技术摘要：
本发明公开了一种外放式有源降噪头靠的降噪方法，在人耳上贴近耳蜗处安装测振膜片，使测振膜片与耳蜗之间的距离保持不变，通过激光测振仪测量测振膜片的振速，将振速信号作为误差信号；通过物理参考麦克风采集环境噪声产生参考信号；激光测振仪到测振膜片的实时距离直  全部
背景技术：
噪声污染是一种对人体影响较大的环境污染，当人长期在高噪声环境中时，工作 效率会降低，听力和身心健康也会受到影响。尤其是对于汽车、高铁、轮船、和飞机等运载交 通工具，舱室区域的噪声严重影响司乘人员乘坐时的舒适性。有源或无源的降噪耳罩/耳机 目前已经被广泛应用，但长期佩戴耳罩/耳机会导致不适和疲劳。采用局部有源噪声控制的 方法降低乘客头部区域的有源头靠、头枕是局部空间有源噪声控制的成功应用之一，专利 CN201620075679.5和CN201810463634.9分别公开了一种有源降噪头枕，将噪声控制系统一 体化集成在头枕中进行头部区域的噪声控制。但在有源头枕系统中，次级扬声器和误差麦 克风都安装在座椅的后部头靠位置，以消除两只耳朵的噪音，由于误差麦克风和乘坐人耳 朵之间的声压不同，因此消除误差麦克风位置的噪声并不能保证降低乘坐人耳朵位置的噪 声，误差麦克风与耳朵的距离越远，降噪效果越差，尤其是在高频范围内更为明显。 从控制原理上来说，虚拟传感算法(专利201910998134.X)根据从远程位置的物理 麦克风获得的信号来对耳朵位置的声压进行估计可以实现人耳部位较高的降噪量。但是， 即使使用多个误差麦克风进行修正，采用复杂的虚拟传感算法，有效消除耳朵处噪音的上 限频率仍然很低。人头对声场的影响也不可忽视，在专利201910998134.X将人头假设成为 声反射刚体进行建模计算。事实上，不同的人头由不同的声学效应，发量的多少、长短，不同 季节司乘人员所穿的衣帽、围巾等饰物都有不一样的吸声和散射作用，这些因素都将对头 靠的有源控制系统带来干扰，造成控制系统建模不准确并最终影响有源降噪效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种外放式有源降噪头靠的降噪方法，使用光学方法测量耳 蜗附近测振膜片的振速，构建“光学麦克风”，通过控制测振膜片的振速大小来构建静音区， 使耳蜗位于静音区中，可显著拓宽降噪频率范围，提高降噪量。 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 一种外放式有源降噪头靠的降噪方法，包括以下步骤： (1)在人耳上贴近耳蜗处安装测振膜片，使所述测振膜片与耳蜗之间的距离保持 不变，通过装载在头靠上的激光测振仪测量所述测振膜片的振速，将振速信号作为误差信 号，传递给自适应控制器； (2)通过装载在所述头靠上的物理参考麦克风采集环境噪声产生参考信号，并传 递给所述自适应控制器； (3)所述激光测振仪到所述测振膜片的实时距离直接通过测量得到，通过装载在 所述头靠上已知空间坐标的所述激光测振仪与次级扬声器声源，计算得到所述次级扬声器 声源到所述测振膜片之间的实时距离，从而得到控制通道的次级传递函数G，所述自适应控 4 CN 111599337 A 说　明　书 2/5 页 制器根据所述参考信号、所述误差信号和所述次级传递函数G，通过自适应有源控制算法进 行运算，生成次级声源噪声抵消信号，并传递给所述次级扬声器声源，所述次级扬声器声源 根据所述次级声源噪声抵消信号发出声音，对原有噪声进行抵消降噪，使所述测振膜片的 振速幅值平方最小。 优选地，在步骤(1)中，所述测振膜片在圆柱坐标系中运动的数学表达式为： 其中，η(r,θ)为所述测振膜片的垂直位移，pi为入射声压，p(r,θ,0)为所述测振膜 片表面的反应压力，a为所述测振膜片的半径，K为所述测振膜片的波数； K＝2πω(σM/T)1/2    (2)； 其中，σM为所述测振膜片的质量表面密度，ω为角频率，T为所述测振膜片的张力， 所述测振膜片边缘固定，式(1)中满足所述测振膜片边缘位移与速度均为零的狄利克雷边 界条件，所述测振膜片的零阶模态振速为： 其中，j为复数，J0为第一类零阶贝塞尔函数，表示所述测振膜片的振速相对于入 射声压pi的近似值。 优选地，在步骤(1)中，通过安装在所述头靠上的偏转镜对所述激光测振仪射出的 激光束进行平移和偏转，使所述激光测振仪射出的激光束始终对准所述测振膜片，通过安 装在所述头靠上的摄像头实时跟踪所述测振膜片的位置，经过计算后得到所述偏转镜的平 移距离和偏转角度。 优选地，在步骤(1)中，在人耳上安装挂耳，所述测振膜片安装在挂耳上，所述测振 膜片中心与耳蜗中心的距离d＜1cm，使耳蜗位于以所述测振膜片为中心产生的静音区中。 更优选地，在所述挂耳上安装数字麦克风、电池及无线数据传输器，使所述数字麦 克风贴近耳蜗； 所述数字麦克风用于直接测量耳蜗附近的噪声，并将测得的噪声信号通过无线传 输方式发送到数据处理终端，所述数据处理终端通过所述噪声信号校验所述激光测振仪从 所述测振膜片上获取的振速信号是否可以真实表示耳蜗中的噪声特性。 优选地，所述头靠上对应每一侧人耳均设有所述测振膜片、所述激光测振仪、所述 物理参考麦克风和所述次级扬声器声源。 优选地，所述激光测振仪为多普勒激光测振仪。 优选地，所述测振膜片为圆形膜片。 优选地，所述自适应有源控制算法为多通道Fx-LMS算法。 由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种外 放式有源降噪头靠的降噪方法，具有以下优点： (1)可以直接测量得到次级声场传递函数矩阵G，无需大量计算； (2)虽然移动虚拟传感器技术也可以实现人头移动跟踪式降噪，但该方法只能在 一定的固定空间框架中使用，一旦人头移动超出该范围就会失效；本发明使用视觉图像技 术辅助多普勒激光测振仪直接测量耳蜗附近的测振膜片的振速，构建“光学麦克风”，该方 式对人体无任何接触，无论头部位于任何位置，均可以得到耳蜗的误差信号； 5 CN 111599337 A 说　明　书 3/5 页 (3)本发明使用光学方法测量耳蜗附近的测振膜片的振速，左右两个耳蜗的噪声 分别使用独立的控制系统进行控制，无需对人头的反射和散射情况进行建模，也无需考虑 头发、衣帽、围巾等物体对声场的影响，极大地提高了控制精度； (4)本发明通过控制测振膜片的振速大小来构建静音区，由于测振膜片非常靠近 耳蜗中心，使耳蜗靠近静音区中心，可显著拓宽降噪频率范围，提高降噪量。 附图说明 附图1为外放式有源降噪头靠的结构示意图一； 附图2为外放式有源降噪头靠的结构示意图二； 附图3为挂耳的结构示意图； 附图4为功率谱密度图。 其中：1、激光测振仪；2、摄像头；3、物理参考麦克风；4、次级扬声器声源；5、测振膜 片；6、偏转镜；7、左侧分部；8、中间分部；9、右侧分部；10、数据处理终端；11、挂耳；12、数字 麦克风。