CN109166568A - 一种用于风扇的低功耗有源主动降噪系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于风扇的低功耗有源主动降噪系统及方法，属于有源主动降噪技术领域。本发明的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统包括风扇，还包括导风模块、噪声收集模块、降噪模块和扬声器模块；导风模块固定在风扇风口处，噪声收集模块设置在导风模块中，且位于近风扇侧；降噪模块包括控制电路、DSP单元和功放电路，控制电路包括比较器A和比较器B，比较器A、比较器B的输出端分别与DSP单元相连接，DSP单元与功放电路相连接，扬声器模块与功放电路相连接。该发明的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统设计合理，并能够有效的降低噪声，具有很好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及有源主动降噪技术领域，具体提供一种用于风扇的低功耗有源主动降噪系统及方法。
背景技术
在自然界中，经常会有噪声产生，对于某些工作环境下需要安静的环境，降低噪声成为必须。降低噪声通常所采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪以及在人耳出降噪，这三种方式都是被动的。为了主动地消除噪声，出现了“有源消声”这一技术。有源消声的原理是：所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反（相差180°），就可以将这噪声完全抵消掉。关键就在于如何得到那抵消噪声的声音。实际采用的办法是：从噪声源本身着手，设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来，从而将达到消除噪声的目的。
随着社会经济的飞速发展，人们的生活水平有了很大程度的提高，各种先进的电子设备的适用范围越来越广泛。对于大型企业来说，一般的计算机性能不能够满足其工作需求，导致目前计算机和服务器的集成度越来越高，单位体积的密度越来越大，由此带来的散热效率需要不断地提高。就目前风冷散热而言，增加风扇数量和提高风扇转速增加风量等手段仍然是解决散热问题的基本方法。但是风扇数量和转速的提高无疑都会导致环境噪声的增加，目前造成已成为高性能计算机、高密度服务器等设备以及机房、数据中心等环境中严重影响人身健康的一个污染源。降低高性能计算机、高密度服务器等设备以及机房、数据中心等环境中的噪声污染成为亟待解决的问题。目前对于计算机噪声的控制多采用的是被动方法，比如在机器内壁覆盖隔音棉、优化散热通道等，但是这些方法对噪声的消除效果有限。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种设计合理，并能够有效的降低噪声的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统。
本发明进一步的技术任务是提供一种用于风扇的低功耗有源主动降噪方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于风扇的低功耗有源主动降噪系统，包括风扇，还包括导风模块、噪声收集模块、降噪模块和扬声器模块；
导风模块固定在风扇风口处，噪声收集模块设置在导风模块中，且位于近风扇侧；
降噪模块包括控制电路、DSP单元和功放电路，控制电路包括比较器A和比较器B，比较器A和比较器B分别设有两个输入端和一个输出端，其中比较器A、比较器B的一个输入端分别与噪声收集模块相连接，比较器A、比较器B的另一个输入端分别接连接信号发生源，用于接收信号发生源产生的噪声信号，比较器A、比较器B的输出端分别与DSP单元相连接，DSP单元与功放电路相连接，扬声器模块与功放电路相连接。
DSP单元即digital signal processing数字信号处理单元，DSP单元中烧录FXLMS算法程序，利用此算法处理简单的平面波音频信号产生同频反向的数字信号。
根据声波导理论，当声波频率低于导管的截止频率声波在导管中就以平面波的形式传播。考虑到有源主动降噪技术主要降低风扇的低频噪音，风扇噪音频率最高预计为5000Hz。安装于风扇风口处的导风模块半径为10cm即可保证风道的截止频率高于5000Hz，在导风模块的风道内风扇噪音便以平面波的形式传播。
比较器A和比较器B分别设置噪声信号的最大值与最小值，从而限定噪声阀值范围。当噪声收集模块收集的风扇噪声信号进入控制电路后，分别与设定的噪声信号的最大值和最小值相比较，当噪声信号不在设定噪声阀值范围内时，系统进入待机状态，当噪声信号在设定噪声阀值范围内时系统进入工作状态。在实际使用过程中可以根据需要设定噪声信号的最大值与最小值，并且可以通过调节信号发生源来调节噪声信号的最大值与最小值的具体大小，从而满足不同环境的使用需求。
所述用于风扇的低功耗有源主动降噪系统工作过程中，通过降噪模块的控制电路的比较器A和比较器B设定噪声阀值，当风扇噪声位于设定的噪声阀值范围内时，噪声收集模块将噪声音频信号输入DSP单元，DSP单元经计算后将噪声音频信号转化为与其同频反向的噪声数字信号输入功放电路，功放电路再将噪声数字信号转化为噪声音频信号并发送给扬声器模块，并驱动扬声器模块发射与风扇噪声音频信号同频方向的声波抵消噪声，从而完成降噪。
作为优选，该用于风扇的低功耗有源主动降噪系统还包括电源模块，所述电源模块与控制电路、DSP单元分别连接，用于为控制电路、DSP单元供电。
作为优选，所述导风模块为圆柱形风道，圆柱形风道一端固定在风扇风口处。
作为优选，所述扬声器设置在导风模块中，且位于远风扇侧，实现圆柱形风道外部的风扇噪声降低的效果。
作为优选，所述噪声收集模块采用麦克风，用于收集风扇噪声信号。
一种用于风扇的低功耗有源主动降噪方法，该降噪方法通过降噪模块的控制电路的比较器A和比较器B设定噪声阀值，当风扇噪声位于设定的噪声阀值范围内时，噪声收集模块将噪声的音频信号输入DSP单元，DSP单元经计算后将噪声音频信号转化为噪声数字信号输入功放电路，功放电路将噪声数字信号转化为噪声音频信号，并驱动扬声器模块发射与噪声音频信号频率相同相位相反的反向波抵消噪声。
作为优选，该方法中，噪声收集模块设置于导风模块中靠近风扇的一侧，风扇噪声通过导风模块转化为平面波，噪声收集模块收集风扇噪声后，将噪声音频信号输入降噪模块的控制电路。
作为优选，所述扬声器模块设置于导风模块中远风扇侧，当风扇噪声位于设定的噪声阀值范围内时，扬声器模块发射与风扇噪声音频信号同频方向的声波抵消噪声。
作为优选，所述噪声阀值通过控制电路的比较器A和比较器B来设定，比较器A和比较器B分别设有两个输入端和一个输出端，其中比较器A、比较器B的一个输入端分别与噪声收集模块相连接，比较器A、比较器B的另一个输入端分别接连接信号发生源，用于接收信号发生源产生的噪声信号，构成噪声阀值。
作为优选，所述方法中通过电源模块为控制电路和DSP单元供电。
与现有技术相比，本发明的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统具有以下突出的有益效果：所述用于风扇的低功耗有源主动降噪系统通过在风扇风口处设置圆柱形风道，在该风道内可以将噪声转化为以平面波的形式传播，通过近风扇侧的麦克风收集噪声信号，并通过比较器A和比较器B设定噪声阀值范围，当风扇噪声信号在噪声阀值范围内时，麦克风将风扇噪声音频信号输入给DSP单元转化为与风扇噪声音频信号同频反向的噪声数字信号，噪声数字信号输入至功放电路中，功放电路再将噪声数字信号转化为噪声音频信号并发送给扬声器模块，扬声器模块发射与风扇噪声音频信号同频方向的声波，扬声器模块设置在远风扇侧，从而实现圆柱形风道外部的风扇噪音降低的效果，具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例一所述用于风扇的低功耗有源主动降噪系统的拓扑图；
图2是控制电路的原理图；
图3是本发明实施例二所述用于风扇的低功耗有源主动降噪系统的拓扑图。
其中，1.风扇，2.导风模块，3.噪声收集模块，4.扬声器模块，5.电源模块，6.控制电路，7.DSP单元，8.功放电路，9.比较器A，10.比较器B，11.风道，12.麦克风。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统及方法作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统包括风扇1、导风模块2、噪声收集模块3、降噪模块、扬声器模块4和电源模块5。
导风模块2固定在风扇1风口处，导风模块2为圆柱形，圆柱形的半径为10cm。噪声收集模块3固定在导风模块2中，且位于风扇1的近风侧。扬声器模块4固定在导风模块2中，且位于风扇1的远风侧。
降噪模块包括控制电路6、DSP单元7和功放电路8。如图2所示，控制电路6包括比较器A9和比较器B10。比较器A9设置噪声信号的最大值，比较器B10设置噪声信号的最小值。比较器A9和比较器B10分别设有两个输入端和一个输出端，比较器A9的一个输入端、比较器B10的一个输入端分别与噪声收集模块3相连接，比较器A9的另一个输入端、比较器B10的另一个输入端向外分别与信号发生源相连接，比较器A9、比较器B10的输出端分别与DSP单元7相连接。DSP单元7与功放电路8相连接，功放电路8与扬声器模块4相连接。
电源模块5与控制电路6、DSP单元7分别连接，用于为控制电路6、DSP单元7供电。
本发明的用于风扇的低功耗有源主动降噪方法，噪声收集模块3收集风扇噪声信号，收集的噪声音频信号进入控制电路6，当比较器A9输出“0”信号，比较器B10输出“1”信号时，风扇噪声信号在设定噪声阀值范围内，控制电路6将噪声音频信号输入给DSP单元7，DSP单元7运行利用FXLMS算法程序将风扇噪声音频信号转化为与其同频反向的噪声数字信号，DSP单元7将同频反向的噪声数字信号输入给功放电路8，功放电路8驱动扬声器模块4，使扬声器模块4发出与风扇1噪声同频反向的声波抵消噪声。
实施例2
如图2所示，本发明的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统包括风扇1、风道11、麦克风12、降噪模块、扬声器模块4和电源模块5。
风道11固定在风扇1风口处，风道11为圆柱形，圆柱形的半径为10cm。麦克风12固定在风道11中，且位于风扇1的近风侧。扬声器模块4固定在风道11中，且位于风扇1的远风侧。
降噪模块包括控制电路6、DSP单元7和功放电路8。控制电路6包括比较器A9和比较器B10。比较器A9设置噪声信号的最大值，比较器B10设置噪声信号的最小值。比较器A9和比较器B10分别设有两个输入端和一个输出端，比较器A9的一个输入端、比较器B10的一个输入端分别与麦克风12相连接，比较器A9的另一个输入端、比较器B10的另一个输入端向外分别与信号发生源相连接，比较器A9、比较器B10的输出端分别与DSP单元7相连接。DSP单元7与功放电路8相连接，功放电路8与扬声器模块4相连接。
电源模块5与控制电路6、DSP单元7分别连接，用于为控制电路6、DSP单元7供电。
本发明的用于风扇的低功耗有源主动降噪方法，麦克风12收集风扇噪声信号，收集的噪声音频信号进入控制电路6，当比较器A9输出“0”信号，比较器B10输出“1”信号时，风扇噪声信号在设定噪声阀值范围内，控制电路6将噪声音频信号输入给DSP单元7，DSP单元7运行利用FXLMS算法程序将风扇噪声音频信号转化为与其同频反向的噪声数字信号，DSP单元7将同频反向的噪声数字信号输入给功放电路8，功放电路8驱动扬声器模块4，使扬声器模块4发出与风扇1噪声同频反向的声波抵消噪声。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于风扇的低功耗有源主动降噪系统，包括风扇，其特征在于：还包括导风模块、噪声收集模块、降噪模块和扬声器模块；
导风模块固定在风扇风口处，噪声收集模块设置在导风模块中，且位于近风扇侧；
降噪模块包括控制电路、DSP单元和功放电路，控制电路包括比较器A和比较器B，比较器A和比较器B分别设有两个输入端和一个输出端，其中比较器A、比较器B的一个输入端分别与噪声收集模块相连接，比较器A、比较器B的另一个输入端分别接连接信号发生源，用于接收信号发生源产生的噪声信号，比较器A、比较器B的输出端分别与DSP单元相连接，DSP单元与功放电路相连接，扬声器模块与功放电路相连接。
2.根据权利要求1所述的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块与控制电路、DSP单元分别连接，用于为控制电路、DSP单元供电。
3.根据权利要求1或2所述的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统，其特征在于：所述导风模块为圆柱形风道，圆柱形风道一端固定在风扇风口处。
4.根据权利要求3所述的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统，其特征在于：所述扬声器设置在导风模块中，且位于远风扇侧。
5.根据权利要求4所述的用于风扇的低功耗有源主动降噪系统，其特征在于：所述噪声收集模块采用麦克风，用于收集风扇噪声信号。
6.一种用于风扇的低功耗有源主动降噪方法，其特征在于：该降噪方法通过降噪模块的控制电路的比较器A和比较器B设定噪声阀值，当风扇噪声位于设定的噪声阀值范围内时，噪声收集模块将风扇噪声音频信号输入DSP单元，DSP单元经计算后将风扇噪声音频信号转化为与其同频反向的噪声数字信号输入功放电路，功放电路再将噪声数字信号转化为噪声音频信号并发送给扬声器模块，扬声器模块发射与风扇噪声音频信号同频方向的声波抵消噪声。
7.根据权利要求6所述的用于风扇的低功耗有源主动降噪方法，其特征在于：该方法中，噪声收集模块设置于导风模块中靠近风扇的一侧，风扇噪声通过导风模块转化为平面波，噪声收集模块收集风扇噪声后，将噪声音频信号输入降噪模块的控制电路。
8.根据权利要求6或7所述的用于风扇的低功耗有源主动降噪方法，其特征在于：所述扬声器模块设置于导风模块中远风扇侧，当风扇噪声位于设定的噪声阀值范围内时，扬声器模块发射与风扇噪声音频信号同频方向的声波抵消噪声。
9.根据权利要求8所述的用于风扇的低功耗有源主动降噪方法，其特征在于：所述噪声阀值通过控制电路的比较器A和比较器B来设定，比较器A和比较器B分别设有两个输入端和一个输出端，其中比较器A、比较器B的一个输入端分别与噪声收集模块相连接，比较器A、比较器B的另一个输入端分别接连接信号发生源，用于接收信号发生源产生的噪声信号，构成噪声阀值。
10.根据权利要求9所述的用于风扇的低功耗有源主动降噪方法，其特征在于：所述方法中通过电源模块为控制电路和DSP单元供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190108 |