CN103035234A - 有源降噪装置及方法和用于抽油烟机的噪声控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种有源降噪装置，包括：第一采集模块，用于采集噪声信号；第二采集模块，用于采集误差信号；判决模块，用于根据误差信号的幅值判断误差信号是否收敛；RLS模块，用于采用RLS算法生成系数估计值；系数修订模块，用于根据判决结果对RLS模块生成的系数估计值进行修正；均衡滤波模块，用于根据修正后的系数估计值对噪声信号进行滤波处理，并产生与噪声信号相位相反的干涉抵消信号；放大模块，用于根据噪声信号的幅度对干涉抵消信号进行放大；和次噪声源模块，用于根据放大后的干涉抵消信号产生相应地抵消声波。本发明实施例通过RLS算法可以实现对噪声信号的快速跟踪，同时增加了对复杂信号的实时跟踪性能。

Description

有源降噪装置及方法和用于抽油烟机的噪声控制系统

技术领域

本发明涉及一种电器设计及制造技术领域，特别涉及一种有源降噪装置及方法和用于抽油烟机的噪声控制系统。

背景技术

由于噪声的污染给人们的生产和生活带来了诸多不便，因此噪声的控制也变得越来越重要。传统控制噪声源的方法主要是采用无源控制技术，即采用吸声、隔声、使用消声器等声学方法进行降噪。然而，这种无源降噪机制对中、高频噪声比较有效，而对低频噪声效果不是很大。在抽油烟机的进风口处，由于空气的快速流动，空气与抽油烟机的滤油网和油烟机的内壁产生磨察，从而产生连续不断的低频噪声。同时，在排风口处，空气与排风通道的侧壁产生磨察，产生的低频噪声信号会沿着内壁向下传输。因此即使在内壁和排风管道安装吸声材料，也很难将不接触侧壁的噪声消除。此外，如果采用阻挡的方式安放消声材料，还会对抽油烟机的排风通常造成影响。如果全部利用结构消噪，会导致结构变的非常复杂，极大地增加制造成本。所以目前利用传统的无源控制技术很难降低抽油烟机进风口产生的低频噪声。

因此，现有技术的缺点是，抽油烟机进风口产生的噪声很难被抑制或被消除，从而导致用户的使用不便。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，特别是解决目前抽油烟机噪声难以抑制或消除的缺陷。

本发明实施例提出了一种有源降噪装置，包括：第一采集模块，用于采集噪声信号；第二采集模块，用于采集误差信号；判决模块，用于根据所述误差信号的幅值判断所述误差信号是否收敛；递归式最小均方RLS模块，用于根据所述噪声信号及所述误差信号采用RLS算法生成系数估计值；系数修订模块，用于根据所述判决模块的判决结果对所述RLS模块生成的系数估计值进行修正；均衡滤波模块，用于根据所述系数修订模块修正后的系数估计值对所述噪声信号进行滤波处理，并产生与所述噪声信号相位相反的干涉抵消信号；放大模块，用于根据所述噪声信号的幅度对所述干涉抵消信号进行放大；和次噪声源模块，用于根据所述放大后的干涉抵消信号产生相应地抵消声波。

本发明实施例还提出了一种有源降噪方法，包括以下步骤：分别采集噪声信号和误差信号；根据所述误差信号的幅值判断所述误差信号是否收敛，并根据所述噪声信号及所述误差信号采用RLS算法生成系数估计值；根据是否收敛的判决结果对生成的系数估计值进行相应地修正；根据修正后的系数估计值对所述噪声信号进行滤波处理，并产生与所述噪声信号相位相反的干涉抵消信号；根据所述噪声信号的幅度对所述干涉抵消信号进行放大；和根据所述放大后的干涉抵消信号产生相应地抵消声波。

本发明实施例通过采用有源噪声控制的方式对噪声进行抵消，特别是对抽油烟机的噪声进行抵消，从而有效地抑制或消除抽油烟机产生的噪音。此外，本发明实施例还可通过RLS算法可以实现对噪声信号的快速跟踪，同时增加了对复杂信号的实时跟踪性能，从而进一步克服了信号收敛速度慢且不均匀的缺陷。因此本发明实施例还能够更有效地抵消噪声声波，使得降噪效果更加明显，而且更加适宜于实际应用。

本发明实施例还提出了一种用于抽油烟机的噪声控制系统，包括：有源降噪装置，所述有源降噪装置为如上所述的有源降噪装置，其中，所述有源降噪装置中的第一采集模块和第二采集模块安装在抽油烟机进风口的轴线上，且所述第二采集模块位于所述第一采集模块的下方。

通过本发明实施例的用于抽油烟机的噪声控制系统可以准确地采集噪声源信号，从而更有效地抵消噪声源信号。且通过将第一采集模块和第二采集模块安装在抽油烟机进风口的轴线上，可以极大地降低人操作平台处的噪声。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例有源降噪装置结构图；

图2为本发明实施例的均衡滤波模块结构示意图；

图3为本发明实施例的有源降噪方法流程图；

图4为本发明实施例的用于抽油烟机的噪声控制系统结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

有源噪声控制是噪声控制领域近几十年发展的新技术，它弥补了传统无源降噪控制对低频信号的不足，特别适合低频噪声控制。其降噪机理是两列相同频率、相位固定的声波会发生相消性的干涉。在本发明实施例中，主要采用有源噪声控制的方式对噪声进行抵消，特别是对抽油烟机的噪声进行抵消。

如图1所示，为本发明实施例有源降噪装置结构图。该有源降噪装置包括第一采集模块100、第二采集模块200、判决模块300、RLS(递归式最小均方)模块400、系数修订模块500、均衡滤波模块600、放大模块700和次噪声源模块800。其中，第一采集模块100用于采集噪声信号。第二采集模块200相对于第一采集模块100具有一定的距离，第二采集模块200用于采集误差信号。由于第二采集模块200相对于第一采集模块100在声波的传播路径上具有一定的距离，因此第二采集模块200获得的声波信号为经过干涉抵消后的信号，即噪声信号与干涉抵消信号的误差。其中，在本发明的一个实施例中，第一采集模块100和第二采集模块200可为麦克风，当然在本发明的其他实施例中还可通过其他方式进行采集。且在本发明的实施例中，第一采集模块100可在抽油烟机进风口处采集噪声信号，并寻找抽油烟机声场中信号强度的最佳点，以使采集的噪声信号的波形非常接近实际噪声信号的波形，从而进一步提高采集精度。判决模块300用于根据电平量化后的误差信号的幅值判断有误差信号是否收敛。RLS模块400用于根据噪声信号及误差信号采用RLS算法生成系数估计值。由于抽油烟机进风口处的噪声信号是一种未知的，时变的、非线性的广谱信号。而RLS算法由于具有较快的收敛速度和特征值分布不敏感的特性，因此处理这种非平稳的信号较为合适。如图1所示，其中，x(n)为麦克风采集的噪声信号，d(n)为次噪声源模块800输出的期望信号。

其中，滤波器的输出可以表示为：

其中，w(n)为滤波器的权矢量，其中，N为试验获得的最佳值，k为大于等于0小于N的整数。

在本发明的一个实施例中，自适应过程是基于递归最小二乘，即：

e(n)＝d(n)-y(n)；

w(n)＝w(n-1)+k(n)e(n)；

其中，e(n)为误差信号，定义为期望信号与滤波器输出信号之差，k(n)为滤波器增益矢量，为相关矩阵的逆阵，σ为加权因子以使信号的统计量能够自适应调整。其中，加权因子σ为通过实验获得，且σ大于0，并小于等于1。其中，系数修订模块500用于根据判决模块300的判决结果对RLS模块400生成的系数估计值进行修正。在本发明的实施例中，如果判决模块300根据误差信号判断有源降噪装置已收敛，则不对RLS模块400生成的系数估计值进行修正，直接将其输出给均衡滤波模块600。如果判决模块300根据误差信号判断有源降噪装置尚未收敛，则此时系数修订模块500需要对RLS模块400生成的系数估计值进行修正，例如对于系数估计值超过期望系数的情况，则根据期望系数对系数估计值进行惩罚。举例来说，例如期望系数为5-6dB，而计算的吸收估计值为10dB，则此时系数修订模块500可将6dB作为修正后的系数估计值。

其中，均衡滤波模块600用于根据系数修订模块500修正后的系数估计值对噪声信号进行滤波处理，并产生与噪声信号相位相反的干涉抵消信号。放大模块700用于根据噪声信号的幅度对干涉抵消信号进行放大，从而调整干涉抵消信号的动态范围。次噪声源模块800用于根据放大后的干涉抵消信号产生相应地抵消声波。在本发明的一个实施例中，次噪声源模块800可为喇叭，当然也可为其他发声装置。在本发明的实施例中，次噪声源模块800可为2次噪声源。需要说明的是，在本发明的实施例中可以仅部分地抵消抽油烟机产生的噪声信号，这样只要抵消后的误差信号能够满足用户正常使用的需求即可，即误差信号在一定范围内即可。

如图2所示，为本发明实施例的均衡滤波模块结构示意图。

其中，均衡滤波器主要是FIR滤波器，主要是进行滤波器的系数自适应调整。在该实施例中，FIR滤波器为目前已知的滤波器，其结构如图2所示，在此不再赘述。

其中，均衡滤波器的公式为如上所述的：

$y\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}w\left(k\right)x(n-k).$

在本发明的实施例中，放大模块700还用于将数字信号转换为模拟信号。当然也可以单独添加DA转换器实现。

优选地，本发明实施例的有源降噪装置还包括第一电平量化模块900和第二电平量化模块1000。其中，第一电平量化模块900用于对噪声信号进行电平量化。第一电平量化模块900将单位时间点的信号幅值转化为数字信号，存放在一维数组中，从而实现对噪声信号的量化。在本发明的一个实施例中，第一电平量化模块900还具有频带限制功能，从而能够有效去除噪声信号中的中频和高频干扰信号。第二电平量化模块1000用于对误差信号进行电平量化。同样地，第二电平量化模块1000也具有频带限制功能，从而能够有效去除误差信号中的中频和高频干扰信号。

在本发明的一个实施例中，有源降噪装置还包括干扰信号处理模块1100。干扰信号处理模块1100用于对误差信号进行滤波以去除误差信号中的高频脉冲信号。

在本发明的一个实施例中，系数修订模块500还用于保存初始系数，系数修订模块500在有源降噪装置启动时输出该初始系数。其中，该初始系数通过获得。通过该初始系数能够保证有源降噪装置的快速收敛和稳定性。

如图3所示，为本发明实施例的有源降噪方法流程图。该方法包括以下步骤：

步骤S301，分别采集噪声信号和误差信号。在本发明的一个实施例中，可分别通过两个麦克风采集噪声信号和误差信号。

步骤S302，分别对采集噪声信号和误差信号进行电平量化。通过将单位时间点的信号幅值转化为数字信号，存放在一维数组中，从而实现对噪声信号及误差信号的量化。在本发明的一个实施例中，还可以对电平量化后的噪声信号及误差信号进行滤波，从而能够有效去除噪声信号中的中频和高频干扰信号。需要说明的是，采用电平量化方式仅为本发明的优选实施例，在本发明的其他实施例中还可采用其他采样方式。

步骤S303，根据电平量化后的误差信号的幅值判断所述误差信号是否收敛，并根据噪声信号及误差信号采用RLS算法生成系数估计值。

步骤S304，根据是否收敛的判决结果对生成的系数估计值进行相应地修正。如果根据误差信号判断有源降噪装置尚未收敛，则此时需要对系数估计值进行修正，例如对于系数估计值超过期望系数的情况，则根据期望系数对系数估计值进行惩罚。举例来说，例如期望系数为5-6dB，而计算的吸收估计值为10dB，则此时系数修订模块500可将6dB作为修正后的系数估计值。

步骤S305，根据修正后的系数估计值对量化后的噪声信号进行滤波处理，并产生与噪声信号相位相反的干涉抵消信号。

步骤S306，根据噪声信号的幅度对干涉抵消信号进行放大，从而产生与噪声信号幅值相等，相位相反的干涉抵消信号。此处，误差信号为噪声信号与干涉抵消信号之间的差。在本发明的实施例中，通常没有必要保持抽油烟机的绝对静音，因此只要抽油烟机的发出的噪声能够满足要求即可，即误差信号满足要求即可。

步骤S307，根据放大后的干涉抵消信号产生相应地抵消声波，以进行有源降噪。

在本发明的实施例中，还包括对误差信号进行滤波以去除误差信号中的高频脉冲信号。

本发明实施例通过RLS算法可以实现对噪声信号的快速跟踪，同时增加了对复杂信号的实时跟踪性能，与现有技术相比，克服了信号收敛速度慢且不均匀的缺陷。因此本发明实施例能够更有效地抵消噪声声波，使得降噪效果更加明显，而且更加适宜于实际应用。

本发明实施例还提出了一种用于抽油烟机的噪声控制系统。该系统包括至少一个上述有源降噪装置，其中，有源降噪装置中的第一采集模块和第二采集模块安装在抽油烟机进风口的轴线上，且第二采集模块位于第一采集模块的下方。具体地，第一采集模块和第二采集模块均位于所述抽油烟机的滤油网的上方。且次噪声源模块为两个，其中，两个次噪声源模块对称地安装在抽油烟机进风口轴线的两侧。具体地，在本发明的一个实施例中，轴线可为滤油网的中心线或风道的中心线。

如图4所示，为本发明实施例的用于抽油烟机的噪声控制系统结构图。图4中抽油烟机的出风口下方和人面对抽油烟机的操作平台都是待控制的声场区域。在该实施例中，以控制面板面朝用户为例进行描述。为了达到更好的降噪效果，本发明实施例的系统采用一个采集噪声源的初级麦克风(MIC2，即上述第一采集模块)，一个采集误差信号的误差麦克风(MIC1，即上述第二采集模块)和两个输出次声源信号的扬声器(SPK1和SPK2，及上述次噪声源模块)。为了更能准确的采集噪声源信号，本发明实施例将初级麦克风MIC2放在沿着抽油烟机进风口轴线上，且位于操作平台轴线的后方，及滤油网正上方的位置。为了使人操作平台处的噪声明显降低，本发明实施例还可将误差麦克风MIC1放沿着进风口轴线的下方，且位于滤油网正上方及初级麦克风MIC2的正下方的位置。同时，为了更有效抵消噪声源信号，把两个扬声器(SPK1和SPK2)分别等距离放在抽油烟机进风口轴线的两侧。优选地，两个扬声器(SPK1和SPK2)斜向下面对进风口，并且两个扬声器(SPK1和SPK2)与进风口中心轴的夹角约为40-50度，优选为45度。

通过本发明实施例的用于抽油烟机的噪声控制系统可以准确地采集噪声源信号，从而更有效地抵消噪声源信号。且通过将第一采集模块和第二采集模块安装在抽油烟机进风口的轴线上，可以极大地降低人操作平台处的噪声。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种有源降噪装置，其特征在于，包括：

第一采集模块，用于采集噪声信号；

第二采集模块，用于采集误差信号；

判决模块，用于根据所述误差信号的幅值判断所述误差信号是否收敛；

递归式最小均方RLS模块，用于根据所述噪声信号及所述误差信号采用RLS算法生成系数估计值；

系数修订模块，用于根据所述判决模块的判决结果对所述RLS模块生成的系数估计值进行修正；

均衡滤波模块，用于根据所述系数修订模块修正后的系数估计值对所述噪声信号进行滤波处理，并产生与所述噪声信号相位相反的干涉抵消信号；

放大模块，用于根据所述噪声信号的幅度对所述干涉抵消信号进行放大；和

次噪声源模块，用于根据所述放大后的干涉抵消信号产生相应地抵消声波。

2.如权利要求1所述的有源降噪装置，其特征在于，还包括：

干扰信号处理模块，用于对所述误差信号进行滤波以去除所述误差信号中的高频脉冲信号。

3.如权利要求1所述的有源降噪装置，其特征在于，其中，所述系数修订模块还用于保存初始系数，所述系数修订模块在所述有源降噪装置启动时输出所述初始系数。

4.如权利要求1所述的有源降噪装置，其特征在于，所述第一采集模块和所述第二采集模块为麦克风。

5.如权利要求1所述的有源降噪装置，其特征在于，还包括：

第一电平量化模块，用于对所述噪声信号进行电平量化；第二电平量化模块，用于对所述误差信号进行电平量化。

6.一种有源降噪方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

分别采集噪声信号和误差信号；

根据所述误差信号的幅值判断所述误差信号是否收敛，并根据所述噪声信号及所述误差信号采用RLS算法生成系数估计值；

根据是否收敛的判决结果对生成的系数估计值进行相应地修正；

根据修正后的系数估计值对所述噪声信号进行滤波处理，并产生与所述噪声信号相位相反的干涉抵消信号；

根据所述噪声信号的幅度对所述干涉抵消信号进行放大；和

根据所述放大后的干涉抵消信号产生相应地抵消声波。

7.如权利要求6所述的有源降噪方法，其特征在于，还包括：

对所述误差信号进行滤波以去除所述误差信号中的高频脉冲信号。

8.如权利要求6所述的有源降噪方法，其特征在于，还包括：

分别对所述噪声信号和所述误差信号进行电平量化。

9.一种用于抽油烟机的噪声控制系统，其特征在于，包括：

有源降噪装置，所述有源降噪装置为如权利要求1-5任一项所述的有源降噪装置，其中，所述有源降噪装置中的第一采集模块和第二采集模块安装在抽油烟机进风口的轴线上，且所述第二采集模块位于所述第一采集模块的下方。

10.如权利要求9所述的用于抽油烟机的噪声控制系统，其特征在于，所述第一采集模块和第二采集模块均位于所述抽油烟机的滤油网的上方。

11.如权利要求9所述的用于抽油烟机的噪声控制系统，其特征在于，所述有源降噪装置中的次噪声源模块为两个，且所述两个次噪声源模块对称地安装在所述抽油烟机进风口轴线的两侧。

12.如权利要求11所述的用于抽油烟机的噪声控制系统，其特征在于，所述两个次噪声源模块倾斜设置，且所述两个次噪声源模块与所述进风口的轴线的夹角为40-50度。

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