1. Redukcja szumów CVC i DSP:
Kupując zestawy słuchawkowe Bluetooth, zawsze usłyszą funkcje redukcji szumów CVC i DSP, które sprzedawcy oferują w celu promowania słuchawek. Bez względu na to, ilu użytkowników słyszało te opisy, wielu konsumentów nadal nie rozumie różnicy między nimi. Różnica w przypadku takiego problemu technicznego dochodzimy do nauki o tych dwóch w ramach zasady działania i różnicy.
DSP to skrót od cyfrowego przetwarzania sygnału. Zasada działania: mikrofon zbiera zewnętrzne szumy otoczenia, a następnie poprzez funkcję systemu redukcji szumów wewnątrz słuchawek replikuje się, generując odwróconą falę dźwiękową równą hałasowi otoczenia, co eliminuje hałas, a tym samym osiąga więcej. Dobry efekt redukcji szumów.
CVC to skrót od Clear Voice Capture. Jest to programowa technologia redukcji szumów. Zasadą jest tłumienie różnego rodzaju hałasu pogłosowego za pomocą wbudowanego oprogramowania do eliminacji szumów i mikrofonu.
Różnica w następujący sposób:
A. ponieważ obiekt jest inny, technologia CVC przeznaczona jest głównie do echa generowanego podczas połączenia, DSP służy głównie do szumu o wysokiej i niskiej częstotliwości w środowisku zewnętrznym.
B. różnych beneficjentów, technologia DSP zapewnia głównie dochód osobisty użytkownikom zestawu słuchawkowego, a CVC przynosi korzyści głównie drugiej stronie.
Podsumowując, słuchawki wykorzystujące technologię redukcji szumów DSP i CVC mogą skutecznie redukować szumy otoczenia zewnętrznego rozmowy, a także znacznie poprawić jakość rozmowy i dźwięk słuchawek.
2. Redukcja szumów ANC:
ANC oznacza aktywną kontrolę hałasu, która aktywnie redukuje hałas. Podstawową zasadą jest to, że system redukcji hałasu wytwarza odwrócone fale dźwiękowe równe hałasowi zewnętrznemu, neutralizując hałas. Figura 1 przedstawia schematyczny diagram słuchawki dousznej z aktywną redukcją szumów z wyprzedzeniem. Układ ANC umieszczono wewnątrz słuchawki. Ref mic (mikrofon referencyjny) zbiera hałas otoczenia w słuchawkach. Błąd mikrofonu (Błąd mikrofonu) Zbiera szum resztkowy po redukcji szumów w słuchawce. Głośnik odtwarza dźwięk przeciwszumowy po przetworzeniu ANC.
Rysunek 2 to schematyczny diagram systemu ANC z trzema warstwami oddzielonymi liniami przerywanymi. Najwyższą ścieżką podstawową jest kanał akustyczny od mikrofonu ref. do mikrofonu błędu, funkcja odpowiedzi jest reprezentowana przez P(z)P(z); warstwa środkowa to kanał analogowy, gdzie ścieżka wtórna to ścieżka od wyjścia filtra adaptacyjnego do reszty powrotnej. Zawiera przetwornik cyfrowo-analogowy, filtr rekonstrukcyjny, wzmacniacz mocy, odtwarzanie głośników, ponowne przechwytywanie, przedwzmacniacz, filtr antyaliasingowy, ADC; dolna warstwa to ścieżka cyfrowa, w której filtr adaptacyjny stale dostosowuje współczynnik masy filtra, aby zmniejszyć resztę aż do zbieżności. Najczęstszym rozwiązaniem jest implementacja filtra adaptacyjnego wykorzystującego filtr FIR w połączeniu z algorytmem LMS. Uprość rysunek 2 i uzyskaj rysunek 3.
Omówię krótko zasady filtra adaptacyjnego i algorytmu LMS (najmniejszej średniej kwadratowej), a następnie rysunek 3. Jak pokazano na rysunku 4, biorąc pod uwagę dane wejściowe xx i pożądane wyjście dd, filtr adaptacyjny aktualizuje współczynniki w każdej iteracji, tak że różnica między wynikami yy i dd staje się coraz mniejsza, aż reszta będzie wystarczająco bliska zeru i zbiegnie się. LMS to algorytm aktualizacji filtrów adaptacyjnych. Funkcja celu LMS to kwadrat błędu chwilowego e2(n)=(d(n)−y(n))2e2(n)=(d(n)−y(n))2, w celu minimalizacji funkcja celu. Zastosowanie spadku gradientowego daje zaktualizowaną formułę algorytmu. (Algorytmiczny pomysł wykorzystania opadania gradientowego w celu zminimalizowania celu i uzyskania zaktualizowanego wzoru szukanego parametru jest bardzo powszechny, na przykład regresja liniowa.) Wzór aktualizacji algorytmu LMS przy użyciu filtru FIR to: w(n+1 ) =w(n)+μe(n)x(n)w(n+1)=w(n)+μe(n)x(n), gdzie μμ to wielkość kroku. Jeśli rozmiar μμ jest dostosowywany w drodze iteracji, jest to algorytm LMS krok po kroku.
Porozmawiajmy o rysunku 3. Tutaj filtr adaptacyjny jest wyprowadzany po S(z)S(z) w celu porównania z pożądanym wyjściem. S(z)S(z) spowoduje niestabilność. W literaturze „sygnał błędu nie jest prawidłowo «zestrojony» w czasie z sygnałem odniesienia”, zbieżność LMS jest zerwana. (Nie wiem, co to znaczy T__T) Skuteczną metodą jest FXLMS (Filtered-X LMS), która umożliwia wprowadzenie x(n) do modułu LMS poprzez Sˆ(z)S^(z), Sˆ( z S^(z) jest oszacowaniem S(z)S(z) Cel FXLMS:
E2(n)=(d(n)−s(n)∗[wT(n)x(n)])2,
E2(n)=(d(n)−s(n)∗[wT(n)x(n)])2,
Zatem gradient=−2e(n)s(n)∗x(n)−2e(n)s(n)∗x(n), gdzie s(n)s(n) jest nieznane, wraz z przybliżeniem oszacowania, więc Formuła aktualizacji FXLMS to
w(n+1)=w(n)+μe(n)x'(n),
w(n+1)=w(n)+μe(n)x'(n),
Gdzie x'(n)=sˆ(n)∗x(n)x'(n)=s^(n)∗x(n).
Kiedy filtr adaptacyjny jest zbieżny, E(z)=X(z)P(z)−X(z)W(z)S(z)≈0E(z)=X(z)P(z)−X(z ) W(z)S(z) ≈ 0, więc W(z) ≈ P(z) / S(z) W(z) ≈ P(z) / S(z). Oznacza to, że współczynnik wagowy filtra adaptacyjnego jest określony przez ścieżkę pierwotną i ścieżkę wtórną słuchawek. Ścieżka podstawowa i ścieżka wtórna zestawu słuchawkowego są stosunkowo stabilne, więc współczynnik wagowy filtra adaptacyjnego jest stosunkowo stabilny. Dlatego dla uproszczenia współczynniki wagowe słuchawek ANC niektórych producentów są ustalane fabrycznie. Oczywiście wrażenia słuchowe tych słuchawek ANC nie są tak dobre, jak słuchawek ANC o prawdziwym znaczeniu adaptacyjnym, ponieważ w rzeczywistych sytuacjach hałas zewnętrzny w stosunku do kierunku słuchawek, różna temperatura i tym podobne mogą mieć wpływ na odpowiedź kanału słuchawki.
Weryfikacja Matlaba
Napisz kod w Matlabie, korzystając z filtra adaptacyjnego o zmiennym rozmiarze kroku LMS, wyniki symulacji pokazano na rysunku 5. W zakresie od 0 do 2 kHz wykorzystuje się wyprzedzającą ANC do eliminacji białego szumu Gaussa, a tłumienie szumu wynosi 30 dB+ średnio. FXLMS w bibliotece Matlaba ma stały krok, a efekt jest gorszy.
Q & A
A. Dlaczego funkcja ANC działa tylko dla szumów o niskiej częstotliwości poniżej 2 kHz?
Z jednej strony fizyczna izolacja akustyczna słuchawek (pasywna redukcja szumów) może skutecznie blokować hałas o wysokiej częstotliwości i nie jest konieczne stosowanie ANC w celu redukcji szumu o wysokiej częstotliwości. Z drugiej strony szum o niskiej częstotliwości ma dużą długość fali i może wytrzymać pewne opóźnienie fazowe, podczas gdy szum o wysokiej częstotliwości ma krótką długość fali i jest wrażliwy na odchylenie fazy, więc ANC eliminuje szum o wysokiej częstotliwości.
B. Kiedy opóźnienie elektroniczne jest większe niż opóźnienie pierwotne, w jaki sposób można znacznie zmniejszyć wydajność algorytmu?
Opóźnienie P(z) jest małe, opóźnienie S(z) jest duże, np. P(z)=z-1, S(z)=z-2, tylko wtedy, gdy W(z)=z może spełnić wymagania, nie -przyczynowy, nieosiągalny.
C. Jaka jest różnica między ANC ze sprzężeniem zwrotnym, wąskopasmowym ANC ze sprzężeniem zwrotnym i ANC ze sprzężeniem zwrotnym?
Struktura Feedforwad zawiera mikrofon ref. i mikrofon błędu, które zbierają odpowiednio szum zewnętrzny i wewnętrzne sygnały resztkowe. Struktura sprzężenia zwrotnego ma tylko jeden mikrofon błędny, a sygnał odniesienia jest generowany przez mikrofon błędny i wyjście filtra adaptacyjnego.
Szerokopasmowe sprzężenie zwrotne to struktura opisana powyżej. W strukturze wąskopasmowej źródło szumu generuje generator sygnału wyzwalającego, a generator sygnału generuje sygnał odniesienia dla filtra adaptacyjnego. Ma zastosowanie wyłącznie do eliminacji okresowego hałasu.
Sprzężenie zwrotne ANC wykorzystuje mikrofon błędny do odzyskiwania sygnału zebranego przez mikrofon ref w strukturze ze sprzężeniem zwrotnym, ponieważ ma tylko mikrofon błędny. Ścieżka nie spełnia warunku przyczynowego, zatem eliminowane są jedynie przewidywalne składowe szumu, czyli okresowy szum wąskopasmowy. Należy zauważyć, że jeśli sprzężenie wyprzedzające nie spełnia warunku przyczynowego, tj. opóźnienie elektroniczne jest dłuższe niż opóźnienie akustyczne kanału głównego, może jedynie wyeliminować okresowy szum wąskopasmowy.
Istnieje również hybrydowa struktura ANC, która obejmuje zarówno struktury ze sprzężeniem zwrotnym, jak i ze sprzężeniem zwrotnym. Główną zaletą jest to, że można zapisać kolejność filtra adaptacyjnego.
