一种主动降噪系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及降噪领域，具体涉及一一种主动降噪系统及方法。
【背景技术】
[0002]在现实的工作、生活场所，常见各种噪声，这些噪声往往会对周围人员的身心健康造成各种伤害，甚至影响、破坏现场的生产工作。因此，为了达到降噪的目的，常常采用主动降噪和被动降噪两种方法，而主动降噪功能就是通过降噪系统产生与外界噪声相等的反向声波，将噪声中和，从而实现降噪的效果。
[0003]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初始噪声幅度相同但相位相反的“反噪声”，使初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。随着人们生活水平的提高，低频噪声污染问题日益显著，有源噪声控制技术实用化的需求日益迫切。另一方面，经过近百年的发展，尤其是随着近几十年数字信号处理技术的飞跃，有源噪声控制技术日益成熟，其实用化进程正逐步加快。
[0004]为了达到很好的主动降噪效果，一个优秀的主动控制系统是整个主动降噪平台的基础。早期的主动控制系统主要侧重于采集多个测量点的噪声与振动信息，反馈降噪系统与采集系统分离，大量的采集点传感器需要通过较长的模拟信号线与采集设备连接，既增加了不必要的布线难度又降低了设备的可靠性，而反馈系统的分离设置更增加了整个主动降噪系统布置与实施的难度，使得整套系统显得分散、低效以及不可靠。而纵观主动降噪技术普遍应用的场所，通常具有场所环境复杂，监测点长线安装困难，降噪作用点与监测点距离较近等特点，所以一个同时具有采集输入与控制输出、紧凑、小型化、低功耗、便于多点组网的主动控制系统成为现实的需要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种小体积、低功耗、米集输入与控制输出于一体、具有组网功能的音频主动控制器，具体涉及一种主动降噪系统及方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供一种主动降噪系统，所述主动降噪系统为包含:位于长方体内部平行布放的数字信号处理板、模拟信号采集与输出板、若干电源模块；所述长方体的左面上设置输入接口 6、输出接口 7、信号地接口 9、外壳地接口 10、电源插头13、电源保险12和电源开关11 ；
[0007]所述模拟信号采集与输出板包含两路模拟AD与两路模拟DA，并与主动降噪系统的输入接口 6和输出接口 7连接，所述输入接口 6用于输入从声音换能器产生的模拟电信号，所述输出接口用于向外部电子设备输出主动降噪系统产生的降噪模拟信号；
[0008]所述数字信号处理板与模拟信号采集与输出板平行布放，且两个板子的两端通过两个插针相连接，并通过另一个插针与网络通信接口连接；且所述数字信号处理模块，用于分析噪声信号的特征，将噪声信号划分为主要噪声源和次要噪声源；所述模拟信号采集与输出板用于对采集的声信号进行数模转换处理，产生数字信号；
[0009]其中，所述数字信号处理板(5)包含:数字滤波器模块和信号补偿处理模块；
[0010]所述数字滤波器模块包含若干数字滤波器，所有数字滤波器同时并行处理多路不同频带的信号，进而保留频带内的信号，衰减频带外的信号，保障整个通频带的频响平稳；
[0011]所述信号补偿处理模块，用于将采集到的模拟信号进行模数变换，再基于模数变换得到的数字信号获得信号的强度信息，最后再分析信号数值与时间的关系得到信号相位的信息；通过对多路滤波器产生的信号进行强度与相位的对比，进而得到主、次噪声的分析结果；最后根据主要噪声信号产生反向叠加信号，反向叠加信号用于通过D/A转换模块产生反向模拟电信号，反向模拟电信号在驱动外部的换能器产生反向的空气声信号或者反向的机械振动信号，这些反向信号叠加到主噪声信号上，达到降噪的目的。
[0012]上述各个模块、接口等设备均设置在一个长方体内，所述长方体的上表面为散热外壳3，且该散热外壳3与所述模拟信号采集与输出板平行放置，且该散热外壳3左半部分设置一个凸块，所述凸块为纯铝材料，且该凸块与所述模拟信号采集与输出板上表面相接触，进而起到将机壳内部的热量传导到即可外部的作用；
[0013]所述长方体下表面上放置若干电源模块；
[0014]所述信号地接口 9与外壳地接口 10分别用于设备间信号共地与外壳屏蔽接地；
[0015]电源插头13连接外部电源。
[0016]可选的，上述长方体的左面上还设置电源保险12和电源开关11 ；
[0017]所述电源保险12用于外部电源的过流保护；所述电源开关11控制主动降噪系统的开关工作。
[0018]可选的，上述数字信号处理板基于0MAPL137的嵌入式系统和FPGA芯片，且该板设有两个标准串口和一个10M/100M网口。
[0019]可选的，上述模拟信号采集与输出板4包含:
[0020]两个16bit且采样率4M/s的AD输入通道；
[0021]两个16bit的DA输出通道；
[0022]且输入接口 6能够根据需要设置成电压输入或者电流输入模式。
[0023]可选的，所述数字信号处理板5与模拟信号采集与输出板4通过两个分别为120针的PC104接插件连接，并通过8个连接铜柱固定在散热外壳上3上。
[0024]此外，本发明还提供了一种主动降噪方法，所述方法包含:
[0025]步骤101)声传感器采集声信号或者振动信号，将采集的声信号转换为电信号；
[0026]步骤102)将转换的电信号进行数字信号处理，通过对数字信号的分析，包括通过数字滤波得到信号的频谱分布，通过数值的大小分析得到信号的强度分布，进而根据频率与强度区分出主要噪声源与次要噪声源，然后主要噪声信号的特征，通过数模变换模块产生一个反向叠加模拟信号，该叠加信号频率与噪声信号相同，相位相反，强度相等，进行反向降噪；
[0027]其中，主要噪声的特征包含:信号的频率和强度。
[0028]可选的，上述步骤101)之前还包含:
[0029]通过若干路数字滤波器对噪声信号在不同频带进行滤波，从中分析得出信号的强度和信号的相位变化信息；
[0030]将得出的信号强度及相位变化信息进行统一对比，进而获得所有噪声信号中噪声作用最大的信号，同时记录所有噪声信号的数据并进行概率统计，进而判断未来一段时间内，各个噪声信号出现的概率；
[0031]采用上述统计信息，对产生的噪声进行降噪处理。与现有技术相比，本发明的技术优势在于:精确的定位分析，对不同频带的信号可独立出来处理，去除了非相关信息的干扰，对信号的整个过程记录，实现了概率统计分析，预判断，预处理，完全摆脱了被动处理的不足。
【附图说明】
[0032]图Ι-a和Ι-b是本发明实施例提供的音频主动控制器内部结构图与面板图；
[0033]图2本发明实施例提供的音频主动控制器整体外观图。
[0034]附图标识:
[0035]UAC/DC电源，2、DC/DC电源，3、外壳壳体，
[0036]4、模拟信号米集与输出板，5、数字信号处理板,6、米集输入接口，
[0037]7、控制输出接口，8、网络接口，9、信号地线接线柱，
[0038]10、外壳地接线柱，11、电源开关，12、电源保险，
[0039]13、电源插头。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0041]本发明提供一种音频主动控制器，包括:由数字信号处理模块5和模拟信号采集模块4 ;其中模拟信号采集模块4包含两路模拟AD与两路模拟DA，并与输入接口 6、输出接口 7连接；数字信号处理模块5与模拟信号采集模块4连接，并与网络通信接口 8连接；电源模块I和2固定在散热外壳3上；信号地接口 9与外壳地接口 10分别用于设备间信号共地与外壳屏蔽接地；电源插头13连接外部电源；电源保险12用于外部电源的过流保护；电源开关11控制系统的开关工作。
[0042]上述数字信号处理模块包含一个以0MAPL137为核心的嵌入式系统,并集成了一个FPGA(EP3CF484)，并且带有两个标准串口、一个10M/100M网口 ；模拟信号采集模块包含两个16bit、采样率4M/s的AD输入通道，两个16bit的DA输出通道，同时，为了满足输入信号源的不同类型，输入端可根据需要设置成电压输入或者电流输入模式；音频主动控制器这种数字系统与模拟系统集成到一起的方式可以降低整个系统的成本，同时更方便现场快速建立测量架构。
[0043]上述模拟信号AD米集与DA输出板4包含两路模拟输入与两路模拟输出，并与输入接口 6、输出接口 7连接，这种将输入AD与输出DA集成到一起的方式避免了传统的输入与输出分别制板造成的成本增加、可靠性降低、设备体积大以及功耗增大等多种弊端，并且可以满足实际应用的需求。
[0044]上述数字信号处理模块5与模拟信号采集模块4连接，并与网络通信接口 8连接，这种将网络功能集成到主动控制电子系统的方法可以实现多个主动控制电子系统通过网络进行联网，进而实现多点、远程控制。
[0045]可选的，上述系统还包含电源模块I和2，及散热外壳；且电源模块I和2固定在散热外壳3上，这种方法可以有效地将电源产生的热量通过设备金属外壳传导到外部。
[0046]本发明的创新处在于，与通常采用对信号进行模拟方法处理不同，采用数字化处理噪声信号，可以准确的分析噪声信号的特征，区分出主要噪声源与次要噪声源，可以根据使用者的需要，针对某一个特殊噪声信号进行处理，由于数字信号处理特有的优势，即可实现时域信号处理又可以实现频域信号处理，而以往的模拟处理方法根本无法达到