路噪 消除效果。
附图说明
本发明及其优点将通过研究以非限制性实施例的方式给出，并通过所附附 图所示的特定实施方式的详细描述而更好的理解，其中：
图1为本发明实施例公开的一种机动车自适应前馈降噪的方法的流程示意 图。
具体实施方式
请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本发明的原 理是以实施在一适当的环境中来举例说明。以下的说明是基于所示例的本发明 的具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。
本说明书所使用的词语“实施例”意指用作实例、示例或例证。此外，本说明 书和所附权利要求中所使用的冠词“一”一般地可以被解释为意指“一个或多个”， 除非另外指定或从上下文清楚导向单数形式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、 “宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
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“设 置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或 两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下” 可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触 而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上 方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或表示第一特征水平高 度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在 第二特征正下方和斜下方，或表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。 为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它 们仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重 复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示 所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的 工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或 其他材料的使用。
实施例1
首先，通过图1，就本发明的实施例1的机动车自适应前馈降噪的方 法，包括：
S1、获取噪声信号，并将获取的噪声信号划分成多个分段噪声信号，所述 噪声信号为路噪；
S2、基于每个分段噪声信号，利用1/3倍频程谱分析其相应的的声压数据；
S3、所述声压数据被用于驱动一个或多个换能器，使得所述一个或多个换 能器的输出自适应的背景修正声压信号被引导以用来降低所述噪声信号。
所述声压数据包括运行总声压数据LT、背景噪声声压数据LB和所述背景修 正声压信号LN。
S2步骤中，利用1/3倍频程谱分析其相应的的声压数据，包括：
S21、利用hamming窗函数后对所述分段噪声信号进行FFT频谱变换计算， 以使得所述分段噪声信号的始末端之不连续数据被消除；
S22、对照FFT计算后的频谱谱线值，即所述分段噪声信号的声能量幅值谱 线，根据1/3倍频程所属上下限频率对所述分段噪声信号进行分类；
S23、将分类后的所述分段噪声信号进行IFFT计算得出所述分段噪声信号 对应下的声压均方根；
S24、利用A计权网络测量对所述声压均方根进行A特性的修正以获取A 计权1/3倍频程声压级LAi；
S26、对多段A计权1/3倍频程声压级进行等效声压级处理以获得声压数据 LAeq；
其中，根据LAi计算LAeq的方式为：
所述分段噪声信号的时间窗是可变的。本实施例的所述分段噪声信号的时 间窗是20s。
具体的，将划分好的1/3倍频程的所述分段噪声信号的能量幅值进行IFFT 计算得出所述分段噪声信号对应下的声压数据，包括：
利用公式(1)计算得出该分段噪声信号的1/3倍频程中28个频带下的声压 级LP：
将每分段噪声信号的1/3倍频程中28个频带下的声压级进行A计权衰减修 正，得出的28个频带下A计权声压级再利用公式(2)计算每分段噪声信号下 的A计权声压级：
由于10s的分段噪声信号包含有20帧数据段，所以根据公式(3)可得10s 的分段噪声信号下的等效连续A计权声压级LAeq，即：
S2步骤中，所述背景修正声压信号LN的计算方法为：
若运行总声压数据LT与背景噪声声压数据LB的差值之绝对值大于10dB， 则LN＝LT；
若运行总声压数据LT与背景噪声声压数据LB的差值之绝对值在3～10dB；
若运行总声压数据LT与背景噪声声压数据LB的差值之绝对值小于3dB，
随着机动车自适应前馈降噪的推进，获取新的噪声信号被从所述换能器输 出的所述背景修正声压信号中减去以获取新的噪声信号。
所述方法还包括：
对每个分段噪声信号单独应用适合应用的幅度缩放因子；
组合多个移位且幅度缩放的背景修正声压信号LN以形成复合抗噪声信号。 进一步的，所述复合抗噪声信号与所述噪声信号的正弦波相乘，并且被提供作 为自适应窄带滤波器的输入，以引导自适应窄带滤波器的自适应。
本实施例的机动车自适应前馈降噪的方法旨在通过将声信号划分成多个分 段噪声信号并利用1/3倍频程谱分析其对应的声压数据，增加噪声的各频率段分 布值，随后将自适应滤波器的输出被应用到产生背景修正声压信号LN的一个或 多个换能器(即扬声器)，该背景修正声压信号LN与待被消除的噪声声学相反， 以通过相消干涉来抑制噪声，以获得更加精确平缓的降噪效果。背景修正声压 信号LN结合车型进行降噪策略制定，从而针对性改善车型的路噪消除效果。
实施例2
以下仅就实施例2与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不 再赘述。所述噪声信号还包括发动机噪声。
背景修正声压信号LN被引导进入机动车车厢中以消除发动机噪音和路噪。 背景修正声压信号LN结合车型和路况进行综合降噪策略制定，从而定制性灵活 改善车型的路噪消除效果。
实施例3
以下仅就实施例3与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不 再赘述。
S2步骤中，所述利用1/3倍频程谱分析其对应的声压数据，包括：
S21、对所述分段噪声信号进行FFT频谱变换计算；
S22、将FFT计算后的频谱谱线值根据1/3倍频程中对所述分段噪声信号的 上下限频率划分进行归类；
S23、将划分好的1/3倍频程的所述分段噪声信号的能量幅值进行IFFT计算 得出所述分段噪声信号对应下的声压数据；
S24、利用hamming窗函数处理该声压数据，以使得该声压数据的始末端之 不连续数据被消除。
噪声信号是时变的信号，可是在短时间范围内特征变化较少，所以在“短时 间”内每段数据可以看似为平稳的信号，可以减少快速傅里叶变换后其频谱数据 的误差)，因此利用hamming窗函数后对每一分段噪声信号的声压数据进行FFT 频谱变换计算，可以达到抑制泄漏，以消除采样始、末端的不连续的效果。
虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本 发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部 件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征 均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行 穷举性的描述是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文 中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。