玻璃抑振系统、玻璃抑振装置及双反馈玻璃抑振方法与流程

1.本发明涉及减振降噪技术领域，尤其涉及一种玻璃抑振系统、玻璃抑振装置及双反馈玻璃抑振方法。


背景技术：

2.由于窗户振动容易导致声信息泄露，目前在保密场合主要采用声掩蔽的方式进行防护，防止信息泄露，即通过在窗户玻璃上增加振动信号，以对需要防护的语音信息进行掩蔽。如申请号为cn201410822950.2的基于声掩蔽原理的声泄漏防护方法及系统的发明专利，该专利主要通过将玻璃振动干扰模块安装在房间内部的窗户玻璃上，用于产生振动干扰信息，防止因激光窃听导致的室内敏感信息泄露。这种方式进行声掩蔽对敏感信息泄露具有防护作用，但带来的一个不利影响是增加了玻璃的振动能量，玻璃的振动会给室内的声场环境带来不利的影响，造成室内本底噪声加大，降低了语言清晰度，进一步造成的不利结果是室内人员沟通也增加音量，引起语音信息泄露的风险加大，保密效果较差。
3.采用降低玻璃振动的办法也能降低敏感声信息泄露的风险，但这种方法较难实施，因为现有的降低玻璃振动的方法大多都是需要在专门建造的保密会议室中可以对窗户面积大小做出限定，并采用内外双层窗户的方式降低玻璃自身振动。但对于普通采光要求较高的办公和居家场合，上述玻璃降振方法实施起来较为繁琐。


技术实现要素：

4.本发明提供一种玻璃抑振系统、玻璃抑振装置及双反馈玻璃抑振方法，用以解决现有技术中的防止玻璃振动导致信息泄露的方法存在室内声环境较差导致保密效果差、实施麻烦、采光较差、不适用于办公和家居场合的缺陷，实现了对玻璃振动的控制，提高了玻璃抑振减噪的效果以及实施的便捷性，适用于普通的办公和家居场合，实现了保护室内声环境和防止声泄露的目的。
5.本发明提供一种玻璃抑振系统，包括有处理器、振动检测模块、声学检测模块和抑振模块：
6.所述振动检测模块与所述处理器电连接，所述振动检测模块用于检测玻璃的振动；
7.所述声学检测模块与所述处理器电连接，所述声学检测模块用于区分和识别室内的敏感声信息及玻璃的振动辐射声；
8.所述抑振模块与所述处理器电连接，所述抑振模块用于产生振动以抵消玻璃的振动。
9.根据本发明提供一种的玻璃抑振系统，所述振动检测模块包括至少一个振动传感器，所述振动传感器与所述处理器电连接。
10.根据本发明提供的一种玻璃抑振系统，所述声学检测模块包括有第一声学传感器和第二声学传感器，所述第一声学传感器和所述第二声学传感器分别与所述处理器电连
接，所述第一声学传感器用于检测室内的敏感声信息，所述第二声学传感器用于检测玻璃的振动辐射声。
11.根据本发明提供的一种玻璃抑振系统，所述抑振模块为激振器或振动电机。
12.本发明还提供一种玻璃抑振装置，包括壳体以及所述的玻璃抑振系统，其中，所述玻璃抑振系统设置在所述壳体中。
13.根据本发明提供的一种玻璃抑振装置，所述壳体内设置有安装腔，所述处理器、所述振动检测模块和所述抑振模块均固定安装在所述安装腔内，所述声学检测模块包括第一声学传感器和第二声学传感器，所述第一声学传感器和所述第二声学传感器分别固定安装在所述壳体的两个相对的侧壁面上。
14.根据本发明提供的一种玻璃抑振装置，所述玻璃抑振装置还包括有安装座，所述安装座内设置有第一磁铁，所述安装座的一侧壁面上设置有粘贴层，所述安装腔内设置有第二磁铁，所述振动检测模块和所述抑振模块均安装在所述第二磁铁上。
15.本发明还提供一种双反馈玻璃抑振方法，所述方法包括：
16.根据预设的振动反馈参数计算得到抑振信号，根据抑振信号产生抵消振动与玻璃振动进行抵消，得到残余玻璃振动；
17.采集残余玻璃振动信号并得到第一反馈控制信号；
18.检测残余玻璃振动发出的振动辐射声信号并得到第二反馈控制信号；
19.第一反馈控制信号与第二反馈控制信号叠加；
20.根据叠加后的控制信号发出相应的振动与玻璃振动相互抵消。
21.根据本发明提供的一种双反馈玻璃抑振方法，所述采集残余玻璃振动信号并得到第一反馈控制信号，包括：
22.采集残余玻璃振动信号并传输给处理器；
23.处理器根据残余玻璃振动信号发出第一反馈控制信号。
24.根据本发明提供的一种双反馈玻璃抑振方法，所述检测残余玻璃振动发出的振动辐射声信号并得到第二反馈控制信号，包括：
25.检测残余玻璃振动发出的振动辐射声信号；
26.振动辐射声信号经过自适应fxlms算法后得到第二反馈控制信号。
27.根据本发明提供的一种玻璃抑振系统、玻璃抑振装置及双反馈玻璃抑振方法，通过对玻璃实施振动信号检测和声信号检测，并通过对振动信号和声信号的处理，实现了振动及声反馈双重反馈减振，提高了保密效果，且装置结构简单，算法简单易实施，不会对玻璃的采光造成影响，可以使用于一般的办公和家居场合，可以同时实现保护室内声环境和防止声泄露的目的。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明提供的玻璃抑振系统的原理图；
30.图2是本发明提供的玻璃抑振装置的剖视图；
31.图3是本发明提供的玻璃抑振装置的结构示意图；
32.图4是本发明提供的玻璃抑振装置的壳体的内部结构示意图；
33.图5是本发明提供的双反馈玻璃抑振方法的流程图；
34.图6是本发明提供的双反馈玻璃抑振方法的流程图；
35.图7是本发明提供的双反馈玻璃抑振方法的流程图；
36.图8是本发明提供的双反馈玻璃抑振方法的原理图；
37.附图标记：
38.101：处理器；
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102：振动检测模块；
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103：声学检测模块；
39.104：抑振模块；
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105：第一声学传感器；
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106：第二声学传感器；
40.201：壳体；
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202：电池；
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203：隔板；
41.204：开关；
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205：充电口；
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206：安装座；
42.207：第一磁铁；
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208：粘贴层；
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209：第二磁铁。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.下面结合图1-图8描述本发明的玻璃抑振系统、玻璃抑振装置及双反馈玻璃抑振方法。
45.如附图1所示，玻璃抑振系统包括有处理器101、振动检测模块102、声学检测模块103和抑振模块104。
46.具体来说，振动检测模块102与处理器101电连接，振动检测模块102用于检测玻璃的振动；声学检测模块103与处理器101电连接，声学检测模块103用于检测玻璃的振动辐射声；抑振模块104与处理器101电连接，抑振模块104用于产生振动以抵消玻璃的振动。
47.在使用时，将振动检测模块102安装在待抑振的玻璃上，振动检测模块102实时检测由于室内声音导致的玻璃振动，并将检测到的振动信息传输给处理器101，处理器101则根据检测到的玻璃振动信息发出相应的信号给抑振模块104，抑振模块104发出振动与玻璃的振动相抵消，与此同时，声学检测模块103实时检测玻璃振动产生的振动辐射声并将检测信息传输给处理器101，处理器101根据玻璃的振动辐射声发出相应的信号给抑振模块104，进而使得抑振模块104发出振动与玻璃振动抵消，即抑振模块104同时受到玻璃振动及玻璃振动发出的辐射声的影响，实现了振动及声反馈双重反馈减振，进而保证了玻璃的抑振效果，实现了对玻璃振动的控制，提高了保密效果，且本发明的技术方案简单易实施，不会对玻璃的采光造成影响，可以使用于一般的办公和家居场合，且本发明的技术方案是抵消玻璃的振动而不是增加振动干扰，可以同时实现保护室内声环境和防止声泄露的目的。
48.进一步的，振动检测模块102包括至少一个振动传感器，振动传感器与处理器101电连接。在使用时，振动传感器实时检测玻璃的振动，并将检测到的振动信息传输给处理器101，处理器101则根据玻璃振动信息传输相应的信号给抑振模块104，抑振模块104发出可
以与玻璃振动相抵消的振动，实现了对玻璃的有效抑振，有效地防止了玻璃振动导致的信息泄露，且不会对室内声环境造成干扰。
49.进一步的，声学检测模块103用于识别并区分室内的敏感声和玻璃的振动辐射声，声学检测模块103包括有第一声学传感器105和第二声学传感器106，第一声学传感器105和第二声学传感器106分别与处理器101电连接，第一声学传感器105用于检测室内的敏感声信息，第二声学传感器106用于检测玻璃的振动辐射声。在使用时，室内声音会引起玻璃振动，而玻璃的振动又产生辐射声，通过第一声学传感器105和第二声学传感器106分别检测室内的声音和玻璃的振动辐射声，就可以将室内的声音和玻璃的振动辐射声区别开来，避免室内的声音对玻璃振动辐射声的检测产生影响，保证了玻璃振动辐射声检测的准确性，进而使得处理器101可以准确的控制抑振模块104发出与玻璃振动相一致的振动，从而抵消玻璃振动，实现了对玻璃的有效抑振，有效地防止了玻璃振动导致的信息泄露，且不会对室内声环境造成干扰，且与振动检测模块102一起组成了振动和声反馈双重检测抑振，当其中一种检测抑振失效时，还有另外一种检测抑振可以对玻璃进行抑振，保证了玻璃抑振的稳定性。
50.具体的，抑振模块104为激振器或振动电机。但应当了解，其他任何可以使得物体获得一定形式和大小的振动量的装置或元件，都可以作为抑振模块104。
51.另一方面，如附图2、附图3和附图4所示，本发明还提供一种玻璃抑振装置，包括有壳体201，壳体201内设置有安装腔，处理器101、振动检测模块102和抑振模块104均固定安装在安装腔内，第一声学传感器105和第二声学传感器106分别固定安装在壳体201的两个相对的侧壁面上。
52.在使用时，将安装有第二声学传感器106的壳体201的侧壁面固定在玻璃上，安装有第一声学传感器105的壳体201的另一侧壁面则面向室内，使得第一声学传感器105和第二声学传感器106可以分别检测室内的声音和玻璃的振动辐射声，从而实现了对室内声音和玻璃振动辐射声的识别和区分，第二声学传感器106与振动检测模块102及抑振模块104位于同一侧壁面上，使得振动检测模块102可以准确的对玻璃的振动进行检测，抑振模块104可以准确的将振动传递给玻璃实现振动抵消，本发明所提供的玻璃抑振装置的结构简单，便于安装，且不会对玻璃采光造成影响，适用于办公和家居场合。
53.进一步的，如附图2所示，壳体201内还设置有电池202和隔板203，电池202安装在安装腔内，隔板203安装在电池202上方，处理器101固定安装在隔板203上。通过隔板203将电池202和处理器101分隔开，保证了处理器101和电池202可以分别独立、安全的工作，保证了玻璃抑振装置工作的稳定性和安全性。
54.进一步的，如附图2和附图4所示，壳体201上还设置有开关204和充电口205，开关204与处理器101电连接，充电口205与电池202电连接。在使用时，开关204可以通过控制处理器101进而控制整个玻璃抑振装置的工作状态，通过充电口205可以简单方便的对电池202进行充电，当需要长时间运行时，将供电线接上充电口205，进而电池202可以在工作状态下同时补充电量，使得玻璃抑振装置可以长时间运行。
55.进一步的，如附图2和附图3所示，玻璃抑振装置还包括有安装座206，安装座206内设置有第一磁铁207，安装座206的一侧壁面上设置有粘贴层208，安装腔内设置有第二磁铁209，振动检测模块102和抑振模块104均安装在第二磁铁209上。在使用时，将设有粘贴层
208的安装座206的侧壁面安装在玻璃上，使得粘贴层208与玻璃贴合，进而使得安装座206固定安装在玻璃上，第二磁铁209和第一磁铁207磁性相吸，进而使得安装座206和壳体201吸附在一起，玻璃的振动通过第一磁铁207传递到第二磁铁209，进而使得振动检测模块102可以准确的检测到玻璃的振动，且抑振模块104产生的振动也可以通过第二磁铁209和第一磁铁207准确的传递到玻璃上与玻璃振动相抵消，使得整个玻璃抑振装置的结构简单，安装方便，不会对玻璃的采光造成影响，使用于一般的办公和家居场合，可以同时实现保护室内声环境和防止声泄露的目的。
56.另一方面，如附图5所示，本发明还提供一种双反馈玻璃抑振方法，包括有：
57.301：根据预设的振动反馈参数计算得到抑振信号，根据抑振信号产生抵消振动与玻璃振动进行抵消，得到残余玻璃振动；
58.302：采集残余玻璃振动信号并得到第一反馈控制信号；
59.303：检测残余玻璃振动发出的振动辐射声信号并得到第二反馈控制信号；
60.304：第一反馈控制信号与第二反馈控制信号叠加；
61.305：根据叠加后的控制信号发出相应的振动与玻璃振动相互抵消。
62.在使用时，室内声音辐射到玻璃上，导致玻璃振动并产生振动信号，抑振模块根据预先测定的振动反馈回路参数计算得到抑振信号，抑振信号发出振动抵将玻璃的振动抵消掉，由于抑振模块预先测定的振动反馈回路参数可能存在误差，所以玻璃的振动被抵消掉一部分后还会有残余的振动，且玻璃的残余振动会产生振动辐射声，此时，通过振动反馈控制模块对玻璃部分点位的残余振动进行采集并得到第一反馈控制信号，根据第一反馈控制信号，抑振模块发出相应的振动对玻璃进行抑振，则实现了通过振动反馈对玻璃进行抑振，但是由于仅是对玻璃个别点位的振动进行采集，此时并不能完全保证玻璃处于振动最小的最优状态，而玻璃振动辐射声是与玻璃的整体振动有关的，所以同时通过声反馈控制模块对玻璃残余振动发出的振动辐射声进行采集并得到第二反馈控制信号，第一反馈信号和第二反馈信号叠加后再传输给抑振模块，抑振模块再发出相应的振动与玻璃振动抵消，实现了玻璃振动最小化的最优状态，实现了振动反馈及声反馈的双重反馈减振，实现了玻璃的声致振动的控制，提高了玻璃抑振减噪的效果，切断了声泄露途径，并实现了保护室内声环境和防治声泄露的目的，且当其中一种反馈回路失效时，另一种反馈回路还可以继续对玻璃进行抑振，保证了玻璃抑振稳定性。
63.其中，如附图6所示，步骤302具体包括以下步骤：
64.401、采集残余玻璃振动信号并传输给处理器；
65.402、处理器根据残余玻璃振动信号发出第一反馈控制信号。在使用时，振动检测模块可以实时检测玻璃的残余振动情况，并将检测到的振动信号传输给处理器，使得处理器可以发出相应的信号对抑振模块进行调节，使得抑振模块发出的振动与玻璃振动更加近似，使得抑振模块可以更好的对玻璃进行抑振。
66.其中，如附图7所示，步骤303具体包括以下步骤：
67.501、检测残余玻璃振动发出的振动辐射声信号；
68.502、振动辐射声信号经过自适应fxlms算法后得到第二反馈控制信号。在使用时，振动检测模块是对玻璃个别点位进行检测，有时并不能完全代表玻璃的整体振动情况，玻璃整体振动幅度与振动辐射声的大小是成正比关系的，而声学检测模块可以实时的对玻璃
整体振动发出的振动辐射声进行检测，将检测到的振动辐射声经过自适应fxlms算法后得到第二反馈控制信号，第一反馈控制信号和第二反馈控制信号叠加后再发送给抑振模块，实现了双重反馈控制，使得抑振模块可以更好的抵消玻璃的振动，达到玻璃抑振减噪的最优状态。
69.进一步的，图8为双反馈玻璃抑振方法的原理图，下面结合图8对双反馈玻璃抑振方法进行进一步的描述：
70.其中，d(n)代表了由室内的交谈声辐射到玻璃上造成玻璃的振动信号。与抑振模块产生的抵消振动信号相叠加后的残余振动信号为ev(n)。es(n)为玻璃的残余振动产生的辐射声，辐射的过程由传递函数描述，记为t。处理器发出信号记为y(n)，y(n)作用到玻璃上会产生相应的振动，这个途径可用传递函数表示，记为s，一般称为次级通道。而通过振动检测模块采集玻璃振动信号并经过处理器的过程记为c，处理器采用固定系数的数字式的控制方式，即采用数字滤波的方式。
71.具体的，残余振动信号ev(n)被振动检测模块采集并经过处理器后得到抑振信号y(n)，抑振信号y(n)通过传递函数s即可作用到玻璃上产生相应的振动与玻璃振动抵消，当处理器的滤波特性c与次级通道s作用相互抵消时c＝s-1
，ev(n)就可以达到抵消抑制的状态，即没有玻璃残余振动。即使得滤波电路实现s-1
的滤波特性并保持相应的工作状态即可实现玻璃振动的抵消，从而实现了第一重反馈减振降噪：振动反馈减振降噪。
72.其中，玻璃的残余振动ev(n)通过传递矩阵t的作用产生辐射声es(n)。控制信号y(n)通过激振器作用到玻璃上，并通过玻璃辐射出来，故次级通道特性是s*t，在控制流程中，n表示的是对次级通道特性s*t的模拟，当n对整个次级通道的模拟有效时，可以对参考信息进行预估，x(n)是预估的参考信号，因此可以实施滤波x-lms(fxlms)算法其中，nm。其中，是表征n的m阶fir滤波器的第m(m＝0，m-1)个元素。通过fxlms算法得到的最优滤波器系数用w表示，其元素的更新按公式进行：w(n+1)＝w(n)+μx
′
(n)es(n)。μ为迭代的步长，其中x
′
(n)是采用次级通道的预估滤波器x(n)对进行了滤波：x
′
(n)＝n(n)*x(n)。
73.具体的，通过自适应滤波器系数的不断迭代，得到最优滤波器系数，进而使得自适应滤波器输出的信号为最优信号，自适应滤波器输出的信号与c(z)输出的信号结合后得到新的、最优的抑振控制信号y(n)，进而使得y(n)通过传递函数s作用到玻璃上产生相应振动与玻璃振动的最为接近，可以最大程度上抵消玻璃的振动，使得整个系统达到最优化的减振降噪工作状态，从而实现了振动信号反馈和声信号双重反馈减振降噪，当其中一种减振降噪回路失效时，另一种减振降噪回路仍可以保证整个系统工作处于局部最优状态下，保证了系统的稳定性。
74.进一步的，在根据预设的振动反馈参数计算得到抑振信号，根据抑振信号产生抵消振动与玻璃振动进行抵消，得到残余玻璃振动步骤前还设置有调试步骤，调试步骤包括：首先发出一个已知的振动激励信号，通过振动检测模块和声学检测模块测试获得次级通道，即s和t的传递特性，并通过内嵌的微处理器计算出固定反馈控制滤波器的系数c及次级振动和声通道的传递特性预估参数n，在计算完成后，可以将关键参数进行存储。在以后的使用过程中，每次使用前可以调用这些参数，也可以进行再次调试。
75.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。