一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法技術

本發明專利技術涉及一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法，該方法應用于由參考信號識別模塊、BP神經網絡聲品質模型、基于噪聲誤差反饋的FxLMS(Filter?x?Least?Mean?Square濾波x最小均方誤差)自適應均衡控制器以及次級聲源所組成的噪聲主動均衡控制系統。通過基于BP神經網絡聲品質模型推導出聲品質對于神經網絡輸入(臨界頻帶總聲壓幅值)的貢獻量以及建立臨界頻帶幅值增益與臨界頻帶總聲壓幅值之間的關系，將優化目標轉變為聲品質貢獻量梯度向量，以聲品質貢獻量及其梯度向量作為優化時輸入量的改變方向，優先抑制對與聲品質負貢獻量大的頻率成分。與現有技術相比，本發明專利技術具有迭代次數大大降低、效率大大提升等優點。

【技術實現步驟摘要】
一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法
本專利技術涉及汽車噪聲控制領域，尤其是涉及一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法。
技術介紹
汽車車內噪聲的主動噪聲控制(ANC)方法是依據聲波干涉相消原理通過次級聲源發聲抵消原有噪聲實現降噪，同時隨著數字信號處理技術和集成電路廣泛應用日漸興起。主動噪聲控制采用以聲治聲的方法對低頻噪聲有良好的抑制效果。在ANC基礎上發展出的主動噪聲均衡控制可以有選擇性地控制特定頻段(一般為臨界頻帶)的噪聲使之產生均衡效果從而改善聲品質。在實施主動噪聲均衡控制之前先要獲得各控制臨界頻帶下使聲品質最佳的幅值增益組合，也就是臨界頻帶幅值增益的優化問題。目前主要采用枚舉法，將所有可能的幅值增益進行組合并計算所有聲品質結果，選取出最佳組合，這類方法效率較低。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法，該方法包括以下步驟：S1、通過參考信號識別模塊識別噪聲參考信號并判斷參考信號的臨界頻帶，確定BP神經網絡聲品質模型的臨界頻帶總聲壓幅值輸入值；S2、設置聲品質貢獻量梯度向量初始值C’(1)、聲品質輸出值的變化幅度初始值Error(1)和退出優化條件；S3、BP神經網絡聲品質模型根據當前臨界頻帶總聲壓幅值輸入值計算當前聲品質O、當前聲品質貢獻量C’j和當前聲品質貢獻量梯度向量C’(I)；S4、根據臨界頻帶總聲壓幅值輸入值和聲品質貢獻量C’j計算下一個臨界頻帶總聲壓幅值輸入值，并計算下一個輸入值對應聲品質、聲品質貢獻量C’j和聲品質貢獻量梯度向量C’(I+1)，判斷是否滿足退出優化條件，若為否則迭代次數I加1繼續重復步驟S4，若為是則得到聲品質輸出極值并進行步驟S5，；S5、利用聲品質輸出極值，根據聲品質與臨界頻帶總聲壓幅值之間的關系，獲得聲品質極大值對應的臨界頻帶總聲壓幅值輸入值xj_opt，再根據臨界頻帶幅值增益與臨界頻帶總聲壓幅值之間的關系，求出各個臨界頻帶總聲壓幅值輸入值xj_opt所對應的最優臨界頻帶幅值增益βj_opt，形成最優臨界頻帶幅值增益組合{βopt}，送入FxLMS自適應控制器進行主動均衡控制。步驟S5中聲品質與臨界頻帶總聲壓幅值的關系為：式中，xj和O分別表示臨界頻帶總聲壓幅值輸入值和聲品質輸出值，ωij為輸入節點j與隱節點i間的網絡權值，θi是隱節點i的網絡閾值，θk是輸出點的網絡閾值，f1()是隱含層的傳遞函數；Tki是隱節點i與輸出點間的網絡權值，f2()是輸出層的傳遞函數。所述的退出優化條件為聲品質貢獻量梯度向量模|C'(I)|≤聲品質貢獻量梯度向量模變化最小值Gradmin，同時聲品質輸出值的變化幅度Error(I)≤聲品質變化最小值Tolerance，并且達到最大迭代次數Imax，其中Error(I)＝|O(I)-O(I-1)|。聲品質貢獻量C’j計算方法為：其中，xj表示臨界頻帶總聲壓幅值輸入值，ωij為輸入節點j與隱節點i間的網絡權值，Sj為聲品質輸出對輸入量的靈敏度，Tki是隱節點i與輸出點間的網絡權值。各臨界頻帶的聲品質貢獻量C’j組成了聲品質貢獻量梯度向量C’。步驟S4中所述的計算下一個臨界頻帶總聲壓幅值輸入值具體為：xj(I+1)＝xj(I)±μc′·Cj′(I)其中，xj(I+1)為下一個臨界頻帶總聲壓幅值輸入值，xj(I)為當前臨界頻帶總聲壓幅值輸入值，μc′為學習步長，Cj′(I)為當前聲品質貢獻量。步驟S2還包括設定學習步長μc′。步驟S2中聲品質貢獻量梯度向量初始值C’(1)和聲品質輸出值的變化幅度初始值Error(1)分別為C’(1)＝(10,10,10,10,10)、Error(1)＝10。步驟S1還包括：設定臨界頻帶幅值增益的范圍，計算該臨界頻帶幅值增益的范圍內最大和最小總聲壓幅值TPj_max和TPj_min。當步驟S4中臨界頻帶總聲壓幅值輸入值在[TPj_min，TPj_max]范圍外，則取臨界頻帶總聲壓幅值輸入值為TPj_max或TPj_min。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：1、迭代次數遠遠降低：將聲品質對輸入量的靈敏度和輸入量大小都列入了優化方法慮的范圍，優先抑制對與聲品質負貢獻量大的頻率成分，并且優化迭代次數遠遠小于枚舉法；2、提升主動噪聲均衡控制效果、效率高：利用BP神經網絡聲品質模型進行最優臨界頻帶幅值增益組合，效率高，輸入FxLMS自適應控制器，改善車內聲品質。附圖說明圖1為臨界頻帶幅值增益主動噪聲均衡控制系統圖；圖2為用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法流程圖；圖3為聲品質“舒適度”值隨優化迭代次數I的變化圖；圖4聲品質輸出值的變化幅度Error(I)隨優化迭代次數I的變化；圖5聲品質貢獻量梯度向量模|C'(I)|變化值Gradient隨優化迭代次數I的變化。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬于本專利技術保護的范圍。實施例本專利技術涉及一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法。如圖1所示，該方法應用于由參考信號識別模塊、BP神經網絡聲品質模型、基于噪聲誤差反饋的FxLMS(Filter-xLeastMeanSquare濾波x最小均方誤差)自適應均衡控制器以及次級聲源所組成的噪聲主動均衡控制系統。通過基于BP神經網絡聲品質模型推導出聲品質對于神經網絡輸入(臨界頻帶總聲壓幅值)的貢獻量以及建立臨界頻帶幅值增益與臨界頻帶總聲壓幅值之間的關系，將優化目標由對臨界頻帶幅值增益的枚舉轉變為聲品質貢獻量梯度向量，以聲品質貢獻量及其梯度向量作為優化時輸入量的改變方向，將聲品質對輸入量的靈敏度和輸入量大小都列入了優化方法慮的范圍，優先抑制對與聲品質負貢獻量大的頻率成分，提高優化效率。步驟如下：1.通過參考信號識別模塊識別主動均衡控制的噪聲參考信號并判斷參考信號屬于哪些臨界頻帶j(BARK)。對于參考信號相關的臨界頻帶，根據所建立的臨界頻帶幅值增益與臨界頻帶總聲壓幅值之間的關系(具體公式如式1)計算出在所選幅值增益βj范圍內(如0～1.5)的最大及最小總聲壓幅值TPj_max和TPj_min。式中，TPj為臨界頻帶總聲壓幅值，βj為臨界頻帶總聲壓幅值增益，xj為臨界頻帶總聲壓幅值輸入值，fj_max和fj_min分別為臨界頻帶j的上下限頻率；Pr(f)為臨界頻帶內的所有參考信號對應頻率范圍內的幅值譜分量(參考信號分量)，Pn(f)為臨界頻帶內剩余頻率范圍內的幅值譜分量(非參考信號分量)，f為聲壓幅值譜的頻率，Δf為聲壓幅值譜的頻率分辨率；W(f)為權值，當f為臨界頻帶的上限頻率或下限頻率，W(f)＝0.5，當f介于臨界頻帶的上限頻率和下限頻率之間，W(f)＝1。2.基于BP神經網絡聲品質模型建立聲品質與神經網絡輸入(臨界頻帶總聲壓幅值)之間關系的表達式：式中，xj和O分別表示臨界頻帶總聲壓幅值輸入值和聲品質輸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：S1、通過參考信號識別模塊識別噪聲參考信號并判斷參考信號的臨界頻帶，確定BP神經網絡聲品質模型的臨界頻帶總聲壓幅值輸入值；S2、設置聲品質貢獻量梯度向量初始值C’(1)、聲品質輸出值的變化幅度初始值Error(1)和退出優化條件；S3、BP神經網絡聲品質模型根據當前臨界頻帶總聲壓幅值輸入值計算當前聲品質O、當前聲品質貢獻量C’

【技術特征摘要】
1.一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：S1、通過參考信號識別模塊識別噪聲參考信號并判斷參考信號的臨界頻帶，確定BP神經網絡聲品質模型的臨界頻帶總聲壓幅值輸入值；S2、設置聲品質貢獻量梯度向量初始值C’(1)、聲品質輸出值的變化幅度初始值Error(1)和退出優化條件；S3、BP神經網絡聲品質模型根據當前臨界頻帶總聲壓幅值輸入值計算當前聲品質O、當前聲品質貢獻量C’j和當前聲品質貢獻量梯度向量C’(I)；S4、根據臨界頻帶總聲壓幅值輸入值和聲品質貢獻量C’j計算下一個臨界頻帶總聲壓幅值輸入值，并計算下一個輸入值對應聲品質、聲品質貢獻量C’j和聲品質貢獻量梯度向量C’(I+1)，判斷是否滿足退出優化條件，若為否則迭代次數I加1繼續重復步驟S4，若為是則得到聲品質輸出極值并進行步驟S5，；S5、利用聲品質輸出極值，根據聲品質與臨界頻帶總聲壓幅值之間的關系，獲得聲品質極大值對應的臨界頻帶總聲壓幅值輸入值xj_opt，再根據臨界頻帶幅值增益與臨界頻帶總聲壓幅值之間的關系，求出各個臨界頻帶總聲壓幅值輸入值xj_opt所對應的最優臨界頻帶幅值增益βj_opt，形成最優臨界頻帶幅值增益組合{βopt}，送入FxLMS自適應控制器進行主動均衡控制。2.根據權利要求1所述的一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法，其特征在于，步驟S5中聲品質與臨界頻帶總聲壓幅值之間的關系為：式中，xj和O分別表示臨界頻帶總聲壓幅值輸入值和聲品質輸出值，ωij為輸入節點j與隱節點i間的網絡權值，θi是隱節點i的網絡閾值，θk是輸出點的網絡閾值，f1()是隱含層的傳遞函數；Tki是隱節點i與輸出點間的網絡權值，f2()是輸出層的傳遞函數。3.根據權利要求2所述的一種用于主動噪聲均衡控制的臨界頻帶幅值增益優化方法，其特征在于，所述的退出優化條件為聲品質貢獻量梯度向量模|C'(I)|≤聲品...

【專利技術屬性】
技術研發人員：靳暢，周鋐，周毅，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海,31