窄带主动降噪方法、装置、系统、电子设备和存储介质与流程

1.本发明涉及降噪技术领域，具体涉及一种窄带主动降噪方法、装置、系统、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.随着科技的进步和经济的发展，各种各样的设备越来越多的进入人们的生产生活。部分设备在为人们的生产生活带来便利的同时也带来了噪声。特别是一些强迫对流设备，在工作状态下，会发出较大的窄带噪声。窄带噪声不仅仅会影响附近的人员身体健康和心理状态，还会对一些设备造成损害。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例致力于提供一种窄带主动降噪方法、装置、系统、电子设备和存储介质，以解决现有技术中强迫对流设备发出窄带噪声时，窄带噪声可能在某固有频率上发生共振，影响附近区域的人员的身体健康和心理状态，同时对附近区域的一些设备造成损害的问题。
4.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种窄带主动降噪方法，包括：
5.获取声音采集装置采集的噪声信号；其中，所述声音采集装置设置在强迫对流设备下游的降噪区域；
6.基于所述噪声信号，生成控制信号；
7.基于所述控制信号控制预设的发声装置发声，以实现主动降噪；其中，所述预设的发声装置设置在所述强迫对流设备的出风口区域。
8.在一实施例中，基于所述噪声信号，生成控制信号，包括：
9.基于所述强迫对流设备的工况信息确定参考信息，以及基于所述噪声信号确定误差信息；
10.通过自适应控制理论，基于所述参考信息和所述误差信息，生成控制信息；
11.基于所述控制信息，确定控制信号。
12.在一实施例中，所述噪声信号为实信号流；所述误差信息为复信号信息流；所述参考信息为复信号信息流；所述控制信息为复信号信息流；所述控制信号为实信号流；其中，所述复信号信息流包括多个时序信号的实部信息和虚部信息，所述实部信息和所述虚部信息共同决定对应时序信号的信号幅值及信号相位。
13.在一实施例中，所述基于所述噪声信号确定误差信息，包括：
14.基于预设的希尔伯特变换矩阵，将所述噪声信号转化为误差信息。
15.在一实施例中，所述基于所述控制信息，确定控制信号，包括：
16.基于预设的希尔伯特变换矩阵和倒相矩阵，将所述控制信息转化为控制信号。
17.在一实施例中，所述希尔伯特变换矩阵为对角矩阵；所述对角矩阵的对角线上的元素包括正弦分量和余弦分量；
18.所述希尔伯特变换矩阵，用于将实信号流分别向对应的正弦分量和余弦分量进行投影，得到复信号信息流，或，用于对复信号信息流进行投影的逆变换得到实信号流；
19.所述倒相矩阵为负单位矩阵。
20.根据本技术实施例的第二方面，提供了一种窄带主动降噪装置，包括：
21.获取模块，用于获取声音采集装置采集的噪声信号；其中，所述声音采集装置设置在强迫对流设备下游的降噪区域；
22.生成模块，用于基于所述噪声信号，生成控制信号；
23.控制模块，用于基于所述控制信号控制预设的发声装置发声，以实现主动降噪；其中，所述预设的发声装置设置在所述强迫对流设备的出风口区域。
24.可选的，所述生成模块具体用于：
25.基于所述强迫对流设备的工况信息确定参考信息，以及基于所述噪声信号确定误差信息；
26.通过自适应控制理论，基于所述参考信息和所述误差信息，生成控制信息；
27.基于所述控制信息，确定控制信号。
28.在一实施例中，所述噪声信号为实信号流；所述误差信息为复信号信息流；所述参考信息为复信号信息流；所述控制信息为复信号信息流；所述控制信号为实信号流；其中，所述复信号信息流包括多个时序信号的实部信息和虚部信息，所述实部信息和所述虚部信息共同决定对应时序信号的信号幅值及信号相位。
29.在一实施例中，所述基于所述噪声信号确定误差信息，包括：
30.基于预设的希尔伯特变换矩阵，将所述噪声信号转化为误差信息。
31.在一实施例中，所述基于所述控制信息，确定控制信号，包括：
32.基于预设的希尔伯特变换矩阵和倒相矩阵，将所述控制信息转化为控制信号。
33.在一实施例中，所述希尔伯特变换矩阵为对角矩阵；所述对角矩阵的对角线上的元素包括正弦分量和余弦分量；
34.所述希尔伯特变换矩阵，用于将实信号流分别向对应的正弦分量和余弦分量进行投影，得到复信号信息流，或，用于对复信号信息流进行投影的逆变换得到实信号流；所述倒相矩阵为负单位矩阵。
35.根据本技术实施例的第四方面，提供了一种窄带主动降噪系统，包括：控制芯片、第一预设数量的声音采集装置和第二预设数量的发声装置；
36.所述声音采集装置设置在强迫对流设备下游的降噪区域；
37.所述发声装置设置在所述强迫对流设备的出风口区域；其中，所述出风口区域的数量为一个或者至少两个；
38.所述控制芯片分别与所述声音采集装置和所述发声装置通信连接，用于执行如本发明第一方面提供的窄带主动降噪方法。
39.根据本技术实施例的第五方面，提供了一种电子设备，包括：
40.处理器；
41.存储器，所述存储器包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一实施例所述的方法。
42.根据本技术实施例的第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，包括存储在其
上的计算机程序，所述计算机程序用于执行上述任一实施例所述的方法。
43.本技术提供的方案中，通过设置在预设的降噪区域的声音采集装置，采集降噪区域的噪声信号，之后基于所述噪声信号，生成控制信号，通过控制信号控制预设的发声装置发声，以实现主动降噪。如此，将降噪区域的实际噪声信号作为依据，进行控制信号的生成，使得受到控制信号控制的发声装置发出的用于降噪的声音更加贴合降噪区域的实际情况，提高主动降噪效果，降低降噪区域内的噪声，减少噪声对于降噪区域内人员和设备的影响。
附图说明
44.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
45.图1为本发明实施例提供的一种窄带主动降噪方法的流程图；
46.图2为本发明实施例提供的一种窄带主动降噪方法的部分流程图；
47.图3是本发明实施例提供的窄带主动降噪装置的结构示意图；
48.图4是本发明实施例提供的窄带主动降噪系统的结构示意图；
49.图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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做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。
51.申请概述
52.强迫对流设备指的是强迫流体进行对流的设备。强迫对流设备一般用于以流体为介质的散热系统中，通过强迫流体介质进行对流，促进系统的热交换，以辅助系统进行温度调节。强迫对流设备在进行工作时，往往会发出窄带噪声。窄带噪声是频带范围较窄的一类噪声，其频带宽度远远小于其中心频率。
53.具体的，强迫对流设备可以但不限于为风扇。风扇是一种强迫空气进行对流的设备。以风扇为例，强迫对流设备往往通过循环的机械运动驱动流体运动。但是在强迫对流设备驱动流体运动的同时，往往会产生噪声。进一步的，由于强迫对流设备的循环式的机械运动模式，其产生的噪声为一般窄带噪声；窄带噪声不仅仅会对附近的人员身体健康和心理状态造成影响，还会对一些设备造成损害，同时因其频谱显著区别于宽带噪声的特殊性，现有的滤波降噪算法基本无法有效地掩蔽窄带，而仅能以全频段相当的比例进行削弱，故现有的滤波算法降噪得到的仍是窄带噪声明显突兀的声场。
54.为了解决上述问题，本技术实施例通过在需要降噪的区域设置麦克风等声音采集装置，采集噪声信号，在紧靠强迫对流设备的合适位置设置扬声器等发声装置，通过一个控制芯片连接声音采集装置和扬声器，基于噪声信号，控制发声装置发声，以实现主动降噪。
55.在介绍了本技术的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本技术的各种非限
制性实施例。
56.示例性方法
57.图1为本发明实施例提供的一种窄带主动降噪方法的流程图，该方法可以应用于本发明实施例提供的窄带主动降噪系统。参考图1，该方法可以包括如下步骤：
58.步骤101，获取声音采集装置采集的噪声信号；其中，所述声音采集装置设置在强迫对流设备下游的降噪区域。
59.需要说明的是，强迫对流设备发出的噪声对于强迫对流设备下游区域的影响较大。在这一区域上若是存在一些精密的设备，或者设置有需要工作人员进行值守的工作站，噪音会影响精密的设备和工作站内的工作人员。因此这些精密的设备所在的区域和工作站所在的区域需要进行降噪。本发明实施例中，可以设置精密的设备所在的区域和工作站所在的区域为降噪区域。进一步的，步骤101中提及的声音采集装置可以但不限于为麦克风。麦克风的数量为一个或至少两个。
60.步骤102，基于所述噪声信号，生成控制信号。
61.具体的，步骤“基于所述噪声信号，生成控制信号”在具体的执行过程中，可以是基于预设的程序或预设的电路来进行。
62.步骤103，基于所述控制信号控制预设的发声装置发声，以实现主动降噪；其中，所述预设的发声装置设置在所述强迫对流设备的出风口区域。
63.其中，发声装置可以但不限于为扬声器。控制信号可以为控制扬声器发声的电信号。发声装置的数量为一个或至少两个，
64.本发明实施例提供的方案中，将预设的发声装置设置在所述强迫对流设备的出风口区域，使得发声装置靠近强迫对流设备(即：使得发声装置靠近噪声源)，使得主动降噪时，降噪的效果更好。将降噪区域的实际噪声信号作为依据，进行控制信号的生成，使得受到控制信号控制的发声装置发出的用于降噪的声音更加贴合降噪区域的实际情况，提高主动降噪效果，降低降噪区域内的噪声，减少噪声对于降噪区域内人员和设备的影响。
65.具体的，参照图2，步骤102中“基于所述噪声信号，生成控制信号”，包括：
66.步骤201，基于所述强迫对流设备的工况信息确定参考信息，以及基于所述噪声信号确定误差信息。
67.步骤202，通过自适应控制理论，基于所述参考信息和所述误差信息，生成控制信息。
68.步骤203，基于所述控制信息，确定控制信号。
69.需要说明的是，自适应控制理论是一种采用自动方法改变或影响控制参数，以改善控制系统性能的控制策略。自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。其效果为：不论是外界发生巨大变化还是系统自身产生不确定性，控制系统能自行调整参数或产生控制作用，使系统仍能按某一性能指标运行在最佳状态。
70.本发明实施例中，参考信息可以但不限于为基于所述强迫对流设备的工况信息进行预估得到的强迫对流设备发出的噪声的信息。在主动降噪的过程中，首先需要确定需要消除的噪声的信息，之后基于需要消除的噪声的信息，发出与需要消除的噪声相反的声音，使得相反的两种声音互相抵消，达到降噪的效果。本实施例提供的方案中，将预估的强迫对
流设备发出的噪声的信息作为参考信息，使得生成的控制信息更加具有针对性，使得受到控制信号控制的发声装置发出的用于降噪的声音更加符合强迫对流设备产生的噪声，使得主动降噪的效果更好。
71.误差信息可以是基于降噪区域的实际噪声信号生成的。在实际应用中，降噪区域和强迫对流设备往往是间隔一段距离的。降噪区域的实际噪声情况，受到实际环境的变化的影响，存在一定的扰动，往往与基于强迫对流设备的工况信息预估得到的参考信息并不一致。本实施例提供的方案中，基于降噪区域的实际噪声信号生成误差信息，通过自适应控制理论，基于所述参考信息和所述误差信息，生成控制信息。相比较于仅仅基于参考信息生成控制信息的方式，基于所述参考信息和所述误差信息，生成控制信息，使得受到控制信号控制的发声装置发出的用于降噪的声音更加贴合降噪区域的实际情况，提高主动降噪效果，可以更好地降低降噪区域内的噪声。
72.实际应用中，基于所述噪声信号，生成控制信号的过程中，涉及自适应控制理论和主动降噪，在具体的执行过程中，需要进行大量的运算。尤其是当基于实信号流进行生成控制信号的相关运算时，涉及到复杂的卷积运算，整个计算过程比较复杂，计算效率低下。基于此本发明实施例提供下述方案：
73.步骤102中“基于所述噪声信号，生成控制信号”可以通过一个预设的芯片执行，芯片与外界的其他设备进行信号的交互时，使用实信号流；在芯片内部进行计算时，使用复信号信息流。需要强调的是，本发明实施例针对的是窄带噪声，基于窄带噪声的特点，在将实信号流转化为复信号信息流后，得到的复信号信息流比较简单，相对应的，基于复信号信息流进行运算可以大幅减少计算量。若对于宽带噪声，进行上述操作，在将实信号流转化为复信号信息流后，得到的复信号信息流比较复杂。相对应的，基于复杂的复信号信息流进行计算，其计算过程相较于直接通过实信号流计算的方案并不会有明显的简化。如此设置，在进行窄带主动降噪的过程中，添加了实信号流和复信号信息流之间的转换的步骤，基于复信号信息流进行相关的运算，可以避开卷积运算，由于对于窄带噪声，实信号流和复信号信息流之间的转换和使用复信号信息流进行相关的运算的总运算量低于采用卷积运算的方案所需的总运算量，因此采用上述方法可以降低窄带主动降噪方法的运算量。
74.具体的，本发明实施例提供的方案中，所述噪声信号为实信号流；所述误差信息为复信号信息流；所述参考信息为复信号信息流；所述控制信息为复信号信息流；所述控制信号为实信号流；其中，所述复信号信息流包括多个时序信号的实部信息和虚部信息，所述实部信息和所述虚部信息共同决定对应时序信号的信号幅值及信号相位。
75.需要说明的是，复信号信息流和实信号流之间的转化，均可以基于希尔伯特变换矩阵实现。所述希尔伯特变换矩阵为对角矩阵；所述对角矩阵的对角线上的元素包括正弦分量和余弦分量；所述希尔伯特变换矩阵，用于将实信号流分别向对应的正弦分量和余弦分量进行投影，得到复信号信息流，或，用于对复信号信息流进行投影的逆变换得到实信号流。
76.上述实施例中，芯片与外界进行交互的信号主要有两个，分别为：噪声信号和控制信号；对于噪声信号和控制信号的相关处理过程如下：
77.所述基于所述噪声信号确定误差信息，包括：基于预设的希尔伯特变换矩阵，将所述噪声信号转化为误差信息。即：基于预设的希尔伯特变换矩阵将实信号流的噪声信号转
化为复信号信息流的误差信息。
78.所述基于所述控制信息，确定控制信号，包括：基于预设的希尔伯特变换矩阵和倒相矩阵，将所述控制信息转化为控制信号。即：基于预设的希尔伯特变换矩阵将复信号信息流的控制信息转化为实信号流的控制信号。需要说明的是，芯片将实信号流转换为复信号信息流已经过一级希尔伯特变换，后将复信号信息流的控制信息还原为实信号流又经过一级希尔伯特变换，该两级希尔伯特变换恰使实信号流产生了半个周期的相移，故在信号还原时可引入一倒相矩阵，以负单位矩阵的形式进行相位补偿。
79.通过上述方式，完成了芯片内部实信号流和复信号信息流之间的转换，使得芯片内部基于复信号信息流进行运算，芯片与外界的其他设备进行信号的交互时，使用实信号流；这个转换过程主要是基于预设的希尔伯特变换矩阵进行的，无需进行复杂的运算，既避免了执行卷积运算，可以在极大程度降低本发明实施例提供的窄带主动降噪方法的运算量，又解决了现有的滤波算法在处理窄带时的乏力，能够突破全频段近似同比例削弱的限制，以更大抑制幅度针对性地降低窄带噪声使之掩蔽于全频段中而不被人耳听到。
80.示例性装置
81.本技术装置实施例，可以用于执行本技术方法实施例。对于本技术装置实施例中未披露的细节，请参照本技术方法实施例。
82.图3是本发明实施例提供的窄带主动降噪装置的结构示意图；参照图3，本发明实施例提供的窄带主动降噪装置包括：
83.获取模块31，用于获取声音采集装置采集的噪声信号；其中，所述声音采集装置设置在强迫对流设备下游的降噪区域；
84.生成模块32，用于基于所述噪声信号，生成控制信号；
85.控制模块33，用于基于所述控制信号控制预设的发声装置发声，以实现主动降噪；其中，所述预设的发声装置设置在所述强迫对流设备的出风口区域。
86.在一实施例中，所述生成模块具体用于：基于所述强迫对流设备的工况信息确定参考信息，以及基于所述噪声信号确定误差信息；通过自适应控制理论，基于所述参考信息和所述误差信息，生成控制信息；基于所述控制信息，确定控制信号。
87.在一实施例中，所述噪声信号为实信号流；所述误差信息为复信号信息流；所述参考信息为复信号信息流；所述控制信息为复信号信息流；所述控制信号为实信号流；其中，所述复信号信息流包括多个时序信号的实部信息和虚部信息，所述实部信息和所述虚部信息共同决定对应时序信号的信号幅值及信号相位。
88.在一实施例中，所述基于所述噪声信号确定误差信息，包括：基于预设的希尔伯特变换矩阵，将所述噪声信号转化为误差信息。
89.在一实施例中，所述基于所述控制信息，确定控制信号，包括：基于预设的希尔伯特变换矩阵和倒相矩阵，将所述控制信息转化为控制信号。
90.在一实施例中，所述希尔伯特变换矩阵为对角矩阵；所述对角矩阵的对角线上的元素包括正弦分量和余弦分量；所述希尔伯特变换矩阵，用于将实信号流分别向对应的正弦分量和余弦分量进行投影，得到复信号信息流，或，用于对复信号信息流进行投影的逆变换得到实信号流；所述倒相矩阵为负单位矩阵。
91.示例性系统
92.本技术系统实施例，可以用于执行本技术方法实施例。对于本技术系统实施例中未披露的细节，请参照本技术方法实施例。
93.图4是本发明实施例提供的窄带主动降噪系统的结构示意图；参照图4，本发明实施例提供的窄带主动降噪系统，包括：控制芯片41、第一预设数量的声音采集装置42和第二预设数量的发声装置43；所述声音采集装置设置在强迫对流设备下游的降噪区域；所述发声装置设置在所述强迫对流设备的出风口区域；其中，所述出风口区域的数量为一个或者至少两个；所述控制芯片分别与所述声音采集装置和所述发声装置通信连接，用于执行本发明第一方面提供的窄带主动降噪方法。所述窄带主动降噪方法至少包括：获取声音采集装置采集的噪声信号；其中，所述声音采集装置设置在强迫对流设备下游的降噪区域；基于所述噪声信号，生成控制信号；基于所述控制信号控制预设的发声装置发声，以实现主动降噪；其中，所述预设的发声装置设置在所述强迫对流设备的出风口区域。
94.需要说明的是，实际应用场景中，强迫对流设备的数量可能为一个，也可能为至少两个；一个强迫对流设备发出的噪声分布也是不确定的，可能需要一个或至少两个发声装置发出的声音去抵消。进一步的，需要进行降噪的区域也可能为一个也可能为至少两个；一个较大降噪区域可能需要设置多个声音采集装置。因此，设置本发明提供的窄带主动降噪系统时，应该基于实际应用场景，确定发声装置和声音采集装置的设置数量和设置位置。
95.示例性电子设备
96.下面，参考图5来描述本技术实施例提供的电子设备。如图5所示，电子设备500包括一个或多个处理器510和存储器520。
97.处理器510可以是中央处理单元(cpu)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备500中的其他组件以执行期望的功能。
98.存储器520可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器510可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本技术的各个实施例的窄带主动降噪方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如强迫对流设备的工况信息等各种内容。
99.在一个示例中，电子设备500还可以包括：输入装置530和输出装置540，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
100.此外，该输入设备530还可以包括声音采集装置，例如麦克风。该输出装置540可以向外部输出各种信息，包括控制信号等。该输出设备540可以包括发声装置，例如扬声器。
101.当然，为了简化，图5中仅示出了该电子设备500中与本技术有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备500还可以包括任何其他适当的组件。
102.示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质
103.除了上述方法和设备以外，本技术的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本技术各种实施例的窄带主动降噪方法中的步骤。
104.所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
105.此外，本技术的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本技术各种实施例的窄带主动降噪方法中的步骤。
106.所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
107.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。