固定系數(shù)與自適應(yīng)結(jié)合的主動降噪耳機(jī)設(shè)計實驗

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一、實驗?zāi)康?/h2>

完成前饋固定系數(shù)與自適應(yīng)算法相結(jié)合的主動降噪耳機(jī)的設(shè)計，并分析該系統(tǒng)的性能；探究在固定系數(shù)算法工作前提下，自適應(yīng)算法對耳機(jī)降噪性能的提升能力。

二、實驗原理

圖 1 主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)原理框圖

如圖1所示為該主動降噪耳機(jī)的系統(tǒng)原理框圖，其中x為輸入噪聲，d為外界到達(dá)誤差傳聲器的噪聲信號，e為誤差傳聲器接收信號，C為固定系數(shù)主動降噪耳機(jī)控制器，W為自適應(yīng)濾波器系數(shù)，S為次級通道傳遞函數(shù)，S’為次級通道模型。

按原理圖搭建系統(tǒng)，可以同時用固定系數(shù)濾波器和自適應(yīng)濾波器兩種工作模式進(jìn)行主動噪聲控制。

三、實驗步驟

（1）按照圖1搭建主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)；

（2）用音響模擬噪聲環(huán)境，分別播放白噪聲、粉噪聲和單頻噪聲，測試三種噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能；

（3）分別在以上三種噪聲環(huán)境下，測試固定系數(shù)濾波器單獨工作和兩種濾波器同時工作情況下的主動降噪性能，以及加入自適應(yīng)濾波器前后的噪聲抑制性能對比。

四、實驗結(jié)果分析

粉噪聲環(huán)境下的實驗結(jié)果如圖2所示。

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圖2 粉噪聲環(huán)境下無ANC工作、固定系數(shù)濾波器工作和兩種濾波器同時工作三種模式下的噪聲功率譜

白噪聲環(huán)境下的實驗結(jié)果如圖3所示。

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圖3白噪聲環(huán)境下無ANC工作、固定系數(shù)濾波器工作和兩種濾波器同時工作三種模式下的噪聲功率譜

120Hz單頻噪聲環(huán)境下的實驗結(jié)果如圖4所示。

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圖4 120Hz單頻噪聲環(huán)境下無ANC工作、固定系數(shù)濾波器工作和兩種濾波器同時工作三種模式下的噪聲功率譜

三種噪聲環(huán)境中，不同工作模式下的降噪量對比如表1所示。

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表 1 三種噪聲環(huán)境不同工作模式下的降噪量

噪聲環(huán)境	粉噪聲	白噪聲	120Hz單頻噪聲
固定系數(shù)	10.9dB	2.9dB	15.1dB
固定和自適應(yīng)	12.6dB	4.5dB	36.9dB

從圖2-圖4和表1中可以看出，在固定系數(shù)濾波器和自適應(yīng)濾波器同時工作時獲得的降噪效果優(yōu)于固定系數(shù)濾波器單獨工作時的效果，且自適應(yīng)濾波器的加入對單頻噪聲的抑制能力提升較強(qiáng)，對白噪聲的抑制能力提升相對較弱。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是，本實驗采用的自適應(yīng)降噪基于LMS算法，其輸出為在均方誤差標(biāo)準(zhǔn)下的最小值，因此，噪聲功率譜分布越集中，自適應(yīng)算法對噪聲的抑制效果越顯著。

五、實驗結(jié)論

本次實驗實現(xiàn)了固定系數(shù)與自適應(yīng)濾波器結(jié)合的前饋主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計，在不同噪聲環(huán)境下均取得了不同程度的降噪效果。自適應(yīng)濾波器的加入使得主動降噪耳機(jī)系統(tǒng)對單頻噪聲的抑制能力顯著提升，對粉噪聲的抑制能力提升較為明顯，對白噪聲的抑制能力提升相對較弱。

總結(jié)

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