轿车车内有源降噪技术初探

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1、机理研究《轿车车内有源降噪技术初探》轿车车内有源降噪技术初探刘学光 摘要：本文就自适应有源降噪技术在家用轿车中的应用进行了探讨，并提出了一整套的设计方案，有理论与实际的参考价值。关键词：有源噪声控制自适应算法次声源次力源Abstract：Inthispaper,adaptiveactivenoisereductiontechnologyapplicationinthefamilycarwasdiscussedandputforwardasetofdesign,therearetheoreticalandpr

2、acticalreferencevalue.Keywords：ActivenoisecontrolAdaptivealgorithmsecondarysoundsourcesecondaryforce一、引言轿车的噪声指标反映了轿车本身的产品档次，已经成为消费者关注的重要指标。轿车车内噪声主要是由车噪声、风噪声、路噪声以及由此而衍生的共振噪声构成的，这些噪声频谱分布是离散型的，通常情况下噪声的峰值集中在150hz-400hz之间的频段上，参见图1。传统降噪技术中多采用吸音、隔音、消声器三种方法，采用的都是无

3、源材料，但是无源材料的声衰减特性会随频率的降低而变差，控制低频所需要的吸音、隔音材料体积、降噪结构的尺寸要求也就越大，要取得良好的降噪效果，就要增加无源材料的体积和重量，会使工程实施趋于庞大化，这对于空间有限的轿车来说是难以做到的。图1汽车内的噪声分布(时速为90Km记录)而有源噪声控制则可以控制较低频率的噪声。有源降噪的原理是：根据2个声波相消性干涉或声波辐射抑制的原理，通过人为地制造1个控制声源（次级声源），使其发出的声音与原来的噪声源（初级声源）辐射噪声大小相等、相位相反，使两者作用结果互相抵消，从而

4、达到降噪的目的。无源控制属于被动控制，而有源噪声控制属于主动控制。早期的有源降噪技术为模拟技术，它只对频率单一或者窄带的、声像位相对稳定的噪声有抑制作用，例如对工频变压器、马达、大型接触器发出的50hz左右的电器噪声控制较为有效，但是当噪声为一种广谱、离散型噪声的时候，模拟有源降噪就无能为力，这是因为离散型噪声的频率、相位、延迟都是随机变化的，而模拟降噪技术无法有效捕捉、及时跟踪、迅速处理这种变化，既无法实现实时控制。数字信号处理（DSP）芯片的问世，使这种控制成为可能，为实时控制开辟了广阔的发展空间。基于

5、DSP的有源降噪系统，采用自适应技术，可以有效地抑制、降低低频离散性噪声，相对传统的噪声控制方法，具有对中、低频段噪声控制效果明显、降噪效果在100Hz~400Hz频段上平均降噪量达到10dB。这种降噪系统具有轻巧、实时性强等优点，具有很高的工程应用价值。5机理研究《轿车车内有源降噪技术初探》二、自适应有源降噪的机理2.1工作原理P=噪声源mic1s=扬声器mic2DSP自适应处理器DSP自适应有源降噪技术的核心是自适应的功能。参见图2。这是一个单通道的自适应降噪系统模型:由MIC1采集的初级噪声，送至DS

6、P处理系统，经历信号采集、进行防折叠滤波处理、放大、倒相、AD转换、相位跟踪、实时处理、放大、次声源输出的一系列流程。而MIC2采集次声源，也送入处理器，处理器会自动识别次声源的相位、频率、幅度，并能够根据出事的设计要求自动调整，使次声源的声相位、频率、幅度逼近初级声源的镜像，从而有效地抑制、降低车内噪声。图中，p为初级声源,也就是我们要克服的噪声，MIC1为传感器,用于采集初级声源p；s为次级声源输出扬声器；MIC2为误差传感器,采集扬声器发出的次声源信息误差，并回送至处理器。设车内产生的源声场P为：则其

7、声能密度为：信号处理器根据噪声和误差信号的值来调整控制扬声器S(次级声源)，使其输出为：则叠加后的总声场平均能量密度为：因此空间中任意一点在次声源波作用前后的声级差为：由式可知，当β接近于1（振幅相等），α接近于π（相位相反）时，对初级而言，就可以在一定的空间区域得到很大的声衰减。2.2自适应算法有源降噪对宽带噪音的抵消效果、系统稳定性、控制器的复杂程度均与自适应算法的类型有关。好的自适应算法应该兼顾收敛性，鲁棒性和计算量方面。自适应算采用DSPLMS算法，它是LMS算法结合有源降噪的实际情况(次级声源到参

8、考误差MIC之间有空间环境)而得到的算法，从而适合实际的有源降噪环境，为FXLMS、FBXLMS和FULMS的基础算法。是目前自适应算法中应用最成熟，最广泛的算法，它被用于回声消除，有源降噪等各个方面，这主要得益于它的计算量小，收敛速度快，稳定性好的特点。5机理研究《轿车车内有源降噪技术初探》控制算法部分采用自适应滤波算法：Filtered-DLMS。它是在FLMS、XLMS基础上将次级通路转化为时延通路推到而出