工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置以及鑿巖鉆的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，該裝置包括：信號采集單元，用于采集來自操作室外的初級噪聲信號；過濾器，用于濾掉所述初級噪聲信號中的高頻信號，保留低頻信號；信號處理器，用于對所述低頻信號進(jìn)行處理并輸出與所述低頻信號頻率相同且相位相反的反相信號；放大器，用于將所述反相信號放大至與所述初級噪聲信號幅度相同的次聲源信號；發(fā)聲單元，用于輸出所述次聲源信號。此外，本實(shí)用新型還公開了一種鑿巖鉆機(jī)，其配置有前述的主動降噪裝置。采用本實(shí)用新型的主動降噪裝置，便于保證工程機(jī)械操作室的工作環(huán)境。
【專利說明】工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置以及鑿巖鉆機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及到工程機(jī)械的噪音處理領(lǐng)域，尤其涉及一種工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置以及配置有該主動降噪裝置的鑿巖鉆機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今，大多數(shù)工程機(jī)械，諸如鉆探設(shè)備和建筑機(jī)械等，工作時(shí)功率比較高，能耗較大，還會產(chǎn)生大量的熱，振動和噪聲也很大，這些在很大程度上會對環(huán)境和操作人員的健康產(chǎn)生不利影響。為保證此類工程機(jī)械的操作人員的健康和安全，對于鉆探設(shè)備或者其他工程機(jī)械的操作室的噪聲等級要求也變得更加嚴(yán)格。對于工程機(jī)械設(shè)計(jì)者來說，減小操作室內(nèi)噪音等級的任務(wù)變得十分具有挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的降噪方法是被動的無源降噪方法，這種方法主要依賴吸聲材料，降噪效果十分有限。因此，從噪聲源限制噪音等級，即主動降噪或者有源降噪才是解決噪音問題的辦法。
[0003]參見圖1,主動降噪簡稱ANC(Active Noise Cancelling),其基本原理為通過使用聲學(xué)自適應(yīng)算法產(chǎn)生同幅反相的反聲音或反噪音來消除不需要的聲音，即原始、不想要的聲音與反聲音在聲學(xué)上相疊加，就可同時(shí)消除這兩種聲音。
[0004]聲音是一個壓縮波，壓縮波由壓縮相位和稀疏相位組成。降噪系統(tǒng)將會把原始聲波作為輸入信號，對其進(jìn)行反相、放大，接著發(fā)出一個與原始聲波同幅但反相(或稱之為逆向)的聲波。系統(tǒng)將原始聲波和上述產(chǎn)生的聲波在干擾加工中合二為一，產(chǎn)生一個新的聲波，同時(shí)它們有效地互相抵消，也就是所謂的相位抵消效果。
[0005]如今主動噪聲控制可以通過使用模擬電路和數(shù)字信號處理來實(shí)現(xiàn)，可以設(shè)計(jì)和使用自適應(yīng)算法來分析背景可聽見和不可聽見的噪音，接著基于特定的算法生成一個信號，該信號或者是原始信號的相位位移信號，或者為原始信號的極性被顛倒后的信號。這個反相的、改進(jìn)的信號接著被放大，通過一個聲音生成裝置(如揚(yáng)聲器)后產(chǎn)生一個直接與原波形振幅成正比的聲波，用于與原聲波進(jìn)行抵銷，由此噪音等級被十分有效地減小。
[0006]傳統(tǒng)無源被動的噪聲抑制方法和主動降噪方法的主要不同點(diǎn)是無源被動衰減技術(shù)只使用聲音吸收材料來減少聲音的能量等級，而主動降噪技術(shù)將使用能量來干擾原始噪音等級。降噪的揚(yáng)聲器甚至可以與需要衰減的聲源協(xié)同定位，它的功率級必須與噪聲聲源的音頻功率級相同。揚(yáng)聲器或設(shè)備產(chǎn)生的消除信號被定位在需要衰減聲音的位置，例如操作者的耳朵處。現(xiàn)有的主動降噪耳機(jī)只是針對佩戴耳機(jī)的單個用戶有效，這種方式能夠很好的抑制環(huán)境噪聲，但是其有效工作空間范圍小，只能實(shí)現(xiàn)耳機(jī)的小范圍噪聲消除，但對于車內(nèi)較大的空間則不能達(dá)到較好的降噪效果。
[0007]由于操作室是封閉的三維空間，傳統(tǒng)的降噪方式無法滿足其降噪要求，因此，提供一種能夠運(yùn)用于工程機(jī)械操作室的降噪裝置具有重要意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，從而對工程機(jī)械的操作室進(jìn)行降噪，保證良好的駕駛環(huán)境。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型公開了一種工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，該主動降噪裝置包括:
[0010]信號采集單元，具有多個麥克風(fēng)，用于采集來自操作室外的初級噪聲信號；
[0011]過濾器，用于濾掉所述初級噪聲信號中的高頻信號，保留低頻信號；
[0012]信號處理器，用于對所述低頻信號進(jìn)行處理并輸出與所述低頻信號頻率相同且相位相反的反相信號；
[0013]放大器，用于將所述反相信號放大至與所述初級噪聲信號幅度相同的次聲源信號;
[0014]發(fā)聲單兀，用于輸出所述次聲源信號。
[0015]優(yōu)選地，所述多個麥克風(fēng)布置于所述操作室的外側(cè)周邊。
[0016]優(yōu)選地，所述操作室包括有立體發(fā)聲系統(tǒng)，所述發(fā)聲單元為所述立體發(fā)聲系統(tǒng)。
[0017]優(yōu)選地，所述發(fā)聲單元為多個揚(yáng)聲器。
[0018]優(yōu)選地，所述多個揚(yáng)聲器布置于所述操作室的內(nèi)側(cè)周邊。
[0019]此外，本實(shí)用新型還提供了一種鑿巖鉆機(jī)，包括本體以及通過連接臂連接于所述本體上的鑿巖機(jī)構(gòu)，所述本體包括操作室、柴油機(jī)以及壓縮機(jī)，其中，所述操作室配置有如前面第一項(xiàng)所述的主動降噪裝置。
[0020]優(yōu)選地，所述鑿巖機(jī)構(gòu)位于所述操作室的前方，所述柴油機(jī)以及壓縮機(jī)位于所述操作室的后方，所述多個麥克風(fēng)包括第一部分、第二部分以及第三部分，其中，所述第一部分設(shè)置于所述連接臂的下側(cè)，所述第二部分設(shè)置于所述操作室的前部外側(cè)，所述第三部分設(shè)置于所述操作室的后部外側(cè)。
[0021]優(yōu)選地，所述多個麥克風(fēng)還包括第四部分，所述第四部分設(shè)置于所述操作室內(nèi)。
[0022]本實(shí)用新型的工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，利用主動降噪原理，采集操作室的外部噪音并對其中的低頻信號進(jìn)行反相、放大，之后由揚(yáng)聲器輸出與噪音相位相反的聲音信號，從而減小或消除操作室內(nèi)的噪音，保證良好的工作環(huán)境。本實(shí)用新型的鑿巖鉆機(jī)，其操作室配置該主動降噪裝置，能夠有效保護(hù)操作人員。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中，主動降噪原理的示意圖；
[0024]圖2為本實(shí)用新型的工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置的連接框圖；
[0025]圖3為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的控制原理圖；
[0026]圖4為本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式中，揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)與操作室的位置關(guān)系示意圖，所示出的為操作室的側(cè)面；
[0027]圖5為與圖4相對應(yīng)的揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)與操作室的位置關(guān)系示意圖，所示出的為操作室的頂面；
[0028]圖6為本實(shí)用新型的鑿巖機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面，結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)以及工作原理等作進(jìn)一步的說明。
[0030]參見圖2、圖3，本實(shí)用新型提供一種工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，該主動降噪裝置包括信號采集單元1、過濾器2、信號處理器3、放大器4以及發(fā)聲單元5。下面，對其進(jìn)行分別介紹。
[0031]前述的信號采集單元I，具有多個麥克風(fēng)，圖3中所示的為8個麥克風(fēng)101，其用于采集來自操作室外的初級噪聲信號。該初級噪聲信號主要來自于不同的噪聲源，例如來自鏟土機(jī)的鏟斗處的噪聲、來自鑿巖鉆機(jī)的鑿巖機(jī)構(gòu)位置的噪聲，這些構(gòu)成了工程機(jī)械的主要的噪聲，也是在降噪過程中需要重點(diǎn)消除的噪聲。當(dāng)然，還有來自工程機(jī)械本身運(yùn)行所產(chǎn)生的噪聲，例如柴油機(jī)、壓縮機(jī)等所產(chǎn)生的噪聲。
[0032]多個麥克風(fēng)101的布置方式可以根據(jù)工程機(jī)械的類型等確定，其可以布置于操作室內(nèi)，也可以布置于操作室外，其擺放位置需要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)以及理論計(jì)算。麥克風(fēng)101的數(shù)量由多種因素決定，例如，操作室的設(shè)計(jì)、機(jī)械布局、噪生源的位置以及噪聲的功率級等。一部分麥克風(fēng)101可以用來測量噪聲源的功率級，另一部分麥克風(fēng)101用于反饋降噪后的噪聲水平，以達(dá)到監(jiān)控降噪效果的目的。
[0033]圖4中以側(cè)視的方式示出了麥克風(fēng)101、揚(yáng)聲器501與操作室8的位置關(guān)系；圖5以俯視的方式示出了麥克風(fēng)101、揚(yáng)聲器501與操作室8的位置關(guān)系。參見圖4、圖5，作為優(yōu)選，多個麥克風(fēng)101布置于操作室8的外側(cè)周邊。當(dāng)然，其并不必然是在操作室8的外側(cè)周邊均布，這主要基于噪聲源的方向。
[0034]如圖2、圖3所示，前述的過濾器2，用于濾掉信號采集單元I所采集到的初級噪聲信號中的高頻信號，保留低頻信號。由于人類對高頻信號不敏感，故將其濾掉即可。圖3中所示的過濾器2的數(shù)量為8個，與麥克風(fēng)101的數(shù)量一致，每個麥克風(fēng)101對應(yīng)一個過濾器2，當(dāng)然，其也不限于該種形式。
[0035]前述的信號處理器3，用于對低頻信號進(jìn)行處理并輸出與低頻信號頻率相同且相位相反的反相信號。信號處理器3可以采用FFT算法、模擬分析算法、自適應(yīng)算法等。
[0036]前述的放大器4,用于將反相信號放大至與初級噪聲信號幅度相同的次聲源信號。這樣，經(jīng)過放大之后的聲音信號與原來的初級噪聲信號幅度、頻率相等，相位相反。該信號，可以作為初級噪聲信號的抵消信號。信號處理器3與放大器4可以如圖3所示，采用一個模塊實(shí)現(xiàn)。
[0037]前述的發(fā)聲單兀5,用于輸出次聲源信號，即輸出與初級噪聲信號頻率相同、相位相反、幅度相同的聲音信號。該次聲源信號與初級噪聲信號進(jìn)行疊加，以便消除或減小噪音，從而利用主動降噪原理，保證具有三維空間的操作室8內(nèi)的工作環(huán)境。
[0038]發(fā)聲單元可以選擇為多個揚(yáng)聲器501，如圖4、圖5所示，優(yōu)選為多個揚(yáng)聲器501布置于操作室8的內(nèi)側(cè)周邊。
[0039]當(dāng)然，當(dāng)操作室8具有立體發(fā)聲系統(tǒng)時(shí)，本實(shí)用新型的發(fā)聲單元5可以作出相應(yīng)的變化。具體的是，操作室8包括有立體發(fā)聲系統(tǒng)，發(fā)聲單元5為該立體發(fā)聲系統(tǒng)。也就是說，初級噪聲信號在完成放大后，與音頻信號一同由立體發(fā)聲系統(tǒng)播放。
[0040]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的這種降噪裝置，在使用時(shí)，可以允許某一特定頻率的聲音傳遞，尤其可以監(jiān)控到工程機(jī)械故障狀態(tài)的噪音，以便獲知工程機(jī)械的運(yùn)行情況。
[0041]此外，本實(shí)用新型還提供了一種鑿巖鉆機(jī)，參見圖6，該鑿巖鉆機(jī)包括本體以及通過連接臂7連接于本體上的鑿巖機(jī)構(gòu)6。圖中所示的方式為，本體包括由左至右順次相鄰的操作室8、液壓系統(tǒng)9(含液壓泵、液壓馬達(dá)、閥門以及冷卻裝置等，這些部件圖中未標(biāo)示)、柴油機(jī)10、壓縮機(jī)11以及其他部件12，其中，操作室8配置有如前面所提及的主動降噪裝置。
[0042]鑿巖機(jī)構(gòu)6位于操作室8的前方(圖6中左側(cè))，該處為鑿巖鉆機(jī)的主要噪音來源。柴油機(jī)10以及壓縮機(jī)11位于操作室8的后方(圖6中右側(cè))，多個麥克風(fēng)101包括第一部分、第二部分以及第三部分(圖中未示出)，其中，第一部分設(shè)置于連接臂7的下側(cè)，該部分麥克風(fēng)可以用于采集來自鑿巖機(jī)構(gòu)6鉆頭位置的噪聲；第二部分設(shè)置于操作室8的前部外側(cè)801處，可以用于收集來自操作室8前方的其他噪聲；第三部分設(shè)置于操作室8的后部外側(cè)802處，可以用于收集來自操作室8后方的噪聲。
[0043]作為一種優(yōu)選方式，多個麥克風(fēng)101還包括第四部分，第四部分設(shè)置于操作室8內(nèi)。該麥克風(fēng)用于采集操作室8內(nèi)部的噪聲信號，將采集到的噪聲信號傳遞到信號處理器3中，信號處理器3再對誤差信號進(jìn)行識別，對本身的性能進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
[0044]以上，僅為本實(shí)用新型的示意性描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道，在不偏離本實(shí)用新型的工作原理的基礎(chǔ)上，可以對本實(shí)用新型做出多種改進(jìn)，這均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，其特征在于，該裝置包括: 信號采集單元，具有多個麥克風(fēng)，用于采集來自操作室外的初級噪聲信號； 過濾器，用于濾掉所述初級噪聲信號中的高頻信號，保留低頻信號； 信號處理器，用于對所述低頻信號進(jìn)行處理并輸出與所述低頻信號頻率相同且相位相反的反相信號； 放大器，用于將所述反相信號放大至與所述初級噪聲信號幅度相同的次聲源信號； 發(fā)聲單兀，用于輸出所述次聲源信號。
2.如權(quán)利要求1所述的工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，其特征在于，所述多個麥克風(fēng)布置于所述操作室的外側(cè)周邊。
3.如權(quán)利要求1所述的工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，其特征在于，所述操作室包括有立體發(fā)聲系統(tǒng)，所述發(fā)聲單元為所述立體發(fā)聲系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，其特征在于，所述發(fā)聲單元為多個揚(yáng)聲器。
5.如權(quán)利要求4所述的工程機(jī)械操作室的主動降噪裝置，其特征在于，所述多個揚(yáng)聲器布置于所述操作室的內(nèi)側(cè)周邊。
6.一種鑿巖鉆機(jī)，包括本體以及通過連接臂連接于所述本體上的鑿巖機(jī)構(gòu)，所述本體包括操作室、柴油機(jī)以及壓縮機(jī)，其特征在于，所述操作室配置有權(quán)利要求1所述的主動降噪裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的鑿巖鉆機(jī),其特征在于，所述鑿巖機(jī)構(gòu)位于所述操作室的前方，所述柴油機(jī)以及壓縮機(jī)位于所述操作室的后方，所述多個麥克風(fēng)包括第一部分、第二部分以及第三部分，其中，所述第一部分設(shè)置于所述連接臂的下側(cè)，所述第二部分設(shè)置于所述操作室的前部外側(cè)，所述第三部分設(shè)置于所述操作室的后部外側(cè)。
8.如權(quán)利要求7所述的鑿巖鉆機(jī)，其特征在于，所述多個麥克風(fēng)還包括第四部分，所述第四部分設(shè)置于所述操作室內(nèi)。
【文檔編號】G10K11/178GK204143871SQ201420542327
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】焦德義 申請人:阿特拉斯科普柯(南京)建筑礦山設(shè)備有限公司