家用有源降噪器及其降噪控制方法
【专利说明】家用有源降噪器及其降噪控制方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种家用电器，具体涉及一种用于降低室内噪音的家用降噪器及其降噪控制方法。
【背景技术】
[0003]在繁华的城市或者便利的交通要道附近，噪声日益成为环境污染的一大公害，一直困扰着人们。研究表明，噪声在55?60dB范围，会使人感到烦恼，在60?65dB范围，会使烦恼度大大增加，在65dB以上,则人体健康可能受到危害。噪声影响人们的身心健康、损伤听力及相关系统、降低工作效率，严重的甚至造成安全事故。
[0004]人们对高品质家庭生活进行着不懈追求，希望日益进步的科技水平带给人们一个更加宁静和舒适的新时代，消除噪声，营造一个环保、安静的家庭环境从而对人们正常的工作、学习和生活产生极大意义。
[0005]现在普遍使用吸声、隔声、声学阻尼处理等来降低噪声的方法，这些方法的控制机理在于通过噪声声波与声学材料或者声学结构的相互作用消耗声波能量来达到降低噪声的目的，称之为无源消声法。在家庭中降低外界噪声所采用关窗户的方法就是一种无源消声法。无源消声法普遍存在以下问题:
1、家庭中长期关窗户空气得不到自然流通，呼吸不到外界的新鲜空气不符合人们追求高品质生活的要求，人们期盼的是沐浴在自然的新鲜空气中，过着绿色、环保的家庭生活；
2、低频(尤其是200Hz以下)噪声穿透力强，一般需要体积庞大的防护材料，即使这样，低频噪声防护也很困难。
[0006]与人们日常生活密切相关的噪声却大多以低频噪声为主，如家用电器中空调和冰箱等产生的噪声，居室外汽车、城铁或飞机等交通工具经过时产生的噪声，这就迫使人们在对其控制上另辟蹊径，近几年发展起来的利用自适应信号处理技术进行有源消声(adaptive active noise cancellat1n)的方法,为噪声控制开辟了一条新的道路。有源噪声控制通过某种手段在指定空间产生与噪声源在该处噪声幅值相等而相位相反的次级声源，使之与噪声源叠加最终达到消减噪声的目的。十九世纪80年代以后，自适应滤波理论得到充分的发展，这种滤波器的“自适应”特性能够自动跟踪系统变化，因此其可以应用于随时间而变化的噪声控制系统中，构成自适应有源噪声控制系统。自适应滤波器按照某种事先设定的准则，由自适应算法调节其本身的系统特性以达到所需要的输出要求。
[0007]家庭实际环境中的噪声源(初级声源)特性及声空间的物理参数(如温度、气流速度等)经常随时间发生变化，若要实现较好的降噪效果，有源噪声控制器的传递函数必须是时变的，也就是要求控制器是自适应的。将自适应滤波技术应用于有源噪声控制，是目前有源噪声控制技术研究的热点。
[0008]自适应有源噪声控制能解决无源噪声控制的缺点，但是根据自适应有源噪声控制系统的特点，采用单通道系统(即仅包括一个次级声源和一个误差信号发射器，)时，仅针对空间一个点进行降噪处理，而作为家庭居室内使用的降噪器必须要有一定的降噪空间，使用多通道系统(包含两个以上的次级声源和误差信号发射器)能满足要求，通道数增加可以扩大消声空间，提高降噪量，但随着通道数的增多，控制器设计的复杂程度将大幅度增加，降噪器成本升高，难以大规模进入千家万户，目前一般仅使用在工业上、军事上。多通道系统可具体到某一个例可能是这些分类的组合，如自适应反馈控制系统。
[0009]如果能设计一款家用自适应有源降噪器，必定会成为继电视机、洗衣机、电冰箱和空调器等成熟家用电器之后又一很有用途的家用电器。
[0010]
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，提供一种家用有源降噪器，该降噪器在无需关闭门窗的情况下即可实现良好的降噪功效，设计难度低，且成本低下。
[0011]为解决上述技术问题，本发明所述家用有源降噪器包括用于接收初级声源并输出参考信号的参考信号发射器；
用于接收降噪点附近声源信号并输出误差信号的误差信号发射器；
用于对参考信号以及误差信号进行处理并产生输出信号的自适应处理主机；
用于接收自适应处理主机发出的输出信号并发出可与初级声源相消的次级声源的平板扬声器，所述自适应处理主机的输出信号经功率放大器输送至平板扬声器，所述平板扬声器连接有低音音响；
所述参考信号发射器和误差信号发射器与自适应处理主机之间无线通信。
[0012]进一步地，所述参考信号发射器内设有无线模块和用于处理初级声源的立体声音频编解码器，且该立体声音频编解码器与无线模块电连接，所述参考信号发射器由充电电池供电。
[0013]所述自适应处理主机内依次设有电连接的立体声音频编解码器和数字信号处理器，所述自适应处理主机由AC/DC模块电源供电。
[0014]所述误差信号发射器内相互电连接的立体声音频编解码器和无线模块，该误差信号发射器由充电电池供电。
[0015]进一步地，所述立体声音频编解码器采用TLV320AIC23芯片或SPCE061A单片机。
[0016]进一步地，所述数字信号处理器采用FPGA、TMS6455或TS201。
[0017]本发明的家用有源降噪器的降噪控制方法，通过下述方式步骤实现:
A、参考信号发射器接收作为初级声源的噪音信号并转换为电信号，该电信号经数字音频处理后无线发射出去，
B、误差信号发射器接收降噪点附近的噪声信号并转换为电信号，该电信号经数字音频处理后无线发射出去，
C、自适应处理主机接收参考信号发射器和误差信号发射器所发射的信号，经归一化LMS自适应运算处理后由数字音频处理生成模拟信号，
D、模拟信号经功率放大后由平板扬声器发送作为次级声源的平面声源，与噪音抵消； 所述参考信号发射器、误差信号发射器采用相互间互不干扰的发射频率。
[0018]进一步地，所述归一化LMS自适应运算算法的权值调整遵循以下式子: 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)是初级声源信号，y(n)是次级声源信号，W(η)是要调整的权值，e (η)是误差信号，α的取值在O?2之间，r取值为0.001。
[0019]再进一步地，所述α的取值为0.005。
[0020]本发明采用上述技术方案后，具有以下优点:
1、本发明是在家庭居室窗户打开的情况下使用，使家庭居室降噪得到安静环境的同时能使居室内外空气自然流通；
2、本发明相对于无源消声器可以更加有效地降低低频噪声；
3、本发明用平板扬声器替代了现有自适应有源降噪器所用的点源喇叭(即声源范围局限于空间点的传统电动扬声器)，由平板扬声器发出平面声源信号，扩大降噪空间，因此本发明无需增加通道数，但与多通道有源降噪器具有同样的降噪效果，且成本低下；
4、平板扬声器配合低音音响，低音音响，主要发出低频信号(80Hz以下)以弥补平板扬声器低频(80Hz以下)响应灵敏度不够高的缺点，且频率越低的音响指向性越差，越接近于低频平面波；
5、本发明在家庭中使用不会破坏原有的装修，隐蔽性好，甚至还能为家庭居室增加美观和装饰，比如平板扬声器可以风景画、十字绣等形式悬挂在墙上，参考信号发射器等可以与花瓶等物件融合，其美观度极佳；
6、本发明采用无线通信，避免了有线通信所带来的不便，保持居室的整齐和美观；