基于波束形成的声反馈抑制算法研究

摘要

声反馈是扩声系统中常见的声学现象。声反馈的存在会对系统性能、最大稳定增益造成负面影响。在教室和会场环境中，通常采用自适应控制方法抑制声反馈，但由于扬声器输出信号和麦克风输入信号之间存在强相关性，利用自适应控制方法抑制声反馈时容易产生偏心估计，使其在实际应用中的声反馈抑制效果变差。 针对上述问题，本文在介绍声反馈的发展现状、模型、抑制方案和抑制评价标准的基础上，提出在麦克风阵列中利用零陷波束形成实现声反馈抑制，以及基于空域-时域相结合的声反馈抑制方法。本文主要工作如下： （1）针对自适应声反馈抑制容易产生偏心估计问题，提出麦克风阵列中基于零陷波束形成的声反馈抑制方法。该方法通过在扬声器方向上形成零陷，避免麦克风阵列采集扬声器输出信号，达到声反馈抑制的目的。接着在求解波束形成器系数时，提出基于加权最小二乘法的求解方法。最后仿真结果显示，与最小二乘法、最小-最大法相比，提出的加权最小二乘法对声反馈抑制系统性能的提升更有利。 （2）针对零陷波束形成的不足，结合时域特征，提出空域-时域结合的声反馈抑制方案。该方案通过计算机声学仿真软件对实际会场进行建模，生成相应的房间冲激响应；并对比已有的时域声反馈抑制算法，最终选取归一化最小均方的自适应滤波器完成时域部分声反馈抑制。仿真结果显示，相比现有方法，该方案能提升声反馈抑制系统的性能。 （3）以TMS320C6748DSP为核心搭建硬件平台，选取提出的时域自适应滤波器和零陷波束形成器作为本文的软件框架，在实际环境中进行测试。实验结果表明，本文提出的空域-时域结合的声反馈抑制方案能在一定程度上提升增益。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的研究内容和工作安排

第2章 声反馈原理

2.1 扩声系统模型

2.2声反馈信号分析

2.3 声反馈抑制方案

2.3.1 相位调制法

2.3.2 增益衰减法

2.3.3 房间建模法

2.3.4 空间滤波法

2.4 声反馈抑制评价标准

2.4.1 基于系统性能的评价标准

2.4.2 基于放大能力的评价标准

2.4.3 基于语音质量的评价标准

2.5 本章小结

第3章 零陷波束形成的声反馈抑制

3.1 零陷波束形成的基本原理

3.2 波束形成器系数求解

3.2.1 最小二乘法

3.2.2 最小-最大优化法

3.2.3 提出的加权最小二乘法

3.3 算法仿真分析

（1） 理想声场分析

（2） 加噪声场分析

3.4 本章小结

第4章 空域-时域结合的声反馈抑制算法研究

4.1 空域-时域结合声反馈抑制的原理

4.2 房间模型

4.3 空域声反馈抑制

4.3.1 麦克风阵列的拓扑结构

4.3.2 麦克风的类型

4.4 时域声反馈抑制

4.4.1 自适应滤波器

4.4.2 最小均方算法

4.4.3 归一化最小均方算法

4.4.4 算法仿真分析

4.5 本章小结

第5章 系统硬件和软件实现

5.1 系统硬件设计

5.1.1 DSP芯片选择及主要外围电路

5.1.2 麦克风阵列选型

5.2 系统软件设计

5.2.1 调试环境

5.2.2 系统主程序

5.3 系统测试和结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录