家用有源降噪器及其降噪控制方法
【專利說明】家用有源降噪器及其降噪控制方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種家用電器，具體涉及一種用于降低室內(nèi)噪音的家用降噪器及其降噪控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在繁華的城市或者便利的交通要道附近，噪聲日益成為環(huán)境污染的一大公害，一直困擾著人們。研究表明，噪聲在55?60dB范圍，會使人感到煩惱，在60?65dB范圍，會使煩惱度大大增加，在65dB以上,則人體健康可能受到危害。噪聲影響人們的身心健康、損傷聽力及相關(guān)系統(tǒng)、降低工作效率，嚴重的甚至造成安全事故。
[0004]人們對高品質(zhì)家庭生活進行著不懈追求，希望日益進步的科技水平帶給人們一個更加寧靜和舒適的新時代，消除噪聲，營造一個環(huán)保、安靜的家庭環(huán)境從而對人們正常的工作、學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生極大意義。
[0005]現(xiàn)在普遍使用吸聲、隔聲、聲學(xué)阻尼處理等來降低噪聲的方法，這些方法的控制機理在于通過噪聲聲波與聲學(xué)材料或者聲學(xué)結(jié)構(gòu)的相互作用消耗聲波能量來達到降低噪聲的目的，稱之為無源消聲法。在家庭中降低外界噪聲所采用關(guān)窗戶的方法就是一種無源消聲法。無源消聲法普遍存在以下問題:
1、家庭中長期關(guān)窗戶空氣得不到自然流通，呼吸不到外界的新鮮空氣不符合人們追求高品質(zhì)生活的要求，人們期盼的是沐浴在自然的新鮮空氣中，過著綠色、環(huán)保的家庭生活；
2、低頻(尤其是200Hz以下)噪聲穿透力強，一般需要體積龐大的防護材料，即使這樣，低頻噪聲防護也很困難。
[0006]與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的噪聲卻大多以低頻噪聲為主，如家用電器中空調(diào)和冰箱等產(chǎn)生的噪聲，居室外汽車、城鐵或飛機等交通工具經(jīng)過時產(chǎn)生的噪聲，這就迫使人們在對其控制上另辟蹊徑，近幾年發(fā)展起來的利用自適應(yīng)信號處理技術(shù)進行有源消聲(adaptive active noise cancellat1n)的方法,為噪聲控制開辟了一條新的道路。有源噪聲控制通過某種手段在指定空間產(chǎn)生與噪聲源在該處噪聲幅值相等而相位相反的次級聲源，使之與噪聲源疊加最終達到消減噪聲的目的。十九世紀80年代以后，自適應(yīng)濾波理論得到充分的發(fā)展，這種濾波器的“自適應(yīng)”特性能夠自動跟蹤系統(tǒng)變化，因此其可以應(yīng)用于隨時間而變化的噪聲控制系統(tǒng)中，構(gòu)成自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)。自適應(yīng)濾波器按照某種事先設(shè)定的準則，由自適應(yīng)算法調(diào)節(jié)其本身的系統(tǒng)特性以達到所需要的輸出要求。
[0007]家庭實際環(huán)境中的噪聲源(初級聲源)特性及聲空間的物理參數(shù)(如溫度、氣流速度等)經(jīng)常隨時間發(fā)生變化，若要實現(xiàn)較好的降噪效果，有源噪聲控制器的傳遞函數(shù)必須是時變的，也就是要求控制器是自適應(yīng)的。將自適應(yīng)濾波技術(shù)應(yīng)用于有源噪聲控制，是目前有源噪聲控制技術(shù)研究的熱點。
[0008]自適應(yīng)有源噪聲控制能解決無源噪聲控制的缺點，但是根據(jù)自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)的特點，采用單通道系統(tǒng)(即僅包括一個次級聲源和一個誤差信號發(fā)射器，)時，僅針對空間一個點進行降噪處理，而作為家庭居室內(nèi)使用的降噪器必須要有一定的降噪空間，使用多通道系統(tǒng)(包含兩個以上的次級聲源和誤差信號發(fā)射器)能滿足要求，通道數(shù)增加可以擴大消聲空間，提高降噪量，但隨著通道數(shù)的增多，控制器設(shè)計的復(fù)雜程度將大幅度增加，降噪器成本升高，難以大規(guī)模進入千家萬戶，目前一般僅使用在工業(yè)上、軍事上。多通道系統(tǒng)可具體到某一個例可能是這些分類的組合，如自適應(yīng)反饋控制系統(tǒng)。
[0009]如果能設(shè)計一款家用自適應(yīng)有源降噪器，必定會成為繼電視機、洗衣機、電冰箱和空調(diào)器等成熟家用電器之后又一很有用途的家用電器。
[0010]

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種家用有源降噪器，該降噪器在無需關(guān)閉門窗的情況下即可實現(xiàn)良好的降噪功效，設(shè)計難度低，且成本低下。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述家用有源降噪器包括用于接收初級聲源并輸出參考信號的參考信號發(fā)射器；
用于接收降噪點附近聲源信號并輸出誤差信號的誤差信號發(fā)射器；
用于對參考信號以及誤差信號進行處理并產(chǎn)生輸出信號的自適應(yīng)處理主機；
用于接收自適應(yīng)處理主機發(fā)出的輸出信號并發(fā)出可與初級聲源相消的次級聲源的平板揚聲器，所述自適應(yīng)處理主機的輸出信號經(jīng)功率放大器輸送至平板揚聲器，所述平板揚聲器連接有低音音響；
所述參考信號發(fā)射器和誤差信號發(fā)射器與自適應(yīng)處理主機之間無線通信。
[0012]進一步地，所述參考信號發(fā)射器內(nèi)設(shè)有無線模塊和用于處理初級聲源的立體聲音頻編解碼器，且該立體聲音頻編解碼器與無線模塊電連接，所述參考信號發(fā)射器由充電電池供電。
[0013]所述自適應(yīng)處理主機內(nèi)依次設(shè)有電連接的立體聲音頻編解碼器和數(shù)字信號處理器，所述自適應(yīng)處理主機由AC/DC模塊電源供電。
[0014]所述誤差信號發(fā)射器內(nèi)相互電連接的立體聲音頻編解碼器和無線模塊，該誤差信號發(fā)射器由充電電池供電。
[0015]進一步地，所述立體聲音頻編解碼器采用TLV320AIC23芯片或SPCE061A單片機。
[0016]進一步地，所述數(shù)字信號處理器采用FPGA、TMS6455或TS201。
[0017]本發(fā)明的家用有源降噪器的降噪控制方法，通過下述方式步驟實現(xiàn):
A、參考信號發(fā)射器接收作為初級聲源的噪音信號并轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號經(jīng)數(shù)字音頻處理后無線發(fā)射出去，
B、誤差信號發(fā)射器接收降噪點附近的噪聲信號并轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號經(jīng)數(shù)字音頻處理后無線發(fā)射出去，
C、自適應(yīng)處理主機接收參考信號發(fā)射器和誤差信號發(fā)射器所發(fā)射的信號，經(jīng)歸一化LMS自適應(yīng)運算處理后由數(shù)字音頻處理生成模擬信號，
D、模擬信號經(jīng)功率放大后由平板揚聲器發(fā)送作為次級聲源的平面聲源，與噪音抵消； 所述參考信號發(fā)射器、誤差信號發(fā)射器采用相互間互不干擾的發(fā)射頻率。
[0018]進一步地，所述歸一化LMS自適應(yīng)運算算法的權(quán)值調(diào)整遵循以下式子: y (n) =Wt (η) X (η) W (η+1) =W (η) + α e (η) X (η) / (r+XT (η) X (η))
式中，X(η)是初級聲源信號，y(n)是次級聲源信號，W(η)是要調(diào)整的權(quán)值，e (η)是誤差信號，α的取值在O?2之間，r取值為0.001。
[0019]再進一步地，所述α的取值為0.005。
[0020]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明是在家庭居室窗戶打開的情況下使用，使家庭居室降噪得到安靜環(huán)境的同時能使居室內(nèi)外空氣自然流通；
2、本發(fā)明相對于無源消聲器可以更加有效地降低低頻噪聲；
3、本發(fā)明用平板揚聲器替代了現(xiàn)有自適應(yīng)有源降噪器所用的點源喇叭(即聲源范圍局限于空間點的傳統(tǒng)電動揚聲器)，由平板揚聲器發(fā)出平面聲源信號，擴大降噪空間，因此本發(fā)明無需增加通道數(shù)，但與多通道有源降噪器具有同樣的降噪效果，且成本低下；
4、平板揚聲器配合低音音響，低音音響，主要發(fā)出低頻信號(80Hz以下)以彌補平板揚聲器低頻(80Hz以下)響應(yīng)靈敏度不夠高的缺點，且頻率越低的音響指向性越差，越接近于低頻平面波；
5、本發(fā)明在家庭中使用不會破壞原有的裝修，隱蔽性好，甚至還能為家庭居室增加美觀和裝飾，比如平板揚聲器可以風(fēng)景畫、十字繡等形式懸掛在墻上，參考信號發(fā)射器等可以與花瓶等物件融合，其美觀度極佳；
6、本發(fā)明采用無線通信，避免了有線通信所帶來的不便，保持居室的整齊和美觀；