主動降噪實驗教學PPT.ppt

1、實驗三 主動降噪實驗,組長：吳淑標 組員：朱安林、湯劍宏,目錄,實驗目的 實驗原理 實驗儀器 實驗步驟 實驗平臺搭建過程 正式實驗過程 關鍵程序解釋 實驗數(shù)據(jù)觀察及解釋 誤差分析,實驗目的,了解噪聲的基本概念； 了解工程中處理噪聲的常規(guī)方法； 掌握主動降噪的基本原理與方法； 通過實驗模擬主動降噪，分析降噪效果。,實驗原理,主動降噪（主動噪聲控制），又稱為有源噪聲控制。早在1933年就由德國物理學家Paul Lueg提出了。其主要依據(jù)了聲波的干涉原理，來消除噪聲。,實驗原理,1）自適應有源噪聲控制系統(tǒng)： 該系統(tǒng)一般由初級聲源、自適應控制器、次級聲源和誤差傳感器組成。其特點是控制器帶反饋，并具有自

2、適應控制算法，控制器多為數(shù)字控制器。這種系統(tǒng)適用的范圍寬，相對靈活，但其結構復雜，實現(xiàn)難度加大，成本增加。,實驗原理,2）非自適應有源噪聲控制系統(tǒng)： 該系統(tǒng)一般由初級聲源、控制器、次級聲源和傳感器組成。其特點是控制器不帶反饋，可以是模擬控制器，也可以是數(shù)字控制器。這種系統(tǒng)適用的范圍有限。,實驗儀器,實驗步驟,1）完成各儀器能否正常工作的檢驗，保證實驗正常進行； 2）按計劃搭建實驗平臺，如圖7所示； 3）打開Matlab軟件，將編好的程序燒錄其中，準備開始實驗； 4）選擇相對安靜的空間，運行程序，程序會自動會輸出8張圖，分別包括降噪前、后的波形圖和幅值頻譜圖； 5）待程序運行完畢，觀察最后一次降

3、噪的幅值頻譜圖，和原噪聲進行比較是否達到了降噪的效果，如不滿足需要進行調試，再次重復實驗； 6）滿足要求后，結束程序，拆除實驗平臺，整理實驗設備； 7）整理相關實驗圖片和數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析； 8）分析實驗誤差，得出結論并撰寫實驗報告。,實驗平臺搭建過程,1）選擇相對安靜的空間環(huán)境，將平整的桌面當做實驗平臺； 2）將這對音箱間隔合適的距離對放，并且使發(fā)聲源在一條直線上，連接電腦USB接口加耳機接口，將其中一個聲道當做噪聲源，另一個聲道做次生源；（本實驗并沒有選擇添加聲道） 3）把麥克風的接收點放置在上述直線上的任意一點，保持穩(wěn)定位置不變，連接電腦的USB接口，作為聲音傳感器；,實驗平臺搭建過程,

4、正式實驗過程,1）選擇噪聲頻率1100Hz，聲源持續(xù)時間為120s，次生源除了相位值與原噪聲不同，其余一致，檢測控制時間為3s一個循環(huán)，目的就是不斷改變相位，一切準備就緒，運行程序；,正式實驗過程,2）第一步為檢測程序，結果會識別出原噪聲的頻率以及相應的幅值，會首先輸出兩幅圖，分別是原噪聲信號波形圖和幅值頻譜圖。,正式實驗過程,3）第二步為降噪第一階段，次生源會發(fā)出和原噪聲一致的聲信號，以pi/3為精度，不斷移動次生源的相位，直到篩選出目標相位（相鄰兩點疊加后信號的幅值小于原噪聲的幅值），此時跳出該循環(huán)，并輸出另外兩幅圖，即第一步降噪的信號波形圖和幅值頻譜圖。,正式實驗過程,4）第三步為降噪第

5、二階段，目標函數(shù)進入第二個循環(huán)，以pi/12為精度，不斷移動次生源的相位，直到篩選出目標相位（疊加后信號的幅值降低50%），此時跳出該循環(huán)，并輸出兩幅圖，即第二步降噪的信號波形圖和幅值頻譜圖。,正式實驗過程,5）第四步為降噪第三階段，目標函數(shù)進入第三個循環(huán)，以pi/24為精度，不斷移動次生源的相位，直到篩選出目標相位（疊加后信號的幅值降低70%），此時跳出該循環(huán)，次生源便以該相位值持續(xù)發(fā)出信號，即持續(xù)降噪效果，輸出最后兩幅圖，即第三步降噪的信號波形圖和幅值頻譜圖。,正式實驗過程,6）若實驗能夠成功運行，則結束運行程序，整理實驗器材，分析實驗數(shù)據(jù)，并做誤差分析。,關鍵程序解釋,Fs=8192;

6、%采樣頻率為8192 t=1:(120*Fs); %定原噪聲發(fā)聲時間為120s yy=zeros(2,120*Fs); %建立兩行零矩陣，以存儲雙聲道不同的聲信號 yy(1,:)=40*sin(2*pi*1100*(t/Fs)-pi/3); %原噪聲的發(fā)聲程序，頻率1100Hz Y=audiorecorder(Fs,16,1); %Matlab聲卡采集代碼，采樣精度為16，單聲道 recordblocking(Y,3); %聲音收集時間為3s X=fft(y,Fs); %進行傅里葉變換 z=abs(X); %將傅里葉變換的結果取絕對值 y2=(2*max(z)/Fs; %以該公式作為衡量幅值大

7、小的工具,關鍵程序解釋,yy(2,:)=40*sin(2*pi*f*(t/Fs)+phi); %次生源的發(fā)聲程序 recordblocking(Y1,3); %以3秒為一個檢測周期 Y2=(2*max(z)/Fs; %使用和衡量原噪聲幅值一樣的公式 if Y2=y2 %若降噪后的幅值大于原噪聲幅值 phi=phi+pi/3; %將次生源相位向左移動pi/3個單位 else phi=phi+pi/6/n; %否則向左移動pi/6個單位 n=-(abs(n)+1); %跳出該程序,關鍵程序解釋,y4=y2*2*cos(pi/2-pi/3/(2n); %設定第二步降噪的目標精度是50% yy(2,:

8、)=40*sin(2*pi*f*(t/Fs)+phi); %次生源的發(fā)聲程序 recordblocking(Y1,3); %以3秒為一個檢測周期 Y2=2*max(z)/Fs; %使用和衡量原噪聲幅值一樣的公式 if Y2=y4 %若降噪后的幅值未滿足效果要求 phi=phi-pi/3/(2n); %將次生源相位向右移動pi/12個單位 else n=n+1; %否則跳出該程序 phi=phi-pi/3/(2n);,關鍵程序解釋,y5=y2*0.3; %設定第三步降噪的目標精度是70% yy(2,:)=40*sin(2*pi*f*(t/Fs)+phi); %次生源的發(fā)聲程序 recordblo

9、cking(Y1,3); %以3秒為一個檢測周期 Y2=2*max(z)/Fs; %使用和衡量原噪聲幅值一樣的公式 if Y2=y5 %若降噪后的幅值未滿足效果要求 phi=phi-pi/3/(2n); %將次生源相位向右移動pi/24個單位 else n=n+1; %否則跳出該程序 yy(2,:)=40*sin(2*pi*f*(t/Fs)+phi); %次生源會一直發(fā)出最佳相位所對應的聲信號 sound(yy,Fs);,實驗數(shù)據(jù)觀察及解釋,實驗數(shù)據(jù)觀察及解釋,從第二幅圖中可以看出，原噪聲頻率1100Hz下對應的幅值在Matlab標度下對應值為36.5； 在第四幅圖中，以pi/3為相位移動精度

10、的第一步降噪結果幅值為22.5，降噪效果為38%； 從第六幅圖中可以發(fā)現(xiàn)，以pi/12為相位移動精度結果，幅值最大時對應的聲音頻率并不是1100Hz，經分析是由于外界干擾，盡管如此原噪聲仍然達到了50%的降噪效果； 最后一幅圖以pi/24為相位移動精度，顯示的幅值大小為13.5，降噪效果73%，非常理想； 降噪效果同時也可以根據(jù)這幾個處理過程的波形圖觀察得出。,誤差分析,1）儀器誤差 使用Matlab發(fā)聲程序會有誤差，程序已經運行了但是由于計算機的音箱還沒有完全打開，導致前部分的發(fā)聲信號不完整；所使用的音箱左右聲道發(fā)出的聲音并不是完全一致的，而且放置的位置也不可能完全達到在同一條直線上；聲音傳感器接收的聲信號與程序編寫的也會有誤差，接收點的位置不同也會影響實驗效果。,誤差分析,2）方法誤差 我們采用的主動降噪方法即為聲波的疊加原理，但是由于聲波是球面波，疊加的時候并不是簡單的公式相加，會有不定向的干涉，而且我們小組并沒有采用聲道，這也大大增加了誤差的可能性。,誤差分析,3）