Tài liệu ứng dụng khử nhiễu tích cực cho headphone trên kit dsp 6713

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ---- BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KHỬ NHIỄU TÍCH CỰC CHO HEADPHONE TRÊN KIT DSP 6713 LÊ TIẾN LỘC BIÊN HÒA, THÁNG 6/2012 LỜI CÁM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn này, tác giả đã nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình, sự hỗ trợ và động viên của nhiều ngƣời, cả về vật chất lẫn tinh thần. Để từ đó có thể hoàn thành đƣợc luận văn nhƣ mong muốn, nay tôi xin đƣợc gửi những lời cảm ơn chân thành và trân trọng nhất của mình. Trƣớc hết, tôi xin cảm ơn thầy PGS-TS. Hoàng Đình Chiến. Em xin cảm ơn thầy đã có những hƣớng dẫn, nhắc nhở đôn đốc, tận tình giúp em thực hiện luận văn này trong suốt thời gian qua. Tiếp theo, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy trong khoa Điện - Điện tử và bạn bè lớp cao học khóa 2010A trƣờng ĐH SPKT HCM, thầy cô và đồng nghiệp trƣờng ĐH LẠC HỒNG đã đóng góp cho tôi những lời khuyên, kinh nghiệm quý báu cũng nhƣ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn tất đề tài này. i TÓM TẮT Trong xã hội, vấn đề giao tiếp là một nhu cầu không thể thiếu, ngày chúng ta phải tiếp xúc với nhiều loại thông tin giao tiếp với nhiều dạng khác nhau, nhƣ âm thanh, hình ảnh, chữ viết… Ở đây, chỉ xét trên khía cạnh âm thanh, chúng ta cũng có muôn vàn các loại tín hiệu âm thanh khác nhau, đôi lúc chúng xen lẫn vào nhau làm cho nội dung thông tin trong âm thanh bị sai lệch, ta gọi là tín hiệu âm thanh bị nhiễu. Vấn đề đặt ra là làm sao các thông tin chúng ta nhận đƣợc phải truyền tải đúng mục đích mà ngƣời đƣa tin mong muốn. Điều khiển nhiễu tích cực nhắm tới mục đích làm giảm các âm thanh không mong muốn và âm thanh khó chịu đƣợc coi là nhiễu đó. Tuy nhiên có nhiều vấn đề liên quan đến các hiện tƣợng âm thanh cũng nhƣ các giới hạn trong việc điều khiển nhiễu tích cực. Nhƣng dù vậy điều khiển nhiễu tích cực vẫn là một đề tài hấp dẫn đƣợc nhiều ngƣời nghiên cứu. Là một học viên yêu thích lĩnh vực trên, tác giả chọn đề tài “Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713” với mong muốn tìm hiểu thêm và áp dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn. Có nhiều phƣơng pháp để thực hiện việc loại bỏ nhiễu này, tùy theo yêu cầu tốc độ, hiệu quả và đáp ứng chi phí. Trong phần luận văn này đề cập 3 giải thuật chính LMS, RLS và FastLMS. Mỗi giải thuật có ƣu khuyết điểm riêng. Trong đó giải thuật FastLMS có gánh nặng tính toán ít nhất nên đƣợc chọn đựa vào phần thi công hệ thống khử nhiễu trên KIT DSK6713. Mô hình đƣợc xây dựng gồm một micro để thu tín hiệu cần nghe đã bị ảnh hƣởng của nhiễu, một micro thu tín hiệu nhiễu tƣơng quan qua bộ lọc nhiễu và phát ra loa. Các kết quả mô phỏng trên máy tính và thực nghiệm đều cho thấy đáp ứng tốt với nhiễu trong môi trƣờng thực tế. ii ABSTRACT Nowadays, communication is necessary and everyday we must communicate signals in forms of sound, image and symbol .In this report, we only pay attention to sound signals, and there are numerous kinds of sound signals which are often interfered with noises, causing incorrect signals. Therefore, one prolem given is how to receive the original signal. To solve this problem, Control Active Noise Cancelation is represented but it has a limitation in decontaminating. However, it is still an attractive topic to scientists. As a student who is interested in this field, I choose the topic "Headphone Using Active Noise Cancellation In DSP 6713" with the purpose of gaining and applying knowledge in real life. Besides, there are many methods to remove noise, depending on speed, offset output and response expense. In this topic, we have three main methods which are LMS, RLS and Fast-LMS and each one has its strengths and weaknesses. Among these methods, Fast-LMS with low calculation is chosen to apply in the decontaminating noise system in DSK6713. Its model is built with one micro to receive signal which has noise and one micro to obtain correlated noise signal through a noise filter. As a result, the simulation on computer and the experiment have proven that this method is applied effectively to reduce noise in real conditions. iii MỤC LỤC Trang tựa TRANG Lời cảm ơn i Tóm tắt ii Mục lục iv Danh sách các chữ viết tắt vii Danh sách các hình viii Danh sách các bảng x Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1 1.1.1 Giới thiệu chung 1 1.1.2 Khái niệm cơ bản 1 1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 3 1.1.3.1 Một số công trình nghiên cứu trong nƣớc 3 1.1.3.2 Một số công trình nghiên cứu ngoài nƣớc 4 MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 4 1.2 1.2.1 Tính cần thiết của đề tài 5 1.2.2 Một số ứng dụng trong thực tế 5 1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 6 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 8 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ANC 8 2.1.1 Xây dựng mô hình ANC 8 2.1.2 Mô hình ANC truyền thẳng 9 2.2 CÁC THUẬT TOÁN KHỬ NHIỄU THÔNG DỤNG 11 2.2.1 Giải thuật Least Mean Square (LMS) 11 2.2.2 Giải thuật Recursive Least Squares (RLS) 14 iv Giải thuật Fast LMS 2.2.3 15 2.2.3.1 Bộ lọc thích nghi khối 15 2.2.3.2 Giải thuật FastLMS 18 2.2.4 Thuật toán Kalman 20 Chương 3. MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN 3.1 23 MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN LMS 23 3.1.1 Simulink LMS đơn tần 23 3.1.2 Simulink LMS với tín hiệu thực 24 MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN RLS 30 3.2 3.2.1 Simulink RLS đơn tần 26 3.2.2 Simulink RLS với tín hiệu thực 28 3.3 MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN FAST LMS 30 3.4 MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN KALMAN 34 3.5 SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT CHUNG 35 Chương 4. THỰC NGHIỆM TRÊN KIT DSP6713 38 4.1 MÔI TRƢỜNG LẬP TRÌNH 38 4.2 GIỚI THIỆU KIT DSP 6713 39 4.2.1 Digital Starter Kit 39 4.2.2 Bộ xử lý số tín hiệu TMS320C6713 41 4.2.3 TLV320AIC23 Stereo audio codec 41 4.3 PHỤ KIỆN PHẦN CỨNG BÊN NGOÀI 45 4.3.1 Bộ tiền khuếch đại 45 4.3.2 Microphone 48 4.4 CÁC MÔ HÌNH KHỬ NHIỄU TÍCH CỰC TRÊN DSK6713 49 4.4.1 Khử nhiễu tích cực một ngõ vào 49 4.4.2 Khử nhiễu tích cực 2 ngõ vào 52 Chương 5. KẾT LUẬN 54 v 5.1 QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN 54 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC CỦA ĐỀ TÀI 54 5.3 CÁC VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI CỦA ĐỀ TÀI 54 5.4 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 58 vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT A/D : Analog-to-Digital ANC: Active Noise Control D/A : Digital-to-Analog DSP : Digital Signal Processing DSK : Digital Starter Kit DSPs : Digital Signal Processors FFT : Fast Fourier Transform FIR : Finite Impulse Response IIR : Infinite Impulse Response IFFT: Inverse Fast Fourier Transform LMS : Least Mean Square MSE : Mean Square Error RLS : Recursive Least Squares TI : Texas Instrument FLMS: Fast Least Mean Square vii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH Hình 1.1: Khử tín hiệu bằng 2 dạng sóng ngƣợc pha 1800 Hình 1.2: Mô hình ANC thích nghi Hình 1.3: Mô hình kiểm soát nhiễu trong đƣờng ống Hình 2.1: Sơ đồ mô tai nghe ANC và mô hình tƣơng đƣơng Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống ANC truyền thẳng TRANG 2 2 3 8 9 Hình 2.3: Mô hình ANC truyền thẳng 10 Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống ANC truyền thẳng dùng LMS 10 Hình 2.5: Cấu trúc bộ lọc thich nghi đơn giản 11 Hình 2.6: Tìm điểm cực tiểu trong LMS 12 Hình 2.7: Sơ đồ khối Block Adaptive Filter 16 Hình 2.8: Sơ đồ khối thuật toán Fast LMS 18 Hình 2.9: Mô hình trạng thái không gian sử dụng cho bộ lọc Kalman 21 Hình 3.1: Sơ đồ Simulink đơn tần sử dụng thuật toán LMS 23 Hình 3.2: Kết quả mô phỏng thuật toán LMS đơn tần 24 Hình 3.3: Sơ đồ Simulink tín hiệu thực sử dụng thuật toán LMS 25 Hình 3.4: Kết quả mô phỏng LMS tín hiệu thực 26 Hình 3.5: Sơ đồ Simulink đơn tần sử dụng thuật toán RLS 27 Hình 3.6: Kết quả mô phỏng thuật toán RLS đơn tần 27 Hình 3.7: Sơ đồ Simulink tín hiệu thực sử dụng thuật toán RLS 29 Hình 3.8: Kết quả mô phỏng RLS tín hiệu thực 29 Hình 3.9: Sơ đồ Simulink Fast LMS 30 Hình 3.10: Kết quả mô phỏng FastLMS tín hiệu thực 30 Hình 3.11: Kết quả dạng phổ của mô hình FastLMS tín hiệu thực 31 Hình 3.12: Kết quả tính BER FastLMS tín hiệu thực 32 Hình 3.13: Kết quả tính SNR FastLMS tín hiệu thực 32 viii Hình 3.14: FLMS với alpha khác nhau 33 Hình 3.15: FLMS với gamma khác nhau (alpha=0.05) 33 Hình 3.16: FLMS với gamma khác nhau (alpha=0.2) 34 Hình 3.17: Tín hiệu qua bộ lọc Kalman 35 Hình 3.18: Hàm MSE của thuật toán FLMS, RLS, LMS 36 Hình 4.1: Từ Simulink đến DSK6713 38 Hình 4.2: Sơ đồ khối của C6713 DSK 40 Hình 4.3: Sơ đồ khối của TLV320AIC23 42 Hình 4.4: Ngõ vào LINE IN 43 Hình 4.5: Mạch chuyển từ hệ thống CD vào ngõ LINE IN 43 Hình 4.6: Ngõ vào MIC IN 44 Hình 4.7: Các tầng khuếch đại của ngõ MIC IN 44 Hình 4.8: Board preamplifier 46 Hình 4.9: Sơ đồ khối của board preamplifier 47 Hình 4.10: Tần số cắt cao tƣơng ứng giá trị C1,C2 48 Hình 4.11: Microphone 48 Hình 4.12: Phần cứng dùng trong mô hình ANC 49 Hình 4.13: Giải thuật FLMS trên KIT 6713dsk 49 Hình 4.14: Tín hiệu error và signal thu từ RTDX của FLMS_DSK.mdl 50 Hình 4.15: Kết quả dạng tín hiệu khử nhiễu 1 ngõ vào trên KIT DSP6713 51 Hình 4.16: Kết quả dạng phổ tín hiệu khử nhiễu 1 ngõ vào trên KIT DSP6713 51 Hình 4.17: Khử nhiễu tích cực 2 ngõ vào 52 Hình 4.18: Tín hiệu error và signal thu từ RTDX của ANC2IN.mdl 53 Hình 4.19: Kết quả dạng tín hiệu khử nhiễu 2 ngõ vào trên KIT DSP6713 54 Hình 4.20: Kết quả dạng phổ tín hiệu khử nhiễu 2 ngõ vào trên KIT DSP6713 54 ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG Bảng 3.1: Bảng so sánh các giá trị Anpha FLMS Bảng 3.2: So sánh gánh nặng tính toán của LMS, RLS, FLMS x TRANG 34 35 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU [5], [7] 1.1.1 Giới thiệu chung Ngày nay ô nhiễm tiếng ồn đang trở thành vấn đề được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Tiếng ồn được định nghĩa là những âm thanh khó chịu ảnh hưởng tới quá trình làm việc và nghỉ ngơi. Về bản chất vật lý, tiếng ồn là những dao động sóng âm lan truyền trong môi trường đàn hồi. Dao dộng của tiếng ồn phụ thuộc vào áp suất âm và cường độ âm. Đơn vị tính là Db. Thông thường, các thiết bị làm giảm tiếng ồn thụ động (phương pháp cách âm) được sử dụng để giảm bớt tiếng ồn. Tuy nhiên phương pháp này thường không hiệu quả với các tiếng ồn tần số thấp. Chính vì vậy điều khiển nhiễu tích cực đã được sử dụng rộng rãi để triệt tiếng ồn. Ý tưởng triệt tiếng ồn tích cực này lần đầu tiên được đưa ra bởi Lueg năm 1936. Ông ta đã đo lường dải âm thanh với microphone, dưới tác động của sóng âm đã làm thay đổi tín hiệu điện đầu ra microphone để tạo ra một tín hiệu thứ cấp, và sau đó cho qua một cái loa lớn để tạo ra một âm thanh giao thoa với nguồn âm thanh đó. Theo nguyên lý xếp chồng, áp suất âm thanh sau đó có thể về không, nếu biên độ và pha của tín hiệu thứ cấp được chỉnh quan hệ với tín hiệu gốc thích hợp (cùng biên độ, ngược pha). ([7] chương 9.1) 1.1.2 Khái niệm cơ bản Khử nhiễu dùng khái niệm phá hủy bằng sự giao thoa. Khi 2 dạng sóng sin chồng lên nhau, dạng sóng ra phụ thuộc vào biên độ, tần số và pha của 2 dạng sóng trên. Nếu dạng sóng nguồn và dạng sóng đảo của nó gặp nhau tại cùng 1 thời điểm, kết quả là sự khử sẽ xảy ra. Khó khăn là việc nhận ra dạng tín hiệu gốc và tạo ra tín hiệu Trang 1 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713 dạng sóng đảo mà không có thời gian trễ về mọi phương diện tại đó nhiễu sẽ tương tác và chồng nhau. ([5] trang 3) Hình 1.1: Khử tín hiệu bằng 2 dạng sóng ngược pha 1800 Vấn đề kiểm soát nhiễu trong môi trường đã là tiêu điểm của nhiều nghiên cứu trong những thập niên qua. Có hai loại nhiễu tồn tại trong môi trường: Nhiễu băng rộng là nhiễu có tính chất ngẫu nhiên có năng lượng phân bố trong dải tần số rộng. Ví dụ: nhiễu do máy bay phản lực có năng lượng tập trung trong miền tần số thấp, nhiễu do các vụ nổ, … Nhiễu băng hẹp có tính chất là chu kỳ gần như tuần hoàn và có năng lượng tập trung tại những tần số đặc trưng. Ví dụ: nhiễu của động cơ, tiếng ồn máy móc,… Hình 1.2: Mô hình ANC thích nghi Trang 2 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713 1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.1.3.1 Một số công trình nghiên cứu trong nước: 1.1.3.1.1 Kiểm soát nhiễu theo phương pháp tích cực thích nghi. Là luận án tiến sỹ của Huỳnh Văn Tuấn. Tác giả đã tập trung nghiên cứu kiểm soát nhiễu băng hẹp tần số thấp nhằm mục đích ứng dụng kiểm soát nhiễu trong xe hơi, trên máy bay, …Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hệ thống đáp ứng tốt với nhiễu băng hẹp có tính tuần hoàn. 1.1.3.1.2 Adaptive neural network for feedback active noise control system Là bài báo khoa học của Huỳnh Văn Tuấn, Nguyễn Hữu Phương, Nguyễn Ngọc Long. Bài báo này thực hiện giải thuật FxLMS trên cơ sở mạng nơron nhân tạo để kiểm soát nhiễu tích cực (ANC). Vấn đề bão hòa của bộ khuếch đại công suất trong hệ thống ANC được trình bày. Phương pháp bổ chính bão hòa và giải thuật học trực tuyến dựa trên phương pháp giảm độ dốc được thực hiện. Điều kiện hội tụ được chứng minh bằng cách sử dụng hàm Lyapunov rời rạc. Các kết quả mô phỏng được trình bày cho thấy đáp ứng tốt. Hình 1.3: Mô hình kiểm soát nhiễu trong đường ống Trang 3 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713 1.1.3.2 Một số công trình nghiên cứu ngoài nước: 1.1.3.2.1 A fast-array Kalman filter solution to active noise control Là công trình nghiên cứu của Fraanje. Tác giả đã ước lượng tín hiệu tạp âm không cần thiết và khai thác cấu trúc trong ma trận không gian trạng thái xuất phát từ sự thực hiện fast-array. Bộ ước lượng các hệ số bộ lọc và đường truyền thứ cấp được sử dụng. Khi đường truyền thứ cấp là phi tuyến thì sử dụng giải thuật RLS (Recursive Least Squares) thích hợp. Các mô phỏng cho thấy sự hội tụ của giải thuật lọc Kalman tốt hơn giải thuật RLS. 1.1.3.2.2 Subband feedback active noise cancellation Là công trình nghiên cứu của Siravara. Tác giả đã sử dụng giải thuật FxLMS và giải thuật FxNLMS (filtered-x normalized LMS) trong miền thời gian. Kết quả nhiễu giảm tốt, tốc độ hội tụ của các giải thuật khá nhanh. 1.1.3.2.3 Review of DSP algorithm for active noise control Là công trình nghiên cứu của Kuo S. M. và Morgan. Tác giả trình bày các giải thuật xử lý tín hiệu số dùng trong ANC bao gồm: kiểm soát nhiễu băng rộng và nhiễu băng hẹp dùng phương pháp truyền thẳng, kiểm soát nhiễu dùng phương pháp hồi tiếp thích nghi, các giải thuật ANC cho hệ thống kiểm soát nhiễu đơn tần số và nhiễu đa tần số. 1.2 MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Mục đích nghiên cứu:  Nghiên cứu các thuật toán lọc nhiễu tích cực.  Lập trình ứng dụng trên Kit DSP 6713. Đối tƣợng nghiên cứu: Trang 4 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713  Nhiễu và âm thanh trong môi trường thực tế  Headphone (Micro và Loa).  Các phương pháp lọc nhiễu tích cực. 1.2.1 Tính Cần Thiết Của Đề Tài: Theo báo cáo của Tổ chức Sức Khỏe Thế giới, nhiễu và rung chấn là nguyên nhân gây ra cảm giác khó chịu và nguy hại đến sức khoẻ của con người. Những phạm vi cần thiết kiểm soát nhiễu như: Nhiễu do động cơ, máy móc, các công trình…. Phương pháp truyền thống để khử nhiễu âm thanh là dùng kỹ thuật thụ động như che chắn, rào cản, và bộ giảm âm để làm suy yếu tiếng ồn không mong muốn. Bộ giảm thụ động được ưa chuộng bởi độ suy hao cao với dãy tần rộng, tuy nhiên nó tương đối lớn, đắt tiền và không có hiệu quả ở tần số thấp. Mặt khác, hệ thống ANC làm giảm có hiệu quả tiếng ồn ở tần số thấp nơi mà phương pháp thụ động thì không hiệu quả hay rất đắt tiền, đồ sộ. Quan trọng hơn, ANC có thể hạn chế ngưỡng sự lựa chọn. ANC đang phát triển nhanh vì nó cho phép cải thiện trong điều khiển nhiễu, với tiềm năng về kích thước, trọng lượng, âm lượng và giá cả. Chặn tần số thấp là một ưu thế bởi phần lớn tiếng ồ n trong cuộc sống hiện thực dưới 1KHz thí dụ như tiếng ồn từ động cơ hoặc tiếng ồn từ máy bay. 1.2.2 Một số ứng dụng trong thực tế Việc loại bỏ tiếng ồn đặc biệt hữu ích cho người lao động, điều hành hoặc làm việc gần máy móc nặng và động cơ. Tiếng ồn được loại bỏ có chọn lọc vì thế cho phép việc tiếp nhận các âm thanh mong muốn, chẳng hạn như lệnh điều hành và tín hiệu báo động. Tiếng ồn cabin xe ôtô, trong khoang lái máy bay là một sự kết hợp của tiếng ồn từ nhiều nguồn khác nhau, chủ yếu là những động cơ, gió, và cánh quạt. Vì vậy, các Trang 5 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713 phi công máy bay thường xuyên đeo tai nghe giảm tiếng ồn để tránh những âm thanh không mong muốn giúp cho phi công cũng như các hành khách nghe lời cảnh báo và hướng dẫn một cách hiệu quả. Trong bệnh viện để chẩn đoán các khiếm khuyết thính lực của con người cần có phòng cách âm phòng chống tiếng ồn bên ngoài, để thực hiện được yêu cầu đó là rất tốn kém. Headphone khử nhiễu có thể được dùng trong trường hợp này. Trong giao tiếp hàng ngày khi chúng ta gọi điện thoại có khả năng ta không muốn người đàm thoại nghe được nhiễu môi trường quanh ta, một bộ ANC gắn kèm vào điện thoại có thể giải quyết tốt vấn đề này. 1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI: Nhiệm vụ của đề tài:  Giới thiệu hệ thống ANC và các thuật toán liên quan  Nghiên cứu công cụ xử lý âm thanh trên Matlab và Code composer.  Xây dựng mô hình trên Matlab.  Xây dựng mô hình thực tế trên Kit DSP 6713.  So sánh khả năng khử nhiễu của thuật toán và rút ra kết luận Giới Hạn của đề tài:  Vấn đề khử nhiễu đã và đang được nghiên cứu nhiều cả trong và ngoài nước, tuy nhiên vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Trong luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu đến hệ thống ANC ứng dụng thuật toán FastLMS trên KIT DSP6713 do các thuật toán khác đòi hỏi thời gian đáp ứng và độ phức tạp cao.  Kết quả khử nhiễu phụ thuộc nhiều vào khoảng cách và vị trí đặt micro và loa thứ cấp. Trang 6 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713 1.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để khử tiếng ồn môi trường ta có 2 phương pháp là: thụ động (Passive) và tích cực (Active).  Phương pháp thụ động là dùng các vật liệu cách âm, hấp thụ âm để giảm nhiễu. Phương pháp này tỏ ra hiệu quả đối với nhiễu băng rộng và băng hẹp, tần số cao, tần số thấp tuy nhiên chi phí thực hiện cao, cồng kềnh, không đảm bảo thẩm mỹ, khó thực hiện.  Phương pháp chủ động: có 2 phương pháp thực hiện là phương pháp truyền thẳng và phương pháp hồi tiếp. Nguyên tắc của phương pháp truyền thẳng là sử dụng kỹ thuật anti-noise, phương pháp này sử dụng một micro để thu nhiễu tương quan sau đó qua khối lọc thích nghi để tạo ra nhiễu ngược pha và phát ra loa để khử nhiễu. Trường hợp không thu được nhiễu tương quan ta phải dùng phương pháp hồi tiếp, tuy nhiên phương pháp hồi tiếp chỉ cho kết quả tốt đối với nhiễu băng hẹp. Trong đề tài này học viên đã thực hiện khử nhiễu tích cực truyền thẳng bằng cách sử dụng các phương pháp nghiên cứu như tham khảo tài liệu, mô phỏng và thực nghiệm. Trang 7 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ANC 2.1.1 Xây dựng mô hình ANC ([4], [6]) Active Noise Cancellation (ANC) là một phương pháp giảm tiếng ồn chủ động. ANC được làm bằng cách đưa vào 1 dạng sóng chống nhiễu thông qua nguồn phụ. Nguồn phụ có mối liên hệ qua hệ thống điện dùng phương pháp xử lý tín hiệu riêng biệt đối với các dạng nhiễu cụ thể. Công trình này nghiên cứu hệ thống khử nhiễu bằng cách điều khiển nhiễu tích cực. Về cơ bản đề tài này sử dụng một microphone, đặt gần lỗ tai, một mạch điện phát ra âm thanh chống tiếng động có dạng ngược cực tính với dạng âm thanh đến micro. Kết quả là loại bỏ nhiễu. Thường thì các hệ thống ANC được tiến hành cùng với các bộ lọc số thích nghi bao gồm các bộ lọc FIR và IIR. Mặc dù các loại hệ thống ANC thường tốt cho việc xử lý nhiễu tần số thấp và nhiễu băng hẹp, tuy nhiên chúng có một số mặt hạn chế. Đó là, các bộ lọc FIR nhìn chung không làm việc tốt với các nhiễu băng rộng và các bộ lọc IIR có thể trở nên không ổn định trong việc xử lý thích nghi. Hơn nữa, cả hai bộ lọc FIR và IIR phụ thuộc vào thiết kế cho các môi trường nhiễu khác nhau. Chính vì thế, một hệ thống ANC mới ra đời đó là đó là hệ thống ANC thích nghi. ([5] trang 5) Hình 2.1: Sơ đồ mô tai nghe ANC và mô hình tương đương Trang 8 Ứng Dụng Khử Nhiễu Tích Cực Cho Headphone Trên Kit DSP 6713 Trong hình 2.1, mô hình bên trái là mô hình tai nghe. Đường tròn tượng trưng là Microphone. Có 2 micro trên tai nghe, một cái bên ngoài và 1 cái bên trong. Cái Microphone bên ngoài gọi là microphone tham chiếu dùng để đo lượng nhiễu gần tai nghe và được kết nối với ngõ vào DSK. DSK thích nghi với ngõ ra là đảo của nhiễu bằng cách biến đổi từ ngõ vào. Microphone bên trong gọi là microphone lỗi sẽ nhận biết sai số giữa tiếng ồn từ nguồn nhiễu và tín hiệu đảo tạo ra bởi DSK. Tín hiệu sai số sẽ hồi tiếp lại DSK, hệ sẽ cập nhật hệ số cho bộ lọc dựa trên cơ sở sự hồi tiếp này. Mô hình bên phải là mô hình tương đương của tai nghe. 2.1.2 Mô hình ANC truyền thẳng: ([9] trang 5) Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống ANC truyền thẳng Hệ thống ANC truyền thẳng được trình bày dưới dạng sơ đồ khối như Hình 2.2 với P là hàm truyền của môi trường âm từ nguồn nhiễu đến nơi cần khử nhiễu. R là hàm truyền micro sơ cấp và mạch tiền khuếch đại, W là hàm truyền bộ kiểm soát nhiễu, G là hàm truyền đường thứ cấp bao gồm bộ chuyển đổi D/A (digital-to-analog), bộ lọc, khuếch đại công suất, loa thứ cấp và đoạn đường từ loa thứ cấp đến micro tổng hợp. Nhiễu tổng hợp e, được đo bởi micro tổng hợp đặt ở nơi cần kiểm soát nhiễu, là tổng của nhiễu sơ cấp d và nhiễu thứ cấp v. Ta có e = d + v = Ps + GWRs. Để triệt tiêu nhiễu tổng hợp e ta phải xác định W sao cho GWR = -P. Thông thường, W được thực hiện dùng giải thuật lọc thích nghi FIR với các hệ số được cập nhật bằng giải thuật LMS. Trang 9