一种有源降噪排气扇及其线谱噪声有源控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电器领域，特别涉及一种具有有源降噪功能的排气扇。
【背景技术】
[0002] 排气扇又称通风扇，其作用是促进室内空气的流通，使室内溶剂挥发后能够迅速排除， 不仅可调节温度、湿度和感觉效果，还可避免由于室内空气中溶剂含量过高进而引起的爆 炸或中毒事件。按照气流形式的不同，排气扇可分为离心式、轴流式以及横流式等类型。排 气扇在家庭、公共场所以及工业领域中有着广泛的应用。
[0003] 排气扇一般由电机带动风叶旋转驱动气流。受电机及风叶转动的影响，其辐射噪 声中一般具有显著的低频周期性噪声，在频域上表现为线谱成分。在家庭卫生间、办公室等 安静的场合下，上述噪声给人们带来较大的烦扰，对其进行抑制具有重要意义。传统的降噪 方案是增设被动消声材料或结构，如吸声棉、抗性消声器等。但针对低频线谱噪声，上述方 法不仅体积、重量大，还会带来压力损失，影响排气扇的性能。因此，目前市面上的产品一般 不对其噪声加以处理。
[0004] 但随着人们生活水平的提高，低频噪声污染问题日益显著，电器设备低噪声化需 求日益迫切。近年来，有源噪声控制技术日趋成熟，并在许多低频噪声控制的场合得到了应 用。
[0005] 有源噪声控制是一种基于声波相干叠加原理的主动噪声控制技术，最早由P. Lueg在其专利US2043416中提出，其基本原理是在声场中引入次级声源并利用其发出与原 始噪声幅度相同但相位相反的"反噪声"，使原始噪声得到相干抵消，从而达到噪声抑制的 目的。与传统被动降噪方法相比，有源噪声控制技术主要优势在于能够以更小的体积获得 更好的低频降噪效果，并且尤其适合于线谱噪声的抑制。因此，针对排气扇的低频线谱噪 声，有源噪声控制技术可以提供一种新的噪声抑制途径。
[0006] 有源噪声控制技术一般利用自适应算法抑制线谱噪声，此时算法需要一个与受控 噪声同频的参考信号作为输入。目前的有源控制系统大多采用传声器对参考信号进行拾 取，但次级声源发出的"反噪声"同样能被该传声器拾取，从而造成反馈，虽然可利用内建模 型进行一定程度补偿，但由于模型误差的存在，上述反馈现象不可完全避免，从而使系统的 稳定性以及控制效果收到不利影响；另一些有源控制系统中则采用频率估计的方法对参考 信号进行内部合成，但系统的控制效果对频率估计误差极为敏感，其控制效果也不理想。
【发明内容】
[0007] 为克服现有技术的不足，本发明的目的在于解决当前排气扇辐射噪声高的问题， 提出一种集成有源噪声控制系统的新型排气扇，对其辐射噪声的低频线谱成分进行有效抑 制；另外，提出一种新型线谱噪声有源控制方法，利用旋转变压器合成自适应算法必须的参 考信号，使有源系统具有更好的线谱控制效果。
[0008] 为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现： 一种有源降噪排气扇，包括： 风扇1，格栅4 ; 导风管3,其为一管状结构，一端安装于所述风扇的进风口，另一端安装所述格栅上； 扬声器5,其由一个或多个扬声器单元以及扬声器后腔外壳8构成； 控制器7,其为一数字信号处理系统，结构主要由AD、DA、处理器、电源以及其它必要 的外围器件构成，至少应具有3个输入端和2个输出端，所述控制器安装于所述导风管的 外壁，且位于所述扬声器后腔外壳与导风管外壁构成的环形空腔中未安装有扬声器单元的 位置，其中，所述扬声器单元的输入端采取串联或并联的方式连接到所述控制器的输出端 21 ； 传声器6，所述传声器由一个或多个传声器单元构成，安装于所述格栅的内侧，所述传 声器单元的输出端经调理及加法电路后连接至所述控制器的输入端13 ; 还包括，电机9以及电机转轴10 ; 旋转变压器2,包括定子和动子，其安装于所述风扇电机位置处，所述定子与电机的外 壳固定，动子与所述电机转轴固定；所述旋转变压器内含有三组线圈，其中一组为励磁线 圈，另外两组为感应线圈；所述励磁线圈的输入端连接所述控制器的输出端22,所述感应 线圈的输出端分别接入所述控制器的输入端11和输入端12。
[0009] 优选的是，所述的有源降噪排气扇，其中，所述导风管的横截面以及格栅尺寸与风 扇的进风口相适应。
[0010] 优选的是，所述的有源降噪排气扇，其中，所述扬声器单元安装于所述导风管侧壁 对应的穿孔上，多个扬声器单元沿所述导风管侧壁的周向分布。
[0011] 优选的是，所述的有源降噪排气扇，其中，所述传声器单元匀布于所述格栅内侧的 平面上。
[0012] 优选的是，所述的有源降噪排气扇，其中，所述扬声器后腔外壳为一环形管状结 构，安装于所述导风管的外壁，其与导风管外壁间形成的环形空腔作为所述扬声器单元的 后腔。
[0013] 所述的有源降噪排气扇的线谱噪声有源控制方法，励磁线圈的输入端连接 控制器的输出端，当控制器上电工作后，其输出端22发出频率、幅度固定的正弦信号 Asin(2Jrfmt);此时，设电机转动频率为f，则转子相对于定子的旋转角度为2Jrft(初始 角度为〇)，则两组所述感应线圈输出的分别为Asin(2Jrft)sin(2Jrfmt)、Acos(2Jrft) sin(2Jrfmt)，处理器中运行的算法如图2所示，还包括以下步骤； 步骤1)算法内部产生励磁线圈激励信号Asinhji)，并由输出端口 22输出，其中fm/fs，其中匕为数字信号处理系统采样率； 步骤2)上述激励信号与输入端口 11、12的采样信号相乘后经低通滤波器滤波，得到正 弦信号sin(con)和余弦信号cos(?n)，其中《=f/fs，该正弦、余弦信号作为参考信号 输入针对基频的自适应控制算法；利用上述基频正弦、余弦信号，可依次产生2倍、3倍直至 m倍频信号，计算公式如下：
该m倍频正弦、余弦信号作为参考信号输入针对m倍频的自适应控制算法；其中m为大 于等于的4的正整数； 步骤3)针对m倍频的自适应控制算法利用其参考信号以及输入端口13采集的传声器 信号e迭代计算控制信号，典型的迭代计算公式如下：
其中为控制系数，算法开启后初始化为0,a、0分别为扬声器至传声器传递函 数在mf频率处频率响应的实部和虚部，y则为迭代步长； 所有自适应控制算法的输出信号相加，并通过输出端口 21输出，驱动扬声器发出反相 噪声。
[0014] 本发明的有益效果：本案提供了一种有源降噪排气扇，与现有的排气扇相比，利用 有源噪声控制系统大幅度降低了排气扇的噪声，同时体积、重量没有明显的增加；还提供 了一种针对旋转机电设备激励的线谱噪声的有源控制方法，与现有的其它有源控制方法相 比，利用旋转变压器进行了参考信号的合成，彻底避免了利用参考传感器拾取参考信号时 的次级噪声反馈现象以及利用频率估计合成参考信号时的频率误差，从而使控制系统更加 稳定、控制效果更加优越。本发明提供的应用于排气扇的有源噪声控制系统，也可直接用于 其它场合中风扇、风机噪声的主动控制；另外，本发明提供的线谱噪声有源控制方法，也可 应用于有旋转机电设备引起的线谱振动主动控制的场合。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明一实施例所述的有源降噪排气扇的结构示意图； 图2为本发明一实施例所述线谱噪声有源控制方法的控制算法总体框图。
[0016] 其中，1-风扇，2-旋转变压器，3-导风管，4-格栅，5-扬声器，6-传声器，7-控制 器，8-扬声器后腔外壳，9-电机，10-电机转轴，11、12、13-控制器输入端，21、22_控制器输 出端。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
[0018]-种有源降噪排气扇，包括： 风扇1，格栅4 ; 导风管3,其为一管状结构，一端安装于所述风扇的进风口，另一端安装所述格栅上； 扬声器5,其由一个或多个扬声器单元以及扬声器后腔外壳8构成； 控制器7,其为一数字信号处理系统，结构主要由AD、DA、处理器、电源以及其它必要 的外围器件构成，至少应具有3个输入端和2个输出端，所述控制器安装于所述导风管的 外壁，且位于所述扬声器后腔外壳与导风管外壁构成的环形空腔中未安装有扬声器单元的 位置，其中，所述扬声器单元的输入端采取串联或并联的方