本技术方案涉及一种高效前馈-反馈混合式主动噪声控制技术,属于噪声控制技术领域。该技术通过结合线性预测滤波、宽带辅助滤波和窄带辅助滤波等子系统,实现对噪声的精准控制。
背景技术
被动噪声控制技术通过材料或结构设计等手段,实现消声、吸声或声屏障,从而达到降噪的目的,其对中高频的可听声具有良好的降噪效果,但是其体积大、成本往往较高。与之相对,主动噪声控制(Active Noise Control,ANC)技术基于声波相消干涉原理,不仅具有良好的低频噪声抑制性能,还具有体积小、成本低等优点,是对传统的被动噪声控制技术的有益补充(L.Lu,K.Yin,R.C.de Lamare,et al,A survey on active noise controlin the past decade,Part I:Linear systems,Signal Process.,183(2021),108039.)。主动噪声控制技术逐步被应用于汽车座舱、旋转机械等场合的降噪中。根据控制器的结构,ANC系统可分为前馈型、反馈型以及前反馈混合型三种。
实际工厂中存在大量的旋转设备产生的周期性有害噪声(如切割机噪声、引擎噪声等),通常其往往具有宽窄带混合的特点,基于前馈型ANC系统采用声学传感器获取参考信号时,设计相应的前馈型主动噪声控制系统,来应对上述宽窄带混合噪声(Y.Xiao andJ.Wang,Anew feedforward hybrid active noise control system,IEEE SignalProcess.Letts.,18(10)(2011)591-594.)。实际工况中,由于车间多台旋转机械同时工作,某台设备产生的目标噪声可能同时存在与参考信号有关的宽窄带目标噪声分量,和来自其它设备的与参考信号无关的窄带目标噪声分量,造成多噪声源之间的相互耦合。此工况下如仅采用前馈型ANC系统,其降噪性能会受到抑制。此时需要引入反馈主动噪声控制结构来应对与参考信号无关的窄带目标噪声分量。因此,开发高性能的前馈型和反馈型相结合的前反馈混合型ANC系统,具有更加重要的实际应用价值。
一种前反馈混合型ANC系统引入辅助滤波子系统,提升前馈主动噪声控制子系统和反馈主动噪声控制子系统之间的独立性,且降噪性能得到明显改善(M.T.Akhtar andW.Mitsuhashi,Improving performance of hybrid active noise control systems foruncorrelated narrowband disturbances,IEEE/ACM Trans.Audio,Speech,Lang.Process.,vol.19,no.7,pp.2058-2066,Sept.2011.)。然后,该系统以目标噪声中的与参考信号有关分量和与参考信号无关的分量之间具有独立性为前提。然而实际噪声环境较为复杂,主要体现在:1)与参考信号有关的目标噪声分量具有宽窄带混合的特点;2)来自其它声源的窄带目标噪声可能通过声学通道泄露到参考传声器中,造成多个声源之间的耦合影响。因此,上述前反馈混合型ANC系统针对该复杂噪声的降噪性能受到限制。
为同时解决上述各控制子系统独立性较差、目标噪声的宽窄带混合、多声源之间相互耦合等制约系统性能的问题,亟待提供一种更有效且实用的前反馈混合型主动噪声控制系统及方法,以推动主动噪声控制技术的应用进程。
实现思路