CN102103862A - 一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法 - Google Patents
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Abstract
一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，是造就室内安静小环境的方法，解决了室外噪声窜入室内，但也能使室内保持安静的技术难题，用单指向麦克风和语音处理专用芯片zy1421、zy1623分别搭建为两块超指向音频接收电路，用于定向接收室外及室内噪声，再将其转换为模拟电信号，从室外噪声信号中提取出一路与窜入室内噪声反相的噪声信号，通过运算放大器、数字功放处理后再经平面扬声器发出；室内定向接收的噪声，用于评定窜入噪声被“中和”后，室内噪声是否达标，是否需要调整反相一路噪声的幅度，以及是否需要开启数字功放。系统能保证在室外噪声窜入室内时，发出一种能把窜入室内噪声“中和”的噪声，而在没有室外噪声窜入时，系统会自动处于关闭状态。
Description
技术领域
本发明属于环境噪声抑制技术领域，涉及到一种抑制从室外窜入室内噪声的方法，特别是在室内非常安静，而室外噪声较大时进行消除室外噪声的方法。
背景技术
都市的现代化，给城镇居民带来了方便和享受，但伴随而来的噪声污染，又给居民带来了麻烦和伤害。虽然国家明确规定城市的普通住宅噪声值，白天不得超过55dB，夜间不得超过45dB，但是城市中心区及繁忙马路两旁的居民楼的噪声干扰都会超过这一规定指标。要想改善这些区域居民住宅的噪声干扰，一是限制马路上交通工具的行驶，二是对居民住房内进行小环境噪声治理。很显然的是，第一项措施无法行通，第二项措施才是切实可行的，因此只能考虑如何进行对小环境的噪声滤除。
众所周知，同一声源发出的声音，经过技术处理变为两路相位相反、幅度相当的声音后，再在同一空间播放，就会产生“静音”。这一理论早在1934年的美国2043416号专利上已经提出。随后在上世纪四、五十年代就有“静音机”、“飞行员耳麦”等产品问世。这些产品声音传播空间很小，而且，为了防止声音在这个小空间内反射，使两路反相声音的相位相对变化，在这个空间的四周贴满了吸音材料。这些技术措施，对一套几十平米的住房根本无法应用，何况，每个人的审美观念都不一样，房间的装修材料不可能也是良好的吸音材料。所以能在很小空间实现的技术，在大的空间内很难成功，因此对空间内噪声的抑制起到了阻碍作用。
发明内容
本发明的目的就是为了解决在空间内造就安静的环境，即使室外环境噪声较大，但室内却非常安静的技术难题，设计了一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，利用同一声源发出的声音，经过技术处理变为两路相位相反、幅度相当的声音后，再在同一空间播放，就会产生“静音”的思想，用噪声补偿的方式进行滤除从室外窜入室内的噪声。
本发明实现发明目的采用的技术方案是，一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，基于同源、反相、幅度相近的两路声源在同一空间迭加产生“静音”的基本手段，关键是：本方法实现的具体步骤包括：
A、设置单指向麦克风采样将环境噪声变成模拟电信号；
B、借助噪声专用处理芯片搭建室外噪声定向接收电路，将室外环境噪声模拟信号处理成为两路同步、反相，且与幅度相关的两路噪声信号，并分离出和室外噪声的反相信号；
C、将上述室外环境噪声的反相信号借助运算放大器电路进行适配处理处理后发送至多路音频放大器做功率适配后，借助设置在噪声窜入口处的平面扬声器做音频输出实现对外界环境噪声进行抑制补偿。
步骤C中对室外环境噪声的反相信号进行衰减处理的具体步骤还包括：
设置室内噪声定向接收电路，将室内噪声的模拟信号也处理成为两路同步、反相的噪声信号，将室内噪声的反相信号经由平方根检波电路放大、检波处理为调控信号；
C2、将以上调控信号送入运算放大器电路参与调控，调控后的抑噪调控信号送至多路音频放大器。
上述步骤的运算放大器电路和多路音频放大器之间增设室内与室外正向的噪声评测逻辑电路，用判定结果控制逻辑开关电路。
本发明的核心思想是基于同源、反相、幅度相近的两路声源在同一空间迭加产生“静音”的理论，为了中和室外的噪声，通过室内设置的扬声器发出与室外环境噪声幅度相等、相位相反的声音进行抵消，最终达到滤除噪声污染的目的。而分别在室内和室外设置麦克风，目的是为了判定是否需要进行噪声补偿。
本发明的有益效果是，通过噪声补偿，能够明显改善室内的环境噪声污染；室内扬声器的位置选择在噪声窜入口，可以有效避免噪声通过室内墙壁反射造成的相位变化；选用成熟的抑制环境噪声芯片ZY1421、ZY1623和单指向麦克风设计的室外噪声定向接收电路和室内噪声定向接收电路，以保证该电路中的麦克风前、后灵敏度在14dB以上，用两套这样的电路，分别对噪声窜入的窗口外，和室内进行噪声接收，这就给整个系统提供了28dB以上的抑制噪声能力。
附图说明
图1是发明的电路原理框图。
图2是室内噪声定向接收电路或室外噪声定向接收电路的原理图实施例。
图3是室内噪声评测电路或室外噪声评测电路的原理图实施例。
图4是运算放大器电路的原理图。
图5是逻辑开关电路的原理图。
图6是多路音频放大器的原理图。
图1中，1是室外噪声定向接收电路，2是室外噪声评测电路，3是运算放大器电路，4是逻辑开关电路，5是多路音频放大器，6是室内噪声定向接收电路，7是室内噪声评测电路，8是平方根检波电路，9是噪声评测逻辑电路。
图2-图7中，R1-R34是电阻，C1-C20是电容，M是麦克风，SP1、SP2是扬声器，D1、D2是二极管，Q1是场效应管，U8是噪声抑制芯片ZY1421，以上集成电路已经商业化应用，U9是噪声抑制芯片的接口集成化电路ZY1623，以上芯片的原理电路已经获国家专利权(ZL201020233291.6)、并申请了集成电路布图设计，U10是数字功放芯片，U1A、U1B、U1C、U2A、U3A是放大器，U4A、U4B、U4C是施密特触发器，U5A是与非门，U6A、U6B是电子开关。
具体实施方式
一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，基于同源、反相、幅度相近的两路声源在同一空间迭加产生“静音”的基本手段，关键是：本方法实现的具体步骤包括：
A、设置单指向麦克风采样将环境噪声变成模拟电信号；
B、借助噪声专用处理芯片搭建室外噪声定向接收电路1，将室外环境噪声模拟信号处理成为两路同步、反相，且与幅度相关的两路噪声信号，并分离出和室外噪声的反相信号；
C、将上述室外环境噪声的反相信号借助运算放大器电路3进行适配处理处理后发送至多路音频放大器5做功率适配后，借助设置在噪声窜入口处的平面扬声器做音频输出实现对外界环境噪声进行抑制补偿。
所述的步骤C中对室外环境噪声的反相信号进行衰减处理的具体步骤还包括：
C1、设置室内噪声定向接收电路6，将室内噪声的模拟信号也处理成为两路同步、反相的噪声信号，将室内噪声的反相信号经由平方根检波电路8放大、检波处理为调控信号；
C2、将以上调控信号送入运算放大器电路3参与调控，调控后的抑噪调控信号送至多路音频放大器5。
上述步骤的运算放大器电路3和多路音频放大器5之间增设室内与室外正向的噪声评测逻辑电路9，用判定结果控制逻辑开关电路4。
所述的噪声评测逻辑电路9结构中包括逻辑开关电路4，室外噪声评测电路2和室内噪声评测电路7，室外噪声评测电路2的输入端接室外噪声定向接收电路1，室内噪声评测电路7的输入端接室内噪声定向接收电路6，室外噪声评测电路2和室内噪声评测电路7的输出端接在逻辑开关电路4的控制端。
室外噪声评测电路2结构中包括事先设定的相当于室外窜入噪声“容忍值”的标准电压，室内噪声评测电路7结构中包括相当于室内噪声“安静值”的标准电压。
所述的室外噪声定向接收电路1与室内噪声定向接收电路6的结构相同，包括设置在室内或室外的麦克风M、平衡输入处理接口电路、噪声抑制芯片U8、U9，以及配套阻容元件，麦克风M采集的声音信号经移相处理接口电路输出两路异相的声音信号，再经噪声抑制芯片U8、U9处理后输出噪声抑制后的声音信号。
所述的室外噪声评测电路2和室内噪声评测电路7的结构相同，包括由放大器U1A和配套阻、容元件组成的放大电路，由二极管D2、电容、电阻组成的检波电路，由放大器U1B、放大器U1C和配套电阻组成的两级直流放大电路，以及由比较器U2A和配套电阻组成的电压比较电路，室外噪声评测电路2和室内噪声评测电路7分别接收室外噪声定向接收电路1和室内噪声定向接收电路6输出的同相信号，放大、检波、再放大、比较处理后输出电压信号至逻辑开关电路4的输入端。
所述的逻辑开关电路4包括与非门U5A、两个电子开关U6A、U6B和配套的三个触发器U4A、U4B、U4C，与非门U5A接收室外噪声评测电路2和室内噪声评测电路7发来的比较信号，处理后输出控制信号至两个电子开关U6A、U6B。
所述的多路音频放大器5由一组数字功放电路组成，每一个数字功放电路包括数字功放芯片U10和周围配套阻、容元件，数字功放芯片U10的信号输入端接收运算放大器电路3输出的反相噪声信号，放大后发送至两个扬声器SP1、SP2。
所述的运算放大器电路3包括放大器U3A、场效应管Q1和配套电阻，放大器U3A同相端接收室外噪声定向接收电路1发送的反相音频信号，借助场效应管Q1栅极接收的控制信号，调整增益后输出音频补偿信号。
本发明在具体实施时，在硬件电路结的声音定向接收电路，以保证该电路中的麦克风前、后灵敏度在14dB以上构中选用成熟的抑制环境噪声芯片ZY1421、ZY1623和单指向麦克风设计，用两套这样的电路，分别对噪声窜入的窗口外，和室内进行噪声接收，这就给整个系统提供了28dB以上的抑制噪声能力。
本方法分别在室内和室外设置麦克风，目的是为了判定是否需要进行噪声补偿。通过判定可以确定窜入的噪声是否超越人们的“容忍值”以及室内噪声是否达到人们期望的“安静值”。如果室内正在讨论、谈话或者已经为比较杂乱的环境，那么也就没有必要进行噪声补偿，只有当室内非常安静，而室外比较嘈杂的情况下进行噪声抑制。
由于音频功放，对不同的频率有不同的延迟，而且，功率越接近放大器的极限值，延迟越大。这对本系统的噪声中和极为不利。因此在系统实施时选用多路数字功放，每一路的功率输出设计都不能接近输出的最大值。利用多路声音在空间合成，以达到清除窜入室内噪声的目的。另外为了便于反相噪声的定向音箱的制作，系统选用小尺寸的矩形平面扬声器。
由于声音是机械波，噪声从窜入的门窗到房间四周墙壁需要时间，电路中处理的对应的噪声电磁波的速度是声波速度的100万倍。所以室内扬声器的位置选择在噪声窜入口最为合适，可以有效避免噪声通过室内墙壁反射造成的相位变化。
Claims (10)
1.一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，基于同源、反相、幅度相近的两路声源在同一空间迭加产生“静音”的基本手段，其特征在于：本方法实现的具体步骤包括：
A、设置单指向麦克风采样将环境噪声变成模拟电信号；
B、借助噪声专用处理芯片搭建室外噪声定向接收电路(1)，将室外环境噪声模拟信号处理成为两路同步、反相，且与幅度相关的两路噪声信号，并分离出和室外噪声的反相信号；
C、将上述室外环境噪声的反相信号借助运算放大器电路(3)进行适配处理处理后发送至多路音频放大器(5)做功率适配后，借助设置在噪声窜入口处的平面扬声器做音频输出实现对外界环境噪声进行抑制补偿。
2.根据权利要求1所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：所述的步骤C中对室外环境噪声的反相信号进行衰减处理的具体步骤还包括：
C1、设置室内噪声定向接收电路(6)，将室内噪声的模拟信号也处理成为两路同步、反相的噪声信号，将室内噪声的反相信号经由平方根检波电路(8)放大、检波处理为调控信号；
C2、将以上调控信号送入运算放大器电路(3)参与调控，调控后的抑噪调控信号送至多路音频放大器(5)。
3.根据权利要求1所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：上述步骤的运算放大器电路(3)和多路音频放大器(5)之间增设室内与室外正向的噪声评测逻辑电路(9)，用判定结果控制逻辑开关电路(4)。
4.根据权利要求3所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：所述的噪声评测逻辑电路(9)结构中包括逻辑开关电路(4)，室外噪声评测电路(2)和室内噪声评测电路(7)，室外噪声评测电路(2)的输入端接室外噪声定向接收电路(1)，室内噪声评测电路(7)的输入端接室内噪声定向接收电路(6)，室外噪声评测电路(2)和室内噪声评测电路(7)的输出端接在逻辑开关电路(4)的控制端。
5.根据权利要求4所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：室外噪声评测电路(2)结构中包括事先设定的相当于室外窜入噪声“容忍值”的标准电压，室内噪声评测电路(7)结构中包括相当于室内噪声“安静值”的标准电压。
6.根据权利要求4所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：所述的室外噪声定向接收电路(1)与室内噪声定向接收电路(6)的结构相同，包括设置在室内或室外的麦克风(M)、平衡输入处理接口电路、噪声抑制芯片(U8、U9)，以及配套阻容元件，麦克风(M)采集的声音信号经移相处理接口电路输出两路异相的声音信号，再经噪声抑制芯片(U8、U9)处理后输出噪声抑制后的声音信号。
7.根据权利要求4所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：所述的室外噪声评测电路(2)和室内噪声评测电路(7)的结构相同，包括由放大器(U1A)和配套阻、容元件组成的放大电路，由二极管(D2)、电容、电阻组成的检波电路，由放大器(U1B)、放大器(U1C)和配套电阻组成的两级直流放大电路，以及由比较器(U2A)和配套电阻组成的电压比较电路，室外噪声评测电路(2)和室内噪声评测电路(7)分别接收室外噪声定向接收电路(1)和室内噪声定向接收电路(6)输出的同相信号，放大、检波、再放大、比较处理后输出电压信号至逻辑开关电路(4)的输入端。
8.根据权利要求4所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：所述的逻辑开关电路(4)包括与非门(U5A)、两个电子开关(U6A、U6B)和配套的三个触发器(U4A、U4B、U4C)，与非门(U5A)接收室外噪声评测电路(2)和室内噪声评测电路(7)发来的比较信号，处理后输出控制信号至两个电子开关(U6A、U6B)。
9.根据权利要求1所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：所述的多路音频放大器(5)由一组数字功放电路组成，每一个数字功放电路包括数字功放芯片(U10)和周围配套阻、容元件，数字功放芯片(U10)的信号输入端接收运算放大器电路(3)输出的反相噪声信号，放大后发送至两个扬声器(SP1、SP2)。
10.根据权利要求1所述的一种室外环境噪声在室内空间的抑制方法，其特征在于：所述的运算放大器电路(3)包括放大器(U3A)、场效应管(Q1)和配套电阻，放大器(U3A)同相端接收室外噪声定向接收电路(1)发送的反相音频信号，借助场效应管(Q1)栅极接收的控制信号，调整增益后输出音频补偿信号。
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|---|---|---|---|
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| TR01 | Transfer of patent right |
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