1、實(shí)驗(yàn)三 主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn),組長(zhǎng)：吳淑標(biāo) 組員：朱安林、湯劍宏,目錄,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建過程 正式實(shí)驗(yàn)過程 關(guān)鍵程序解釋 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察及解釋 誤差分析,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(dòng)降噪的基本原理與方法； 通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M主動(dòng)降噪，分析降噪效果。,實(shí)驗(yàn)原理,主動(dòng)降噪（主動(dòng)噪聲控制），又稱為有源噪聲控制。早在1933年就由德國(guó)物理學(xué)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(shí)驗(yàn)原理,1）自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)： 該系統(tǒng)一般由初級(jí)聲源、自適應(yīng)控制器、次級(jí)聲源和誤差傳感器組成。其特點(diǎn)是控制器帶反饋，并具有自

2、適應(yīng)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(duì)靈活，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度加大，成本增加。,實(shí)驗(yàn)原理,2）非自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)： 該系統(tǒng)一般由初級(jí)聲源、控制器、次級(jí)聲源和傳感器組成。其特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)儀器,實(shí)驗(yàn)步驟,1）完成各儀器能否正常工作的檢驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行； 2）按計(jì)劃搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖7所示； 3）打開Matlab軟件，將編好的程序燒錄其中，準(zhǔn)備開始實(shí)驗(yàn)； 4）選擇相對(duì)安靜的空間，運(yùn)行程序，程序會(huì)自動(dòng)會(huì)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(yùn)行完畢，觀察最后一次降

3、噪的幅值頻譜圖，和原噪聲進(jìn)行比較是否達(dá)到了降噪的效果，如不滿足需要進(jìn)行調(diào)試，再次重復(fù)實(shí)驗(yàn)； 6）滿足要求后，結(jié)束程序，拆除實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，整理實(shí)驗(yàn)設(shè)備； 7）整理相關(guān)實(shí)驗(yàn)圖片和數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析； 8）分析實(shí)驗(yàn)誤差，得出結(jié)論并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建過程,1）選擇相對(duì)安靜的空間環(huán)境，將平整的桌面當(dāng)做實(shí)驗(yàn)平臺(tái)； 2）將這對(duì)音箱間隔合適的距離對(duì)放，并且使發(fā)聲源在一條直線上，連接電腦USB接口加耳機(jī)接口，將其中一個(gè)聲道當(dāng)做噪聲源，另一個(gè)聲道做次生源；（本實(shí)驗(yàn)并沒有選擇添加聲道） 3）把麥克風(fēng)的接收點(diǎn)放置在上述直線上的任意一點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建過程,

4、正式實(shí)驗(yàn)過程,1）選擇噪聲頻率1100Hz，聲源持續(xù)時(shí)間為120s，次生源除了相位值與原噪聲不同，其余一致，檢測(cè)控制時(shí)間為3s一個(gè)循環(huán)，目的就是不斷改變相位，一切準(zhǔn)備就緒，運(yùn)行程序；,正式實(shí)驗(yàn)過程,2）第一步為檢測(cè)程序，結(jié)果會(huì)識(shí)別出原噪聲的頻率以及相應(yīng)的幅值，會(huì)首先輸出兩幅圖，分別是原噪聲信號(hào)波形圖和幅值頻譜圖。,正式實(shí)驗(yàn)過程,3）第二步為降噪第一階段，次生源會(huì)發(fā)出和原噪聲一致的聲信號(hào)，以pi/3為精度，不斷移動(dòng)次生源的相位，直到篩選出目標(biāo)相位（相鄰兩點(diǎn)疊加后信號(hào)的幅值小于原噪聲的幅值），此時(shí)跳出該循環(huán)，并輸出另外兩幅圖，即第一步降噪的信號(hào)波形圖和幅值頻譜圖。,正式實(shí)驗(yàn)過程,4）第三步為降噪第

5、二階段，目標(biāo)函數(shù)進(jìn)入第二個(gè)循環(huán)，以pi/12為精度，不斷移動(dòng)次生源的相位，直到篩選出目標(biāo)相位（疊加后信號(hào)的幅值降低50%），此時(shí)跳出該循環(huán)，并輸出兩幅圖，即第二步降噪的信號(hào)波形圖和幅值頻譜圖。,正式實(shí)驗(yàn)過程,5）第四步為降噪第三階段，目標(biāo)函數(shù)進(jìn)入第三個(gè)循環(huán)，以pi/24為精度，不斷移動(dòng)次生源的相位，直到篩選出目標(biāo)相位（疊加后信號(hào)的幅值降低70%），此時(shí)跳出該循環(huán)，次生源便以該相位值持續(xù)發(fā)出信號(hào)，即持續(xù)降噪效果，輸出最后兩幅圖，即第三步降噪的信號(hào)波形圖和幅值頻譜圖。,正式實(shí)驗(yàn)過程,6）若實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺晒\(yùn)行，則結(jié)束運(yùn)行程序，整理實(shí)驗(yàn)器材，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并做誤差分析。,關(guān)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(shí)間為120s yy=zeros(2,120*Fs); %建立兩行零矩陣，以存儲(chǔ)雙聲道不同的聲信號(hào) 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(shí)間為3s X=fft(y,Fs); %進(jìn)行傅里葉變換 z=abs(X); %將傅里葉變換的結(jié)果取絕對(duì)值 y2=(2*max(z)/Fs; %以該公式作為衡量幅值大

7、小的工具,關(guān)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(gè)檢測(cè)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(dòng)pi/3個(gè)單位 else phi=phi+pi/6/n; %否則向左移動(dòng)pi/6個(gè)單位 n=-(abs(n)+1); %跳出該程序,關(guān)鍵程序解釋,y4=y2*2*cos(pi/2-pi/3/(2n); %設(shè)定第二步降噪的目標(biāo)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(gè)檢測(cè)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(dòng)pi/12個(gè)單位 else n=n+1; %否則跳出該程序 phi=phi-pi/3/(2n);,關(guān)鍵程序解釋,y5=y2*0.3; %設(shè)定第三步降噪的目標(biāo)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(gè)檢測(cè)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(dòng)pi/24個(gè)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(huì)一直發(fā)出最佳相位所對(duì)應(yīng)的聲信號(hào) sound(yy,Fs);,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察及解釋,實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)的幅值在Matlab標(biāo)度下對(duì)應(yīng)值為36.5； 在第四幅圖中，以pi/3為相位移動(dòng)精度

10、的第一步降噪結(jié)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(dòng)精度結(jié)果，幅值最大時(shí)對(duì)應(yīng)的聲音頻率并不是1100Hz，經(jīng)分析是由于外界干擾，盡管如此原噪聲仍然達(dá)到了50%的降噪效果； 最后一幅圖以pi/24為相位移動(dòng)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(shí)也可以根據(jù)這幾個(gè)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(huì)有誤差，程序已經(jīng)運(yùn)行了但是由于計(jì)算機(jī)的音箱還沒有完全打開，導(dǎo)致前部分的發(fā)聲信號(hào)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(dá)到在同一條直線上；聲音傳感器接收的聲信號(hào)與程序編寫的也會(huì)有誤差，接收點(diǎn)的位置不同也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。,誤差分析,2）方法誤差 我們采用的主動(dòng)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(shí)候并不是簡(jiǎn)單的公式相加，會(huì)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）