CN107702171A - 一种应用在油烟机的主动降噪方法 - Google Patents
一种应用在油烟机的主动降噪方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种应用在油烟机的主动降噪方法，使用该方法的降噪系统包括电源系统、输入设备、输出设备和数据处理模块，输入设备连接数据处理模块，数据处理模块连接输出设备，输入设备具体包括噪声信息输入设备即噪声采集麦克风阵列、前置放大模块和ADC模块，数据处理模块包括滤波器、控制器W1和控制器W2，输出设备包括专门用于发出降噪声波的扬声器阵列、DAC模块和D类放大器，本发明可以根据不同型号的油烟机匹配系统设备，可复用率高并且降噪效果显著，对于油烟机的内部设备会沾油的问题，本发明在设备外围增加不透油的薄膜或者安装半漏斗形隔油传声结构，装置不会因为油烟的污染效果变差，防止油污影响设备驱动响应发生改变。
Description
技术领域
本发明涉及油烟机领域，尤其涉及一种应用在油烟机的主动降噪方法。
背景技术
近些年由于经济的高速发展，生活水平逐步提高，人们对烹饪的热情越来越高涨，又由于随着城镇规划范围不断扩大，城镇住房对油烟机的需求也不断扩大，但油烟机的噪声一直是家电领域比较头痛的问题，其主要噪声来源于马达高速旋转时振动产生的噪声以及风轮叶片切割空气产生的噪声，目前的油烟机仅仅按照国家噪声标准，在允许的范围内调节马达转速与风量的平衡，使用主动降噪技术不但可以调高马达转速，提高风量，噪声还能降低到人们身体感受舒适的程度，但是目前市场上存在的主动降噪限制颇多，比如对于风机的位置的要求，不能过于靠近进风口，这样噪声源与降噪位置距离过近，以致降噪系统不能够实时稳定的发出降噪声波，对于侧吸式油烟机，风机位于进风口，降噪效果几乎为0，又由于现在油烟机的形状、构造日新月异，五花八门，针对不同型号进行系统研发成本高，复用率低，导致商业利用率几乎为0。
发明内容
本发明旨在提供一种应用在油烟机的主动降噪方法。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案，一种应用在油烟机的主动降噪方法，使用该方法的降噪系统包括电源系统、输入设备、输出设备和数据处理模块，输入设备连接数据处理模块，数据处理模块连接输出设备，输入设备具体包括噪声信息输入设备即噪声采集麦克风阵列、前置放大模块和ADC模块，数据处理模块包括滤波器、控制器W1和控制器W2，输出设备包括专门用于发出降噪声波的扬声器阵列、DAC模块和D类放大器，所述的主动降噪方法包括以下步骤：
S1、确定油烟机的内部构造，确定油烟机内部的噪声源位置以及需要降噪的区域，布置输入设备和输出设备；
S2、通过噪声源激励，测量噪声采集麦克风和降噪区域麦克风之间的传递函数，降噪扬声器用白噪声激励，测量降噪扬声器到噪声采集麦克风和降噪区域麦克风之间的传递函数；
S3、根据上述的测量结果和相应算法计算出控制器W1和控制器W2的参数，完成控制器的设计；
S4、控制器设计完成后，降噪系统开始工作，各个设备之间的关系和噪声声波的变化关系在系统开始工作的前期已经在控制器的设计环节测量计算完毕，系统接收到信号，控制器发出控制扬声器生成降噪声波的信号，随后扬声器阵列发出该降噪声波；
S5、噪声采集麦克风阵列采集信号进入降噪系统，其中扬声器阵列发出的降噪声波与噪声声波抵消的同时还有一部分沿噪声传播方向的逆向传播至噪声源处的噪声采集麦克风阵列的附近，即噪声采集麦克风阵列采集的信号分别两部分，一部分为与降噪声波相抵消的噪声声波，另一部分为降噪系统本身发出的降噪声波，噪声采集麦克风采集到的信号经前置放大模块放大后输送至ADC模块将模拟信号转换为数字信号，随后送至数据处理模块；
S6、数据处理模块对信号进行初步处理，将降噪系统本身发出的降噪声波抵消，得到经过抵消的噪声声波，完成噪声信号的初步处理；
S7、经过初步处理的噪声信号进入滤波器，噪声信号经过滤波器乘以滤波系数后获得宽频信号，宽频信号经由W1进行处理，进入滤波器前的信号减去过滤出的宽频信号，得出马达的窄频信号，窄频信号经由W2进行处理，两组控制器通过自带的算法分别计算出两组信号，随后这两组信号进行汇合输出，并依据扬声器阵列和降噪区域的变化关系，最终通过DAC模块转换为模拟信号后再经过D类放大器放大后输送至扬声器发出降噪声波；
S8、噪声信息输入设备会测量降噪的结果并判断降噪效果是否达标，进行误差反馈，若不达标则自步骤S5开始重复上述降噪过程。
进一步地，降噪系统的各部件外围设有不透明的薄膜。
进一步地，降噪系统的各部件外围设有半漏斗形隔油传声结构。
进一步地，降噪系统还设有自适应驱动系统
进一步地，步骤S5中噪声采集麦克风阵列采集信号进入降噪系统，该信号用x(n)来表示，x(n)是噪声采集麦克风阵列采集的噪声信号加上噪声采集麦克风采集到降噪声波的信号，r(n)代表被噪声采集麦克风阵列采集到的降噪系统本身发出的降噪声波，x(n)减去r(n)得到即步骤S8中抵消降噪系统本身发出的降噪声波得到的噪声信号，用下列公式来表述：
其中y(n-i)为步骤S4中发出的降噪声波，Gr(i)为扬声器发出的降噪声波与采集麦克风之间的传递函数，描述扬声器发出的降噪声波到噪声采集麦克风之间的变化关系，在步骤S2中测得，该信号经过初步处理进入滤波器，噪声信号经过滤波器乘以滤波系数F后获得宽频信号，宽频信号经由W1进行处理，进入滤波器前的信号减去过滤出的宽频信号，得出马达的窄频信号，窄频信号经由W2进行处理，两组控制器通过自带的算法分别计算出两组信号后进行汇合输出，得到下列公式：
其中S1(n)为经过滤波器F所得到宽频信号，滤波器的滤波参数F(n)是专门为油烟机工况环境下、马达噪声的频率范围而设计的滤波参数，这个也是在降噪系统工作前通过实验数据而设计的，L代表长度Length，LG、LF、LW是根据工况测量设计的，将宽频过滤后即减掉S1(n)，可得余下的马达窄频信号S2(n)，S1(n)和S2(n)经过控制器处理后汇合输出，最后输出的信号为y(n)，W1(i)和W2(i)是两个控制器的算法，两个控制器算法分别都包含一组可以生成反向声波的算法、一组传递函数(即描述声波的变化关系)，声波反向的算法基本一致，但传递函数在系统降噪运行前通过大量试验测得，通过测试结果，完成对W1和W2的设计。
本发明可以根据不同型号的油烟机匹配系统设备，可复用率高并且降噪效果显著，对于油烟机的内部设备会沾油的问题，本发明在设备外围增加不透油的薄膜或者安装半漏斗形隔油传声结构，装置不会因为油烟的污染效果变差，主要在装置外侧做了特殊防护，可以阻隔油烟不阻隔噪声，防止油污影响设备驱动响应发生改变，同时加设自适应驱动系统保证设备的正常运行，另外，本发明通过降噪系统工作前期实验，获得油烟机马达噪声特征，设置滤波参数F，能够有效针对马达的窄频噪声进行降噪，现有油烟机不区分马达噪声或其他噪声，将各种成分噪声不加区分进行降噪，导致降噪效果差，成本高，工况一旦变化，降噪基本不能实现，而发明分成分进行降噪，可以实现最优降噪体验，采用马达主动降噪方法与管状空腔主动降噪方法的结合，可以根据不同烟机的不同型号调整两种方法的使用程度的比例，比如侧吸式油烟机，风机几乎和进风口处于同一位置，这时使用管状空腔降噪方法的权重较低，以此达到适配不同构造的油烟机，且根据烟机内部噪声空间面积，调整输入输出数量，可扩大降噪区域，达到降噪效果。
附图说明
图1是本发明应用在油烟机的降噪系统的示意图；
图2是本发明应用在油烟机的降噪方法的流程图。
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，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。
下面参照图1描述根据本发明实施例的一种应用在油烟机的主动降噪方法，使用该方法的降噪系统包括电源系统、输入设备、输出设备和数据处理模块，输入设备连接数据处理模块，数据处理模块连接输出设备，输入设备具体包括噪声信息输入设备即噪声采集麦克风阵列、前置放大模块和ADC模块，数据处理模块包括滤波器、控制器W1和控制器W2，输出设备包括专门用于发出降噪声波的扬声器阵列、DAC模块和D类放大器，所述的主动降噪方法包括以下步骤：
S1、确定油烟机的内部构造，确定油烟机内部的噪声源位置以及需要降噪的区域，布置输入设备和输出设备；
S2、通过噪声源激励，测量噪声采集麦克风和降噪区域麦克风之间的传递函数，降噪扬声器用白噪声激励，测量降噪扬声器到噪声采集麦克风和降噪区域麦克风之间的传递函数；
S3、根据上述的测量结果和相应算法计算出控制器W1和控制器W2的参数，完成控制器的设计；
S4、控制器设计完成后，降噪系统开始工作，各个设备之间的关系和噪声声波的变化关系在系统开始工作的前期已经在控制器的设计环节测量计算完毕，系统接收到信号，控制器发出控制扬声器生成降噪声波的信号，随后扬声器阵列发出该降噪声波；
S5、噪声采集麦克风阵列采集信号进入降噪系统，其中扬声器阵列发出的降噪声波与噪声声波抵消的同时还有一部分沿噪声传播方向的逆向传播至噪声源处的噪声采集麦克风阵列的附近，即噪声采集麦克风阵列采集的信号分别两部分，一部分为与降噪声波相抵消的噪声声波，另一部分为降噪系统本身发出的降噪声波，噪声采集麦克风采集到的信号经前置放大模块放大后输送至ADC模块将模拟信号转换为数字信号，随后送至数据处理模块；
S6、数据处理模块对信号进行初步处理，将降噪系统本身发出的降噪声波抵消，得到经过抵消的噪声声波，完成噪声信号的初步处理；
S7、经过初步处理的噪声信号进入滤波器，噪声信号经过滤波器乘以滤波系数后获得宽频信号，宽频信号经由W1进行处理，进入滤波器前的信号减去过滤出的宽频信号，得出马达的窄频信号，窄频信号经由W2进行处理，两组控制器通过自带的算法分别计算出两组信号，随后这两组信号进行汇合输出，并依据扬声器阵列和降噪区域的变化关系，最终通过DAC模块转换为模拟信号后再经过D类放大器放大后输送至扬声器发出降噪声波；
S8、噪声信息输入设备会测量降噪的结果并判断降噪效果是否达标，进行误差反馈，若不达标则自步骤S5开始重复上述降噪过程。
进一步地，降噪系统的各部件外围设有不透明的薄膜。
进一步地，降噪系统的各部件外围设有半漏斗形隔油传声结构。
进一步地，降噪系统还设有自适应驱动系统
进一步地，步骤S5中噪声采集麦克风阵列采集信号进入降噪系统，该信号用x(n)来表示，x(n)是噪声采集麦克风阵列采集的噪声信号加上噪声采集麦克风采集到降噪声波的信号，r(n)代表被噪声采集麦克风阵列采集到的降噪系统本身发出的降噪声波，x(n)减去r(n)得到即步骤S8中抵消降噪系统本身发出的降噪声波得到的噪声信号，用下列公式来表述：
其中y(n-i)为步骤S4中发出的降噪声波，Gr(i)为扬声器发出的降噪声波与采集麦克风之间的传递函数，描述扬声器发出的降噪声波到噪声采集麦克风之间的变化关系，在步骤S2中测得，该信号经过初步处理进入滤波器，噪声信号经过滤波器乘以滤波系数F后获得宽频信号，宽频信号经由W1进行处理，进入滤波器前的信号减去过滤出的宽频信号，得出马达的窄频信号，窄频信号经由W2进行处理，两组控制器通过自带的算法分别计算出两组信号后进行汇合输出，得到下列公式：
其中S1(n)为经过滤波器F所得到宽频信号，滤波器的滤波参数F(n)是专门为油烟机工况环境下、马达噪声的频率范围而设计的滤波参数，这个也是在降噪系统工作前通过实验数据而设计的，L代表长度Length，LG、LF、LW是根据工况测量设计的，将宽频过滤后即减掉S1(n)，可得余下的马达窄频信号S2(n)，S1(n)和S2(n)经过控制器处理后汇合输出，最后输出的信号为y(n)，W1(i)和W2(i)是两个控制器的算法，两个控制器算法分别都包含一组可以生成反向声波的算法、一组传递函数(即描述声波的变化关系)，声波反向的算法基本一致，但传递函数在系统降噪运行前通过大量试验测得，通过测试结果，完成对W1和W2的设计。
本发明可以根据不同型号的油烟机匹配系统设备，可复用率高并且降噪效果显著，对于油烟机的内部设备会沾油的问题，本发明在设备外围增加不透油的薄膜或者安装半漏斗形隔油传声结构，装置不会因为油烟的污染效果变差，主要在装置外侧做了特殊防护，可以阻隔油烟不阻隔噪声，防止油污影响设备驱动响应发生改变，同时加设自适应驱动系统保证设备的正常运行，另外，本发明通过降噪系统工作前期实验，获得油烟机马达噪声特征，设置滤波参数F，能够有效针对马达的窄频噪声进行降噪，现有油烟机不区分马达噪声或其他噪声，将各种成分噪声不加区分进行降噪，导致降噪效果差，成本高，工况一旦变化，降噪基本不能实现，而发明分成分进行降噪，可以实现最优降噪体验，采用马达主动降噪方法与管状空腔主动降噪方法的结合，可以根据不同烟机的不同型号调整两种方法的使用程度的比例，比如侧吸式油烟机，风机几乎和进风口处于同一位置，这时使用管状空腔降噪方法的权重较低，以此达到适配不同构造的油烟机，且根据烟机内部噪声空间面积，调整输入输出数量，可扩大降噪区域，达到降噪效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“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 (5)
1.一种应用在油烟机的主动降噪方法，其特征在于，使用该方法的降噪系统包括电源系统、输入设备、输出设备和数据处理模块，输入设备连接数据处理模块，数据处理模块连接输出设备，输入设备具体包括噪声信息输入设备即噪声采集麦克风阵列、前置放大模块和ADC模块，数据处理模块包括滤波器、控制器W1和控制器W2，输出设备包括专门用于发出降噪声波的扬声器阵列、DAC模块和D类放大器，所述的主动降噪方法包括以下步骤：
S1、确定油烟机的内部构造，确定油烟机内部的噪声源位置以及需要降噪的区域，布置输入设备和输出设备；
S2、通过噪声源激励，测量噪声采集麦克风和降噪区域麦克风之间的传递函数，降噪扬声器用白噪声激励，测量降噪扬声器到噪声采集麦克风和降噪区域麦克风之间的传递函数；
S3、根据上述的测量结果和相应算法计算出控制器W1和控制器W2的参数，完成控制器的设计；
S4、控制器设计完成后，降噪系统开始工作，各个设备之间的关系和噪声声波的变化关系在系统开始工作的前期已经在控制器的设计环节测量计算完毕，系统接收到信号，控制器发出控制扬声器生成降噪声波的信号，随后扬声器阵列发出该降噪声波；
S5、噪声采集麦克风阵列采集信号进入降噪系统，其中扬声器阵列发出的降噪声波与噪声声波抵消的同时还有一部分沿噪声传播方向的逆向传播至噪声源处的噪声采集麦克风阵列的附近，即噪声采集麦克风阵列采集的信号分别两部分，一部分为与降噪声波相抵消的噪声声波，另一部分为降噪系统本身发出的降噪声波，噪声采集麦克风采集到的信号经前置放大模块放大后输送至ADC模块将模拟信号转换为数字信号，随后送至数据处理模块；
S6、数据处理模块对信号进行初步处理，将降噪系统本身发出的降噪声波抵消，得到经过抵消的噪声声波，完成噪声信号的初步处理；
S7、经过初步处理的噪声信号进入滤波器，噪声信号经过滤波器乘以滤波系数后获得宽频信号，宽频信号经由W1进行处理，进入滤波器前的信号减去过滤出的宽频信号，得出马达的窄频信号，窄频信号经由W2进行处理，两组控制器通过自带的算法分别计算出两组信号，随后这两组信号进行汇合输出，并依据扬声器阵列和降噪区域的变化关系，最终通过DAC模块转换为模拟信号后再经过D类放大器放大后输送至扬声器发出降噪声波；
S8、噪声信息输入设备会测量降噪的结果并判断降噪效果是否达标，进行误差反馈，若不达标则自步骤S5开始重复上述降噪过程。
2.如权利要求1所述一种应用在油烟机的主动降噪方法，其特征在于，降噪系统的各部件外围设有不透明的薄膜。
3.如权利要求1所述一种应用在油烟机的主动降噪方法，其特征在于，降噪系统的各部件外围设有半漏斗形隔油传声结构。
4.如权利要求1所述一种应用在油烟机的主动降噪方法，其特征在于，降噪系统还设有自适应驱动系统。
5.如权利要求1所述一种应用在油烟机的主动降噪方法，其特征在于，步骤S5中噪声采集麦克风阵列采集信号进入降噪系统，该信号用x(n)来表示，x(n)是噪声采集麦克风阵列采集的噪声信号加上噪声采集麦克风采集到降噪声波的信号，r(n)代表被噪声采集麦克风阵列采集到的降噪系统本身发出的降噪声波，x(n)减去r(n)得到 即步骤S8中抵消降噪系统本身发出的降噪声波得到的噪声信号，用下列公式来表述：
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其中y(n-i)为步骤S4中发出的降噪声波，Gr(i)为扬声器发出的降噪声波与采集麦克风之间的传递函数，描述扬声器发出的降噪声波到噪声采集麦克风之间的变化关系，在步骤S2中测得，该信号经过初步处理进入滤波器，噪声信号经过滤波器乘以滤波系数F后获得宽频信号，宽频信号经由W1进行处理，进入滤波器前的信号减去过滤出的宽频信号，得出马达的窄频信号，窄频信号经由W2进行处理，两组控制器通过自带的算法分别计算出两组信号后进行汇合输出，得到下列公式：
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其中S1(n)为经过滤波器F所得到宽频信号，滤波器的滤波参数F(n)是专门为油烟机工况环境下、马达噪声的频率范围而设计的滤波参数，这个也是在降噪系统工作前通过实验数据而设计的，L代表长度Length，LG、LF、LW是根据工况测量设计的，将宽频过滤后即减掉S1(n)，可得余下的马达窄频信号S2(n)，S1(n)和S2(n)经过控制器处理后汇合输出，最后输出的信号为y(n)，W1(i)和W2(i)是两个控制器的算法，两个控制器算法分别都包含一组可以生成反向声波的算法、一组传递函数(即描述声波的变化关系)，声波反向的算法基本一致，但传递函数在系统降噪运行前通过大量试验测得，通过测试结果，完成对W1和W2的设计。
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