一种空间主动式降噪装置及其降噪方法与流程

本发明属于噪声治理，具体涉及一种空间主动式降噪装置及其降噪方法。

背景技术：

1、空间噪声污染问题日趋严重，在一些场景，例如船舶舱室、工业展会、发动机试车控制间等环境中通常存在大量的低频噪声，严重影响环境中人员的声舒适性。通过在声场中布置传感器、声源发生器和控制系统，利用声源发生器发出与噪声声波幅值相近、相位相反的声波，是降低空间环境内的低频噪声的常规方式。但低频声源发生器的作用区间有限，且声源发生器与传感器间的电-声路径会发生改变，影响控制效果，不适用于空间声场的大范围区域降噪。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提供一种空间主动式降噪装置，用于解决空间声场降噪效果差、降噪范围小的问题；本发明的另一目的在于提供上述空间主动式降噪装置的降噪方法。

2、技术方案：本技术的一种空间主动式降噪装置，包括：

3、第一传感器阵列总成，所述第一传感器阵列总成包括多组第一传感器；

4、隔声部，所述第一传感器阵列总成位于所述隔声部的一侧，并与所述隔声部连接；

5、发声单元，所述发声单元位于所述隔声部远离所述第一传感器阵列总成的一侧，并与所述隔声部连接；

6、第二传感器，所述第二传感器与所述发声单元连接；

7、第一支撑杆，所述第一支撑杆的一端位于所述发声单元的一侧，并与所述隔声部连接，所述支撑杆上设有摄像单元；

8、电控单元，所述电控单元与所述第一支撑杆远离所述隔声部的一端连接，所述电控单元分别与所述第一传感器、所述发声单元、所述第二传感器和所述摄像单元信号连接。

9、在一些实施例中，包括：

10、第二支撑杆，所述第二支撑杆的一端与所述摄像单元连接，所述第二支撑杆远离所述摄像单元的一端与所述隔声部连接；

11、所述隔声部位半球形，以使所述隔声部远离所述第一传感器阵列总成的一侧形成降噪空间；所述摄像单元沿所述第一支撑杆移动时，所述第二支撑杆随所述摄像单元的移动带动所述隔声部收缩或扩展，以调节所述降噪空间的范围。

12、在一些实施例中，所述电控单元包括控制器，所述控制器包括降噪模块和图像处理模块；

13、其中，所述降噪模块的信号输入端分别与所述第一传感器和所述第二传感器的信号输出端连接，所述降噪模块的信号输出端与所述发声单元的信号输入端连接；所述图像处理模块的信号输入端与所述摄像单元的信号输出端连接，所述图像处理模块的信号输出端与所述降噪模块的信号输入端连接；

14、所述降噪模块用于获取所述第一传感器和所述第二传感器的噪声信号，将获取的噪声信号转换成控制信号，并将控制信号传输至所述发声单元，以控制所述发声单元产生用于抵消噪声的声波；

15、所述图像获取模块用于将所述摄像单元采集的所述降噪空间内的位置信号传输给所述降噪模块，所述降噪模块根据所述位置信号获取降噪空间的声场信息，以实现所述降噪空间内对应位置的降噪。

16、在一些实施例中，所述控制器还包括多媒体模块、外部音源模块和混音模块；

17、其中，所述多媒体模块、所述外部音源模块与所述混音模块信号连接，所述混音模块与所述降噪模块信号连接；

18、所述多媒体模块用于获取外部多媒体设备的声源信号，并通过所述混音模块输送至所述降噪模块，所述降噪模块根据所述声源信号降低或放大多媒体设备的声源；

19、所述外部音源模块用于直接采集外部声源信号，并通过所述混音模块输送至所述降噪模块，所述降噪模块根据所述外部声源信号控降低或放大外部声源。

20、在一些实施例中，还包括：

21、发电薄膜，所述发电薄膜位于所述第一传感器阵列总成的一侧，并与所述隔声部连接；

22、所述电控单元还包括电池组和电源管理模块，所述发电薄膜与所述电源管理模块信号连接，所述电源管理模块与所述电池组信号连接，所述电池组与所述控制器电性连接。

23、在一些实施例中，所述发声单元包括腔体，所述腔体内设有扬声器、功率放大器和吸音棉；

24、所述扬声器与所述功率放大器信号连接，所述功率放大器与所述降噪模块信号连接，所述吸音棉位于所述扬声器的一侧并设置在所述腔体内；

25、所述第二传感器与所述腔体连接。

26、在一些实施例中，所述第一传感器阵列总成还包括固定支架、转向机构和伸缩杆，所述伸缩杆的一端与所述隔声部连接，所述固定支架与所述伸缩杆远离所述隔声部的一端连接，所述转向机构设置在所述固定支架的边沿，所述第一传感器与所述转向机构连接。

27、在一些实施例中，所述第一传感器、所述发声单元、所述第二传感器通过线束与所述电控单元信号连接，所述线束贯穿所述第一支撑杆。

28、在一些实施例中，所述第一支撑杆与所述电控单元连接的一端包括支撑杆座，所述支撑杆座内设置有卷线机构，所述线束与所述卷线机构连接。

29、在一些实施例中，本技术还提供一种所述空间主动式降噪装置的降噪方法，包括以下步骤：

30、确定用于抵消噪声的发声单元的数量；

31、获取由所述第一传感器和所述第二传感器采集的噪声信号，将获取的噪声信号转换成控制信号，并将控制信号传输至所述发声单元，以控制所述发声单元产生用于抵消噪声的声波；

32、获取由所述摄像单元采集的所述降噪空间内的人员位置信号，根据人员位置确定降噪空间的降噪目标，以对所述降噪空间内的对应位置进行降噪。

33、在一些实施例中，所述确定用于抵消噪声的发声单元的数量的步骤，进一步包括：

34、建立基于波域球谐函数的有限模式初级噪声场函数和次级声场函数，所述初级噪声场函数的表达式为：所述次级声场函数的表达式为：

35、求解出次级声源系数，所述次级声源系数的表达式为：

36、根据次级声源系数得到等效矩阵，所述等效矩阵的表达式为：γ(k)＝η(k)d(k)，

37、式中，

38、d(k)＝[d1(k),d2(k),…,dl(k)]t；

39、调理次级声场系数与初级声场系数匹配，令η(k)d(k)＝-β(k)；

40、根据匹配结果对噪声信号进行判断，并得到抵消噪声的发声单元的数量；

41、其中，v(x,k)为x处的入射声场信息；ju是u阶球贝塞尔函数；υum表示球谐函数；βum代表波域中的主要噪声场；η(k)是次级扬声器的波域传递函数；d(k)是初级声场波域传递函数。

42、在一些实施例中，所述根据匹配结果对噪声信号进行判断，并得到抵消噪声的发声单元的数量的步骤，进一步包括：

43、当l＝(n+1)2时，则全部噪声信号能被消除；

44、当l>(n+1)2时，则部分噪声信号能被全部消除；

45、当l<(n+1)2时，则全部噪声信号不能被消除；

46、式中，l为扬声器数目；(n+1)2为模式数量。

47、在一些实施例中，所述获取由所述摄像单元采集的所述降噪空间内的人员位置信号，根据人员位置确定降噪空间的降噪目标，以对所述降噪空间内的对应位置进行降噪的步骤，进一步包括：

48、设置m个摄像单元，m为≥1的整数；

49、由摄像单元识别位于降噪空间内人员头部中点位置，并通过图像处理模块识别出空间位置的信息：x≡{r,φx,ψx}；式中，r为摄像单元至人员头部的距离，φx为方位角；ψx为仰角；

50、获取所述发声单元到所述空间位置的传递函数g(x|yl,k)；式中，k为波数，k＝2πf/c，f是声波频率，c是声波速度；

51、根据所述传递函数和所述第二传感器采集到的噪声信号，计算出空间位置的声场信息，作为虚拟的声场标记，通过多通道自适应算法，实现空间位置内的对应位置处的降噪；

52、在一些实施例中，所述将获取的噪声信号转换成控制信号的步骤中，采用fxlms算法计算得到所述控制信号。

53、有益效果：现有技术相比，本技术的一种空间主动式降噪装置，包括：第一传感器阵列总成，第一传感器阵列总成包括多组第一传感器；隔声部，第一传感器阵列总成位于隔声部的一侧，并与隔声部连接；发声单元，发声单元位于隔声部远离第一传感器阵列总成的一侧，并与隔声部连接；第二传感器，第二传感器与发声单元连接；第一支撑杆，第一支撑杆的一端位于发声单元的一侧，并与隔声部连接，支撑杆上设有摄像单元；电控单元，电控单元与第一支撑杆远离隔声部的一端连接，电控单元分别与第一传感器、发声单元、第二传感器和摄像单元信号连接。本技术通过构建第一传感器、第二传感器以及发声单元，利用声波干涉相消及被动隔声原理，结合现代数字信号处理技术，实现了隔声部内降噪空间声场的调控，可在一个相对较大的空间实现空间声场噪声的降低，此外还可以将上述核心系统移植到其他空间，实现特定空间声场的噪声控制，适用于船舶舱室、工业展会、发动机试车控制间等存在大量的低频噪声的环境中。

54、本技术的一种空间主动式降噪装置的降噪方法，包括以下步骤：确定用于抵消噪声的发声单元的数量；获取由第一传感器和第二传感器采集的噪声信号，将获取的噪声信号转换成控制信号，并将控制信号传输至发声单元，以控制发声单元产生用于抵消噪声的声波；获取由所述摄像单元采集的所述降噪空间内的人员位置信号，根据人员位置确定降噪空间的降噪目标，以对所述降噪空间内的对应位置进行降噪。本技术的方法通过装置汇总设的摄像单元，可以实施跟踪降噪空间内头部信息，识别到发声单元到头部位置的声场传递函数，将最优降噪空间移动到人头部位置，提高降噪空间内的声舒适性，避免不必要的系统工作，延长电声系统使用寿命，并可以节约电能。