一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置

本发明涉及降噪的，主要涉及一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置。

背景技术：

1、随着经济高速发展，各类机器及工业生产的不间断化，噪音问题日渐突出。主动降噪技术被认为是解决噪音问题的重要手段。现有主动降噪技术核心部件由电磁器件或压电材料制成，其在工作过程中需自身产生振动以抵消噪音。该类主动降噪技术带宽有限，容易受电磁噪声干扰，在特定的声音频率下会产生共振。此外，若结构尺寸太小，其灵敏度会降低，反过来尺寸太大，制造技术无法满足。

2、例如市面上两种常见的智能降噪系统：dsp智能降噪系统和anc智能降噪系统。dsp是英文(digital signal processing)的简写，dsp智能降噪系统主要是针对高、低频噪声。工作原理是麦克风收集外部环境噪音，然后系统复制一个与外界环境噪音相等的反向声波，通过发声器将噪音抵消，从而达到降噪效果。然而dsp智能降噪系统所使用的的扬声器协调工作能力较弱，且使用时成本较高，开启主动降噪模式对于无线耳机的续航会造成一些不利的影响。anc降噪的原理和dsp降噪相似。anc缺点主要体现在：(1)主动降噪抵消的噪音在低频区域比较有效，高频区域没有那么明显。(2)主动降噪耳机发射降噪声波时，也会产生自己的底噪，敏感的耳朵也会感受到。

3、因此，寻找一种发声精度高、抗干扰能力强的发声部件是突破主动降噪技术瓶颈的重要途径。

4、近年来，在纳米科技的推动下，新材料领域获得长足发展，新型纳米材料层出不穷。其中，一类具有良好热致发声性能的超顺排碳纳米管(cnt)薄膜引起了国内外学者的广泛关注。碳纳米管的发声原理是热声效应，通过在薄膜两端输入交流电使得薄膜发热，继而使周围空气产生热振荡发出声音。本发明中发声装置采用超顺排碳纳米管薄膜和聚合物薄膜的夹心式复合薄膜，声探测器采用高灵敏度麦克风，信号处理系统采用数字信号处理器。最终形成主动降噪系统：声探测器测量噪音，信号处理系统进行噪音频率识别并产生对应电信号，电信号驱动复合薄膜产生降噪音频。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置，包括发声装置和控制装置，所述发声装置为超顺排碳纳米管薄膜和聚合物薄膜组成的夹心式复合薄膜，所述超顺排碳纳米管薄膜两侧均设置有聚合物薄膜；所述超顺排碳纳米管薄膜包括由同向排列的首尾相连的多根碳纳米管，超顺排碳纳米管薄膜两端连接金属电极，同侧金属电极通过导线连接至控制装置；所述控制装置通过麦克风接收有源噪声信号，并控制发声装置发出与麦克风输入的噪声反相的声音。

4、进一步的，所述超顺排碳纳米管薄膜由同向排列的首尾相连的碳纳米管组成，碳纳米管的排列方向与超顺排碳纳米管薄膜的表面平行，碳纳米管之间通过范德华力连接在一起，用于接收控制装置输入的电信号并发出相应声波。

5、进一步的，所述超顺排碳纳米管薄膜中碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的任意一种或多种。

6、进一步的，超顺排碳纳米管薄膜拉伸后，两面分别粘结到一块聚合物薄膜上。

7、进一步的，所述控制装置采用基于数字信号处理器的有源噪声控制部件，所述有源噪声控制部件包括第一路径值传送单元、第二路径值传送单元、误差值生成器、第二路径值近似器和自适应滤波器；

8、所述自适应滤波器用于接收输入噪声信号并根据输入噪声产生反相的信号，并将信号输送到第二路径值传送单元；

9、所述第一路径值传送单元用于将输入噪声信号传送到误差值生成器；

10、所述第二路径值传送单元用于将自适应滤波器的输出声音信号传送到误差值生成器，自适应滤波器与误差值生成器之间的路径为第二路径；

11、误差值生成器用于计算噪声信号和第二路径值传送单元输出的声音信号的误差值，判断差值是否小于预设阈值，是则输出第二路径值传送单元的声音信号，否则将差值输入自适应滤波器；

12、第二路径值近似器用于预计算声音经过第二路径后的新产生的噪声值，并发送到滤波器系数值更新器；

13、滤波器系数值更新器用于利用lms算法更新自适应滤波器系数值，使得线性滤波器的输出信号和期望信号之间的误差最小。

14、本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

15、1，由于采用碳纳米管薄膜作为发声元件，无需磁铁等复杂结构，无需钕等昂贵的稀土材料，结构较为简单，耗材少，有利于降低发声装置的成本；2，碳纳米管薄膜根据输入信号产生相应的温度变化，从而使周围的介质迅速膨胀和收缩，进而发出声波，发声装置无振动部件，不存在共振现象；4，碳纳米管薄膜通入电信号后，薄膜温度变化在整体上是均匀一致的，因而产生的声波振幅方向在薄膜范围内是一致的，不存在分割振动的现象；因此，在碳纳米管薄膜施加功率载荷有限的情况下，本发明可以获得良好的降噪效果；5、通过误差值生成器和滤波器系数值更新器可以对生成的反相抵消声音进行反馈调节，最小化误差。

16、下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

技术特征：

1.一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置，其特征在于：包括发声装置和控制装置，所述发声装置为超顺排碳纳米管薄膜和聚合物薄膜组成的夹心式复合薄膜，所述超顺排碳纳米管薄膜两侧均设置有聚合物薄膜；所述超顺排碳纳米管薄膜包括由同向排列的首尾相连的多根碳纳米管，超顺排碳纳米管薄膜两端连接金属电极，同侧金属电极通过导线连接至控制装置；所述控制装置通过麦克风接收有源噪声信号，并控制发声装置发出与麦克风输入的噪声反相的声音。

2.根据权利要求1所述的一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置，其特征在于：所述超顺排碳纳米管薄膜由同向排列的首尾相连的碳纳米管组成，碳纳米管的排列方向与超顺排碳纳米管薄膜的表面平行，碳纳米管之间通过范德华力连接在一起，用于接收控制装置输入的电信号并发出相应声波。

3.根据权利要求1所述的一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置，其特征在于：所述超顺排碳纳米管薄膜中碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置，其特征在于：超顺排碳纳米管薄膜拉伸后，两面分别粘结到一块聚合物薄膜上。

5.根据权利要求1所述的一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置，其特征在于：所述控制装置采用基于数字信号处理器的有源噪声控制部件，所述有源噪声控制部件包括第一路径值传送单元、第二路径值传送单元、误差值生成器、第二路径值近似器和自适应滤波器；

技术总结
本发明涉及一种基于超顺排碳纳米管薄膜的主动降噪装置，本发明利用热声效应，通过在薄膜两端输入交流电使得薄膜发热，继而使周围空气产生热振荡发出声音。其中发声装置采用超顺排碳纳米管薄膜和高透明度聚合物薄膜的夹心式复合薄膜。有源噪声控制部件，适于对应于从输入麦克风作用到其上的噪声产生反相音频或抵消音频，控制薄膜扬声器以发出反相声音。声探测器采用高灵敏度麦克风，信号处理系统采用数字信号处理器。超顺排碳纳米管薄膜中的碳纳米管在薄膜中沿拉膜方向有序排列，具有密度小、透明度高、导电性好、单位面积热容极小、安全性极高等诸多特点。

技术研发人员：徐旺,朱柏丞,谢余磊,任慧,李蒙,马俊,涂志慧
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11