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研究生:歐陽珈儀
研究生(外文):Chia-Yi Ou Yang
論文名稱:利用數位訊號處理器探討主動噪音控制演算法在耳機上之應用
論文名稱(外文):Applications of Active Noise Control Algorithm for Headset System using Digital Signal Processors
指導教授:林忠逸林忠逸引用關係
指導教授(外文):Jong-Yih Lin
口試委員:蕭肇殷汪島軍
口試日期:2016-07-05
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:機械工程學系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:主動噪音控制主動式抗噪耳機第二路徑鑑別
外文關鍵詞:active noise control (ANC)secondary path modelingANC headset
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在所有主動噪音控制系統中,主動式抗噪耳機是人們最容易接觸到的主動噪音控制系統,但受限於耳機體積太小,只能使用小型的揚聲器,小型的揚聲器受限於物理效應,無法發出足夠的功率以及完整的弦波來抵消噪音,因此大部分的主動式抗噪耳機無法擁有相當良好的消音效果,故想藉由控制器來提升主動式抗噪耳機消除噪音的能力。由於大部分的主動式抗噪耳機使用的類比電路無法運行複雜的適應性控制器計算,因此本文將主動式抗噪耳機的控制器取代為數位訊號處理器,並且使用數位訊號處理器來控制所建構之主動式抗噪耳機。由於第二路徑的鑑別對於主動噪音控制演算法相當重要,故我們利用Matlab內部程式進行快速的鑑別,運用這個程式快速鑑別出不同的轉移函數,之後將轉移函數的極點、零點與增益值輸入到控制器中,以利於實驗的運作。由電腦輸入演算法與第二路徑至數位訊號處理器,來操作主動式抗噪耳機的實驗,由此實驗架構探討回饋式主動噪音控制演算法及前饋式主動噪音控制演算法在不同的轉移函數下的影響。從實驗結果大致可以得到在主動式抗噪耳機中,無論是前饋式主動噪音控制演算法或是回饋式主動噪音控制演算法都不需要太多的極零點,太多的極零點反而會使系統計算量太大,而回饋式主動噪音控制演算法在噪音頻率越複雜時,收斂的速度會越慢。

In practical active noise control (ANC) systems, ANC headsets are the most popular products to people. Only loudspeakers of small size can be sued in the products because the volume of the headset is too tiny. Small loudspeakers cannot have enough power to generate complete sinusoid signals to attenuate noise. Therefore, an ANC controller is used to promote the ability of noise reduction in the ANC headsets. Because an analog circuit in an ANC headset cannot operate the complex calculations of adaptive control, a digital signal processor (DSP) is thus adopted to replace the analog circuit in this study. The accuracy of secondary path modeling is important and needed in an ANC algorithm. A matlab program can be used to quickly identify a transfer function of the secondary path form experimental data. An ANC algorithm with the identified transfer function can be implemented in a computer program downloaded into DSP to execute ANC experiments. Feedback and feed-forward ANC algorithms with different identified transfer functions of the secondary path are discussed in the ANC headset experiments. Results of experiments show that the performance of noise reduction may not be enhanced with more poles in the transfer function. Experimental results also show that the speed of convergence is slower in the cases of feedback ANC algorithm for the complex frequencies as compared to that of feed-forward ANC algorithm.

誌 謝 i
摘 要 ii
ABSTRACT iii
論文目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 論文概要 2
第二章 主動噪音控制耳機之系統架構 3
2-1 耳機系統介紹 3
2-1-1 硬體設備 4
2-2 耳機系統之描述 6
2-2-1 前饋式演算法在系統上之描述 6
2-2-2 回饋式演算法在系統上之描述 7
第三章 主動噪音控制耳機之系統鑑別 10
3-1系統鑑別實驗架構說明 10
3-2系統之極零點鑑別 12
3-2-1 理論依據 12
3-3 控制路徑(第二路徑)動態效應之鑑別 13
3-3-1 程式敘述 14
3-3-2 鑑別出不同的極零點個數 15
第四章 主動噪音控制耳機之實驗架構 20
4-1使用之演算法說明 20
4-1-1 Filter x LMS 20
4-1-2 前饋式主動噪音控制演算法 23
4-1-3 回饋式主動噪音控制演算法 24
4-2實驗架構說明 26
4-3 實驗結果比較與討論 28
4-3-1 單頻率之實驗結果 28
4-3-2 雙頻率之實驗結果 49
4-3-3 三頻率之實驗結果 68
第五章 結論與未來展望 78
5-1 結論 78
5-2 未來展望 78
參考文獻 79

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