消除环境噪声的led灯和系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种消除环境噪声的LED灯和系统，通过在现有的包括扬声器和麦克风的智能LED灯中增加模拟信号处理电路、信号转换模块、数字信号处理器，以对麦克风采集到的环境噪声进行放大、模数转换处理，并根据处理后的环境噪声生成与环境噪声频率相同、幅度相同、且相位相反的消噪信号，并对消噪信号进行数模转换、放大处理后通过扬声器发射到空间中。由于消噪信号与环境噪声频率相同、幅度相同、且相位相反，消噪信号和环境噪声在空间中互相抵消，从而通过LED灯消除了环境噪声。
【专利说明】
消除环境噪声的LED灯和系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及噪声消除技术，尤其涉及一种消除环境噪声的发光二极管(lightemitting d1de，简称LED)灯和系统。
【背景技术】
[0002]噪声作为城市中的主要污染之一，存在于城市的各个角落，影响乃至危害到人们的学习、工作和生活，因此消除噪声一直是亟待解决的技术问题之一。
[0003]通常消除噪声的方式包括被动消噪(Passive Noise Control，简称PNC)和主动消噪(Active Noise Control，简称ANC)。被动消噪采用吸声、隔声、消声器等方法，将噪声与声学材料或结构的相互作用以消耗声能，但声音的固有特性导致被动消噪仅对高频噪声具有较好的降噪效果，而对低频噪声作用不明显，例如耳塞的泡棉，无法对几百赫兹的发动机噪声进行有效的消除。而主动消噪通过传感器采集初级噪声源，运用数字信号处理生成与初级噪声源频率相同、幅度相同、相位相反的次级声波，次级声波与初级噪声源叠加，以达到降低噪声的目的。相比于被动降噪，主动降噪有如下特点:一是主动性，可根据噪声的特性相应地改变控制系统的各种特性，使对噪声的消除具有针对性和目标性，二是低频噪声控制效果好，弥补了被动消噪的不足。
[0004]当前生活中存在大量低频噪声，如发动机声音，鼓风机噪声，工地各种机械噪声等，但是目前并没有消除环境噪声的相关产品。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供一种消除环境噪声的LED灯和系统，能够通过LED灯消除环境噪声。
[0006]本实用新型的第一方面提供一种消除环境噪声的LED灯，包括:
[0007]电源、LED发光组件、模拟信号处理电路、信号转换模块、数字信号处理器、至少一个扬声器和至少一个麦克风，所述至少一个扬声器和所述至少一个麦克风分别与所述模拟信号处理电路的第一端连接，所述模拟信号处理电路的第二端与所述信号转换模块的第一端连接，所述信号转换模块的第二端与所述数字信号处理器连接；
[0008]所述电源用于为所述LED发光组件、所述模拟信号处理电路、所述信号转换模块、所述数字信号处理器、所述至少一个扬声器和所述至少一个麦克风供电；
[0009]所述LED发光组件用于照明；
[0010]所述至少一个麦克风用于采集环境噪声，并将采集到的所述环境噪声发送给所述模拟信号处理电路，所述模拟信号处理电路用于对所述环境噪声进行放大后发送给所述信号转换模块，所述信号转换模块用于将放大后的所述环境噪声进行模数转换后发送给所述数字信号处理器，所述数字信号处理器用于根据模数转换后的环境噪声生成与所述环境噪声频率相同、幅度相同、且相位相反的消噪信号，并将所述消噪信号发送给所述信号转换模块，所述信号转换模块用于将所述消噪信号进行数模转换后发送给所述模拟信号处理电路，所述模拟信号处理电路对数模转换后的消噪信号进行放大后发送给所述至少一个扬声器，所述至少一个扬声器用于将放大后的所述消噪信号发射到空间中，以消除所述环境噪声。
[0011 ] 可选的，所述LED灯还包括:
[0012]无线通信模块，与所述数字信号处理器连接，用于接收消除环境噪声系统中的其他LED灯发送的第一消噪反馈信号，所述第一消噪反馈信号中包括所述LED灯消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位，所述第一消噪反馈信号是所述其他LED在确定所述LED灯消噪后的环境噪声不满足预设的降噪要求时向所述LED灯发送的；
[0013]所述数字信号处理器还用于根据所述消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位调整所述消噪信号的频率、幅度和相位中的任意一个或其组合。
[0014]可选的，所述无线通信模块还用于接收所述其他LED灯消噪后的环境噪声；
[0015]所述数字信号处理器还用于判断所述其他LED灯消噪后的环境噪声是否满足所述预设的降噪要求，当所述其他LED灯消噪后的环境噪声不满足所述预设的降噪要求，则根据所述其他LED灯消噪后的环境噪声生成第二消噪反馈信号，所述第二消噪反馈信号中包括所述其他LED灯消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位。
[0016]可选的，所述模拟信号处理电路包括:至少一个第一放大模块和至少一个第二放大模块，所述信号转换模块包括:至少一个模数转换器和至少一个数模转换器，其中，第一放大模块的个数、模数转换器的个数均与麦克风的个数相同，第二放大模块的个数、数模转换器的个数均与扬声器的个数相同，每个第一放大模块的第一端连接一个麦克风，所述每个第一放大模块的第二端分别与一个模数转换器的第一端连接，每个模数转换器的第二端分别与所述数字信号处理器的第一端连接，所述数字信号处理器的第二端分别与每个数模转换器的第一端连接，所述每个数模转换器的第二端分别连接一个第二放大模块，每个第二放大模块分别连接一个扬声器；
[0017]所述每个第一放大模块用于对连接的麦克风采集到的所述环境噪声进行放大后发送给连接的模数转换器，所述每个模数转换器用于对放大后的所述环境噪声进行模数转换后发送给所述数字信号处理器；
[0018]所述数字信号处理器用于将所述消噪信号分别发送所述每个数模转换器，所述每个数模转换器用于对所述消噪信号进行数模转换后发送给连接的第二放大模块，所述每个第二放大模块用于对数模转换后的消噪信号进行放大后发送给连接的扬声器。
[0019]本实用新型的第二方面提供一种消除环境噪声的系统，所述消除环境噪声的系统包括至少两个如本实用新型的第一方面提供的LED灯。
[0020]本实用新型提供的消除环境噪声的LED灯和系统，通过在现有的包括扬声器和麦克风的智能LED灯中增加模拟信号处理电路、信号转换模块、数字信号处理器，以对麦克风采集到的环境噪声进行放大、模数转换处理，并根据处理后的环境噪声生成与环境噪声频率相同、幅度相同、且相位相反的消噪信号，并对消噪信号进行数模转换、放大处理后通过扬声器发射到空间中。由于消噪信号与环境噪声频率相同、幅度相同、且相位相反，消噪信号和环境噪声在空间中互相抵消，从而通过LED灯消除了环境噪声。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型实施例一提供的消除环境噪声的LED灯的结构示意图；
[0022]图2示出了一种用于消除环境噪声的LED灯的场景示意图；
[0023]图3为本实用新型实施例二提供的一种消除环境噪声的LED灯的结构示意图。
[0024]附图标记说明:
[0025]电源:11;LED发光组件:12;
[0026]模拟信号处理电路:13;信号转换模块:14;
[0027]数字信号处理器:15;扬声器:16;
[0028]麦克风:17、18;第一放大电路:131、132;
[0029]第二放大电路:133;模数转换器:141、142;
[0030]数模转换器:143。
【具体实施方式】
[0031]图1为本实用新型实施例一提供的消除环境噪声的LED灯的结构示意图，如图1所示，该消除环境噪声的LED灯(以下简称LED灯)可以包括:电源IULED发光组件12、模拟信号处理电路13、信号转换模块14、数字信号处理器(digital signal processor，简称DSP) 15、至少一个扬声器16和至少一个麦克风17，至少一个麦克风17为全向性、且中低频频率响应曲线平滑的麦克风。
[0032]其中，至少一个扬声器16和至少一个麦克风17分别与模拟信号处理电路13的第一端连接，模拟信号处理电路13的第二端与信号转换模块14的第一端连接，信号转换模块14的第二端与数字信号处理器15连接，并且电源11也分别与LED发光组件12、模拟信号处理电路13、信号转换模块14、数字信号处理器15、至少一个扬声器16和至少一个麦克风17连接，用于对上述LED灯中的其他硬件模块供电，图1只示出了电源11与LED发光组件12和数字信号处理器15连接示意图。需要说明的是，模拟信号处理电路13、信号转换模块14和数字信号处理器15可以采用独立的元件，也可以将模拟信号处理电路13、信号转换模块14集成在数字信号处理器15上，这样电源11可以只和数字信号处理器15连接，通过数字信号处理器15给模拟信号处理电路13和信号转换模块14供电。
[0033]本实施例中，电源11用于为LED发光组件12、模拟信号处理电路13、信号转换模块
14、数字信号处理器15、至少一个扬声器16和至少一个麦克风17供电，LED发光组件用于照明，至少一个麦克风17用于采集环境噪声，并将采集到的环境噪声发送给模拟信号处理电路13，模拟信号处理电路13用于对环境噪声进行放大后发送给信号转换模块14，信号转换模块14用于将放大后的环境噪声进行模数转换后发送给数字信号处理器15，数字信号处理器15用于根据模数转换后的环境噪声生成与环境噪声频率相同、幅度相同、且相位相反的消噪信号，并将消噪信号发送给信号转换模块14，信号转换模块14用于将消噪信号进行数模转换后发送给模拟信号处理电路13，模拟信号处理电路13对数模转换后的消噪信号进行放大后发送给至少一个扬声器16，至少一个扬声器16用于将放大后的消噪信号发射到空间中，以消除环境噪声。
[0034]由于环境噪声频率主要集中在中低频，为使麦克风不失真地采样环境噪声，可以采用全向性、灵敏度适中且中低频频率响应曲线平滑的麦克风。模拟信号处理电路13用于对模拟信号进行放大处理，本实施例中模拟信号处理电路13分别对麦克风17米集到的环境噪声和通过扬声器16发射的消噪信号进行了放大处理，但是对环境噪声和消噪信号的放大倍数不同，通常对环境噪声的放大倍数小于对消噪信号的放大倍数。信号转换模块14用于对接收到的接收到信号进行模数转换或数模转换后输出，模数转换是将模拟信号转换为数字信号，数模转换是将数字信号转换为模拟信号，由于数字信号处理器15只能对数字信号进行处理，因此，发送给数字信号处理器15的信号和从数字信号处理器15发送出去的信号都是数字。优选地，为使扬声器16无失真地输出中低频的消噪信号，可以选择最低共振频率在10HZ以内，灵敏度适中，额定功率适中，且中低频的声压频率响应曲线平滑的扬声器。麦克风和扬声器可以采用LED灯已有的麦克风和扬声器。
[0035]本实施例中，麦克风17采集到的环境噪声是模拟信号，模拟信号处理电路13对环境噪声放大后发送给信号转换模块14，信号转换模块14通过模数转换将环境噪声转换为对应的数字信号，并将环境噪声对应的数字信号发送给数字信号处理器15，环境噪声对应的数字信号携带有环境噪声的特性，数字信号处理器15通过对环境噪声对应的数字信号分析得到环境噪声的频率、幅度和相位，然后，根据环境噪声的频率、幅度和相位生成与环境噪声频率相同、幅度相同、且相位相反的消噪信号，数字信号处理器15生成的消噪信号为数字信号，数字信号处理器15将消噪信号发送给信号转换模块14，信号转换模块14通过数模转换将消噪信号转换为对应的模拟信号，并将消噪信号对应的模拟信号发送给模拟信号处理电路13，模拟信号处理电路13将消噪信号对应的模拟信号放大到预设的放大倍数后，发送给扬声器16，扬声器将放大后的所述消噪信号发射到空间中，由于消噪信号和环境噪声的频率相同、幅度相同、且相位相反，两种信号在空间中叠加后，可以抵消环境噪声，从而达到降噪的目的。
[0036]图2示出了一种用于消除环境噪声的LED灯的场景示意图。如图2所示，路径I为噪声源产生的环境噪声通过空气传播到人耳经过的路径，路径2为噪声源产生的环境噪声通过空气传播到LED灯的麦克风的路径，路径3为LED灯内部对环境噪声处理的信号走向，以及生成的消噪信号的走向的示意图，路径4为扬声器将消噪信号辐射到空气中并传播到人耳的路径。这样，通过路径4传播到人耳的消噪信号和通过路径I传播到人耳的环境噪声相互抵消，形成静区，实现了环境噪声消除的目的。图2所示例子中，将模拟信号处理电路和信号转换模块集成在了数字信号处理器中。
[0037]进一步的，LED灯还可以包括无线通信模块，无线通信模块与数字信号处理器15连接，该LED灯通过无线通信模块与其他LED灯建立连接，然后接收消除环境噪声系统中的其他LED灯发送的第一消噪反馈信号，第一消噪反馈信号中包括LED灯消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位，第一消噪反馈信号是其他LED在确定LED灯消噪后的环境噪声不满足预设的降噪要求时向LED灯发送的。相应的，数字信号处理器15还用于根据消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位调整消噪信号的频率、幅度和相位中的任意一个或其组合。LED灯在辐射消噪信号后，其他LED灯也会采集环境噪声，其他LED等采集的环境噪声是经过该LED灯消噪后的环境噪声，其他LED会判断给LED灯消噪后的环境噪声是否满足预设的降噪要求，该预设的降噪要求例如为消噪后的环境噪声的幅度，当LED灯消噪后的环境噪声不满足预设的降噪要求时，其他LED灯会向该LED灯发送第一消噪反馈信号，该LED灯接收到第一消噪信号后，会调整消噪信号的频率、幅度和相位中的任意一个参数或其组合。可选地，无线通信模块包括但不限于无线保真(WIreless-Fidelity，简称WiFi)模块、蓝牙模块、Zigbee模块、2G/3G/4G模块等。
[0038]进一步的，无线通信模块还用于接收其他LED灯消噪后的环境噪声，数字信号处理器15还用于判断其他LED灯消噪后的环境噪声是否满足预设的降噪要求，当所其他LED灯消噪后的环境噪声不满足预设的降噪要求，则根据其他LED灯消噪后的环境噪声生成第二消噪反馈信号，第二消噪反馈信号中包括其他LED灯消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位，以便于其他LED灯根据第二消噪反馈信号调整自己的消噪信号。
[0039]本实用新型实施例二提供一种消除环境噪声的LED灯，本实施例的LED灯，在实施例一所示LED灯的基础上，模拟信号处理电路13包括:至少一个第一放大模块和至少一个第二放大模块，信号转换模块14包括:至少一个模数转换器(analog to digital converter,简称ADC)和至少一个数模转换器(digital to analog converter，简称DAC)，其中，第一放大模块的个数、模数转换器的个数均与麦克风的个数相同，第二放大模块的个数、数模转换器的个数均与扬声器的个数相同，每个第一放大模块的第一端连接一个麦克风，每个第一放大模块的第二端分别与一个模数转换器的第一端连接，每个模数转换器的第二端分别与数字信号处理器的第一端连接，数字信号处理器的第二端分别与每个数模转换器的第一端连接，每个数模转换器的第二端分别连接一个第二放大模块，每个第二放大模块分别连接一个扬声器。
[0040]其中，每个第一放大模块用于对连接的麦克风采集到的环境噪声进行放大后发送给连接的模数转换器，每个模数转换器用于对放大后的环境噪声进行模数转换后发送给数字信号处理器15，数字信号处理器15用于将消噪信号分别发送每个数模转换器，每个数模转换器用于对消噪信号进行数模转换后发送给连接的第二放大模块，每个第二放大模块用于对数模转换后的消噪信号进行放大后发送给连接的扬声器。
[0041]图3为本实用新型实施例二提供的一种消除环境噪声的LED灯的结构示意图，如图
3所示，该LED灯包括:电源11、LED发光组件12、模拟信号处理电路13、信号转换模块14、数字信号处理器15、一个扬声器16和两个麦克风17、18，其中，模拟信号处理电路13包括两个第一放大电路131、132，以及一个第二放大电路133，信号转换模块14包括:两个模数转换器141、142和一个数模转换器143，其中，第一放大电路131的第一端连接麦克风17，第一放大电路131的第二端连接模数转换器141的第一端，模数转换器141的第二端连接数字信号处理器15的第一端，第一放大电路132的第一端连接麦克风18，第一放大电路132的第二端连接模数转换器142的第一端，模数转换器142的第二端连接数字信号处理器15的第一端，数模转换器143的第一端连接数字信号处理器15的第一端，数模转换器143的第二端连接第二放大电路133的第一端，第二放大电路133的第二端连接扬声器16。
[0042]为了进一步改善消噪效果，可以在环境中多设置几个LED灯来组建一个用于消除环境噪声的系统，该消除环境噪声的系统至少包括两个LED灯，其中，每个LED灯都可以采用上述实施例介绍的LED灯。假设系统中包括两个LED灯:第一 LED灯和第二 LED灯，两个LED灯之间可以通过无线模块互相反馈消噪结果。
[0043]本实用新型可以利用当前的智能LED灯中已有的麦克风和扬声器，然后增加的数字信号处理器、模拟信号处理电路和信号转换模块，实现了主动降噪功能，满足了人们对日常生活中消除环境噪声的需求。
[0044]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求书的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型内。此外，显然“包括” 一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求书中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
[0045]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种消除环境噪声的LED灯，其特征在于，包括: 电源、发光二极管LED发光组件、模拟信号处理电路、信号转换模块、数字信号处理器、至少一个扬声器和至少一个麦克风，所述至少一个扬声器和所述至少一个麦克风分别与所述模拟信号处理电路的第一端连接，所述模拟信号处理电路的第二端与所述信号转换模块的第一端连接，所述信号转换模块的第二端与所述数字信号处理器连接，所述至少一个麦克风为全向性、且中低频频率响应曲线平滑的麦克风； 所述电源用于为所述LED发光组件、所述模拟信号处理电路、所述信号转换模块、所述数字信号处理器、所述至少一个扬声器和所述至少一个麦克风供电； 所述LED发光组件用于照明； 所述至少一个麦克风用于采集环境噪声，并将采集到的所述环境噪声发送给所述模拟信号处理电路，所述模拟信号处理电路用于对所述环境噪声进行放大后发送给所述信号转换模块，所述信号转换模块用于将放大后的所述环境噪声进行模数转换后发送给所述数字信号处理器，所述数字信号处理器用于根据模数转换后的环境噪声生成与所述环境噪声频率相同、幅度相同、且相位相反的消噪信号，并将所述消噪信号发送给所述信号转换模块，所述信号转换模块用于将所述消噪信号进行数模转换后发送给所述模拟信号处理电路，所述模拟信号处理电路对数模转换后的消噪信号进行放大后发送给所述至少一个扬声器，所述至少一个扬声器用于将放大后的所述消噪信号发射到空间中，以消除所述环境噪声。2.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，还包括: 无线通信模块，与所述数字信号处理器连接，用于接收消除环境噪声系统中的其他LED灯发送的第一消噪反馈信号，所述第一消噪反馈信号中包括所述LED灯消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位，所述第一消噪反馈信号是所述其他LED在确定所述LED灯消噪后的环境噪声不满足预设的降噪要求时向所述LED灯发送的； 所述数字信号处理器还用于根据所述消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位调整所述消噪信号的频率、幅度和相位中的任意一个或其组合。3.根据权利要求2所述的LED灯，其特征在于，所述无线通信模块还用于接收所述其他LED灯消噪后的环境噪声； 所述数字信号处理器还用于判断所述其他LED灯消噪后的环境噪声是否满足所述预设的降噪要求，当所述其他LED灯消噪后的环境噪声不满足所述预设的降噪要求，则根据所述其他LED灯消噪后的环境噪声生成第二消噪反馈信号，所述第二消噪反馈信号中包括所述其他LED灯消噪后的环境噪声的频率、幅度和相位。4.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述模拟信号处理电路包括:至少一个第一放大模块和至少一个第二放大模块，所述信号转换模块包括:至少一个模数转换器和至少一个数模转换器，其中，第一放大模块的个数、模数转换器的个数均与麦克风的个数相同，第二放大模块的个数、数模转换器的个数均与扬声器的个数相同，每个第一放大模块的第一端连接一个麦克风，所述每个第一放大模块的第二端分别与一个模数转换器的第一端连接，每个模数转换器的第二端分别与所述数字信号处理器的第一端连接，所述数字信号处理器的第二端分别与每个数模转换器的第一端连接，所述每个数模转换器的第二端分别连接一个第二放大模块，每个第二放大模块分别连接一个扬声器； 所述每个第一放大模块用于对连接的麦克风采集到的所述环境噪声进行放大后发送给连接的模数转换器，所述每个模数转换器用于对放大后的所述环境噪声进行模数转换后发送给所述数字信号处理器； 所述数字信号处理器用于将所述消噪信号分别发送所述每个数模转换器，所述每个数模转换器用于对所述消噪信号进行数模转换后发送给连接的第二放大模块，所述每个第二放大模块用于对数模转换后的消噪信号进行放大后发送给连接的扬声器。5.—种消除环境噪声的系统，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-4任一项所述的LED 灯。
【文档编号】H04R3/02GK205566628SQ201521129443
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年12月29日
【发明人】阮家阳, 林信旺, 沈锦祥
【申请人】生迪智慧科技有限公司