一种噪声控制方法和系统以及一种隔音箱与流程

本发明涉及噪声控制技术领域，具体涉及一种噪声控制方法和系统以及一种隔音箱。

背景技术：

随着对声学元器件性能要求的提高，对其性能测试配件的技术要求也相应提高。隔音箱是用来完成声学元器件Noise Floor(本底噪声)、THD(Total Harmonic Distortion，总谐波失真)等性能参数测试的主要声学配件，隔音箱内的背景噪声会影响声学元器件性能测试。

现有的隔音箱通常使用高密度材料作为主体结构材料，在多层主体结构之间填充大量的吸声材料或者安装动力吸振器，但这些措施不但无法降低低频噪声，反而因为增加了质量导致隔音箱的低频隔音效果变得更差。现有的隔音箱无法满足对频域要求较宽的声学元器件测试的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种噪声控制方法和系统以及一种隔音箱，以解决现有的隔音箱对低频噪声的隔音效果不好的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种噪声控制系统，用于在密封空间中搭建低噪声环境，所述噪声控制系统包括一个处理单元以及若干传声器、振动传感器、平板扬声器、振动驱动器；所述传声器、平板扬声器和振动驱动器设置在所述密封空间的外壁，所述振动传感器设置在所述密封空间的内壁；

所述传声器用于采集声学噪声X1(n)；

所述振动传感器用于采集振动噪声X2(n)；

所述处理单元，用于根据所述传声器采集的声学噪声X1(n)，向所述平板扬声器发送用于抵消声学噪声X1(n)的驱动信号H1(n)；以及用于根据所述振动传感器采集的振动噪声X2(n)，向所述振动驱动器发送用于抵消振动噪声X2(n)的驱动信号H2(n)。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种隔音箱，包括箱体与本发明提供的噪声控制系统；

所述箱体围成一密封空间，用于放置进行声学性能测试的声学元器件；

所述噪声控制系统用于搭建该密封空间的低噪声环境，检测所述密封空间的声学噪声和振动噪声，发出用于抵消所述声学噪声和振动噪声的信号。

根据本发明的又一方面，本发明提供了一种噪声控制方法，用于在密封空间中搭建低噪声环境，所述方法包括：

在所述密封空间的外壁设置若干传声器、平板扬声器和振动驱动器，在所述密封空间内壁设置若干振动传感器；

利用所述传声器采集声学噪声X1(n)，利用所述振动传感器采集振动噪声X2(n)；

根据所述传声器采集的声学噪声X1(n)，向所述平板扬声器发送驱动信号H1(n)，驱动所述平板扬声器发出用于抵消声学噪声X1(n)的信号；

根据所述振动传感器采集的振动噪声X2(n)，向所述振动驱动器发送驱动信号H2(n)，驱动所述振动驱动器发出用于抵消振动噪声X2(n)的信号。

本发明的有益效果是：本发明上述各实施例采用有源噪声控制的方法，通过传声器和振动传感器实时监测密封空间中或者隔音箱内部的声学噪声和振动噪声，根据传声器和振动传感器采集的噪声信号之后，向相应位置的平板扬声器和振动驱动器发送相应的驱动信号，以抵消密封空间中或者隔音箱内的噪声。本发明实施例提供的隔音箱与现有的隔音箱相比具备更好的低频隔音性能。本实施例提供的噪声控制方法和系统可用于为声学元器件的性能测试搭建低噪声环境。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种噪声控制系统的功能框图；

图2是本发明一个实施例提供的一种噪声控制系统的结构示意图；

图3是本发明一个实施例提供的一种噪声控制系统的工作流程图；

图4是本发明一个实施例提供的一种隔音箱的结构示意图；

图5是本发明一个实施例提供的一种噪声控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明的设计构思是：采用有源噪声控制的方法，通过有源噪声的动态控制，降低隔音箱内低频的环境噪声，改善隔音箱内部的声学噪声环境。

实施例一

图1是本发明一个实施例提供的一种噪声控制系统的功能框图，图2是本发明一个实施例提供的一种噪声控制系统的结构示意图，结合图1与图2，为了能够在密封空间中搭建低噪声环境，实现对该密封空间内噪声的动态控制，本实施例提供了一种基于LMS(Least Mean Square，最小均方)算法的自适应多通道的噪声控制系统，该系统包括一个处理单元110、若干平板扬声器140和振动驱动器150作为次级声源和次级振动源、以及若干传声器120和振动传感器130作为误差传感器。传声器120、平板扬声器140和振动驱动器150设置在密封空间的外壁，振动传感器设置在密封空间的内壁。

传声器120用于采集声学噪声，振动传感器130用于采集振动噪声。处理单元110根据传声器120采集的声学噪声，向平板扬声器140发送驱动信号，驱动平板扬声器140发出用于抵消密封空间中声学噪声的信号；并且，处理单元110还根据振动传感器130采集的振动噪声，向振动驱动器150发送驱动信号，驱动振动驱动器150发出用于抵消密封空间中振动噪声的信号。

本实施例中，处理单元110为DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)，包括第一输入端、第二输入端和第一输出端；

每一个传声器120和振动传感器130分别通过多路前置放大器和模数转换器并行连接到DSP的第一输入端。传声器120和振动传感器130采集的声学噪声信号和振动噪声信号放大之后转换成数字信号传输至DSP。每一个平板扬声器140和振动驱动器150分别通过数模转换器和功率放大器并行连接到DSP的第一输出端，DSP输出的驱动信号转换成模拟信号之后经过功率放大器放大传输至扬声器140和振动驱动器150，以驱动扬声器140和振动驱动器150工作。

DSP的第二输入端用于输入预先设定的密封空间的期望噪声值，可以通过一个输入终端向DSP输入期望噪声值。

设定变量和参量：

X1(n)为传声器输入变量矩阵＝[x₁₁(n),x₁₂(n),x₁₃(n)……x_1j(n)]；

X2(n)为振动传感器输入变量矩阵＝[x₂₁(n),x₂₂(n),x₂₃(n)……x_2j(n)]；

W1(n)为次级声源权值向量矩阵＝[w₁₁(n),w₁₂(n),w₁₃(n)……w_1j(n)]；

W2(n)为次级振动源权值向量矩阵＝[w₂₁(n),w₂₂(n),w₂₃(n)……w_2j(n)]；

H1(n)为次级声源驱动信号矩阵＝[h₁₁(n),h₁₂(n),h₁₃(n)……h_1j(n)]；

H2(n)为次级振动源驱动信号矩阵＝[h₂₁(n),h₂₂(n),h₂₃(n)……h_2j(n)]；

e1(n)为声学噪声偏差；

e2(n)为振动噪声偏差；

d(n)为期望噪声值；

y(n)为隔音箱内实际噪声；

η为学习速率；

n为迭代次数。

图3是本发明一个实施例提供的一种噪声控制系统的工作流程图，如图3所示，首先通过一个输入终端向DSP输入期望噪声值d(n)。传声器120和振动传感器130采集初始状态的输入量X1(0)和X2(0)，DSP根据LMA算法计算W1(1)和W2(1)：

e1(n)＝d(n)-X1(n)

e2(n)＝d(n)-X2(n)

W1(n+1)＝W1(n)-ηX1(n)e1(n)

W2(n+1)＝W2(n)-ηX2(n)e2(n)

初始状态W1(0)＝0，W2(0)＝0。

计算完成后，DSP根据计算得到的W1(n)和W2(n)生成次级声源和次级振动源的驱动信号H1(n)和H2(n)：

H1(n)＝X1^T(n)W1(n)

H2(n)＝X2^T(n)W2(n)

DSP向相应位置的平板扬声器140发送驱动信号H1(n)，向相应位置的振动驱动器150发送驱动信号H2(n)。扬声器140和振动驱动器150抵消原有的声学噪声X1(n)和震动噪声X2(n)之后，传声器120和振动传感器130会采集到新的输入量X1(1)和X2(1)，从而可以计算出新的声学噪声偏差e1(n)和振动噪声偏差e2(n)。若声学噪声偏差e1(n)大于预先设定的阈值limit1，则根据LMS算法更新权值向量矩阵W1(n)；若振动噪声偏差e2(n)大于预先设定的阈值limit2，则根据LMS算法更新权值向量矩阵W2(n)，从而调整驱动信号H1(n)和H2(n)，进一步降低该密封空间中残留的噪声。然后重复上述过程直至e1(n)小于limit1且e2(n)小于limit2后，则认为该密封空间内部达到了期望状态。

优选地，本实施例中DSP还包括第二输出端，DSP的第二输出端连接外部的显示终端。该噪声控制系统中的传声器120和振动传感器130除了作为误差传感器使用之外，还用于监控该密封空间中的噪声，通过传声器120和振动传感器130测量的该密封空间中的噪声环境可以在显示终端上实时显示出来，从而实现对该密封空间中的噪声环境的实时监测。

本实施例提供的噪声控制系统可用于为声学元器件的性能测试搭建低噪声环境，特别适用于隔音箱。

实施例二

图4是本发明一个实施例提供的一种隔音箱的结构示意图，如图4所示，本实施例提供的隔音箱包括上述实施例一提供的噪声控制系统，隔音箱的箱体围成一密封空间，用于放置进行声学性能测试的声学元器件。上述实施例一提供的噪声控制系统用于搭建该密封空间的低噪声环境，检测密封空间的声学噪声和振动噪声，并发出用于抵消声学噪声和振动噪声的信号。

本实施例中，隔音箱的箱体包括外箱体410和内箱体420。内箱体420通过若干减震垫430支撑嵌套在外箱体410内，减振垫430能够有效消除外箱体410物理振动对内箱体420的影响。减振垫430的材质和型号可根据内箱体420的质量确定。外箱体410和内箱体420均围成一密封空间，待测试的声学元器件放置在内箱体420形成的密封空间中。

振动传感器440设置在内箱体420的内表面，用于采集隔音箱内的振动噪声信号；平板扬声器470设置在外箱体410的内表面，用于采集隔音箱内的声学噪声信号；传声器450和振动驱动器460设置在内箱体420的外表面，用于接收相应的驱动信号，通过有源噪声控制的方式改善隔音箱内部的振动噪声和声学噪声。平板扬声器470发出的声音信号抵消了外箱体410和内箱体420之间的间隙中的声学噪声，使外部的声学噪声不会继续传播到内箱体。减振垫430消除外箱体410的部分物理振动之后，内箱体420外表面上的振动驱动器460发出振动抵消剩余的机械振动，从而使内箱体420内表面上的振动传感器440检测到的振动噪声小于期望值。

本实施例中，外箱体410和内箱体420的同一侧面分别设置有外箱体门480和内箱体门490，通过开关外箱体门480和内箱体门490可以取放待测声学元器件。除外箱体门480和内箱体门490之外，尽量避外箱体410和内箱体420上有空洞或者缝隙，外箱体门480和内箱体门490关闭后，外箱体410和内箱体420均围成一密封空间。外箱体410、内箱体420、外箱体门480、内箱体门490采用同种高密度金属材料，可以使用钢或者铜等材料。

本实施例提供的隔音箱采用有源噪声控制的方法，通过传声器和振动传感器实时监测隔音箱内部的声学噪声和振动噪声，DSP分析传声器和振动传感器采集的噪声信号之后，向相应位置的平板扬声器和振动驱动器发送相应的驱动信号，以抵消隔音箱内的噪声。DSP通过进一步分析残留的噪声，逐步调整发送给平板扬声器和振动驱动器的驱动信号，直至残留的噪声小于期望的噪声，与现有的隔音箱相比具备更好的低频隔音性能。经测试，本实施例提供的隔音箱比现有的隔音箱内部环境噪声低10dB至20dB，可广泛应用于声学元器件的低噪声环境测试。

实施例三

图5是本发明一个实施例提供的一种噪声控制方法的流程图，如图5所示，本实施例提供的噪声控制方法用于在密封空间中搭建低噪声环境，该方法包括：

步骤S510：在密封空间的外壁设置若干传声器、平板扬声器和振动驱动器，在密封空间内壁设置若干振动传感器。

步骤S520：利用传声器采集声学噪声X1(n)，利用振动传感器采集振动噪声X2(n)。之后分别执行步骤S530和步骤S540。

步骤S530：根据传声器采集的声学噪声X1(n)，向平板扬声器发送驱动信号H1(n)，驱动平板扬声器发出用于抵消声学噪声X1(n)的信号。

步骤S540：根据振动传感器采集的振动噪声X2(n)，向振动驱动器发送驱动信号H2(n)，驱动振动驱动器发出用于抵消振动噪声X2(n)的信号。

优选地，步骤S530中“根据传声器采集的声学噪声X1(n)，向平板扬声器发送驱动信号H1(n)”，具体包括：向平板扬声器发送驱动信号H1(n)＝X1^T(n)W1(n)，当声学噪声X1(n)大于预先设定的第一阈值时，根据LMS算法更新权值向量矩阵W1(n)：W1(n+1)＝W1(n)-ηX1(n)e1(n)

步骤S540中“根据振动传感器采集的振动噪声X2(n)，向振动驱动器发送驱动信号H2(n)”具体包括：向振动驱动器发送驱动信号H2(n)＝X2^T(n)W2(n)，当振动噪声X2(n)大于预先设定的第二阈值时，根据LMS算法更新权值向量矩阵W2(n)：W2(n+1)＝W2(n)-ηX2(n)e2(n)。

其中，W1(n)、W2(n)为权值向量矩阵，初始值W1(0)＝0，W2(0)＝0；e1(n)＝d(n)-X1(n)，e2(n)＝d(n)-X2(n)，d(n)为预先设定的密封空间的期望噪声值，η为学习速率。

进一步优选地，本实施例提供的控制噪声方法还包括步骤S550：向外部的显示终端发送传声器采集的声学噪声X1(n)和振动传感器采集的振动噪声X2(n)，通过该显示终端实时显示该密封空间中的噪声值，从而实现对该密封空间中的噪声环境的实时监测。

本实施例提供的噪声控制方法可用于为声学元器件的性能测试搭建低噪声环境，例如利用本实施例提供的噪声控制方法可以制作具备更好低频隔音性能的隔音箱。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。