语音信号处理（张力编）课件第九章

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1、第九章 语音增强技术9.1 9.1 语音增强技术的概念和研究的意义语音增强技术的概念和研究的意义9.2 9.2 噪声度量、特性和评价噪声度量、特性和评价9.3 9.3 语音增强的原理和方法语音增强的原理和方法9.1 9.1 语音增强技术的概念和研究的意义语音增强技术的概念和研究的意义一、语音增强的定义一、语音增强的定义二、语音增强研究的意义二、语音增强研究的意义一、语音增强的定义一、语音增强的定义 语音增强是指当语音信号被各种各样的噪声干语音增强是指当语音信号被各种各样的噪声干扰、甚至淹没后，从噪声背景中提取有用的语音扰、甚至淹没后，从噪声背景中提取有用的语音信号，抑制、降低噪声干扰的技术。一

2、句话，从信号，抑制、降低噪声干扰的技术。一句话，从含噪语音中提取尽可能纯净的原始语音。含噪语音中提取尽可能纯净的原始语音。二、语音增强的意义二、语音增强的意义 1.1.日常生活中，经常会遇到在噪声干扰下进日常生活中，经常会遇到在噪声干扰下进行语音通信的问题。例如在汽车、火车上使用行语音通信的问题。例如在汽车、火车上使用移动电话，旁人的喧闹声，马路旁和市场里的移动电话，旁人的喧闹声，马路旁和市场里的公用电话等。公用电话等。2.2.军事通信中，指挥员的作战命令和战斗员军事通信中，指挥员的作战命令和战斗员的战情汇报都需要用语音来表达，由于战斗环的战情汇报都需要用语音来表达，由于战斗环境中的声环境恶劣

3、，特别是炸弹产生的冲击性境中的声环境恶劣，特别是炸弹产生的冲击性噪声，使有用信号完全淹没在噪声中。噪声，使有用信号完全淹没在噪声中。（3 3）窃听技术中需要语音增强）窃听技术中需要语音增强（4 4）语音识别技术需要语音增强）语音识别技术需要语音增强 在实际生活中，语音信号无时无地不受各种噪在实际生活中，语音信号无时无地不受各种噪声干扰。人们正常的生活环境就是一个声级为声干扰。人们正常的生活环境就是一个声级为60dB60dB左右的噪声环境。被强噪声污染的场合，噪声达左右的噪声环境。被强噪声污染的场合，噪声达120dB120dB以上。以上。9.2 噪声度量、特性和评价一、噪声的分类和度量一、噪声的

4、分类和度量二、噪声的特性二、噪声的特性一、噪声的分类和度量一、噪声的分类和度量 1.1.噪声的定义噪声的定义：噪声是扣除被测信号真实值后：噪声是扣除被测信号真实值后的各种测量值，可能来自外界环境、物理系统、的各种测量值，可能来自外界环境、物理系统、操作人员等。广义将噪声称为干扰。操作人员等。广义将噪声称为干扰。按产生原因和按噪声性质分类。按产生原因和按噪声性质分类。（1 1）产生原因：产生于物理系统外部，并以）产生原因：产生于物理系统外部，并以声、光、电、机械等方式作用于物理系统，声、光、电、机械等方式作用于物理系统，称为外部噪声；物理系统内部产生的噪声称称为外部噪声；物理系统内部产生的噪声称

5、为内部噪声，例如量子噪声等。为内部噪声，例如量子噪声等。2.2.噪声的分类噪声的分类（2 2）按性质分为：脉冲噪声（爆炸、撞击和放电）按性质分为：脉冲噪声（爆炸、撞击和放电）和连续噪声；周期性周期（如交流电的干扰）和非和连续噪声；周期性周期（如交流电的干扰）和非周期性噪声；按统计特性分为：平稳噪声（如白噪周期性噪声；按统计特性分为：平稳噪声（如白噪声）和非平稳噪声（如色噪声）；按噪声和信号相声）和非平稳噪声（如色噪声）；按噪声和信号相关的性质分为加性噪声和乘性噪声。关的性质分为加性噪声和乘性噪声。我们研究的噪声是声音的一种，它具有声波的我们研究的噪声是声音的一种，它具有声波的一切特性，称之为声

6、噪声。一切特性，称之为声噪声。3.3.噪声的度量噪声的度量 声压、声强和声功率声压、声强和声功率（1 1）声压级）声压级(SPL)(SPL)：L Lp p=20lg(P/P=20lg(P/P0 0)P)P0 020uPa20uPa（2 2）声强级：）声强级：L LI I=20lg(I/I=20lg(I/I0 0)I)I0 0=10=101212W/mW/m2 2（3 3）声功率级：）声功率级：L Lw w=20lg(W/W=20lg(W/W0 0)W)W0 0=10=101212W W 噪声源和噪声环境噪声源和噪声环境 声压声压/Pa/Pa 声压级声压级/dB/dB飞机附近飞机附近200200

7、140140织布车间织布车间2020100100地铁地铁0.630.639090繁华街道繁华街道0.0630.0637070普通谈话普通谈话0.020.026060安静房间安静房间0.0020.0024040耳语耳语0.000630.000633030树叶沙沙声树叶沙沙声0.00020.00022020农村静夜农村静夜0.0000630.0000631010听阈听阈0.000020.000020 0 声压和声压级表征声音在物理上的强弱，它是声压和声压级表征声音在物理上的强弱，它是对噪声的客观评价，不能表征人对声音的主观感觉。对噪声的客观评价，不能表征人对声音的主观感觉。响应级和响度是人耳对噪声

8、的主观评价的基本量之响应级和响度是人耳对噪声的主观评价的基本量之一。响度的单位为宋（一。响度的单位为宋（SoneSone）响度级的单位为方）响度级的单位为方（phonphon），在数值上等于），在数值上等于1kHz1kHz纯音的声强级。纯音的声强级。噪声度量的另一个参数就是信噪比。噪声度量的另一个参数就是信噪比。SNR=SNRSNR=SNRoutout/SNR/SNRinin二、噪声的特性二、噪声的特性 从统计特性的角度讲：平稳噪声和非平稳从统计特性的角度讲：平稳噪声和非平稳噪声。噪声。白噪声是平稳噪声中的一种，其频谱和白噪声是平稳噪声中的一种，其频谱和功率谱为常数，其概率密度分布是满足正态分

9、功率谱为常数，其概率密度分布是满足正态分布。布。9.3 9.3 语音增强的原理和方法语音增强的原理和方法 一、频域语音增强技术一、频域语音增强技术二、时域语音增强技术二、时域语音增强技术三、时频语音增强技术三、时频语音增强技术四、麦克风阵列语音降噪技术四、麦克风阵列语音降噪技术一、频域语音增强技术一、频域语音增强技术 是语音信号中的一种重要技术，由于其原理简单是语音信号中的一种重要技术，由于其原理简单所以被广泛使用，如手机中的降噪处理就是采用的此所以被广泛使用，如手机中的降噪处理就是采用的此方法，美国方法，美国NCTNCT的的Clear SpeechClear Speech产品中，就是应用的产

10、品中，就是应用的这技术。这技术。谱相减法是谱相减法是频域语音增强技术的常用方法。频域语音增强技术的常用方法。1.1.谱相减法的基本原理描述谱相减法的基本原理描述 2.2.谱相减法的数学推导谱相减法的数学推导3.3.谱相减法的特点谱相减法的特点 1.谱相减法（谱相减法（Spectral Subtraction）的基本原理描述）的基本原理描述 DFT平方平方平方平方DFT插入插入相位相位开方开方IDFT含噪含噪语音语音x(n)=s(n)+d(n)|X(ejw)|d(n)|D(ejw)|纯噪纯噪声声|S(ejw)|ejarg(X(jw)s(n)原始语音谱幅度的估值原始语音谱幅度的估值 将含噪语音信号

11、和有声将含噪语音信号和有声/无声判别得无声判别得到的纯噪声信号进行到的纯噪声信号进行DFTDFT变化，从含噪语变化，从含噪语音谱幅度的平方中减去纯噪声的谱幅度的音谱幅度的平方中减去纯噪声的谱幅度的平方，然后开方，得原始语音谱幅度的估平方，然后开方，得原始语音谱幅度的估值，再借用含噪语音的相位，进行值，再借用含噪语音的相位，进行IDFTIDFT变变化，得到增强的语音。化，得到增强的语音。2.2.谱相减法的数学推导谱相减法的数学推导 首先假设语音和噪声信号是线性叠加的，且首先假设语音和噪声信号是线性叠加的，且噪声是平稳的，噪声与语音信号不相关。噪声是平稳的，噪声与语音信号不相关。x(n)=s(n)

12、+d(n)X(ejw)=S(ejw)+D(ejw)简写为简写为：X(w)=S(w)+D(w)X(w)X*(w)=(S(w)+D(w)(S(w)+D(w)*展开得到展开得到：|X(w)|2=|S(w)|2+|D(w)|2+S(w)D*(w)+S*(w)D(w)对上对上式两边取数学期望有：式两边取数学期望有：E|X(w)|2=E|S(w)|2 +E|D(w)|2 +E S(w)D*(w)+E S*(w)D(w)由于由于噪声与语音信号不相关，且傅立叶变换不噪声与语音信号不相关，且傅立叶变换不会改变信号之间的相关性，上式中，最后两项均会改变信号之间的相关性，上式中，最后两项均为为0 0。则上式简化为：

13、。则上式简化为：E|X(w)|2=E|S(w)|2 +E|D(w)|2 利用语音信号的短时平稳性，加之噪声信号的平利用语音信号的短时平稳性，加之噪声信号的平稳性。由于傅立叶变换不会改变信号的统计特性，在稳性。由于傅立叶变换不会改变信号的统计特性，在一帧中一帧中，X(w)、S(w)和和D(w)都是平稳的。因此，在都是平稳的。因此，在一帧内可用单个值来代替均值。一帧内可用单个值来代替均值。|X(w)|2|S(w)|2+|D(w)|2 利用有声利用有声/无声判决的纯噪声信号无声判决的纯噪声信号d(n)与与d(n)不不完全一致，因此：完全一致，因此：|S(w)|2|X(w)|2|D(w)|2|S(w)

14、|2+|D(w)|2|D(w)|2 s(n)=IDFT|S(w)|ejarg(X(jw)3.3.谱相减法的特点谱相减法的特点(1)(1)原理简单，只需要一个话筒，故又称为单话筒语原理简单，只需要一个话筒，故又称为单话筒语音降噪。音降噪。话话音音噪噪声声谱相减法谱相减法处理处理输出输出话筒话筒(2)(2)需要无声和有声判决，在信噪比大的情况需要无声和有声判决，在信噪比大的情况下，使用短时平均能量等参数可达到效果。下，使用短时平均能量等参数可达到效果。(3)(3)由于该方法存在的前提条件要求噪声平稳，由于该方法存在的前提条件要求噪声平稳，因此当噪声特性变化时，消噪效果可能会变差，因此当噪声特性变化

15、时，消噪效果可能会变差，这时需要重新拾取噪声特性。这时需要重新拾取噪声特性。(4)(4)由于噪声的随机分布的范围广，因此相减时，由于噪声的随机分布的范围广，因此相减时，若该帧某频率点上的噪声谱幅度分量大时，就会若该帧某频率点上的噪声谱幅度分量大时，就会有很大一部分残留，在频谱上呈现随机起伏的尖有很大一部分残留，在频谱上呈现随机起伏的尖峰。在听觉上形成有节奏的类似音乐的残留噪声，峰。在听觉上形成有节奏的类似音乐的残留噪声，又称为背景音乐噪声。背景音乐噪声损伤了语音又称为背景音乐噪声。背景音乐噪声损伤了语音的质量，降低了可懂度和清晰度，是该类方法最的质量，降低了可懂度和清晰度，是该类方法最大的缺点

16、。大的缺点。蓝色为原始含噪语音蓝色为原始含噪语音黄色为谱相减处理的结果黄色为谱相减处理的结果二、时域语音增强技术二、时域语音增强技术 语音增强中另一常用技术，其特点是对语音的语音增强中另一常用技术，其特点是对语音的损伤小。在消噪过程中，一般需要二个以上话筒，损伤小。在消噪过程中，一般需要二个以上话筒，采用自适应滤波算法。故常常将时域语音增强技术采用自适应滤波算法。故常常将时域语音增强技术称为自适应语音降噪技术（称为自适应语音降噪技术（Adaptive noise Adaptive noise canceling ANCcanceling ANC）。）。主话筒和参考话筒获得的信号是语音和噪声在话

17、主话筒和参考话筒获得的信号是语音和噪声在话筒处迭加后的混合信号。筒处迭加后的混合信号。话话音音噪噪声声+自适应滤波器自适应滤波器主话筒主话筒 +输出输出参考话筒参考话筒-主信号主信号s+n0s+n0，为有用信号，为有用信号s s（来自信号源）和一（来自信号源）和一个与它不相关的噪声信号的混合而成。个与它不相关的噪声信号的混合而成。n1n1为另外拾取的噪声参考信号，与为另外拾取的噪声参考信号，与n0n0相关相关。主输入信号主输入信号x=s+n0 x=s+n0+输出输出ss参考输入参考输入n1n1自适应自适应滤波器滤波器+nn-1.1.自适应消噪的基本原理描述自适应消噪的基本原理描述 将参考信号将

18、参考信号n1n1通过自适应滤波器后，得到信号通过自适应滤波器后，得到信号n(nn(n)，此信号与，此信号与n0(n)n0(n)基本一致。基本一致。x(n)-n(n)=s(n)+n0(n)-x(n)-n(n)=s(n)+n0(n)-n(n)=s(n)+e(n)=s(nn(n)=s(n)+e(n)=s(n)s(ns(n)中仍然包含部分噪声中仍然包含部分噪声(e(n(e(n)，要使这部分噪，要使这部分噪声小，达到完全消除噪声的目的声小，达到完全消除噪声的目的(e(n(e(n)=0)=0)，则，则n(nn(n)尽可能与尽可能与n0(n)n0(n)一致。一致。常常引入常常引入s(ns(n)调节滤波器的参

19、数，形成自适调节滤波器的参数，形成自适应地修改滤波器的参数，使应地修改滤波器的参数，使e(ne(n)的均方误差最小。的均方误差最小。滤波器为滤波器为FIRFIR滤波器，其直接结构为：滤波器，其直接结构为：n1(n)n1(n)z-1z-1z-1h(0)h(0)h(1)h(1)h(2)h(2)h(N-1)h(N-1)n(nn(n)每一时刻刷新滤波器系数每一时刻刷新滤波器系数h(ih(i)n(nn(n)=n1(n)h(0)+n1(n-1)h(1)+)=n1(n)h(0)+n1(n-1)h(1)+n1(n-N+1)h(N-1)n1(n-N+1)h(N-1)s(n)=x(n)-n(ns(n)=x(n)-

20、n(n)如何更新滤波器的系数，采用如何更新滤波器的系数，采用e(ne(n)的均方误的均方误差最小的准则，形成差最小的准则，形成LMSLMS（Least mean SquareLeast mean Square）算）算法。为了便于讲解，将第法。为了便于讲解，将第n n个时刻的所有滤波器系个时刻的所有滤波器系数数h(ih(i),),写为写为h hi i(n(n),),则有：则有：n(nn(n)=n1(n)h)=n1(n)h0 0(n)+n1(n-1)h1(n)+.+(n)+n1(n-1)h1(n)+.+n1(n-i)h n1(n-i)hi i(n)+.+n1(n-N+1)h(n)+.+n1(n-N

21、+1)hN-1N-1(n)(n)第第n n个采样时刻：个采样时刻：（1 1）拾取）拾取x(nx(n)和和n1(n)n1(n)信号信号（2 2）n(nn(n)=n1(n)h)=n1(n)h0 0(n)+n1(n-(n)+n1(n-1)h1(n)+1)h1(n)+n1(n-i)h+n1(n-i)hi i(n)+(n)+n1(n-N+1)h+n1(n-N+1)hN-1N-1(n)(n)（3 3）s(n)=x(n)-n(ns(n)=x(n)-n(n)（4 4）h hi i(n+1)=h(n+1)=hi i(n)+2(n)+2*u u*s(ns(n)*n1(n-i)n1(n-i)i=0 i=0N-1 N

22、-1 （5 5）输出）输出s(ns(n)n1(n)n1(n)n1(n-1)n1(n-1)n1(n-N+1)n1(n-N+1)1()()1()()(2)()()()()1()1()1()1(1111110110NnninnnnnnnsunhnhnhnhnhnhnhnhNiNin1(n)n1(n)z-1z-1z-1h h0 0(n)(n)h h1 1(n)(n)h h2 2(n)(n)h hN-1N-1(n)(n)n(nn(n)+s(ns(n)x(nx(n)2.2.自适应消噪的实现框图自适应消噪的实现框图模拟模拟放大放大两路两路A/DA/D输出输出抗混叠抗混叠滤波滤波DSPDSP一路一路D/AD/

23、A输入输入 在在DSPDSP中实现核心中实现核心LMSLMS算法，采样率为算法，采样率为8kHz,8kHz,利用利用DSPDSP串行口或定时器中断，每隔串行口或定时器中断，每隔125us125us中断一次，读中断一次，读入两路数据，将参考数据按照先入先出的顺序排列，入两路数据，将参考数据按照先入先出的顺序排列，进行滤波，用主通道信号减去滤波后的数据，得到进行滤波，用主通道信号减去滤波后的数据，得到增强后的信号，将此信号输出，修改滤波器权系数。增强后的信号，将此信号输出，修改滤波器权系数。020004000600080001000012000-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60

24、.8抗交叉串扰自适应滤波消噪输出结果抗交叉串扰自适应滤波消噪输出结果020004000600080001000012000-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8主输入信号（收音机失谐纯噪声）主输入信号（收音机失谐纯噪声）3.3.影响自适应消噪效果的因素影响自适应消噪效果的因素 （1 1）参考信号中含有语音成分，则通过滤波后，）参考信号中含有语音成分，则通过滤波后，n(nn(n)信号中含有有用信号成分，经过相减后，信号中含有有用信号成分，经过相减后，将主通道信号减去一部分，损伤了有用信息。将主通道信号减去一部分，损伤了有用信息。话话音音噪噪声声+自适应自适应滤波器滤波器主话筒

25、主话筒 +输出输出参考话筒参考话筒-可以证明，输出信号的信噪比和参考信号的可以证明，输出信号的信噪比和参考信号的输入信噪比有如下关系：输入信噪比有如下关系：参出nSnSPPPP1 可见，当参考通道的输入信噪比愈强，噪声抵可见，当参考通道的输入信噪比愈强，噪声抵消系统输出信噪比愈差，所以，为了获得好的噪声消系统输出信噪比愈差，所以，为了获得好的噪声抵消系统性能，应使参考通道检测的信号尽可能小。抵消系统性能，应使参考通道检测的信号尽可能小。（2 2）主输入信号和参考输入信号中含有非相关）主输入信号和参考输入信号中含有非相关的噪声成分的噪声成分m m0 0和和m m1 1。自适应滤波只能将两个输入。

26、自适应滤波只能将两个输入中的噪声相关部分滤掉，则当信号不相关时，则中的噪声相关部分滤掉，则当信号不相关时，则无法消除。无法消除。话话音音噪噪声声+自适应自适应滤波器滤波器主话筒主话筒 +输出输出参考话筒参考话筒-m m0 0m m1 100.511.522.533.5x 104-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81原始含原始含噪语音噪语音00.511.522.533.5x 104-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6基本自适基本自适应抗噪输应抗噪输出结果出结果三、时频语音增强技术三、时频语音增强技术 为了达到更好的消噪效果，可将自适应消噪为了达到更好的消

27、噪效果，可将自适应消噪技术和谱相减结合起来。技术和谱相减结合起来。自自适适应应消消噪噪主输入信号主输入信号参考信号参考信号谱谱相相减减消消噪噪增强语音增强语音00.511.522.533.5x 104-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8100.511.522.533.5x 104-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6原始含原始含噪语音噪语音 自适应自适应抗噪与谱抗噪与谱相减相结相减相结合后的输合后的输出结果出结果00.511.522.533.5x 104-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6基本自适基本自适应抗噪输应抗噪输出结果出结果 Cl

28、ear Speech Speaker List Price:$179.95Our Price:$149.95 ClearSpeech Speaker is a ClearSpeech Speaker is a digital speaker that removes up digital speaker that removes up to 95%of background noise from to 95%of background noise from the receive side of any two-way the receive side of any two-way radio

29、 communication.The most radio communication.The most common complaint about mobile common complaint about mobile communications is background communications is background noise.ClearSpeechnoise.ClearSpeech-Speaker is-Speaker is a high-tech,low cost solution a high-tech,low cost solution that enhance

30、s the audio quality that enhances the audio quality of car and truck fleet,of car and truck fleet,emergency vehicle,marine,and emergency vehicle,marine,and ham radio communications.ham radio communications.四、麦克风阵列语音降噪技术四、麦克风阵列语音降噪技术 由于自适应语音降噪技术消除的是两个话筒中由于自适应语音降噪技术消除的是两个话筒中的噪声相关部分。因此当增加一个话筒，则增加一的噪声相关

31、部分。因此当增加一个话筒，则增加一份与主话筒噪声相关的部分，采用自适应滤波，则份与主话筒噪声相关的部分，采用自适应滤波，则可将主话筒的噪声消除一部分。可将主话筒的噪声消除一部分。话话音音噪噪声声+主话筒主话筒 +输出输出自适应滤波器自适应滤波器参考话筒参考话筒2 2-自适应滤波器自适应滤波器参考话筒参考话筒1 1-蓝色为原始噪声；黄色为双话筒自适应语音蓝色为原始噪声；黄色为双话筒自适应语音降噪处理结果；紫色为三个麦克风自适应语音降降噪处理结果；紫色为三个麦克风自适应语音降噪处理结果。噪处理结果。有源降噪技术有源降噪技术(有源消声有源消声)一、噪声控制的引入一、噪声控制的引入二、噪声控制的分类二

32、、噪声控制的分类三、有源噪声控制的原理三、有源噪声控制的原理四、有源噪声控制的应用四、有源噪声控制的应用 随着现代工业的发展，噪声污染已经成为一个世随着现代工业的发展，噪声污染已经成为一个世界性的问题。传统的噪声控制主要是消声，诸如用吸界性的问题。传统的噪声控制主要是消声，诸如用吸声材料等，但是存在对低频噪声无能为力的缺点。而声材料等，但是存在对低频噪声无能为力的缺点。而日常生活密切相关的噪声却大多以低频噪声为主，如日常生活密切相关的噪声却大多以低频噪声为主，如家用电器中的空调、冰箱的噪声。因此提出新的噪声家用电器中的空调、冰箱的噪声。因此提出新的噪声控制方法的必要。控制方法的必要。一、噪声控

33、制的引入一、噪声控制的引入 从军事角度讲，舱室的降噪具有实际应从军事角度讲，舱室的降噪具有实际应用意义。例如，军用飞机、战车、舰艇和航用意义。例如，军用飞机、战车、舰艇和航天飞行器的舱内噪声高，对乘员的听力、通天飞行器的舱内噪声高，对乘员的听力、通话、健康和操作的影响非常不利且降低战斗话、健康和操作的影响非常不利且降低战斗力，因此要从技术上解决舱室内噪声的来源，力，因此要从技术上解决舱室内噪声的来源，并进行噪声控制。并进行噪声控制。通过吸声处理来达到控制噪声的目的，属于被动通过吸声处理来达到控制噪声的目的，属于被动式或无源控制方法，称之为无源噪声控制（式或无源控制方法，称之为无源噪声控制（Pa

34、ssive Passive Noise ControlNoise Control）。）。随着电子技术的发展，采用有源器件（放大器、随着电子技术的发展，采用有源器件（放大器、话筒和扬声器），利用声波干涉的原理，人为产生一话筒和扬声器），利用声波干涉的原理，人为产生一列与原噪声幅度相同相位相反的声波，与原噪声抵消，列与原噪声幅度相同相位相反的声波，与原噪声抵消，以达到噪声控制的目的，这类噪声控制方法称之为有以达到噪声控制的目的，这类噪声控制方法称之为有源噪声控制（源噪声控制（Active Noise ControlActive Noise Control）。）。二、噪声控制的分类二、噪声控制的分类

35、放大电路放大电路噪噪声声局部静区局部静区 简单的有源噪声控制简单的有源噪声控制MicrophoneSpeaker SennheiserSennheiser Active Noise Cancelling Headphones Active Noise Cancelling HeadphonesCode:PXC250Code:PXC250Price:$129.00Price:$129.00Shipping Weight:1.10 poundsShipping Weight:1.10 pounds 由于噪声源具有强烈的时变特性，为了由于噪声源具有强烈的时变特性，为了达到实时跟踪噪声的目的，采用自适

36、应控达到实时跟踪噪声的目的，采用自适应控制器，用数字信号处理的方法来解决，形制器，用数字信号处理的方法来解决，形成了自适应有源噪声消除方法（成了自适应有源噪声消除方法（Adaptive Active Noise Cancellation ，简称为，简称为AANCAANC）。）。三、有源噪声控制的原理三、有源噪声控制的原理次级声源次级声源误差传感器误差传感器自适应控制自适应控制噪噪声声自适应有源噪声消除原理框图自适应有源噪声消除原理框图初级声源初级声源初级传感器初级传感器 初级噪声源发出的噪声传播到误差传感器，同初级噪声源发出的噪声传播到误差传感器，同时，时，初级传感器检测噪声，送入自适应控制器

37、，经初级传感器检测噪声，送入自适应控制器，经功放由扬声器播放，传播到误差传感器处，并与初功放由扬声器播放，传播到误差传感器处，并与初级噪声叠加，达到消除噪声的目的，由误差传感器级噪声叠加，达到消除噪声的目的，由误差传感器检测残余噪声并送入自适应控制器，经特定的自适检测残余噪声并送入自适应控制器，经特定的自适应算法进行控制，是残余噪声最小。应算法进行控制，是残余噪声最小。消除的噪声的关键是：初级噪声和次级噪声在消除的噪声的关键是：初级噪声和次级噪声在误差传感器处尽可能幅度相同，相位相反。这个过误差传感器处尽可能幅度相同，相位相反。这个过程由自适应算法来实现。程由自适应算法来实现。为了进一步详细研

38、究，将自适应有源噪声消为了进一步详细研究，将自适应有源噪声消除原理框图抽象化，得到等效原理图。除原理框图抽象化，得到等效原理图。声通道声通道自适应滤波自适应滤波H Hs s(e(ejwjw)H Hm m(e(ejwjw)+-x(nx(n)H Hs s(e(ejwjw)为扬声器的系统函数为扬声器的系统函数 H Hm m(e(ejwjw)为话筒的系统函数。为话筒的系统函数。H1(ejw)自适应滤波自适应滤波H2(ejw)+-x(n)H H2 2(e(ejwjw)=H)=Hs s(e(ejwjw)H Hm m(e(ejwjw)是扬声器和话筒的合成是扬声器和话筒的合成传递函数。传递函数。H H1 1(

39、e(ejwjw)是声通道和麦克风的合成传递函数。是声通道和麦克风的合成传递函数。p(n)自适应滤波自适应滤波h(n)hs(n)hm(n)+-x(n)常用的自适应算法为常用的自适应算法为FLMSFLMS算法算法d(n)s(n)e(n)y(n)y(n)=x(n)*h(n)s(n)=y(n)*hs(n)h2(n)=hs(n)*hm(n)e(n)=d(n)-s(n)*hm(n)=d(n)*hm(n)-y(n)*h2(n)r(n)=x(n)*h2(n)hi(n+1)=hi(n)-2ue(n)r(n-i)自适应控制自适应控制h(n)噪噪声声x(n)e(n)y(n)hs(n)hm(n)在实际的测试中往往只可

40、测得在实际的测试中往往只可测得x(n)和和e(n)不可知：不可知：y(n)、h(n)、hs(n)和和hm(n)y(n)=x(n)*h(n)r(n)=x(n)*h2(n)hi(n+1)=hi(n)+2ue(n)r(n-i)对于对于h2(n)=hs(n)*hm(n)需要在有源自适应降需要在有源自适应降噪以前将传递函数学习出来。噪以前将传递函数学习出来。噪噪声声自适应控制自适应控制h2(n)y(n)e(n)x(n)hs(n)hm(n)e(n)自适应滤波器自适应滤波器h2(n)y(n)为白噪声为白噪声 y(n)和和e(n)已知已知，求求h2(n)，当算法收当算法收敛时，实际上敛时，实际上h2(n)就是

41、自适应滤波器就是自适应滤波器滤波系数滤波系数h(n)。y1(n)=y(n)*h(n)e1(n)=e(n)-y1(n)+自适应滤波器自适应滤波器e(n)+e1(n)y(n)-y1(n)hi(n+1)=hi(n)+2ue1(n)y(n-i)发动机发动机噪声噪声噪声噪声控制器控制器轿车内自适应有源噪声控制系统轿车内自适应有源噪声控制系统SpeakerMicrophone四、有源噪声控制的应用四、有源噪声控制的应用回声消除技术回声消除技术A A端的信号端的信号B B端经混端经混合线圈的回传信号合线圈的回传信号B B端的信号端的信号A A端经混端经混合线圈的回传信号合线圈的回传信号A AB BBA自适应滤波器自适应滤波器+-x(n)+r(n)r(n)y(n)回声通回声通道道W(Z)x(n)+r(n)-r(n)检测回声信号检测回声信号y(ny(n)的检测采的检测采用短时的能量来判断。用短时的能量来判断。