机场强噪声环境下的语音通讯降噪技术研究

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摘要：机场语音通讯中的噪声源主要来自周围环境背景噪声，针对机场噪声源的特点，采用降噪技术保证机场人员指挥和联络通信，主要应用无源噪声控制技术和有源噪声控制技术降低环境噪声对语音通讯的影响。

关键词：语音通讯 噪声

中图分类号：TN912 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0075-01

1 引言

机场噪声无处不在，无时不在，通信和信息交换过程中不可避免地会受到来自外部环境的背景噪声的干扰，机场语音通讯更是极易受到噪声的干扰。不同强度的噪声，对语音通讯效果的影响程度也不尽相同。当噪声强度较弱时，对语音通讯的影响程度是有限的，即使会造成一定的干扰，也不至于破坏整个通信过程。但是，随着噪声强度的不断增加，语音信号会渐渐的失真、畸变。更有甚者，在机场强噪声背景环境中，语音信号甚至完全被背景噪声所淹没，根本无法识别。语音通讯是机场指挥人员、空勤人员、地勤人员便捷的指挥和联络手段，强噪声背景环境对指令的下达、任务的执行和协同配合造成不利影响，甚至有可能导致事故的发生，另外会导致听力损失等身体健康损害。因此，必须有效降低背景噪声干扰，提高语音信号质量，保证平时和战时机场的各项工作任务的完成。

2 机场语音通讯中的噪声源及特点

机场语音通讯过程中不可避免地会受到来自周围环境的噪声、传输媒介引入的噪声、通信设备内部电噪声乃至其他讲话者的干扰。这些干扰最终将使接收者接收到的语音已非纯净的原始语音信号，而是受噪声污染的带噪语音信号。

机场语音通讯中的噪声源主要来自周围环境背景噪声，飞机的运行产生了高声压级的噪声，飞机成为大功率的噪声源。飞机的种类决定机的动力装置、运行方式及机体结构设计等因素，不同种类的飞机产生的噪声的大小、频谱不同。飞机可分为螺旋桨飞机、直升机和喷气式飞机三大类，螺旋桨飞机噪声源主要有螺旋桨噪声、发动机排气噪声；直升机噪声主要来自旋转噪声、动力装置噪声、涡流噪声；喷气式飞机的噪声比其他飞机大得多，是机场周围环境的主要噪声源，主要噪声来自喷气噪声和风扇噪声，喷气噪声的频率低于风扇噪声。

噪声特性可以说是千变万化。噪声可以是加性的，也可以是非加性的。加性噪声大体上可分为以下几种：白噪声、周期性噪声、脉冲性噪声、宽带噪声等。对于非加性噪声，有些可以通过变换转变成加性噪声。

飞机发动机等周期性运转的机械设备产生周期性噪声。周期性噪声的特点是有许多离散的窄谱峰，周期性噪声引起的问题可能最少，因为可以通过功率谱发现并通过滤波或变换技术将其去掉。但是，其中交流噪声的抑制很困难，因为其频率成分不是基音，而是谐波成分。

喷气噪声、风噪声、呼吸噪声和一般随机噪声源属于宽带噪声，宽带噪声通常可以假定为白噪声。由于宽带噪声与语音信号在时域和频域上完全重叠，因而消除它最为困难。对于非平稳的宽带噪声，情况更为复杂。

3 机场语音通讯降噪技术

为降低机场环境噪声影响，首先从声源着手，改进结构设计，减少声源发出的噪声等级，这是最为有效的方法，但出机设计成本和技术等方面的限制，还不能从根本上杜绝噪声源；其次是无源噪声控制技术，通过隔声、吸声等方法降低噪声，它对高频噪声效果很好，但对低频噪声效果不明显；三是有源噪声控制技术，它对低频噪声效果好，相对被动消声而言，还具有体积小，重量轻，易控制等特点。随着电子技术和控制理论的发展，近年来有源噪声控制成为研究的热点。

3.1 无源噪声控制技术

无源降噪从电声器件的发明使用时就开始了，无论是从电声器件的外型出发，还是从电声器件的空间的设计，都可以降低环境噪声的影响，机场语音通讯的主要电声器件是传声器和耳机，耳机无源降噪通过耳机外罩（耳罩）设计实现。

耳罩降噪主要通过包围耳朵形成封闭空间，或者采用隔音材料来阻挡外界噪声。耳罩内部填充多孔吸声材料（海绵）并且在耳罩的四周围加上一圈海绵来达到对噪声隔离的效果。由于中高频噪声的频率较高，波长较短，声波的绕射能力差，从而使隔声效果显著；对低频噪声，由于其声波波长较长，声波的绕射能力强，大大限制了耳罩的隔声效果。由于噪声没有经过降噪电路芯片处理，一般只能阻隔高频噪声，对低频噪声降噪效果不明显。

传声器无源降噪可利用骨传导技术和麦克风阵列抑制背景噪声，骨传导技术是利用人的骨骼、神经和肌肉来传导声音，可以有效降低环境噪声对语音通讯的影响。利用麦克风阵列抑制背景噪声，麦克风阵列是指将多个麦克风一个接一个地排列成一个特别的样式，让它们一起工作以产生出一个合成输出信号或多组信号。输出信号取决于麦克风的间隔距离、排列样式、数量及类型。麦克风阵列可以消除语音输入信号的周围噪声，进而改善语音通讯质量。

3.2 有源噪声控制技术

所有的声音都由一定的频谱和能量组成，如果找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，而相位刚好相反（ 相差180° ），通过两者的反相叠加，理论上就可以将这噪声完全抵消掉。这就是有源噪声控制的原理。

有源噪声控制技术也是针对电声器件，麦克风和耳机是语音通讯的电声器件，对麦克风的有源噪声控制技术应用较少，有源噪声控制技术主要运用于有源降噪耳机。在设计上有源降噪耳机要比普通的耳机构成复杂得多，它包含一个话筒，用来接受外界的噪声，内部音频处理电路进行信号反相和音频放大，经过内部电路的计算后，在耳机播放声音的同时加入和外界噪声“反相”的声波，从而将噪声抵消。有源降噪耳机分为模拟式和数字式两类，模拟有源耳机消声效果和性能受限制，系统运行不稳定，易受多种环境因素干扰而产生自激啸叫，控制算法和参数较为固定，不易灵活改变，并且缺乏跟踪能力。数字有源耳机采用自适应有源控制技术，具有很高的可靠性，能够精确地产生复杂的传递函数，适用于多通道系统和复杂噪声环境的控制。

4 结语

机场环境噪声的产生原因复杂，类型各异。每种类型的噪声都有其与之相适应的抑制或消除方案，应综合运用各种噪声消除技术，从语音信号的转换、传输等各个环节入手，解决机场语音通讯中的噪声问题。

参考文献

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[3]胡科开，吴凭天.一种基于改进型谱减法的语音增强新算法[J].大众科技，2008（09）.