自适应有源噪声消除器研究设计

的热门研究课题之一。噪声抑制方法可以分为两大类被动噪声抑制和主动噪声抑制。本设计主要研究基于AVR控制自适应的主动噪声抑制技术及其实现方法，本设计应用自适应算法中的归一化最小均方算法(NLMS)，NMLS算法相比最小均方算法具有收敛速度快，稳态误差小，运算量小的特点，在算法设计过程中将应用MATLAB软件对自适应算法在噪声抵消的应用进行仿真，针对各类不同参数和不同输入信号，分析比较各种情况下的移相增益放大收敛速度、稳态误差力求完成对噪声信号的消除。在理论和仿真的基础上，结合基本硬件平台设计移相器，增益放大器，在编程实现上将采用C语言编程的方法进行编程设计，实现自适应噪声消除功能。

因为主动消噪主要只能消除声源固定的噪声，而对声源不固定的声音消除起来是比较有困难的，对此我们想出了一些策略来应对，可以在一片区域内进行多点布控，就是可以放置多个话筒和扩音器。通过经过精确的计算可以确定出话筒和扩音器放的位置，这样的话大范围噪声消除便成为了可能。

3.1.2原理说明：

利用XF-18D麦克风在需要消噪区域进行声音采集，由于声音信号比较微弱，用放大器将采集信号放大，AVR对采集的信号进行A/D转换，通过自适应算法对信息进行相应的处理控制移相器和增益放大器，进行自动校准，使得经过处理产生的信号与理论值误差尽可能的小，信号传送给功率放大器，功率放大器将处理好的数据进行适当的放大，以驱动扬声器将声音发送到消噪区域，这样在消噪区域正常的噪声遇到与其相位相反，振幅相等的声波，噪声的能量会大大降低，利用这样的原理进行有效的消除噪声。

系统硬件框架图：

1、声音采集放大模块：

声音测量通过驻极体XF-18D麦克风阵列进行测量。XF-18D麦克风是电容式微麦克风，输入信号为声音信号，输出信号经前置放大电路后进行电压值A/D采样。处理器(AVR)进行A/D采样捕获到较宽范围的声音信号。

2、处理器(AVR)模块：

由于外界来的噪声信号是宽频带信号，信号的幅度也是多种多样，对这种信号的处理需要使用高性能，处理数据快的单片机，利用AVR单片机高性能的特点，计算宽频噪声信号的频率，幅度和相位，采用自适应算法中的最小均方差算法对移相器，增益放大器进行校准，使移相增益之后的信号与噪声信号的误差达到最小。以达到减弱或消除噪声的目的。

3、移相模块：

移相电路利用AD5227　64步递增/递减数字电位器IC3可以控制输进到输出的移相，并替换电阻值。计算输出中心频率的公式为：FCENTER=1/(2*∏*R*C)。AD5277可以取各种不同范围的电阻值。该例子中的电阻为10kΩ。通过步进64个点，720kHz输进正弦波可以从0度到360度循环若干次。AD5277作为一个电位器，A和B为两端，W为擦拭器。

4、压控增益模块：　　

如图所示为此设计压控增益放大电路。利用场效应管栅极电压与漏-源极电阻RSD之间成近似对数关系可构成压控增益放大器。该电路采用集成芯片LM307作为放大电路，采取反相输入形式。由图可知，RSD与R1组成分压电路(对Vi分压)。4个1N914二极管的管压降与电阻R5的压降之和等于场效应管的栅极电压VG。该VG与控制电压VC呈非线性关系，但控制电压VC与放大器增益的衰减量的对应关系如图(b)所示。由图(b)可知，控制电压VC越大，放大器增益的衰减量越小，即当VC≥7V时，放大器的增益最大(衰减最小);当VC=0V时，放大器增益的衰减量最大(增益最小)。图中所示电路增益的最大值和最小值为：

当VC≥7v时，增益的最大值为：Avmax=-R3/(R1 R2)。

当VC=0V时，增益的最小值为：Avmin=-R3/(R2//RSD R1)。

电路的上限截止频率取决于R1和场效应管极间电容所构成的低通滤波器。对于图中所示元件参数，其最坏上限截止频率可达1.8MHz，该数值是在VC≥7V的情况下测得的(即电路增益最大时测得的)。

LM307集成芯片的主要参数(典型值)

5、功率放大器：

如下图所示，R6为反馈电阻，取值22kΩ较合适，R6也决定本电路的增益，值大增益将增大。

功率管静态电流取决于R7、R8，当其值在10kΩ以下时，电路将处于甲类状态，静态电流可调至100mA~2A，取30kΩ时，电路工作于乙类且相当稳定。

由于处理数据量较大，且处理数据的速度要求相对较高，要求CPU性能相对较高，选用32位高性能AVR单片机(SDRAM控制器)及片外SDRAM数据存储芯片;显示环境噪声分贝数需要用LCD屏，系统的各