实验三主动降噪实验

1、实验三,主动降噪实验,组长：吴淑标,组员：朱安林、汤剑宏,目录,实验目的,实验原理,实验仪器,实验步骤,实验平台搭建过程,正式实验过程,关键程序解释,实验数据观察及解释,误差分析,实验目的,了解噪声的基本概念；,了解工程中处理噪声的常规方法；,掌握主动降噪的基本原理与方法；,通过实验模拟主动降噪，分析降噪效果。,实验原理,主动降噪（主动噪声控制），又称为有源噪声控,制。早在,1933,年就由德国物理学家,Paul Lueg,提,出了。其主要依据了声波的干涉原理，来消除噪,声。,实验原理,1,）自适应有源噪声控制系统：,该系统一般由初级声源、自适应控制器、次级声源和误,差传感器组成。其特点是控制

2、器带反馈，并具有自适应,控制算法，控制器多为数字控制器。这种系统适用的范,围宽，相对灵活，但其结构复杂，实现难度加大，成本,增加。,实验原理,2,）非自适应有源噪声控制系统：,该系统一般由初级声源、控制器、次级声源和传,感器组成。其特点是控制器不带反馈，可以是模,拟控制器，也可以是数字控制器。这种系统适用,的范围有限。,实验仪器,实验步骤,1,）完成各仪器能否正常工作的检验，保证实验正常进行；,2,）按计划搭建实验平台，如图,7,所示；,3,）打开,Matlab,软件，将编好的程序烧录其中，准备开始实验；,4,）选择相对安静的空间，运行程序，程序会自动会输出,8,张图，分,别包括降噪前、后的波

3、形图和幅值频谱图；,5,）待程序运行完毕，观察最后一次降噪的幅值频谱图，和原噪声进,行比较是否达到了降噪的效果，如不满足需要进行调试，再次重复,实验；,6,）满足要求后，结束程序，拆除实验平台，整理实验设备；,7,）整理相关实验图片和数据，进行数据分析；,8,）分析实验误差，得出结论并撰写实验报告。,实验平台搭建过程,1,）选择相对安静的空间环境，将平整的桌面当,做实验平台；,2,）将这对音箱间隔合适的距离对放，并且使发,声源在一条直线上，连接电脑,USB,接口加耳机接,口，将其中一个声道当做噪声源，另一个声道做,次生源；（本实验并没有选择添加声道）,3,）把麦克风的接收点放置在上述直线上的任

4、意,一点，保持稳定位置不变，连接电脑的,USB,接口，,作为声音传感器；,实验平台搭建过程,正式实验过程,1,）选择噪声频率,1100Hz,，声源持续时间为,120s,，,次生源除了相位值与原噪声不同，其余一致，检,测控制时间为,3s,一个循环，目的就是不断改变相,位，一切准备就绪，运行程序；,正式实验过程,2,）第一步为检测程序，结果会识别出原噪声的频率以及,相应的幅值，会首先输出两幅图，分别是原噪声信号波,形图和幅值频谱图。,正式实验过程,3,）第二步为降噪第一阶段，次生源会发出和原噪声一致,的声信号，以,pi/3,为精度，不断移动次生源的相位，直,到筛选出目标相位（相邻两点叠加后信号的幅

5、值小于原,噪声的幅值），此时跳出该循环，并输出另外两幅图，,即第一步降噪的信号波形图和幅值频谱图。,正式实验过程,4,）第三步为降噪第二阶段，目标函数进入第二个循环，,以,pi/12,为精度，不断移动次生源的相位，直到筛选出目,标相位（叠加后信号的幅值降低,50%,），此时跳出该循环，,并输出两幅图，即第二步降噪的信号波形图和幅值频谱,图。,正式实验过程,5,）第四步为降噪第三阶段，目标函数进入第三个循环，,以,pi/24,为精度，不断移动次生源的相位，直到筛选出目,标相位（叠加后信号的幅值降低,70%,），此时跳出该循环，,次生源便以该相位值持续发出信号，即持续降噪效果，,输出最后两幅图，即

6、第三步降噪的信号波形图和幅值频,谱图。,正式实验过程,6,）若实验能够成功运行，则结束运行程序，整,理实验器材，分析实验数据，并做误差分析。,关键程序解释,Fs=8192; %,采样频率为,8192,t=1:(120*Fs); %,定原噪声发声时间为,120s,yy=zeros(2,120*Fs); %,建立两行零矩阵，以存储双声道不同的声,信号,yy(1,:)=40*sin(2*pi*1100*(t/Fs)-pi/3); %,原噪声的发声程序，,频率,1100Hz,Y=audiorecorder(Fs,16,1); %Matlab,声卡采集代码，采样精度为,16,，单声道,recordblo

7、cking(Y,3); %,声音收集时间为,3s,X=fft(y,Fs); %,进行傅里叶变换,z=abs(X); %,将傅里叶变换的结果取绝对值,y2=(2*max(z)/Fs; %,以该公式作为衡量幅值大小的工具,关键程序解释,yy(2,:)=40*sin(2*pi*f*(t/Fs)+phi); %,次生源的发声程序,recordblocking(Y1,3); %,以,3,秒为一个检测周期,Y2=(2*max(z)/Fs; %,使用和衡量原噪声幅值一样的公式,if Y2=y2 %,若降噪后的幅值大于原噪声幅值,phi=phi+pi/3; %,将次生源相位向左移动,pi/3,个单位,else

8、,phi=phi+pi/6/n; %,否则向左移动,pi/6,个单位,n=-(abs(n)+1); %,跳出该程序,关键程序解释,y4=y2*2*cos(pi/2-pi/3/(2n); %,设定第二步降噪的目标精度是,50%,yy(2,:)=40*sin(2*pi*f*(t/Fs)+phi); %,次生源的发声程序,recordblocking(Y1,3); %,以,3,秒为一个检测周期,Y2=2*max(z)/Fs; %,使用和衡量原噪声幅值一样的公式,if Y2=y4 %,若降噪后的幅值未满足效果要求,phi=phi-pi/3/(2n); %,将次生源相位向右移动,pi/12,个单,位,e

9、lse,n=n+1; %,否则跳出该程序,phi=phi-pi/3/(2n);,关键程序解释,y5=y2*0.3; %,设定第三步降噪的目标精度是,70%,yy(2,:)=40*sin(2*pi*f*(t/Fs)+phi); %,次生源的发声程序,recordblocking(Y1,3); %,以,3,秒为一个检测周期,Y2=2*max(z)/Fs; %,使用和衡量原噪声幅值一样的公式,if Y2=y5 %,若降噪后的幅值未满足效果要求,phi=phi-pi/3/(2n); %,将次生源相位向右移动,pi/24,个单,位,else,n=n+1; %,否则跳出该程序,yy(2,:)=40*sin

10、(2*pi*f*(t/Fs)+phi); %,次生源会一直发出最佳相,位所对应的声信号,sound(yy,Fs);,实验数据观察及解释,实验数据观察及解释,从第二幅图中可以看出，原噪声频率,1100Hz,下对应的幅,值在,Matlab,标度下对应值为,36.5,；,在第四幅图中，以,pi/3,为相位移动精度的第一步降噪结,果幅值为,22.5,，降噪效果为,38%,；,从第六幅图中可以发现，以,pi/12,为相位移动精度结果，,幅值最大时对应的声音频率并不是,1100Hz,，经分析是由,于外界干扰，尽管如此原噪声仍然达到了,50%,的降噪效果；,最后一幅图以,pi/24,为相位移动精度，显示的幅

11、值大小为,13.5,，降噪效果,73%,，非常理想；,降噪效果同时也可以根据这几个处理过程的波形图观察,得出。,误差分析,1,）仪器误差,使用,Matlab,发声程序会有误差，程序已经运行了,但是由于计算机的音箱还没有完全打开，导致前,部分的发声信号不完整；所使用的音箱左右声道,发出的声音并不是完全一致的，而且放置的位置,也不可能完全达到在同一条直线上；声音传感器,接收的声信号与程序编写的也会有误差，接收点,的位置不同也会影响实验效果。,误差分析,2,）方法误差,我们采用的主动降噪方法即为声波的叠加原理，,但是由于声波是球面波，叠加的时候并不是简单,的公式相加，会有不定向的干涉，而且我们小组,并没有采用声道，这也大大增加了误差的可能性。,误差分析,3