CN104978954B - 用于补偿机器的噪声的噪声排放的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于补偿机器（204）的噪声（200）的噪声排放的设备（100），其中，该设备（100）具有麦克风（102）、频谱分析仪（104）、推导装置（106）、和抗噪声装置（110）和声源（112）。麦克风（102）被设计用于接收噪声（200），用以获得噪声信号（114）。推导装置（106）被设计用于在使用机器（204）的运行参数（118）和声学模型下对频谱（116）推导数，用以获得推导的频谱（120）。频谱分析仪（104）被设计用于在使用噪声信号（114）下产生噪声(200)的频谱（116）。用于确定的装置（110）被设计用于在使用频谱(116)和/或推导的频谱（120）下确定抗噪声信号（124）。可调节的声源（112）被设计用于在使用抗噪声信号（124）下提供抗噪声波（202）。

Description

用于补偿机器的噪声的噪声排放的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于补偿机器的噪声的噪声排放的设备以及一种用于补偿机器的噪声的噪声排放的方法。

背景技术

DE102010050738A1描述一种静液压机器单元。

发明内容

本发明的目的是减少机器的噪声排放。

这个目的通过按照主权利要求的一种用于补偿机器的噪声的设备，通过一种用于补偿机器的噪声的方法以及一种相应的计算机程序产品来实现。

介绍的设计构思基于这样的认识，即机器的噪声排放从声源开始和/或在机器中作为噪声波发射出来。通过发射相对于噪声波具有倒置的振幅的或者具有半个相位的相位移的抗噪声波（降噪声波），在使用可控制的声源下，例如至少一个扬声器，可以借助于相消干涉至少局部地减小噪声波的振幅。

有利地，在此使抗噪声波的发射如此定向地进行，即噪声波和抗噪声波在一个目标区域中尽可能完全地消除。

在此处介绍的构思创造了一种用于补偿机器噪声的设备，其中该设备具有以下特征：

用于接收噪声的麦克风，用以获得噪声信号；

用于在使用噪声信号下测定噪声的频谱的频谱分析仪；

用于在使用机器的运行参数和声学模型下推导频谱数的推导装置，用以获得推导的频谱；

用于在使用频谱和/或推导的频谱下确定抗噪声信号的抗噪声装置；和

用于在使用抗噪声信号下提供抗噪声波的声源。

此外介绍用于补偿机器的噪声的方法，其中，该方法具有以下步骤：

在使用麦克风下接收噪声，用以获得噪声信号；

在使用噪声信号下测定噪声的频谱；

在使用机器的运行参数和声学模型下推导（求导）频谱，用以获得推导（求导）的频谱；

在使用频谱和/或推导的频谱下确定抗噪声信号；和

在使用抗噪声信号下在声源处提供抗噪声波，用于补偿噪声。

在目前情况下，设备可以理解为一种电气设备，它处理传感器信号并且依据该传感器信号输出空转和/或数据信号。该设备可以具有接口，它们可以以硬件和/或软件方式构成。在按照硬件方式的构造情况下，接口例如可以是一个所谓的系统-ASIC的一部分，它包含设备的极其不同的功能。但是，也可以的是，接口是独立的集成电路或者由离散的元器件组成。在按照软件方式的构造情况下，接口可以是软件模块，它们例如在另外的软件模块旁边设置在微处理器上。

噪声排放或噪声可以理解为不希望的发射的声能。补偿可以是一种相消干涉。噪声可以通过多个声波的叠加形成。机器可以例如是液压机。可调节的麦克风可以具有方向特性。由此麦克风可以具有优选的接收方向。麦克风可以被调节，由此该优选的接收方向或方向特性被以机械方式定向或转动。该方向特性也可以以电子方式改变。噪声信号可以是电信号。频谱可以代表或描述在噪声信号中包含的频率。噪声信号可以在时间区域上示出。频谱可以在频率区域上示出。声学模型可以代表机器的特征性的噪声排放。例如运行参数可以描述机器的转速或在机器上的液压液体的压力。可调节的声源具有方向特性。由此声源可以具有优选的发射方向。声源可以机械地定向或转动。该方向特性也可以以电子方式改变。通过推导的频谱可以实现特别有效的噪声补偿，因为可以处理大量的输入变量并且因此可以使抗噪声与使用现场很好地适配。推导装置可以被设计用于，在使用机器处的液压流体的压力下推导频谱。频谱可以基本上由机器的输出功率确定。因此推导的频谱可以特别简单地在使用压力和/或转速下导出。

麦克风可以是可调节的。声源可以是可调节的。设备可以具有用于在使用环境参数下调节和/或改变麦克风的方向特性和/或用于改变声源的（优选的）输出方向的调节装置。麦克风和/或声源可以自动地被定向到一个应该屏蔽噪声排放的地点上。该地点可以由环境参数推导出来。由此噪声补偿能够特别目标导向地实施。

麦克风可以是可调谐的。声源可以是可调谐的。通过调谐或者说调音可以使抗噪声特别有效地调准到噪声上。

声学模型可以是自适应的。声学模型可以是可修改的。声学模型可以与机器处的实际条件相协调。由此可以提高抗噪声信号的质量。模型可以在使用环境参数下被适配。

频谱分析仪可设计用于在使用噪声的相位和/或振幅下测定频谱。通过关于噪声的相位和/或振幅的信息，可以使噪声信号标准化。由此可以简化地建立频谱。

用于确定的装置可以设计用于通过倒置噪声信号来确定抗噪声信号。通过倒置可以特别好地补偿噪声。

用于确定的装置可以设计用于通过移动噪声信号的相位，尤其是移动180度，来确定抗噪声信号。通过移动相位可以特别简单地补偿噪声。

设备可以具有用于探测机器的环境的探测装置，以便获得环境参数。探测装置可以被设计用于在使用摄像机和/或运动探测器下探测环境。探测装置可以被设计用于识别补偿噪声的原因。探测装置可以被设计用于依据环境参数激活和/或去激活用于确定的装置。通过摄像机和/或运动探测器可以简单和快速地识别，是否例如至少一个人在机器的环境中，如果有人在那里，那么激活噪声补偿。如果不存在进行补偿的理由，那么可以取消补偿，以便节省能量。

抗噪声装置可以在使用环境参数下被去激活或者激活。例如当有人走进机器时，抗噪声装置可以被激活。如果这个人又离开机器，那么可以再将抗噪声装置去激活。由此可以节约能量。

有利的还包括具有程序编码的计算机程序产品或计算机程序，它可以存储在可机读的载体上或存储介质上，如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器，并且被用于实施、执行和/或控制按照上述实施方式之一的方法的步骤，尤其是当该程序产品或程序在计算机上或者设备上被执行时。

以下借助于附图举例说明地详细解释本发明。

附图说明

图1 显示了按照本发明的一个实施例的用于补偿机器的噪声的噪声排放的设备的框图；

图2显示了按照本发明的一个实施例的噪声和抗噪声的图示；和

图3显示了按照本发明的一个实施例的用于补偿机器的噪声的噪声排放的方法的流程图。

相同的或者类似的元件在下面的附图中可以通过相同的或者类似的附图标记标示。此外，附图中的图、它们的说明以及权利要求包含大量的特征的组合。对此专业人员清楚的是，这些特征也可以单独地考虑或者它们被概括成其它的没有明确描述的组合。

具体实施方式

图1显示了按照本发明的一个实施例的用于补偿机器的噪声的噪声排放的设备100的框图。该设备具有麦克风102、频谱分析仪104、推导装置、抗噪声装置（降噪或噪声消除装置）110和声源112。麦克风102被设计用于接收噪声200，用以获得噪声信号114。噪声信号114包括噪声的相位和/或振幅。频谱分析仪104与麦克风102连接。频谱分析仪被设计用于在使用噪声信号114下提供噪声的频谱116。推导装置106被设计用于在使用机器的运行参数118和声学模型下推导出频谱16，用以获得推导的频谱120。运行参数118例如是机器处的液压流体的压力和/或机器的转速。抗噪声装置110被设计用于在使用频谱116和/或推导的频谱120下确定抗噪声信号124。声源112被设计用于在使用抗噪声信号124下提供抗噪声波202。

在一个实施例中，麦克风102和/或声源112是可调节的。在此，设备100此外具有用于调节麦克风102和/或用于调节声源112的调节装置126。调节装置126与麦克风102机械地连接。调节装置126与声源112机械地连接。

在一个实施例中，设备100具有探测装置108。探测装置108被设计用于探测机器的环境以获得环境参数122。探测装置108摄像机128和/或运动探测器128连接，用以探测环境。在此，麦克风102 和/声源112在在使用环境参数122下进行调节。环境参数122也可以用于激活和/或去激活抗噪声装置110。

在一个实施例中，麦克风102 和/声源112是可调谐的。换言之，麦克风102 和/声源112是可以调整（调音调）的。

在此处介绍的方法描述一种在液压机或液压部件中的有源噪声补偿。通过有源噪声补偿（ANC）不需要任何高成本的机械的噪声消除装置。在此处介绍的方法是有源噪声补偿在开式空间中的应用的进一步的改进，例如在此处介绍的降噪方法可以应用于高速公路高架桥或者日式厕所。在此情况下空间可以是不受限制的。尤其是在此处介绍的方法特别适合作为添加模块用于不同的液压产品，尤其是阀门、泵、机组和马达。

图2显示了按照本发明的一个实施例的噪声200和抗噪声202的图示。噪声200由机器204发射出来。机器在此处是液压机204。噪声200代表由机器204发射出的噪声200。机器204与负荷相关地发出噪声200。在此，噪声200的频谱206依据机器的输出扭矩和/或输出转速进行变化。换言之，机器的噪声200 依据运行状况进行变化。在此情况下，频谱206各具有多个振幅峰值，它们各代表一个频带208，在该频带中机器204发射出具有特别高的强度的噪声。抗噪声202由按照本发明的一个实施例的用于补偿机器204的噪声200的噪声排放的设备的扬声器112发射出来，如它在图1中所示的那样。

噪声200和抗噪声202以强度曲线示出。在此，噪声200 作为频带208的多个强度曲线的合量210示出。抗噪声202作为单独的强度曲线212示出。抗噪声202相对于合量210 是倒置的。换言之，如果合量210具有负的振幅，则强度曲线212具有正的振幅。反过来，如果强度曲线212具有负的振幅，则合量210具有正的振幅。

在一个实施例中，频带的强度曲线是谐振荡的。该振荡基本上是正弦形的并且各具有恒定的频率和恒定的振幅。合成的频率曲线210是频率曲线的当前的振幅的叠加。抗噪声202的强度曲线212也是由多个没有示出的谐波的强度曲线构成的合成的强度曲线212。这些强度曲线相对于噪声200 的强度曲线具有180º的相位移或者半个周期持续时间。强度曲线212是与合量210相倒置的。

换言之，图2示出液压机组204的噪声频谱206。在此情况下可以在4000转每分钟下的空转中的第一频谱和在保持压力和350转每分钟下的第二频谱之间进行区分。两个频谱明显高于一个基础噪声和人类的一个听力阈值。

在此处介绍的方法描述一种频谱的基于模型的推导，用于降低电路费用。

在一个实施例中，对于至少一个麦克风和/或至少一个扬声器进行手动的或自动的位置调节，以便与环境适配。在此情况下，不仅麦克风而且扬声器都可以具有一个可控制的方向特性。该位置调节在多个麦克风和/或扬声器情况下也可以以相位受控的方式进行。

通过在此处介绍的噪声补偿，相对于无源的降噪，可以实现成本降低。在此处介绍的创新可以软件驱动的方式实施，因为要求的硬件可以成本有利地在市场上获得。

图3显示了按照本发明的一个实施例的用于补偿机器的噪声的噪声排放的方法300的流程图。该方法300可以在如图1中所示的设备中执行。该方法300具有接收步骤302、测定步骤304、（可选择的）推导步骤306、确定步骤310和提供步骤312。在接收步骤302中，在使用麦克风下接收噪声，用以获得噪声信号。在测定步骤304中，在使用噪声信号下测定噪声的频谱。在（可选择的）推导步骤306下，在使用机器的运行参数和声学模型下导出频谱，用以获得求导的频谱。在确定步骤310中，在使用频谱（和可选地，推导的频谱）下确定抗噪声信号。在提供步骤312中，在使用抗噪声信号下在声源处提供抗噪声波，用于补偿噪声。

在一个实施例中，方法300具有探测步骤308。在探测步骤308中，探测机器的环境，用以获得环境参数。声学模型在使用环境参数下被适配。在确定步骤310中，抗噪声信号此外在使用环境参数下被确定。在接收步骤302中，可以在使用环境参数下对麦克风定向。在提供步骤312中，在使用环境参数（122）下对扬声器定向。

环境参数可以与环境无关的用于激活和/去激活用于确定的装置。例如，如果在有人在机器的环境中，那么可以补偿噪声。如果无人在该环境中，那么可以放弃该补偿。

通过在此处介绍的方法使噪声负荷明显降低并且揭示在工业（液压技术）中应用的巨大潜力。

所示的实施例仅仅是示例性选择的并且能够相互组合。

附图标记表

100 用于补偿的设备

102 麦克风

104 频谱分析仪

106 推导装置

108 探测装置

110 用于确定的装置

112 声源

114 噪声信号

116 频谱

118 运行参数

120 推导的频谱

122 环境参数

124 抗噪声信号

126 调节装置

128 摄像机/运动探测器

200 声音，噪声

202 抗噪声

204 机器

206 频谱

208 频带

210 合量

212 强度曲线

300 用于补偿的方法

302 接收步骤

304 测定步骤

306 推导步骤

308 探测步骤

310 确定步骤

312 提供步骤。

Claims (10)

1.用于补偿机器（204）的噪声（200）的设备（100），其中，该设备（100）具有以下特征：

用于接收噪声（200）的麦克风（102），用以获得噪声信号（114）；

用于在使用噪声信号（114）下测定噪声(200)的频谱（116）的频谱分析仪（104）；

用于在使用机器（204）的运行参数（118）和声学模型下推导频谱（116）的推导装置（106），用以获得推导的频谱（120）；

用于在使用频谱(116)和/或推导的频谱（120）下确定抗噪声信号（124）的抗噪声装置（110）；和

用于在使用抗噪声信号（124）下提供抗噪声波（202）的声源（112）。

2.根据权利要求1所述的设备（100），其中，麦克风（102）实施成在几何结构上是可调节的，其中，该设备（100）具有用于调节麦克风（102）的调节装置（126）和/或其中，声源（112）在几何结构上是可调节的，其中，该设备（100）具有用于调节声源（112）的调节装置（126）。

3.根据权利要求1或2所述的设备（100），其中，麦克风（102）实施成是可调谐的和/或其中，声源（112）实施成是可调谐的。

4.根据权利要求1或2所述的设备（100），其中，所述声学模型以自适应的方式构造成。

5.根据权利要求1或2所述的设备（100），具有用于探测机器（204）的环境的探测装置（108），用以获得环境参数（122）。

6.根据权利要求1所述的设备（100），其中，探测装置（108）被设计用于，依据环境参数使抗噪声装置（110）激活和/或去激活。

7.根据权利要求5所述的设备（100），其中，所述探测装置（108）被设计用于在使用摄像机和/或运动探测器下探测环境。

8.用于补偿机器（204）的噪声（200）的方法（300），其中，该方法（300）具有以下步骤：

在使用麦克风（102）下接收（302）噪声（200），用以获得噪声信号（114）；

在使用噪声信号（114）下测定（304）噪声(200)的频谱（116）；

在使用机器（204）的运行参数（118）和声学模型下推导频谱（116），用以获得推导的频谱（120）；

在使用频谱(116)和/或推导的频谱（120）下确定（310）抗噪声信号（124）；和

在使用抗噪声信号（124）下在声源（112）处提供（312）抗噪声波（212），用于补偿噪声（200）。

9.根据权利要求8所述的方法（300），具有探测环境条件的步骤，用以获得环境参数（122），其中，声学模型在使用环境参数（122）下被适配。

10.根据权利要求8或9所述的方法（300），其中，在接收的步骤（302）中，在使用环境参数（122）下对麦克风（102）定向和/或其中，在提供的步骤（312）中，在使用环境参数（122）下对声源（112）定向。

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