CN106766085A - 一种空调及其噪声消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空调，包括压缩机、风机以及为压缩机与风机设置的两个消噪单元；消噪单元包括：噪声采集模块、模数转换模块、锁相环电路、数模转换模块、发音模块；噪声采集模块用于采集噪声信号并将其转换为模拟电信号；模数转换模块用于将模拟电信号转换为数字电信号；锁相环电路用于将数字电信号作为参考信号，控制输出信号与参考信号的相位差保持180°；数模转换模块用于将锁相环电路的输出信号转换为模拟信号；发音模块用于将模拟信号转换为声音信号，以抵消噪声源发出的噪声。本发明可以在不对空调内部的部件或管路结构进行改动的情况下，降低空调正常运行过程中产生的噪声。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种空调及其噪声消除方法。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，空调已进入千家万户，被广泛地使用。
空调在运行过程中，压缩机工作、风机转动、冷媒在管路中流动和各种阀门的开关等都会产生一定的噪声(又称噪音)；其中，压缩机工作和风机转动产生的噪声较大，因此，压缩机和风机为空调运行过程中的主要噪声源。噪声可能使得用户产生不舒服的感觉，或者使得用户产生烦躁情绪；某些频率段的强度较大的噪声，甚至会影响用户的身体健康。因此，有必要对空调进行降噪。
目前，对空调常用的噪声消除方法有：研发并使用低机械振动的压缩机，改进风机的形状和结构以降低风机转动产生的噪声；改进管路的结构以减少管路产生的机械振动和共振；在压缩机与支架之间加装弹性材料；加装隔声、吸声的材料等。
上述对空调常用的噪声消除方法虽然能够降低空调在运行过程中产生的噪声，但是需要改进空调的主要部件或管路等的结构，延长了研发周期，增加了成本，降低了空调产品的竞争力。
此外，已公开有一种技术方案，通过降低空调室内机中风机的转速来降低空调噪声；该技术方案虽然能够降低空调的噪声，但影响了空调的调节温度这一主要功能，降低了用户的体验。
综上所述，现有的对空调噪声进行消除的技术方案，要么需要改进空调的部件或结构，要么会影响空调的正常运行。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种空调及其噪声消除方法，可以在不对空调内部的部件或管路结构进行改动的情况下，降低空调正常运行过程中产生的噪声。
本发明一方面提供一种空调，包括压缩机与风机，以及为作为噪声源的压缩机与风机设置的两个消噪单元；每一消噪单元均包括：噪声采集模块、模数转换模块、锁相环电路、数模转换模块、发音模块；其中，
噪声采集模块设置于噪声源的噪声传播路径，用于采集噪声信号，并将噪声信号转换为模拟电信号向模数转换模块发送；
模数转换模块用于接收噪声采集模块发送的模拟电信号，将其转换为数字电信号发送到锁相环电路的输入端；
锁相环电路用于将模数转换模块发送的数字电信号作为参考信号，控制输出信号与参考信号的相位差保持180°，将输出信号向数模转换模块发送；
数模转换模块用于将锁相环电路的输出信号转换为模拟信号向发音模块发送；
发音模块用于将数模转换模块发送的模拟信号转换为声音信号，以抵消噪声源发出的噪声。
优选地，发音模块设置于相应的噪声源表面中部。
优选地，锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器及压控振荡器；其中，
鉴相器用于比较输出信号与参考信号的相位，生成相位误差信号向环路滤波器输出；
环路滤波器用于对相位误差信号平滑滤波后，向压控振荡器输出；
压控振荡器用于根据滤波后的相位误差信号产生输出信号，并将输出信号向鉴相器反馈。
优选地，消噪单元还包括：
检测模块，连接于模数转换模块与锁相环之间，用于接收所述数字电信号，并检测所述数字电信号的频率：若检测的频率小于预设频率阈值，则将所述数字电信号发送到锁相环电路；若检测的频率大于或等于预设频率阈值，则控制其所在的消噪单元停止工作。
优选地，所述噪声采集模块为麦克风，所述模数转换模块为ADC器件，所述检测模块包括数字频率计，所述锁相环电路为数字锁相环，所述数模转换模块为DAC器件，所述发音模块为扬声器。
本发明另一方面提供一种空调噪声消除方法，包括步骤：
S1.采集空调噪声源发出的噪声信号，将噪声信号转换为模拟电信号；
S2.将模拟电信号转换为数字电信号发送到锁相环电路的输入端，所述模拟电信号作为锁相环电路的参考信号；所述锁相环电路控制输出信号与参考信号的相位差保持180°；
S3.将锁相环电路的输出信号转换为模拟信号，并将所述模拟信号转换为声音信号，以抵消噪声源发出的噪声。
优选地，所述噪声源包括压缩机与风机。
优选地，所述噪声信号与所述声音信号的声源相距不大于预设距离阈值。
优选地，在所述将模拟电信号转换为数字电信号之后，所述方法还包括：接收所述数字电信号，并检测所述数字电信号的频率：若检测的频率小于预设频率阈值，则将所述数字电信号发送到锁相环电路；若检测的频率大于或等于预设频率阈值，则停止工作。
优选地，所述锁相环电路为数字锁相环。
由以上技术方案可知，本发明采用锁相环获得与噪声反相的声音信号，并与噪声信号进行叠加，进而有效消除空调噪声。同时，本发明将发音模块置于噪声源位置，可从声源处消噪，强化了噪声消除效果。另外，本发明通过设置检测模块，将噪声分为高频噪声与低频噪声，对低频噪声进行消除，对高频噪声则不予处理，以避免不仅无法消除噪声，反而增大噪声的火上浇油的不良后果。本发明安装方便、可靠性强、选用的器件皆为常见器件，适于在工程应用中大面积推广。
附图说明
图1是本发明实施例的可消除噪声空调结构示意图；
图2是本发明实施例的噪声消除方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
本发明的发明人考虑到，噪声的强度主要是由噪声的幅度决定的；若有一种装置，能够产生与噪声的频谱、幅度相同且相位相反的声音，则该装置产生的声音与噪声叠加后，两者的幅度会产生抵消，从而降低了噪声的强度。若将该装置安装于空调内部，则既可以在不需要改变空调的部件和管路结构的情况下降低空调的噪声，也不会影响空调的正常运行。
下面结合附图详细说明本发明的技术方案。
图1示出了本发明的空调结构，参见图1，上述空调包括压缩机与风机。一般来说，压缩机与风机是空调主要的噪声源。本发明为每一噪声源设置一消噪单元，每一消噪单元均包括：噪声采集模块11、模数转换模块12、锁相环电路14、数模转换模块15、发音模块16。
具体而言，噪声采集模块11设置于噪声源的噪声传播路径，用于采集噪声信号，并将噪声信号转换为模拟电信号向模数转换模块12发送。较佳地，噪声采集模块11可为麦克风。
模数转换模块12用于接收噪声采集模块11发送的模拟电信号，将其转换为数字电信号发送到锁相环电路14的输入端。一般地，模数转换模块12为ADC器件。
锁相环电路14用于将模数转换模块12发送的数字电信号作为参考信号，控制输出信号与参考信号的相位差保持180°，将输出信号向数模转换模块15发送。
在本发明优选实施例中，锁相环电路14为数字锁相环，包括鉴相器、环路滤波器及压控振荡器。
其中，鉴相器用于比较输出信号与参考信号的相位，生成相位误差信号向环路滤波器输出。环路滤波器用于对相位误差信号平滑滤波后，向压控振荡器输出。压控振荡器用于根据滤波后的相位误差信号产生输出信号，并将输出信号向鉴相器反馈。
通过上述锁相环的设置，本发明将消噪信号与噪声信号相应的数字信号保持反相，进而保证消噪信号与噪声信号能够抵消。
数模转换模块15用于将锁相环电路14的输出信号转换为模拟信号向发音模块16发送。一般地，数模转换模块15为DAC器件。
发音模块16用于将数模转换模块15发送的模拟信号转换为声音信号，以抵消噪声源发出的噪声。较佳地，发音模块16可为扬声器。
具体应用中，从噪声源发出的噪声声波为球面波，因此在噪声场的常规位置布置消噪单元只能实现区域性降噪，难以全局地消除噪声。基于上述考虑，本发明将发音模块设置于其对应的噪声源表面中部。这样，消噪信号也是从噪声源发出的球面波，与噪声信号抵消之后，可实现全局性地噪声消除。
在实际噪声消除过程中，由于现有器件反相控制与控制实时性的不足，对于频率较低的噪声信号，消噪效果较好。而对于频率较高的噪声信号，以500Hz为例，控制时间相差1ms，相位就相差180°，而1ms的精度在实际应用中是难以达到的。因此，对于高频噪声，现有的空调消噪设备不仅无法有效消除，常常火上浇油，噪声常因消噪设备而变得更强，严重影响使用者体验。基于上述考虑，本发明设置检测模块13，根据频率大于对噪声信号进行分类处理。
具体地，检测模块13连接于模数转换模块12与锁相环14之间，用于接收数字电信号，并检测数字电信号的频率：若检测的频率小于预设频率阈值，如500Hz，则将数字电信号发送到锁相环电路14；若检测的频率大于或等于预设频率阈值，则控制其所在的消噪单元停止工作。一般地，检测模块13可含有数字频率计与微控制单元MCU。
这样，本发明通过设置上述检测模块13，实现了高频噪声与低频噪声的分类处理，解决了现有技术存在的上述缺陷。
图2示出了本发明的空调噪声消除方法，参见图2，空调噪声消除方法具体如下执行：
步骤S1，采集空调噪声源发出的噪声信号，将噪声信号转换为模拟电信号。
步骤S2，将模拟电信号转换为数字电信号发送到锁相环电路的输入端，将模拟电信号作为锁相环电路的参考信号。锁相环电路控制输出信号与参考信号的相位差保持180°。一般地，锁相环电路为数字锁相环。
步骤S3，将锁相环电路的输出信号转换为模拟信号，并将上述模拟信号转换为声音信号，以抵消噪声源发出的噪声。
通过上述锁相环的设置，本发明将消噪信号与噪声信号相应的数字信号保持反相，进而保证消噪信号与噪声信号能够抵消。
一般地，上述噪声源包括压缩机与风机。
在本发明优选实施例中，噪声信号与上述声音信号的声源相距不大于预设距离阈值，如5cm。这样，消噪信号也是从噪声源发出的球面波，与噪声信号抵消之后，可实现全局性地噪声消除。
在本发明优选实施例中，在将模拟电信号转换为数字电信号之后，所述方法还包括：接收数字电信号，并检测数字电信号的频率：若检测的频率小于预设频率阈值，则将数字电信号发送到锁相环电路；若检测的频率大于或等于预设频率阈值，则停止工作。
通过上述步骤，本发明实现了高频噪声与低频噪声的分类处理，解决了现有技术中存在的对高频噪声处理失当的缺点。
本发明提供的空调及其噪声消除方法，采用锁相环获得与噪声反相的声音信号，并与噪声信号进行叠加，进而有效消除空调噪声。同时，本发明将发音模块置于噪声源位置，可从声源处消噪，强化了噪声消除效果。另外，本发明通过设置检测模块，将噪声分为高频噪声与低频噪声，对低频噪声进行消除，对高频噪声则不予处理，以避免不仅无法消除噪声，反而增大噪声的火上浇油的不良后果。本发明安装方便、可靠性强、选用的器件皆为常见器件，适于在工程应用中大面积推广。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种空调，其特征在于，包括压缩机与风机，以及为作为噪声源的压缩机与风机设置的两个消噪单元；每一消噪单元均包括：噪声采集模块、模数转换模块、锁相环电路、数模转换模块、发音模块；其中，
噪声采集模块设置于噪声源的噪声传播路径，用于采集噪声信号，并将噪声信号转换为模拟电信号向模数转换模块发送；
模数转换模块用于接收噪声采集模块发送的模拟电信号，将其转换为数字电信号发送到锁相环电路的输入端；
锁相环电路用于将模数转换模块发送的数字电信号作为参考信号，控制输出信号与参考信号的相位差保持180°，将输出信号向数模转换模块发送；
数模转换模块用于将锁相环电路的输出信号转换为模拟信号向发音模块发送；
发音模块用于将数模转换模块发送的模拟信号转换为声音信号，以抵消噪声源发出的噪声。
2.如权利要求1所述的空调，其特征在于，发音模块设置于相应的噪声源表面中部。
3.如权利要求2所述的空调，其特征在于，锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器及压控振荡器；其中，
鉴相器用于比较输出信号与参考信号的相位，生成相位误差信号向环路滤波器输出；
环路滤波器用于对相位误差信号平滑滤波后，向压控振荡器输出；
压控振荡器用于根据滤波后的相位误差信号产生输出信号，并将输出信号向鉴相器反馈。
4.如权利要求3所述的空调，其特征在于，消噪单元还包括：
检测模块，连接于模数转换模块与锁相环之间，用于接收所述数字电信号，并检测所述数字电信号的频率：若检测的频率小于预设频率阈值，则将所述数字电信号发送到锁相环电路；若检测的频率大于或等于预设频率阈值，则控制其所在的消噪单元停止工作。
5.如权利要求4所述的空调，其特征在于，所述噪声采集模块为麦克风，所述模数转换模块为ADC器件，所述检测模块包括数字频率计，所述锁相环电路为数字锁相环，所述数模转换模块为DAC器件，所述发音模块为扬声器。
6.一种空调噪声消除方法，其特征在于，包括步骤：
S1.采集空调噪声源发出的噪声信号，将噪声信号转换为模拟电信号；
S2.将模拟电信号转换为数字电信号发送到锁相环电路的输入端，所述模拟电信号作为锁相环电路的参考信号；所述锁相环电路控制输出信号与参考信号的相位差保持180°；
S3.将锁相环电路的输出信号转换为模拟信号，并将所述模拟信号转换为声音信号，以抵消噪声源发出的噪声。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述噪声源包括压缩机与风机。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述噪声信号与所述声音信号的声源相距不大于预设距离阈值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述将模拟电信号转换为数字电信号之后，所述方法还包括：接收所述数字电信号，并检测所述数字电信号的频率：若检测的频率小于预设频率阈值，则将所述数字电信号发送到锁相环电路；若检测的频率大于或等于预设频率阈值，则停止工作。
10.如权利要求6-9任一所述的方法，其特征在于，所述锁相环电路为数字锁相环。
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