CN106448648A - 一种防干扰的主动噪声控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防干扰的主动噪声控制装置，包括：基准信号发生器，用于发出谐波参考信号；第一、第二、第三、第四自适应滤波器，根据参考信号分别输出第一、第二、第三、第四控制信号；第一、第二次级声源发生器，根据控制信号发出消除声源；第一、第二误差传感器，检测次级声源和原始噪声的干涉的残差值；第一、第二补偿滤波器，通过对应的滤波器系数分别校正第一、第二控制信号，并输出第一、第二补偿信号；四个加法器，混合对应的第一、第二、第三、第四自适应滤波器输出的控制信号。本发明可以有效消除外界随机噪声对降噪效果的影响，可明显提高系统的降噪效果，增强设备的环境适应性。

Description

一种防干扰的主动噪声控制装置

技术领域

本发明涉及计算机设备散热技术领域，尤其涉及一种防干扰的主动噪声控制装置。

背景技术

目前，计算机、服务器等电子设备广泛应用在人们的生活、生产活动中，同时为了保证设备正常运行并不至于过热损坏，轴流风扇散热系统被广泛应用于电子设备，而轴流风扇在运行时产生的噪声严重影响了人们的生活工作环境，在无形中影响了人们的身心健康。

研究表明，对于轴流风扇，在正常情况下，与空气摩擦产生的旋转噪声是其主要噪声源，且其噪声基频与风扇的转速与叶片数有关。基于这种特性，与原始噪声相关的参考信号则可准确获得，利于提高降噪效果。但是在实际活动中，外界存在各种与降噪对象无关的噪声源，比如路边驶过的机动车辆、另一台风扇等，这些无关噪声源的干扰不可忽视，且将降低ANC装置的降噪效果。本专利拟设计一种混合的ANC装置，提高降噪装置的抗干扰能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种防干扰的 主动噪声控制装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种防干扰的主动噪声控制装置，包括：

第一、第二基准信号发生器，用于发出第一、第二参考信号，参考信号的频率根据转速传感器发出的脉冲信号决定，所述转速传感器设置在反光纸的正对位置；

第三加法器，用于将第一误差传感器检测到的噪声残差值和第一补偿滤波器校正后输出的第一补偿信号混合得到第三参考信号；

第四加法器，用于将第二误差传感器检测到的噪声残差值和第二补偿滤波器校正后输出的第二补偿信号混合得到第四参考信号；

第一、第二、第三、第四自适应滤波器，用于根据接收的第一、第二、第三、第四参考信号分别输出第一、第二、第三、第四控制信号；所述第一控制信号由第一参考信号和第一自适应滤波器的滤波器系数相乘得到；所述第二控制信号由第二参考信号和第二自适应滤波器的滤波器系数相乘得到；所述第三控制信号由第三参考信号和第三自适应滤波器的滤波器系数相乘得到；所述第四控制信号由第四参考信号和第四自适应滤波器的滤波器系数相乘得到；

第一加法器，用于将第一和第三控制信号混合得到最终的控制信号1；

第二加法器，用于将第二和第四控制信号混合得到最终的控制信号2；

第一次级声源发生器，根据第一加法器获得的控制信号1和第二补偿信号混合后发出声音以消除声源；

第二次级声源发生器，根据第二加法器获得的控制信号2和第一补偿信号混合后发出声音以消除声源；

第一误差传感器，用于检测第一次级声源发生器和第一评估点的噪声干涉后的残差值；所述残差值由误差传感器测出；

第二误差传感器，用于检测检测第二次级声源发生器和第二评估点的噪声干涉后的残差值；所述残差值由误差传感器测出；

第一补偿滤波器，通过对应的滤波器系数校正最终的控制信号2，并输出第一补偿信号；所述第一补偿信号由第一补偿滤波器的滤波器系数最终的控制信号2相乘得到；

第二补偿滤波器，通过对应的滤波器系数分别校正最终的控制信号1，并输出第一、第二补偿信号；所述第二补偿信号由第二补偿滤波器的滤波器系数最终的控制信号1相乘得到；

按上述方案，所述防干扰的主动噪声控制装置还包括：

第一、第二校正滤波器，用于处理接收到的第一、第二参考信号，同时输出校正后的第一、第二参考信号；

第三、第四校正滤波器，处理接收由第三、第四加法器发出的第三、第四参考信号，同时输出第三、第四参考信号；

第一、第二、第三、第四滤波器系数更新装置，用于基于第一、第二、第三、第四参考信号和第一、第二残差信号更新滤波器系数；

所述第一滤波器系数更新装置基于第一参考信号和第一残差信号更新滤波器系数；

所述第二滤波器系数更新装置基于第二参考信号和第二残差信号更新滤波器系数；

所述第三滤波器系数更新装置基于第三参考信号和第一残差信号更新滤波器系数；

所述第四滤波器系数更新装置基于第四参考信号和第二残差信号更新滤波器系数。

本发明产生的有益效果是：

1.采用主动控制噪声(ANC)的方式，较被动方式可在不影响散热效果的情况下提高降噪效果；

2.对比传统ANC装置，可以有效消除外界随机噪声对降噪效果的影响，可明显提高系统的降噪效果，增强设备的环境适应性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是应用于控制台的主动振动噪声控制结构平面原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在该实例中，主动振动噪声控制装置主要组件有控制器106，两组扬声器103、104组成的次级声源发生器，两个麦克风组成的误差信号检测器。

一组扬声器103作为第一次级声源发生器，另一组扬声器104作为第二次级声源发生器；麦克风101置于前凸台正上方离地175cm的中心位置，作为第一参考传感器，麦克风102置于控制面板正上方离地120cm的中心位置，作为第二参考传感器。

通过反光纸间断激励光电转速传感器，使其发出脉冲信号，且该脉冲信号 体现风扇的转速，并被输入到控制器106。从频谱特性上来分把轴流风扇的气动噪声分为：旋转噪声(干涉噪声)和宽频噪声(自噪声)。旋转噪声是指相对于叶片旋转坐标系，转子叶片和随时间变化的扰动流之间的相互干涉引起的噪声，它又称干涉噪声，对于动叶片均匀分布的风扇来说这种相互作用是周期性的，因而产生的噪声也是周期性的，旋转噪声的频率fi为：fi＝i*n/60，式中i为叶片数；n为风扇的转速。因此，其频率与风扇的气叶片数和转速有关。又风扇转动引起的噪声与其转速同步，因此，参考信号的频率可以根据转速传感器发出的脉冲信号决定。

图2为结构框图。如图2所示，组件包括：控制器106；一组扬声器103组成的第一次级声源发生器；一组扬声器104组成的第二次级声源发生器；麦克风101为第一误差传感器；麦克风102为第二误差传感器。

其中控制器106包括：第一基准信号发生器107a，发送第一基准信号；第二基准信号发生器107b，发送第二基准信号；它们的频率都基于转速传感器发出的脉冲信号确定。第一自适应滤波器108a，接收107a0发送的第一基准信号，同时输出第一控制信号Xa0给加法器110a0；第二自适应滤波器108b0，接收107b发送的第二基准信号，同时输出第二控制信号Xb0给加法器110b0；第三自适应滤波器108a1，接收加法器110a1混合的信号即内部生成的基准信号，然后输出 第三控制信号给加法器110a0；第四自适应滤波器108b1，接收加法器110b1混合的信号即内部生成的基准信号，然后输出第四控制信号给加法器110b0。第一校正滤波器105a0，接收第一基准信号，同时输出第一参考信号；第二校正滤波器105b0，接收第二基准信号，同时输出第二参考信号；第三校正滤波器接收加法器110a0、110a1输出的信号，同时输出内部产生的第三参考信号；第四校正滤波器接收加法器110b0、110b1输出的信号，同时输出内部产生的第四参考信号。第一滤波器系数更新装置111a0，根据第一参考信号和麦克风101测得的误差信号来更新第一滤波器108a0的系数；第二滤波器系数更新装置111b0，根据第二参考信号和麦克风102测得的误差信号来更新第二滤波器108b0的系数；第三滤波器系数更新装置111a1，基于第三参考信号和加法器110a1输出的信号更新第三滤波器108a1的系数；第四滤波器系数更新装置111b1，基于第四参考信号和加法器110b1输出的信号更新第四滤波器108b1的系数。

下面将根据上述描述的结构来描述其实际抗干扰的工作过程。

由转速传感器可同步得到风扇转速的电子脉冲信号，并发送给控制器106，然后控制器106决定第一、第二基准信号的频率，基准信号发生器107a、107b产生对应的基准信号，那么对应频率的噪声将被降低。这些基准信号可能相同。风扇转动过程由光电转速传感器计数并以方波脉冲的形式输出。

第一基准信号和第一自适应滤波器108a0的滤波器系数W00相乘得到第一控制信号Xa0；第三基准信号和第三自适应滤波器108a1的滤波器系数W01相乘得到第三控制信号Xa1；然后由加法器混合得到控制信号Xa2，该信号与第二补偿信号混合后由放大器放大，驱动第一次级声源发生器103发声并辐射出作为次级声源，抵消评估点处的噪声，最后第一误差传感器101测出残差值ea(n)。

同理，第二基准信号和第二自适应滤波器108b0的滤波器系数W10相乘得到第二控制信号Xb0；第四基准信号和第四自适应滤波器108b1的滤波器系数W11相乘得到第四控制信号Xb1；然后由加法器混合得到控制信号Xb2，该信号与第一补偿信号混合后由放大器放大，驱动第二次级声源发生器104发声并辐射出作为次级声源，抵消评估点处的噪声，最后第二误差传感器102测出残差值eb(n)。

同时，混合信号Xa2与第一补偿滤波器109a的系数F0相乘得到第一补偿信号，加上混合控制信号Xb2后放大，即可补偿扬声器103对麦克风102的影响，即图2中通道C01的影响。同理，混合信号Xb2与第二补偿滤波器109b的系数F1相乘得到第二补偿信号，加上混合控制信号Xa2后放大，即可补偿扬声器104对麦克风101的影响，即图2中通道C10的影响。

麦克风101、102检测噪声，并通过缆线将检测值发送给控制器106，而控 制器106、自适应滤波器108a0、108a1、108b0、108b1和补偿滤波器109a、109b则根据输入的值计算得到第一、第二、第三、第四控制信号Xa0、Xa1、Xb0、Xb1，然后最终混合控制信号Xa、Xb将驱动两组相应的扬声器103、104，其中用于补偿噪声的驱动信号同样通过缆线发送给两组扬声器103、104。

对于第一、第二、第三、第四校正滤波器105a0、105a1、105b0、105a1，如图2所示，此处假设：第一、第二校正滤波器系数分别为c^00、c^01、c^10和c^11；从扬声器103到麦克风101的传递特性为C00，从扬声器103到麦克风102的传递特性为C01；从扬声器104到麦克风101的传递特性为C10，从扬声器104到麦克风102的传递特性为C11。

如上所述，当确定了每个组成部分的传递特性后，扬声器103发出的次级声源Y0在前凸台麦克风101处可表示为：Y0＝(Xa2+F1*Xb2)*C00；扬声器104发出的次级声源Y1在麦克风101处可表示为：Y1＝(Xb2+F0*Xa2)*C10；扬声器103发出的次级声源Y3在麦克风102处可表示为：Y3＝(Xa2+F1*Xb2)*C01；控制面板扬声器104发出的次级声源Y4在控制面板麦克风102处可表示为：Y3＝(Xb2+F0*Xa2)*C11。

第一滤波器系数更新装置111a接收由麦克风101检测的上述混合信号，且其输入信号(Y0+Y1)可表示为：

Y0+Y1＝(C00+F0*C10)Xa2+(C10+F1*C00)*Xb2

同理，第二滤波器系数更新装置111b接收由麦克风102检测的混合信号，且其输入信号(Y3+Y4)可表示为

Y3+Y4＝(C01+F0*C11)*Xa2+(C11+F1*C01)*Xb2

同时，校正滤波器105a0、1050b的滤波器系数c^00、c^10表示对应的传递特性，它们只影响控制信号Xa0、Xb0。

为了通过这种方式实现降噪，补偿滤波器109a、109b的滤波器系数F0、F1需满足：

C01＝-C11*F0

C10＝-C00*F1

由此可得(Y0+Y1)、(Y3+Y4)为：

Y0+Y1＝(C00+F0*C10)Xa2

Y3+Y4＝(C11+F1*C01)*Xb2

但是，对于考虑外界干扰声源Va的Vb影响，对于实际的控制声源则需要考虑到第三、第四自适应滤波器输出的控制信号对实际驱动扬声器103和104信号的影响。其中对于第三自适应滤波器，有图1到图2可知，其参考信号为内部产生的，若设其参考信号和残差信号分别为xa1、ea1，则有ea1＝Va-Xa1，xa1＝ea1+Xa1’(即为Xa1的估计量)，即可得其实际内部参考信号约为为xa1≈Va’。同理，对第四自适应滤波器，同样可到xb1≈Vb’。

由此可知第三滤波器主要是针对干扰噪声Va，且校正滤波器105a1、105b1的滤波器系数c^01、c^11表示对应的传递特性，它们只影响控制信号Xa1、Xb1

因此，通过加法器110a0、110b0分别输出的控制信号为Xa2、Xb2，那么，对于扬声器103和104，其实际输出的控制声源应为：

(Y0+Y1)’＝c^00*Xa0+c^01*Xa1；

(Y3+Y4)’＝c^10*Xb0+c^11*Xb1

如上所述，当考虑了实际情况下的外界干扰信号的影响，扬声器103和104的实际驱动信号则变为(Y0+Y1)’和(Y3+Y4)’，此时ANC系统不仅可以消除有风扇引起的旋转噪声，还可以很好的消除外部干扰噪声的无关联噪声源对ANC系统的不利影响，甚至，改干扰源可以是多个不相关信号的混合信号，这大大提高了系统的环境适应性。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种防干扰的主动噪声控制装置，其特征在于，包括：

第一、第二基准信号发生器，用于发出第一、第二参考信号，参考信号的频率根据转速传感器发出的脉冲信号决定，所述转速传感器设置在反光纸的正对位置；

第三加法器，用于将第一误差传感器检测到的噪声残差值和第一补偿滤波器校正后输出的第一补偿信号混合得到第三参考信号；

第四加法器，用于将第二误差传感器检测到的噪声残差值和第二补偿滤波器校正后输出的第二补偿信号混合得到第四参考信号；

第一、第二、第三、第四自适应滤波器，用于根据接收的第一、第二、第三、第四参考信号分别输出第一、第二、第三、第四控制信号；所述第一控制信号由第一参考信号和第一自适应滤波器的滤波器系数相乘得到；所述第二控制信号由第二参考信号和第二自适应滤波器的滤波器系数相乘得到；所述第三控制信号由第三参考信号和第三自适应滤波器的滤波器系数相乘得到；所述第四控制信号由第四参考信号和第四自适应滤波器的滤波器系数相乘得到；

第一加法器，用于将第一和第三控制信号混合得到最终的控制信号1；

第二加法器，用于将第二和第四控制信号混合得到最终的控制信号2；

第一次级声源发生器，根据第一加法器获得的控制信号1和第二补偿信号混合后发出声音以消除声源；

第二次级声源发生器，根据第二加法器获得的控制信号2和第一补偿信号混合后发出声音以消除声源；

第一误差传感器，用于检测第一次级声源发生器和第一评估点的噪声干涉后的残差值；所述残差值由误差传感器测出；

第二误差传感器，用于检测检测第二次级声源发生器和第二评估点的噪声干涉后的残差值；所述残差值由误差传感器测出；

第一补偿滤波器，通过对应的滤波器系数校正最终的控制信号2，并输出第一补偿信号；所述第一补偿信号由第一补偿滤波器的滤波器系数最终的控制信号2相乘得到；

第二补偿滤波器，通过对应的滤波器系数分别校正最终的控制信号1，并输出第一、第二补偿信号；所述第二补偿信号由第二补偿滤波器的滤波器系数最终的控制信号1相乘得到。

2.根据权利要求1所述的防干扰的主动噪声控制装置，其特征在于，所述防干扰的主动噪声控制装置还包括：

第一、第二校正滤波器，用于处理接收到的第一、第二参考信号，同时输出校正后的第一、第二参考信号；

第三、第四校正滤波器，处理接收由第三、第四加法器发出的第三、第四参考信号，同时输出第三、第四参考信号；

第一、第二、第三、第四滤波器系数更新装置，用于基于第一、第二、第三、第四参考信号和第一、第二残差信号更新滤波器系数；

所述第一滤波器系数更新装置基于第一参考信号和第一残差信号更新滤波器系数；

所述第二滤波器系数更新装置基于第二参考信号和第二残差信号更新滤波器系数；

所述第三滤波器系数更新装置基于第三参考信号和第一残差信号更新滤波器系数；

所述第四滤波器系数更新装置基于第四参考信号和第二残差信号更新滤波器系数。