CN108916951A - 一种带三维空间声场降噪装置的油烟机及降噪方法 - Google Patents
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Abstract
一种带三维空间声场降噪装置的油烟机及降噪方法,将噪声信号分解成多个子带信号，转换得到带通滤波器权矢量，再将得到的带通滤波器权矢量转换生成对应的扬声器声场，并将等强度声波信号传送给对应的扬声器，通过对应的扬声器产生的声波抵减或者抵消油烟机产生的噪声声波，实现降噪。该带三维空间声场降噪装置的油烟机的通过低阻尼的全包围结构或者半包围结构以及自适应功能的设置达到烟机性能的最优化但同时是在低噪音的运转下完成工作，解决噪音与性能相互矛盾的技术难点，在不牺牲烟机的吸油烟的性能前提下，烟机运转时发出的噪音相对低且不造成用户在生理与心理上的负面影响。
Description
技术领域
本发明涉及油烟机领域，特别涉及一种带三维空间声场降噪装置的油烟机及降噪方法。
背景技术
目前的主动降噪技术，例如在耳机上的应用都是点对点降噪技术，即有方向性的降噪，不能有效消除范围较大的噪声。这些技术专注于消除封闭式小管道或是小空间内一个维度的平面声波，在低频率范围(小于500Hz)下是很有效的。目前的抽油烟机为了实现低噪音，一般是直接设定低风量，即牺牲烟机的吸油烟的性能来实现低噪音，但其吸油烟的效果就大大的降低；另外也有一些是设置有主动降噪装置，但其主动降噪只能降1000Hz以内噪声，无法适配于高阶声模态。但在三维空间内，高阶声模态并不能忽视，尤其在封闭式大空间管道内降噪是非常困难和复杂。通常的情况下，多种驻波与多种不同方向声波相互干涉叠加，这就大大增加了三维空间降噪的难度。
因此，针对现有技术不足，提供一种带三维空间声场降噪装置的油烟机及降噪方法以解决现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的其中一个目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种带三维空间声场降噪装置的油烟机。该带三维空间声场降噪装置的油烟机通过三维空间声场降噪装置达到烟机性能的最优化但同时是在低噪音的运转下完成工作，解决噪音与性能相互矛盾的技术难点。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现。
提供一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,将噪声信号分解成多个子带信号，转换得到带通滤波器权矢量，再将得到的带通滤波器权矢量转换生成对应的扬声器声场，并将等强度声波信号传送给对应的扬声器，通过对应的扬声器产生的声波抵减或者抵消油烟机产生的噪声声波，实现降噪。
本发明的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机设置有烟机主体和用于主动降噪的三维空间声场降噪装置，三维空间声场降噪装置装配于烟机主体内部。
优选的，上述烟机主体设置有用于减少宽频振动的低阻尼风箱，低阻尼风箱装配于烟机主体内部。
优选的，上述低阻尼风箱设置有多个风箱板和噪声过滤装置，多个风箱板拼接成为一个立体结构，噪声过滤装置装配于风箱板的内表面。
优选的，上述烟机主体还设置有抽风组件，抽风组件装配于低阻尼风箱内部。
优选的，上述抽风组件位于由进风口的滤网和低阻尼风箱形成的全包围结构的内部；或者
所述抽风组件位于由含有低阻尼风箱构成的至少有两个结构面完全敞开的半包围结构的内部。
优选的，上述三维空间声场降噪装置设置有三维空间声场降噪单元和自适应降噪控制单元，自适应降噪控制单元与三维空间声场降噪单元电连接，三维空间声场降噪单元和自适应降噪控制单元分别装配于烟机主体。
优选的，上述三维空间声场降噪单元设置有噪声采集传感器、扬声器和声学共鸣箱，扬声器安装于声学共鸣箱内部，声学共鸣箱固定装配于抽风组件的下方，噪声采集传感器固定安装于抽风组件，噪声采集传感器和扬声器分别与自适应降噪控制单元电连接。
优选的，上述自适应降噪控制单元设置为带通滤波器，带通滤波器装配于烟机主体内部，且噪声采集传感器和扬声器分别与带通滤波器电连接。
优选的，上述抽风组件设置有风轮、蜗壳和用于引导气流进入风轮两侧的导流罩，导流罩与风轮固定安装于蜗壳，风轮装配于蜗壳内部，蜗壳固定装配于低阻尼风箱内部。
优选的，上述自适应降噪控制单元还设置有误差回传传感器，误差回传传感器固定安装于烟机主体内部且位于的低阻尼风箱的下方，误差回传传感器与带通滤波器电连接。
优选的，上述误差回传传感器位于扬声器的下方。
优选的，上述扬声器和声学共鸣箱都设置有K个，且K≥1，K为正整数，扬声器和声学共鸣箱一一对应。
优选的，上述声学共鸣箱固定装配于导流罩且悬空于低阻尼风箱的底部。
优选的，上述扬声器的纸盆或膜片面向烟机主体的进风口，且与进风口平行或成夹角β，且β≤60°。
优选的，上述噪声采集传感器固定于导流罩，噪声采集传感器设置有A个，A≥4，A为正整数，且A≥K。
优选的，上述误差回传传感器设置有Q个,Q为正整数，Q≥1。
优选的，上述噪声采集传感器位于扬声器的上方。
优选的，上述带通滤波器设置有D个，D为正整数。
优选的，上述噪声过滤装置为低阻尼噪声过滤板。
优选的，上述低阻尼噪声过滤板设置有分布有多个用于消除噪声通孔的面板主体和加强结构，加强结构固定于面板主体。
优选的，上述加强结构为加强筋、铆钉、导边、固定架、凹槽或者凸包的至少一种。
优选的，上述噪声过滤装置设置有吸音部，吸音部装配于低阻尼噪声过滤板与低阻尼风箱的壁面之间。
优选的，上述低阻尼风箱的外表面装配有泡棉板、沥青板或者橡胶板。
优选的，上述三维空间声场降噪装置降噪频率范围为100Hz～2000Hz。
本发明的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机降噪方法，包括以下步骤：
步骤一、确定并固定A个噪声采集传感器、Q个误差回传传感器和K个扬声器的位置；
步骤二、确定初始噪声源到噪声采集传感器的传递函数T1、扬声器到目标降噪空间的传递函数T2和噪声采集传感器到目标降噪空间的传递函数T3；
步骤三，A个噪声采集传感器分别在烟机内空间中的收集所在区域的噪声采集传感器信号，具体为R1(n)，......，Ri(n),......,RA(n),4≤i≤A，i为正整数，
Q个误差回传噪音传感器收集分别在所在区域的误差回传传感器的信号，具体为ε1(n)，......,εv(n),......,εQ(n)，1≤v≤Q，v和Q为正整数；
步骤四，将步骤一得到的A个噪声采集传感器收集到的噪声采集传感器信号转化为R(n)＝[R1(n)......Ri(n).......RA(n)]，Q个噪声采集传感器修正后误差回传传感器的信号转化为ε(n)＝[ε1(n)......εv(n)......εQ(n)]；
步骤五，将步骤四的R(n)通过式(Ⅰ)修正为
步骤六，三维空间降噪控制单元的D个带通滤波器将步骤五得到的对应分解为L个子带：r1(k)，......，rg(k)，......，rL(k),将步骤四得的ε(n)对应分解为L个子带：e1(k)，......，eg(k)，......，eL(k),L≥g≥2且L和g为正整数；
步骤七，将步骤六得到的子带r1(k)，......，rg(k)，......，rL(k)和e1(k)，......，eg(k)，......，eL(k),经由滤波X最小均方的计算出L个子带的自适应权重系数w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)，w(k)是K×A×D的矩阵，r(k)是Q×(A×K×D)，e(k)是Q×D的矩阵；
步骤八，将D个带通滤波器的L个子带自适应权重系数w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)进行快速傅利列转换转变成L×Z个频带,其中Z是K×A×D的矩阵；
步骤九，将步骤八得到的L×Z个频带经过频率叠加法叠加形成唯一A×K矩阵信号频率；
步骤十，将步骤九得到A×K矩阵信号频率进行傅利列逆转换转换求解得到带通滤波器权矢量Wij(n),其中1≤j≤K，4≤i≤A；
步骤十一，将步骤十得到带通滤波器权矢量Wij(n)转换生成K个扬声器声场，K个扬声器声场分别对应为S1(n)，.....，Sj(n)，.....,SK(n)，其中1≤j≤K，并根据通过式(Ⅱ)，通过噪声传感器采集到初始噪声源Ri(n)与带通滤波器权矢量Wji(n)的积以估算出第j扬声器输出信号的最终噪声场Sj(n)，
其中，是Wij(n)的转置矩阵，是Ri(n)经过T2传递函数后的转置矩阵，Sj(n)为与噪声源呈180°反向的等强度声波信号；
步骤十二，将等强度声波信号S1(n)，.....，Sj(n)，.....,SK(n)分别对应传送给K个扬声器；
步骤十三，误差回传传感器检测效果，进行迭代并修正自适应权重系数,得到符合要求的最终自适应权重系数并得到Sj’(n)，进入步骤十四；
步骤十四，以Sj’(n)为最终等强度声波信号对应传送给相应的扬声器。
通过式(Ⅲ)全带的代价函数以误差传感器信号的均方差表示以监督三维降噪模型的表现，
其中，n是通过自适应算法的迭代索引；
所述其中ε(n)＝A(n)+Sj(n)·T2,其中A(n)为初始噪声源在烟机内部空间传递后形成的最终的噪声场。
优选的，上述步骤十三具体包括有，
步骤13.1，预设定误差回传噪音传感器的噪声值Γ(n)＝C，其中C为误差回传噪音传感器测出所在区域的噪声值，判断Γ(n)与[A(n)-Sj(n)T2]2的关系，当[A(n)-Sj(n)T2]2＞C时，进入步骤13.2，当[A(n)-Sj(n)T2]2≤C时，进入步骤13.4；
步骤13.2，将w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)分别代入式(Ⅳ)分别得到新的w1(k+1)，......，wg(k+1)，......，wL(k+1)的L个自适应权重系数，μ为收敛因子，进入步骤13.3，
w(k+1)＝w(k)+[μr(k)e(k)] 式(Ⅳ)；
步骤13.3，令w1(k+1)＝w1(k)，......，wg(k+1)＝wg(k)，......，wL(k+1)＝wL(k)分别为滤波器权向量，进入步骤八；
步骤13.4，令Sj(n)＝Sj’(n),进入步骤十四。
优选的，上述C值的范围为-0.001dB至0.001dB。
本发明的另一发明目的为提供一种带三维空间声场降噪装置的油烟机的降噪方法，通过上述中的降噪方法进行。
本发明的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机，将噪声信号分解成多个子带信号，转换得到带通滤波器权矢量，再将得到的带通滤波器权矢量转换生成对应的扬声器声场，并将等强度声波信号传送给对应的扬声器，通过对应的扬声器产生的声波抵减或者抵消油烟机产生的噪声声波，实现降噪。该油烟机设置有烟机主体和用于主动降噪的三维空间声场降噪装置，三维空间声场降噪装置装配于烟机主体内部。低阻尼风箱能够使入射波和反射波在与反射面的特定的距离下有不同相位，从而噪音的声波可以相互抵消，从而降低噪音的强度。全包围结构或者半包围结构能够使达到烟机性能的最优化但同时是在低噪音的运转下完成工作，解决噪音与性能相互矛盾的技术难点，在不牺牲烟机的吸油烟的性能前提下，烟机运转时发出的噪音相对低且不造成用户在生理与心理上的负面影响。同时本发明设计及优化三维空间声场降噪装置在烟机中的具体安装位置，获得最有效的降噪效果以及有效降噪的空间范围。再者本发明的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机降噪方法,主要的特点是采用多个子带的信号处理方法并结合滤波器最小均方(F-XLMS)算法，能够有效的减少大量的计算,提高三维空间降噪的效果。同时，其计算量与子带的数量成反比，因此能够强化系统的稳定性，并能够快速收敛。该方法的另一个优点是能够去除信号的延迟，提高整体的降噪效果。
附图说明
利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明一种带三维空间声场降噪装置的油烟机实施例1的结构透视图。
图2为图1的侧视图。
图3为图1中的局部透视图。
图4为图3的分解示意图。
图5为低阻尼风箱的透视示意图。
图6为噪声过滤装置结构示意图。
图7为低阻尼风箱俯视图。
图8为低阻尼风箱主视图。
图9为扬声器与进风口夹角示意图。
图10为低阻尼风箱的结构示意图，图10中A的为全包围结构，图10中B为图10中A另一角度，图10中C的为半包围结构，图10中D为图10中C另一角度。
图11为本发明降噪信号处理方法的信号流向示意图。
图12为带通滤波器对噪声采集传感器信号和误差回传传感器处理的示意图。
图1至图12中，包括有：
烟机主体1、
低阻尼风箱11、噪声过滤装置111、吸音部112、加强结构113、通孔114、滤网115、
抽风组件12、风轮121、蜗壳122和导流罩123、
三维空间声场降噪装置2、
三维空间声场降噪单元22、噪声采集传感器221、扬声器222、声学共鸣箱223、
自适应降噪控制单元23、带通滤波器231、误差回传传感器232、
灶具3。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1。
一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,如图1至10所示，将噪声信号分解成多个子带信号，转换得到带通滤波器权矢量，再将得到的带通滤波器权矢量转换生成对应的扬声器声场，并将等强度声波信号传送给对应的扬声器，通过对应的扬声器产生的声波抵减或者抵消油烟机产生的噪声声波，实现降噪。
该油烟机设置有烟机主体1和用于主动降噪的三维空间声场降噪装置2，三维空间声场降噪装置2装配于烟机主体1内部。
烟机主体1设置有用于减少宽频振动的低阻尼风箱11，低阻尼风箱11装配于烟机主体1内部。
低阻尼风箱11设置有多个风箱板和噪声过滤装置111，多个风箱板拼接而成为一个立体结构，噪声过滤装置111装配于风箱板的内表面。
烟机主体1还设置有抽风组件12，抽风组件12装配于低阻尼风箱11内部。
本实施例的抽风组件12位于由含有低阻尼风箱11构成的至少有两个结构面完全敞开的半包围结构的内部。
三维空间声场降噪装置2设置有三维空间声场降噪单元22和自适应降噪控制单元23，自适应降噪控制单元23与三维空间声场降噪单元22电连接，三维空间声场降噪单元22和自适应降噪控制单元23分别装配于烟机主体1。
三维空间声场降噪单元22设置有噪声采集传感器221、扬声器222和声学共鸣箱223，扬声器222安装于声学共鸣箱223内部，声学共鸣箱223固定装配于抽风组件12的下方，噪声采集传感器221固定安装于抽风组件12，噪声采集传感器221和扬声器222分别与自适应降噪控制单元23电连接。
自适应降噪控制单元23设置为带通滤波器231，带通滤波器231装配于烟机主体1内部，且噪声采集传感器221和扬声器222分别与带通滤波器231电连接。
本发明的扬声器222用于接收自适应降噪控制单元23的信号并生成与噪声源呈180°反向的声波。误差回传传感器232用于侦测自适应降噪控制单元23的表现，自适应降噪控制单元23的演算法对三维空间声场降噪单元22进行信号反馈。
三维空间声场降噪单元22用于将噪声采集传感器221的信号或者误差回传传感器232的信号分解成多个子带，并接收噪声采集传感器221传输的噪声源的波频和接收误差回传传感器232的信号，进行运算并对扬声器222进行信号输出。
抽风组件12设置有风轮121、蜗壳122和用于引导气流进入风轮121两侧的导流罩123，导流罩123与风轮121固定安装于蜗壳122，风轮121装配于蜗壳122内部，蜗壳122固定装配于低阻尼风箱11内部。
自适应降噪控制单元23还设置有误差回传传感器232，误差回传传感器232固定安装于烟机主体1内部且位于的低阻尼风箱11的下方，误差回传传感器232与带通滤波器231电连接。
误差回传传感器232位于扬声器222的下方。
本发明的扬声器222和声学共鸣箱223都设置有K个，且K≥1，K为正整数，扬声器222和声学共鸣箱223一一对应。声学共鸣箱223固定装配于导流罩123且悬空于低阻尼风箱11的底部。扬声器222的纸盆或膜片面向烟机主体1的进风口，且与进风口平行或成夹角β，且β≤60°。本实施例扬声器222和声学共鸣箱223具体的都设置为2个。
本发明的噪声采集传感器221设置有A个，A≥4，A为正整数，且A≥K，本实施例的噪声采集传感器221具体设置为4个。
本发明的误差回传传感器232设置有Q个,Q为正整数，Q≥1，本实施例的误差回传传感器232具体设置为2个。
噪声采集传感器221位于扬声器222的上方，带通滤波器231设置有D个，D为正整数。本实施例的带通滤波器231设置为4个。
需说明的是，本发明的扬声器222可以设置为2个，也可以设置有为任意正整数；噪声采集传感器221可以设置为4个，也可以设置有为大于4的任意正整数；误差回传传感器232可以设置为2个，也可以设置有为任意正整数；本发明的带通滤波器231可以设置为4个，也可以为任意正整数，具体的实施方式根据实际情况而定。
噪声过滤装置111为低阻尼噪声过滤板，低阻尼噪声过滤板设置有分布有多个用于消除噪声通孔114的面板主体和加强结构113，加强结构113固定于面板主体。本发明的加强结构113为加强筋、铆钉、导边、固定架、凹槽或者凸包的至少一种。噪声过滤装置111设置有吸音部112，吸音部112装配于低阻尼噪声过滤板与低阻尼风箱11的壁面之间。本实施例的强化结构为加强筋。
需说明的是，本发明的强化结构也可以为铆钉、导边、固定架、凹槽或者凸包，也可以为多种任意组合，具体的实施方式以实际情况而定。
强化结构的作用是增强低阻尼噪声过滤板的刚性。
本发明的原理为：油烟机产生的噪声在接触到低阻尼风箱11的全包围结构或者半包围结构时，以反方向传播大部分的入射波会和反射波相互干涉。同时本发明的油烟机共振的原理进行降噪，当噪声与低阻尼风箱11的固有频率产生共振，当共振发生时，振荡的声波在空气中会激烈地来回穿进出通孔114，噪声的声能在此过程中被转化成摩擦损失，达到消除目标频率噪声。
该带三维空间声场降噪装置的油烟机，将噪声信号分解成多个子带信号，转换得到带通滤波器权矢量，再将得到的带通滤波器权矢量转换生成对应的扬声器声场，并将等强度声波信号传送给对应的扬声器，通过对应的扬声器产生的声波抵减或者抵消油烟机产生的噪声声波，实现降噪。该油烟机设置有烟机主体1和用于主动降噪的三维空间声场降噪装置2，三维空间声场降噪装置2装配于烟机主体1内部。低阻尼风箱11能够使入射波和反射波在与反射面的特定的距离下有不同相位，从而噪音的声波可以相互抵消，从而降低噪音的强度。全包围结构或者半包围结构能够使达到烟机性能的最优化但同时是在低噪音的运转下完成工作，解决噪音与性能相互矛盾的技术难点，在不牺牲烟机的吸油烟的性能前提下，烟机运转时发出的噪音相对低且不造成用户在生理与心理上的负面影响。最后本发明设计及优化三维空间声场降噪装置2在烟机中的具体安装位置，获得最有效的降噪效果以及有效降噪的空间范围。
实施例2。
一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其他特征与实施例1相同，不同之处在于：本实施例的低阻尼风箱11的外表面装配有泡棉板。
需说明的是，本发明低阻尼风箱11的外表面可以装配有泡棉板，也可以装配泡棉板或者橡胶板的任意一种。
泡棉板、泡棉板或者橡胶板的作用是用于阻隔噪声向外部传播，从而降低噪声水平。
与实施例1相比，本实施例的油烟机的降噪效果更好。
实施例3。
一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其他特征与实施例1相同，不同之处在于：本实施例的抽风组件12位于由进风口的滤网115和低阻尼风箱11形成的全包围结构的内部,如图10中的A和图10中的B所示。
与实施例1相比，本实施例的无缝隙全包围结构能够防止噪声声波向外部传播，更好地提高降噪效果。
实施例4。
一种带三维空间声场降噪装置的油烟机，三维空间声场降噪装置2降噪频率范围为100Hz～2000Hz。
突破了现有技术主动降噪只能降1000HZ以内噪声的局限，有效降噪至最大2000Hz的噪声频率域。
实施例5。
一种带三维空间声场降噪装置的油烟机，降噪方法，如图11-12所示，包括以下步骤：
步骤一、确定并固定A个噪声采集传感器221、Q个误差回传传感器232和K个扬声器222的位置；
步骤二、确定初始噪声源到噪声采集传感器221的传递函数T1、扬声器222到目标降噪空间的传递函数T2和噪声采集传感器221到目标降噪空间的传递函数T3；
步骤三，A个噪声采集传感器221分别在烟机内空间中的收集所在区域的噪声采集传感器221信号，具体为R1(n)，......，Ri(n),......,RA(n),4≤i≤A，i为正整数，
Q个误差回传噪音传感器收集分别在所在区域的误差回传传感器232的信号，具体为ε1(n)，......,εv(n),......,εQ(n)，1≤v≤Q，v和Q为正整数；
步骤四，将步骤一得到的A个噪声采集传感器221收集到的噪声采集传感器221信号转化为R(n)＝[R1(n)......Ri(n).......RA(n)]，Q个噪声采集传感器221修正后误差回传传感器232的信号转化为ε(n)＝[ε1(n)......εv(n)......εQ(n)]；
步骤五，将步骤四的R(n)通过式(Ⅰ)修正为
步骤六，三维空间降噪控制单元的D个带通滤波器231将步骤五得到的对应分解为L个子带：r1(k)，......，rg(k)，......，rL(k),将步骤四得的ε(n)对应分解为L个子带：e1(k)，......，eg(k)，......，eL(k),L≥g≥2且L和g为正整数；
步骤七，将步骤六得到的子带r1(k)，......，rg(k)，......，rL(k)和e1(k)，......，eg(k)，......，eL(k),经由滤波X最小均方的计算出L个子带的自适应权重系数w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)，w(k)是K×A×D的矩阵，r(k)是Q×(A×K×D)，e(k)是Q×D的矩阵；
步骤八，将D个带通滤波器231的L个子带自适应权重系数w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)进行快速傅利列转换转变成L×Z个频带,其中Z是K×A×D的矩阵；
步骤九，将步骤八得到的L×Z个频带经过频率叠加法叠加形成唯一A×K矩阵信号频率；
步骤十，将步骤九得到A×K矩阵信号频率进行傅利列逆转换转换求解得到带通滤波器231权矢量Wij(n),其中1≤j≤K，4≤i≤A；
步骤十一，将步骤十得到带通滤波器231权矢量Wij(n)转换生成K个扬声器222声场，K个扬声器222声场分别对应为S1(n)，.....，Sj(n)，.....,SK(n)，其中1≤j≤K，并根据通过式(Ⅱ)，通过噪声传感器采集到初始噪声源Ri(n)与带通滤波器231权矢量Wji(n)的积以估算出第j扬声器222输出信号的最终噪声场Sj(n)，
其中，是Wij(n)的转置矩阵，是Ri(n)经过T2传递函数后的转置矩阵，Sj(n)为与噪声源呈180°反向的等强度声波信号；
步骤十二，将等强度声波信号S1(n)，.....，Sj(n)，.....,SK(n)分别对应传送给K个扬声器222；
步骤十三，误差回传传感器232检测效果，进行迭代并修正自适应权重系数,得到符合要求的最终自适应权重系数并得到Sj’(n)，进入步骤十四；
步骤十四，以Sj’(n)为最终等强度声波信号对应传送给相应的扬声器222；
通过式(Ⅲ)全带的代价函数以误差传感器信号的均方差表示以监督三维降噪模型的表现，
其中，n是通过自适应算法的迭代索引；
其中ε(n)＝A(n)+Sj(n)·T2,其中A(n)为初始噪声源在烟机内部空间传递后形成的最终的噪声场。
其中步骤十三具体包括有，
步骤13.1，预设定误差回传噪音传感器的噪声值Γ(n)＝C，其中C为误差回传噪音传感器测出所在区域的噪声值，判断Γ(n)与[A(n)-Sj(n)T2]2的关系，当[A(n)-Sj(n)T2]2＞C时，进入步骤13.2，当[A(n)-Sj(n)T2]2≤C时，进入步骤13.4；
步骤13.2，将w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)分别代入式(Ⅳ)分别得到新的w1(k+1)，......，wg(k+1)，......，wL(k+1)的L个自适应权重系数，μ为收敛因子，进入步骤13.3，
w(k+1)＝w(k)+[μr(k)e(k)] 式(Ⅳ)；
步骤13.3，令w1(k+1)＝w1(k)，......，wg(k+1)＝wg(k)，......，wL(k+1)＝wL(k)分别为滤波器权向量，进入步骤八；
步骤13.4，令Sj(n)＝Sj’(n),进入步骤十四。
本发明的C的值范围为-0.001dB至0.001dB。
本发明的自适应降噪控制单元23会持续进行迭代，调整自适应滤波的权重以让整个系统收敛趋于稳定的状态。例如：噪声采集传感器221所在区域处噪声源处进行采集噪声信号，信号传输给自适应降噪控制单元23降噪，然后进行计算输出信号驱动扬声器222，以消除扬声器222所在区域的噪声。误差回传传感器232会监控扬声器222所在区域的声压值，从而自适应降噪控制单元23调试自适应滤波的权重以自动改变扬声器222的振幅。
本发明自适应算法是采用滤波X最小均方算法，滤波X最小均方法的好处是不需要解出逆矩阵，也不需其它预知参数就能有最佳的收敛解，相对于标准的最小均方算法，自适应降噪控制单元23的算法主要的特点是采用分解成多个子带的信号处理方法并结合滤波X最小均方算法，可以有效的解决需要大量计算的问题,加强了在三维空间降噪的效果。同时其计算量与子带的数量成反比，进而提搞整体系统的稳定性且收敛也更快。再者也加强了各传递通道对算法的影响。此算法另一个优点是可以去除信号的延迟的疑虑，加强整体的降噪效果，实现方式是在每个子带中通过滤波X最小均方法加入自适应的权重算法，然后经由带通滤波器231调整最终的权重系数。
在封闭三维空间，例如长、宽、高分别为L、W、H的空间，其N阶声模态函数可以表示为
其中，N1、N2及N3是沿着直角坐标X、Y、Z的声模态序号。在实际的应用中，如烟机风道的三维空间降噪系统，烟机的噪声频率域分布是从200Hz到2000Hz的宽带噪声及一些风机生成的线谱噪声及振动引起的噪声。
现有技术中，只专注有消除低阶声模态如典型的小于500Hz或者小于1000Hz主动降噪技术，但是目前有烟机的噪声频率包括有大于1000Hz的，现有技术要有效的降低烟机的噪声功率已经无法满足目前烟机上的降噪策略。对于像烟机风道或者抽风组件12所在空间呈全包围或部分包围的三维空间声场，以及噪声源模态的振幅和扬声器222发声的模态系数用于进行三维空间降噪是主动将降噪的核心技术，而这两个未知数却与空间外围结构、几何形状及噪声的声源特性有着密切关系。所以，通过等效源方法快速有效建立噪声全息图信息，即通过声波的干涉原理记录噪声源振幅和相位。基于能有效且精确的对空间噪音及自由空间噪音辐射进行估算，可以快速精确的模拟出声场信号，用以消除烟机内的噪声的计算。此方法能适配求解高阶声模态，可以提高降噪的频率域至2000Hz，解决现有主动降噪技术中有些频段是做不到的问题，突破了主动降噪只能降1000Hz以内噪声的局限。
该带三维空间声场降噪装置的油烟机降噪方法的有益效果为把信号分解成各子带信号后，用于加快算法上的收敛，因为子带上信号频谱动态域相对于原始信号大幅减少,同时，计算量的减少率是与子带数量成正比，因此，本申请将信号分解后再用于滤波X最小均方算法中，与传统主动降噪方法中直接处理原始信号相比，本发明可提高主动降噪在三维空间内应用的实际效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (17)
1.一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：将噪声信号分解成多个子带信号，转换得到带通滤波器权矢量，再将得到的带通滤波器权矢量转换生成对应的扬声器声场，并将等强度声波信号传送给对应的扬声器，通过对应的扬声器产生的声波抵减或者抵消油烟机产生的噪声声波，实现降噪。
2.根据权利要求1所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：设置有烟机主体和用于主动降噪的三维空间声场降噪装置，三维空间声场降噪装置装配于烟机主体内部。
3.根据权利要求2所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述烟机主体设置有用于减少宽频振动的低阻尼风箱，低阻尼风箱装配于烟机主体内部。
4.根据权利要求3所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述低阻尼风箱设置有多个风箱板和噪声过滤装置，多个风箱板拼接成为一个立体结构，噪声过滤装置装配于风箱板的内表面。
5.根据权利要求4所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述烟机主体还设置有抽风组件，抽风组件装配于低阻尼风箱内部。
6.根据权利要求5所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述抽风组件位于由进风口的滤网和低阻尼风箱形成的全包围结构的内部；或者
所述抽风组件位于由含有低阻尼风箱构成的至少有两个结构面完全敞开的半包围结构的内部。
7.根据权利要求6所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述三维空间声场降噪装置设置有三维空间声场降噪单元和自适应降噪控制单元，自适应降噪控制单元与三维空间声场降噪单元电连接，三维空间声场降噪单元和自适应降噪控制单元分别装配于烟机主体。
8.根据权利要求7所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述三维空间声场降噪单元设置有噪声采集传感器、扬声器和声学共鸣箱，扬声器安装于声学共鸣箱内部，声学共鸣箱固定装配于抽风组件的下方，噪声采集传感器固定安装于抽风组件，噪声采集传感器和扬声器分别与自适应降噪控制单元电连接。
9.根据权利要求8所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述自适应降噪控制单元设置为带通滤波器，带通滤波器装配于烟机主体内部，且噪声采集传感器和扬声器分别与带通滤波器电连接；
所述抽风组件设置有风轮、蜗壳和用于引导气流进入风轮两侧的导流罩，导流罩与风轮固定安装于蜗壳，风轮装配于蜗壳内部，蜗壳固定装配于低阻尼风箱内部。
10.根据权利要求9所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述自适应降噪控制单元还设置有误差回传传感器，误差回传传感器固定安装于烟机主体内部且位于的低阻尼风箱的下方，误差回传传感器与带通滤波器电连接；
所述误差回传传感器位于扬声器的下方。
11.根据权利要求10所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述扬声器和声学共鸣箱都设置有K个，且K≥1，K为正整数，扬声器和声学共鸣箱一一对应；
所述声学共鸣箱固定装配于导流罩且悬空于低阻尼风箱的底部；
所述扬声器的纸盆或膜片面向烟机主体的进风口，且与进风口平行或成夹角β，且β≤60°；
所述噪声采集传感器固定于导流罩，噪声采集传感器设置有A个，A≥4，A为正整数，且A≥K；
所述误差回传传感器设置有Q个,Q为正整数，Q≥1；
所述噪声采集传感器位于扬声器的上方；
所述带通滤波器设置有D个，D为正整数。
12.根据权利要求11所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机,其特征在于：所述噪声过滤装置为低阻尼噪声过滤板；
所述低阻尼噪声过滤板设置有分布有多个用于消除噪声通孔的面板主体和加强结构，加强结构固定于面板主体；
所述加强结构为加强筋、铆钉、导边、固定架、凹槽或者凸包的至少一种；
所述噪声过滤装置设置有吸音部，吸音部装配于低阻尼噪声过滤板与低阻尼风箱的壁面之间；
所述低阻尼风箱的外表面装配有泡棉板、沥青板或者橡胶板；
所述三维空间声场降噪装置降噪频率范围为100Hz～2000Hz。
13.根据权利要求12所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机，其特征在于：降噪方法，包括以下步骤：
步骤一、确定并固定A个噪声采集传感器、Q个误差回传传感器和K个扬声器的位置；
步骤二、确定初始噪声源到噪声采集传感器的传递函数T1、扬声器到目标降噪空间的传递函数T2和噪声采集传感器到目标降噪空间的传递函数T3；
步骤三，A个噪声采集传感器分别在烟机内空间中的收集所在区域的噪声采集传感器信号，具体为R1(n)，......，Ri(n),......,RA(n),4≤i≤A，i为正整数，
Q个误差回传噪音传感器收集分别在所在区域的误差回传传感器的信号，具体为ε1(n)，......,εv(n),......,εQ(n)，1≤v≤Q，v和Q为正整数；
步骤四，将步骤一得到的A个噪声采集传感器收集到的噪声采集传感器信号转化为R(n)＝[R1(n)......Ri(n).......RA(n)]，Q个噪声采集传感器修正后误差回传传感器的信号转化为ε(n)＝[ε1(n)......εv(n)......εQ(n)]；
步骤五，将步骤四的R(n)通过式(Ⅰ)修正为
步骤六，三维空间降噪控制单元的D个带通滤波器将步骤五得到的对应分解为L个子带：r1(k)，......，rg(k)，......，rL(k),将步骤四得的ε(n)对应分解为L个子带：e1(k)，......，eg(k)，......，eL(k),L≥g≥2且L和g为正整数；
步骤七，将步骤六得到的子带r1(k)，......，rg(k)，......，rL(k)和e1(k)，......，eg(k)，......，eL(k),经由滤波X最小均方的计算出L个子带的自适应权重系数w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)，w(k)是K×A×D的矩阵，r(k)是Q×(A×K×D)，e(k)是Q×D的矩阵；
步骤八，将D个带通滤波器的L个子带自适应权重系数w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)进行快速傅利列转换转变成L×Z个频带,其中Z是K×A×D的矩阵；
步骤九，将步骤八得到的L×Z个频带经过频率叠加法叠加形成唯一A×K矩阵信号频率；
步骤十，将步骤九得到A×K矩阵信号频率进行傅利列逆转换转换求解得到带通滤波器权矢量Wij(n),其中1≤j≤K，4≤i≤A；
步骤十一，将步骤十得到带通滤波器权矢量Wij(n)转换生成K个扬声器声场，K个扬声器声场分别对应为S1(n)，.....，Sj(n)，.....,SK(n)，其中1≤j≤K，并根据通过式(Ⅱ)，通过噪声传感器采集到初始噪声源Ri(n)与带通滤波器权矢量Wji(n)的积以估算出第j扬声器输出信号的最终噪声场Sj(n)，
其中，是Wij(n)的转置矩阵，是Ri(n)经过T2传递函数后的转置矩阵，Sj(n)为与噪声源呈180°反向的等强度声波信号；
步骤十二，将等强度声波信号S1(n)，.....，Sj(n)，.....,SK(n)分别对应传送给K个扬声器；
步骤十三，误差回传传感器检测效果，进行迭代并修正自适应权重系数,得到符合要求的最终自适应权重系数并得到Sj’(n)，进入步骤十四；
步骤十四，以Sj’(n)为最终等强度声波信号对应传送给相应的扬声器。
14.根据权利要求13所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机，其特征在于：通过式(Ⅲ)全带的代价函数以误差传感器信号的均方差表示以监督三维降噪模型的表现，
其中，n是通过自适应算法的迭代索引；
所述其中ε(n)＝A(n)+Sj(n)·T2,其中A(n)为初始噪声源在烟机内部空间传递后形成的最终的噪声场。
15.根据权利要求14所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机，其特征在于：所述步骤十三具体包括有，
步骤13.1，预设定误差回传噪音传感器的噪声值Γ(n)＝C，其中C为误差回传噪音传感器测出所在区域的噪声值，判断Γ(n)与[A(n)-Sj(n)T2]2的关系，当[A(n)-Sj(n)T2]2＞C时，进入步骤13.2，当[A(n)-Sj(n)T2]2≤C时，进入步骤13.4；
步骤13.2，将w1(k)，......，wg(k)，......，wL(k)分别代入式(Ⅳ)分别得到新的w1(k+1)，......，wg(k+1)，......，wL(k+1)的L个自适应权重系数，μ为收敛因子，进入步骤13.3，
w(k+1)＝w(k)+[μr(k)e(k)] 式(Ⅳ)；
步骤13.3，令w1(k+1)＝w1(k)，......，wg(k+1)＝wg(k)，......，wL(k+1)＝wL(k)分别为滤波器权向量，进入步骤八；
步骤13.4，令Sj(n)＝Sj’(n),进入步骤十四。
16.根据权利要求15所述的一种带三维空间声场降噪装置的油烟机，其特征在于：所述C值的范围为-0.001dB至0.001dB。
17.一种带三维空间声场降噪装置的油烟机的降噪方法，其特征在于：通过权利要求13至16任意一项中的降噪方法进行。
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