一種主動降噪系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及降噪領(lǐng)域，具體涉及一一種主動降噪系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)實(shí)的工作、生活場所，常見各種噪聲，這些噪聲往往會對周圍人員的身心健康造成各種傷害，甚至影響、破壞現(xiàn)場的生產(chǎn)工作。因此，為了達(dá)到降噪的目的，常常采用主動降噪和被動降噪兩種方法，而主動降噪功能就是通過降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪聲相等的反向聲波，將噪聲中和，從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果。
[0003]有源噪聲控制是一種基于聲波相干疊加原理的主動噪聲控制技術(shù),最早由P.Lueg在其專利US2043416中提出，其基本原理是在聲場中引入次級聲源并利用其發(fā)出與初始噪聲幅度相同但相位相反的“反噪聲”，使初始噪聲得到相干抵消，從而達(dá)到噪聲抑制的目的。與傳統(tǒng)被動降噪方法相比，有源噪聲控制技術(shù)主要優(yōu)勢在于能夠以更小的體積獲得更好的低頻降噪效果。隨著人們生活水平的提高，低頻噪聲污染問題日益顯著，有源噪聲控制技術(shù)實(shí)用化的需求日益迫切。另一方面，經(jīng)過近百年的發(fā)展，尤其是隨著近幾十年數(shù)字信號處理技術(shù)的飛躍，有源噪聲控制技術(shù)日益成熟，其實(shí)用化進(jìn)程正逐步加快。
[0004]為了達(dá)到很好的主動降噪效果，一個優(yōu)秀的主動控制系統(tǒng)是整個主動降噪平臺的基礎(chǔ)。早期的主動控制系統(tǒng)主要側(cè)重于采集多個測量點(diǎn)的噪聲與振動信息，反饋降噪系統(tǒng)與采集系統(tǒng)分離，大量的采集點(diǎn)傳感器需要通過較長的模擬信號線與采集設(shè)備連接，既增加了不必要的布線難度又降低了設(shè)備的可靠性，而反饋系統(tǒng)的分離設(shè)置更增加了整個主動降噪系統(tǒng)布置與實(shí)施的難度，使得整套系統(tǒng)顯得分散、低效以及不可靠。而縱觀主動降噪技術(shù)普遍應(yīng)用的場所，通常具有場所環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測點(diǎn)長線安裝困難，降噪作用點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)距離較近等特點(diǎn)，所以一個同時具有采集輸入與控制輸出、緊湊、小型化、低功耗、便于多點(diǎn)組網(wǎng)的主動控制系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種小體積、低功耗、米集輸入與控制輸出于一體、具有組網(wǎng)功能的音頻主動控制器，具體涉及一種主動降噪系統(tǒng)及方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種主動降噪系統(tǒng)，所述主動降噪系統(tǒng)為包含:位于長方體內(nèi)部平行布放的數(shù)字信號處理板、模擬信號采集與輸出板、若干電源模塊；所述長方體的左面上設(shè)置輸入接口 6、輸出接口 7、信號地接口 9、外殼地接口 10、電源插頭13、電源保險12和電源開關(guān)11 ；
[0007]所述模擬信號采集與輸出板包含兩路模擬AD與兩路模擬DA，并與主動降噪系統(tǒng)的輸入接口 6和輸出接口 7連接，所述輸入接口 6用于輸入從聲音換能器產(chǎn)生的模擬電信號，所述輸出接口用于向外部電子設(shè)備輸出主動降噪系統(tǒng)產(chǎn)生的降噪模擬信號；
[0008]所述數(shù)字信號處理板與模擬信號采集與輸出板平行布放，且兩個板子的兩端通過兩個插針相連接，并通過另一個插針與網(wǎng)絡(luò)通信接口連接；且所述數(shù)字信號處理模塊，用于分析噪聲信號的特征，將噪聲信號劃分為主要噪聲源和次要噪聲源；所述模擬信號采集與輸出板用于對采集的聲信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換處理，產(chǎn)生數(shù)字信號；
[0009]其中，所述數(shù)字信號處理板(5)包含:數(shù)字濾波器模塊和信號補(bǔ)償處理模塊；
[0010]所述數(shù)字濾波器模塊包含若干數(shù)字濾波器，所有數(shù)字濾波器同時并行處理多路不同頻帶的信號，進(jìn)而保留頻帶內(nèi)的信號，衰減頻帶外的信號，保障整個通頻帶的頻響平穩(wěn)；
[0011]所述信號補(bǔ)償處理模塊，用于將采集到的模擬信號進(jìn)行模數(shù)變換，再基于模數(shù)變換得到的數(shù)字信號獲得信號的強(qiáng)度信息，最后再分析信號數(shù)值與時間的關(guān)系得到信號相位的信息；通過對多路濾波器產(chǎn)生的信號進(jìn)行強(qiáng)度與相位的對比，進(jìn)而得到主、次噪聲的分析結(jié)果；最后根據(jù)主要噪聲信號產(chǎn)生反向疊加信號，反向疊加信號用于通過D/A轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生反向模擬電信號，反向模擬電信號在驅(qū)動外部的換能器產(chǎn)生反向的空氣聲信號或者反向的機(jī)械振動信號，這些反向信號疊加到主噪聲信號上，達(dá)到降噪的目的。
[0012]上述各個模塊、接口等設(shè)備均設(shè)置在一個長方體內(nèi)，所述長方體的上表面為散熱外殼3，且該散熱外殼3與所述模擬信號采集與輸出板平行放置，且該散熱外殼3左半部分設(shè)置一個凸塊，所述凸塊為純鋁材料，且該凸塊與所述模擬信號采集與輸出板上表面相接觸，進(jìn)而起到將機(jī)殼內(nèi)部的熱量傳導(dǎo)到即可外部的作用；
[0013]所述長方體下表面上放置若干電源模塊；
[0014]所述信號地接口 9與外殼地接口 10分別用于設(shè)備間信號共地與外殼屏蔽接地；
[0015]電源插頭13連接外部電源。
[0016]可選的，上述長方體的左面上還設(shè)置電源保險12和電源開關(guān)11 ；
[0017]所述電源保險12用于外部電源的過流保護(hù)；所述電源開關(guān)11控制主動降噪系統(tǒng)的開關(guān)工作。
[0018]可選的，上述數(shù)字信號處理板基于0MAPL137的嵌入式系統(tǒng)和FPGA芯片，且該板設(shè)有兩個標(biāo)準(zhǔn)串口和一個10M/100M網(wǎng)口。
[0019]可選的，上述模擬信號采集與輸出板4包含:
[0020]兩個16bit且采樣率4M/s的AD輸入通道；
[0021]兩個16bit的DA輸出通道；
[0022]且輸入接口 6能夠根據(jù)需要設(shè)置成電壓輸入或者電流輸入模式。
[0023]可選的，所述數(shù)字信號處理板5與模擬信號采集與輸出板4通過兩個分別為120針的PC104接插件連接，并通過8個連接銅柱固定在散熱外殼上3上。
[0024]此外，本發(fā)明還提供了一種主動降噪方法，所述方法包含:
[0025]步驟101)聲傳感器采集聲信號或者振動信號，將采集的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號；
[0026]步驟102)將轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行數(shù)字信號處理，通過對數(shù)字信號的分析，包括通過數(shù)字濾波得到信號的頻譜分布，通過數(shù)值的大小分析得到信號的強(qiáng)度分布，進(jìn)而根據(jù)頻率與強(qiáng)度區(qū)分出主要噪聲源與次要噪聲源，然后主要噪聲信號的特征，通過數(shù)模變換模塊產(chǎn)生一個反向疊加模擬信號，該疊加信號頻率與噪聲信號相同，相位相反，強(qiáng)度相等，進(jìn)行反向降噪；
[0027]其中，主要噪聲的特征包含:信號的頻率和強(qiáng)度。
[0028]可選的，上述步驟101)之前還包含:
[0029]通過若干路數(shù)字濾波器對噪聲信號在不同頻帶進(jìn)行濾波，從中分析得出信號的強(qiáng)度和信號的相位變化信息；
[0030]將得出的信號強(qiáng)度及相位變化信息進(jìn)行統(tǒng)一對比，進(jìn)而獲得所有噪聲信號中噪聲作用最大的信號，同時記錄所有噪聲信號的數(shù)據(jù)并進(jìn)行概率統(tǒng)計，進(jìn)而判斷未來一段時間內(nèi)，各個噪聲信號出現(xiàn)的概率；
[0031]采用上述統(tǒng)計信息，對產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行降噪處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于:精確的定位分析，對不同頻帶的信號可獨(dú)立出來處理，去除了非相關(guān)信息的干擾，對信號的整個過程記錄，實(shí)現(xiàn)了概率統(tǒng)計分析，預(yù)判斷，預(yù)處理，完全擺脫了被動處理的不足。
【附圖說明】
[0032]圖Ι-a和Ι-b是本發(fā)明實(shí)施例提供的音頻主動控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與面板圖；
[0033]圖2本發(fā)明實(shí)施例提供的音頻主動控制器整體外觀圖。
[0034]附圖標(biāo)識:
[0035]UAC/DC電源，2、DC/DC電源，3、外殼殼體，
[0036]4、模擬信號米集與輸出板，5、數(shù)字信號處理板,6、米集輸入接口，
[0037]7、控制輸出接口，8、網(wǎng)絡(luò)接口，9、信號地線接線柱，
[0038]10、外殼地接線柱，11、電源開關(guān)，12、電源保險，
[0039]13、電源插頭。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0041]本發(fā)明提供一種音頻主動控制器，包括:由數(shù)字信號處理模塊5和模擬信號采集模塊4 ;其中模擬信號采集模塊4包含兩路模擬AD與兩路模擬DA，并與輸入接口 6、輸出接口 7連接；數(shù)字信號處理模塊5與模擬信號采集模塊4連接，并與網(wǎng)絡(luò)通信接口 8連接；電源模塊I和2固定在散熱外殼3上；信號地接口 9與外殼地接口 10分別用于設(shè)備間信號共地與外殼屏蔽接地；電源插頭13連接外部電源；電源保險12用于外部電源的過流保護(hù)；電源開關(guān)11控制系統(tǒng)的開關(guān)工作。
[0042]上述數(shù)字信號處理模塊包含一個以0MAPL137為核心的嵌入式系統(tǒng),并集成了一個FPGA(EP3CF484)，并且?guī)в袃蓚€標(biāo)準(zhǔn)串口、一個10M/100M網(wǎng)口 ；模擬信號采集模塊包含兩個16bit、采樣率4M/s的AD輸入通道，兩個16bit的DA輸出通道，同時，為了滿足輸入信號源的不同類型，輸入端可根據(jù)需要設(shè)置成電壓輸入或者電流輸入模式；音頻主動控制器這種數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)集成到一起的方式可以降低整個系統(tǒng)的成本，同時更方便現(xiàn)場快速建立測量架構(gòu)。
[0043]上述模擬信號AD米集與DA輸出板4包含兩路模擬輸入與兩路模擬輸出，并與輸入接口 6、輸出接口 7連接，這種將輸入AD與輸出DA集成到一起的方式避免了傳統(tǒng)的輸入與輸出分別制板造成的成本增加、可靠性降低、設(shè)備體積大以及功耗增大等多種弊端，并且可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。
[0044]上述數(shù)字信號處理模塊5與模擬信號采集模塊4連接，并與網(wǎng)絡(luò)通信接口 8連接，這種將網(wǎng)絡(luò)功能集成到主動控制電子系統(tǒng)的方法可以實(shí)現(xiàn)多個主動控制電子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、遠(yuǎn)程控制。
[0045]可選的，上述系統(tǒng)還包含電源模塊I和2，及散熱外殼；且電源模塊I和2固定在散熱外殼3上，這種方法可以有效地將電源產(chǎn)生的熱量通過設(shè)備金屬外殼傳導(dǎo)到外部。
[0046]本發(fā)明的創(chuàng)新處在于，與通常采用對信號進(jìn)行模擬方法處理不同，采用數(shù)字化處理噪聲信號，可以準(zhǔn)確的分析噪聲信號的特征，區(qū)分出主要噪聲源與次要噪聲源，可以根據(jù)使用者的需要，針對某一個特殊噪聲信號進(jìn)行處理，由于數(shù)字信號處理特有的優(yōu)勢，即可實(shí)現(xiàn)時域信號處理又可以實(shí)現(xiàn)頻域信號處理，而以往的模擬處理方法根本無法達(dá)到