一种强干扰下有源噪声控制系统中次级通道建模方法

励信 号 ，虽 然 降低初 级 噪 声 ，但 增 加 了系 统残 余
噪声 ；（ ）多数 ＡＮ ３ Ｃ算法 如果 采用在 线建 模 ，在 没有任 何约 束 的情 况下 ，将存 在稳 定性 问题【。虽 ６ Ｊ
然 Ｋ ｏ和 Ｗａｇ等 人提 出 了不 用外 加 白色 激励 噪 ｕ ｎ 声的建模方法 ， 】但该方法的建模精度取决于建模
图 １中 ， （ ） 建模激 励信 号 ， 由系统 自身产 ，是 ｚ
着 眼于 Ａ ＮＣ系统对 环境 变化 的适应 性 ， 前人
提 出 了不少在 线建模 方法 ，包 括 Ｅ ｉｓｏ 的方 法 ｒ ｓｎ ｋ Ｂ ｏ 的方法 【、Ｋ ｏ 的方 法【、张 明的方法 Ｉ ａ ４ ｕ Ｊ ５ Ｊ ６ Ｊ
辨识 。不考 虑 实际 的硬件 结构 ，图 ｌ给 出了传 统 的 白适 应建模 模 型。
４ｎ （）
ｅ ）
识别 不 当或误 差 过大 ，将 会 造成 降噪效 果 降低 甚 至 引起 系统发 散 ，所 以对 次 级通 道 模型 的精 确 建
模 就成 型 Ａ
（ ） ， ｘｎ—Ｎ ＋１］ ＝［ （） …，（ ）
滤 波器 权系 数矢量 ：
的噪声 干扰 ，欲 对 次级 通道 准确 建 模 ，应 剔 除初
级 噪声 的影 响 ，但一 般 情况 下 不 能为此 关 掉 工作 中 的设备 ，这就 对次 级 通道 在 强环 境 噪声 中 的准 确 建模 提 出了挑战 。
有 源 噪声 控 制 （ ＮＣ 基 于 叠加 原 理 】 即 Ａ ） 之， 通 过扬 声器 产 生 与不希 望 的 噪声 声波 相位 相 反但 幅度 相 同的次 级声 波 ，在 空 间相 叠加 ，从 而达 到 抑制 噪声 的 目的 。 在过 去的几 十年 里 ，人们提 出 了多种 Ａ ＮＣ算 法 ，通 过仔细 分析 ，不难 发现 多数 算法 都 依赖 于次 级通 道模 型 。如果 次级 通 道模 型
张瑞华 等：一种强干扰下有源噪声控制系统中次级通道建模方法
［ 表示取期望运算。由式（ 和式（） ． ］ １ ） ２得均方误差
表达 式 ：
Ｇ（ ：１Ｔ Ｋ） Ｋ） ／ （
其 中 ， （ 为延 展函数 ， Ⅳ 为 Ｆ Ｔ点数 ， ） Ｆ 为频
（ ＝ ｌ （）＝ ［ ２＋ Ｅ ｅ ｌＥｄ（） ） ２ ， ］
是延 展参数 ，取 ０ １ 间实数 ，它决定 了时 间延 ～ 之 展 脉 冲 的有 效长 度 ， 值越大 ｆ ） （ 的有 效 长 度越 大 。 图 ２ 显 示 典 型 的 Ｔ Ｐ 信 号 的 波 形 ， 其 中 Ｓ
２ １年第 ３期 ００
声学与电子工程
总第 ９ ９期
一
种 强干扰下有源 噪声控制系统 中 次级通道建模方法
张瑞华 谢 智波 张秀丽
（ 宁波市数字信号处理重点 实验 室，宁波 ，３ ） １ １ ０ ５Ｏ
摘要 提 出一种利用 时间扩展脉冲 （ Ｓ ）的建模方法 ，通过 时间平均 降低 宽带干扰 ，利用 自适 应预 ＴＰ 测器抵消窄带干扰 。仿真结果表明，该方法实现 了强环境噪声 中次级通道的精确建模 。 关键 词 有源噪声控制 ；时间扩展脉冲（ ｓ ） Ｔ Ｐ ；次级通道建模
滤 波器 的输 出，无法 得到 唯一解 。然而 在 ＡＮＣ系
统 工作 环境 固定 的场合 ，次级 通 道相 对 固定 ，在
率， 这使得建模精度受到ｓｎ 的严重影响。 定义激 （）
励信 号 矢量 ：
线 建模 并不 必 要 ，离线 建 模就 成 了最 好 的选 择 。
另 一方面 ， 用 Ａ 应 ＮＣ系统 的地方往 往存 在 高强度
ｒ（） ｗ ￣ｏ （ — ＋１ ｅｎ ＝［（） ｗ ｎ Ｎ ） ｏ￥ ｏ ］
由图 １ ，系统 的输 出误 差信 号为 ： ｅｎ ： 一 （） ＋ （） （） （） （） Ｘ ， （） ＋ ｚ （） １
１传 统 的 白适 应 建模 算 法 模 型
在Ａ ＮＣ系统 中 ，次 级通 道是指 从次 级源 （ 扬 声器 ）到误 差传 感器（ 克风） 间的声学 通道 。对 麦 之 次级 通道 建模 就 是对 该 声学 通道 的传输 函数进 行
则 自适 应 滤 波 器 按 均 方 误 差 最 小 的准 则 调 整 权 系 数 ， 即：
ｅ）Ｅｅ２ （＝ ［（］ ｎ ２） ，
（ ２ ）
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江 省 科 技 攻 关项 目 （ ＮＯ：２ ０ Ｃ １０ ） 宁 波 市 自然 基金 （ Ｏ：２ ０ Ａ １０ ８ ０ ８ ３０７： Ｎ ０ ８ ６００ ）
生； Ｈ 是要辨识的误差通道传输函数， （） ， 是 ｚ
的输 出； （ 是与激 励信 号不 相关 的测量 噪 声 ，由 ）
电路 和 传 声器 产 生 ，功率 一般 很 小 ，服 从零 均值 的
以及 Ｙ ｎ ａｇ的方 法【等 。这些 方法 在提 高建模 精度 ７ 】
的同 时 ，又 引 来一 些不 可 忽视 的 问题 ：（ ）系统 １ 复杂 度 逐步 提 高 ；（ ）它们 均 依赖 于 外加 白色 激 ２
高斯分布； ｅｎ 是误差信号 ，用 以调整 自适应滤波 （１
器 的权 系数 。可见 ，这是 一个 经 典 的系统 识 别或 自 适 应 建模 问题 ，对 该 问题 的研 究 人们 已经 进 行 了数 十年 ，发 表 了大 量 的文 章 。与 一般 自适应 建模 不 同 的一 点是 （ 的引入 ， ） 在这里 （） ， 是与 （ ） ２ 不相 关 的外 界干 扰 噪声 或称 为初级 噪 声 ，通 常为 高度 有 色 噪声 。因 （２的 功率 可 能 强 于 期望 信 号 （）的功 ， ） ， ｚ
Ｌ＿ 一
一
． ．
（ ３）
Ｗ ｎＲＷ（） ２ （） ｎ一
（） ＋ ＋
率 编号 ， Ｇ ） （ 为 （ 的反 函数 。从延 展 函数 ） （ 的 定义看 ，它 是频域 对称序 列 ，所 以其时域 信 ） 号必是实数序列 ， 即时间延展序列 ｆ ） 其能量为 １ （ ， 。