實驗三主動降噪實驗

1、實驗三實驗三 主動降噪實驗主動降噪實驗組長：吳淑標組長：吳淑標組員：朱安林、湯劍宏組員：朱安林、湯劍宏目錄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

2、成。其特點是控制器帶反饋，并具有自適應控制算法，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。實驗儀器實驗儀器實驗步驟實驗步驟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

3、圖；5）待程序運行完畢，觀察最后一次降噪的幅值頻譜圖，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(diào)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

4、口，作為聲音傳感器；實驗平臺搭建過程實驗平臺搭建過程正式實驗過程正式實驗過程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

5、幅圖，即第一步降噪的信號波形圖和幅值頻譜圖。正式實驗過程正式實驗過程4）第三步為降噪第二階段，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。正式實驗過程正式實驗過程6）若實驗能夠

6、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。關鍵程序解釋關鍵程序解釋Fs=8192; %采樣頻率為8192t=1:(120*Fs); %定原噪聲發(fā)聲時間為120syy=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1100HzY=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3sX=fft(y,Fs); %進行傅里葉變換z=abs(

7、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小的工具關鍵程序解釋關鍵程序解釋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關鍵程序解釋

8、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,:)=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

9、(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=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

10、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(jīng)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(jīng)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。誤差分析誤