CN110762054A - 风扇噪音的降噪方法及装置 - Google Patents

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CN110762054A CN201910897675.3A CN201910897675A CN110762054A CN 110762054 A CN110762054 A CN 110762054A CN 201910897675 A CN201910897675 A CN 201910897675A CN 110762054 A CN110762054 A CN 110762054A
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王辉
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Abstract

本发明提供了一种风扇噪音的降噪方法及装置，涉及主动降噪技术领域，风扇噪音的降噪方法包括以下步骤：采集噪声信号；获取风扇的转速信息，并根据风扇的转速识别出该转速对应的固有频率；根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号；产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和。本发明提供的风扇噪音的降噪方法通过采集风扇的转速，从采集噪声信号中拾取与所述转速对应的特定频段的声信号，然后进行反相位处理，与所述风扇的特定频段的声信号进行中和抑制，进而达到消除风扇噪声的目的，反馈效果良好，能够有效消除风扇的噪音。

Description

风扇噪音的降噪方法及装置
技术领域
本发明涉及主动降噪技术领域，尤其是涉及一种风扇噪音的降噪方法及装置。
背景技术
主动降噪技术是通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波，将噪音中和，从而实现降噪的效果。
现有的带误差传感器的自适应有源主动降噪装置装置，由麦克风拾取噪声信号，然后输入主动降噪芯片进行噪声反相处理，并通过功放电路放大后，利用降噪扬声器输出，在降噪扬声器和风扇风道出风口之间完成噪声信号的叠加抵消，并利用误差传感器拾取降噪后的噪声效果对降噪扬声器进行二次调节，进而达到有效消除风扇噪音的目的。
上述降噪装置存在如下缺点：这种装置结构复杂，且在发动机舱内多声源相互叠加的工况下，误差传感器拾取的降噪后的噪声信号存在误差大，反馈效果差，无法完全消除风扇噪声贡献量较大频段下的噪音。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风扇噪音的降噪方法及装置，以解决现有降噪装置结构复杂，且在发动机舱内多声源相互叠加的工况下，误差传感器拾取的降噪后的噪声信号存在误差大，反馈效果差，无法完全消除风扇的噪音的技术问题。
本发明提供的风扇噪音的降噪方法，包括以下步骤：
采集噪声信号；
获取风扇的转速信息，并根据风扇的转速识别出该转速对应的固有频率；
根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号；
产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和。
本发明提供的风扇噪音的降噪装置，包括噪声采集模块、监测模块、固有频率处理模块和反相位处理模块；所述噪声采集模块、所述监测模块和所述反相位处理模块分别与所述固有频率处理模块连接；
所述噪声采集模块用于采集噪声信号；
所述监测模块用于获取风扇的转速信息，并根据风扇的转速识别出该转速对应的固有频率；
所述固有频率处理模块根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号；
所述反相位处理模块用于产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和。
进一步的，所述风扇噪音的降噪装置包括次声源输出单元，所述次声源输出单元与所述反相位处理模块连接；
所述次声源输出单元能够接收所述反相位声信号，并产生与所述反相位声信号对应的降噪信号，并与所述特定频段的声信号中和。
进一步的，所述次声源输出单元包括功放电路和扬声器，所述功放电路分别与所述反相位处理模块和所述扬声器连接；
所述功放电路能够将所述反相位处理模块产生的降噪信号进行放大；
所述扬声器能够接收所述功放电路放大后的所述降噪信号，并输出次声源，用于抑制风扇噪声。
进一步的，所述风扇噪音的降噪装置包括噪声信号处理模块和风扇转速处理模块；所述噪声信号处理模块分别与所述噪声采集模块和固有频率处理模块连接；所述风扇转速处理模块分别与所述监测模块和所述固有频率处理模块连接；
所述噪声信号处理模块用于将所述噪声采集模块拾取的时域信号转化为所述固有频率处理模块可识别的频域信号；
所述风扇转速处理模块用于接收所述监测模块拾取风扇的转速信息，并将所述风扇的转速信息转化所述固有频率处理模块能够识别的固有频率。
进一步的，所述噪声采集模块为麦克风，所述麦克风的输出端与所述噪声信号处理模块的输入端连接；
所述监测模块为位移传感器，所述位移传感器的输出端与所述风扇转速处理模块的输入端连接；所述位移传感器设置在所述风扇背向所述麦克风的一侧，用于读取所述风扇的转速。
进一步的，所述麦克风位于所述风扇和所述扬声器之间，且所述风扇的中心、麦克风和所述扬声器在一条直线上。
进一步的，所述麦克风通过固定铁片与发动机舱覆盖件连接；
所述扬声器通过扬声器固定座与所述发动机舱覆盖件连接。
进一步的，所述扬声器固定座上设置有球铰铰头，所述扬声器上设置有与所述球铰铰头相配合的球形凹槽，以使所述扬声器朝向所述风扇的角度可调。
本发明提供的风扇噪音的降噪方法，通过采集噪声信号；获取风扇的转速信息，并根据风扇的转速识别出该转速对应的固有频率；根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号；产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和。通过拾取风扇转速并识别出该转速对应的风扇的固有频率，从采集的噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号，再产生与所述特定频段的声信号对应的反相位声信号，与所述风扇的特定频段的声信号进行中和抑制，进而达到消除风扇噪声的目的。本发明提供的风扇噪音的降噪方法通过采集风扇的转速，从采集噪声信号中拾取与所述转速对应的特定频段的声信号，然后进行反相位处理，反馈效果良好，能够消除风扇的噪音。
本发明提供的风扇噪音的降噪方装置，利用了上述的风扇噪音的降噪方法，在发动机舱内多声源相互叠加的工况下，利用所述监测模块拾取风扇的转速，根据当前的转速所对应的风扇固有频率，对风扇的特定频段的声信号进行读取，并将产生反相位信号，避免了误差传感器拾取的降噪后的噪声信号存在误差大的情况，能够有效消除风扇的噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的风扇噪音的降噪方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的风扇噪音的降噪装置的原理图；
图3为本发明实施例提供的风扇噪音的降噪装置的结构图；
图4为本发明实施例提供的风扇噪音的降噪装置的安装示意图；
图5为本发明实施例提供的风扇噪音的降噪装置的扬声器的安装示意图。
图标：10-风扇；20-散热器；30-发动机舱覆盖件；100-噪声采集模块；101-麦克风；102-固定铁片；200-监测模块；201-位移传感器；300-控制器；310-固有频率处理模块；320-反相位处理模块；330-噪声信号处理模块；340-风扇转速处理模块；400-次声源输出单元；410-功放电路；420-扬声器；421-扬声器固定座。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图3所示，本发明提供的风扇噪音的降噪方法，包括以下步骤：
采集噪声信号；噪声信号包括风扇10的噪声信号以及风扇10安装位置的其他噪声信号，可以使用麦克风101采集噪声信号。
获取风扇10的转速信息，并根据风扇10的转速识别出该转速对应的固有频率，可以使用位移传感器201或转速传感器采集风扇10的转速信息。
控制器300的固有频率处理模块310可以根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号。
控制器300中的反相位处理模块320产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，该反相位声信号经次声源输出单元400输出，从而将该特定频段的声信号中和。
本发明提供的风扇的降噪方法，通过拾取风扇转速并识别出该转速对应的风扇10的固有频率，控制器300从采集的噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号，再产生与特定频段的声信号对应的反相位声信号，次声源输出单元400接收该反相位声信号，并输出降噪信号，降噪信号与风扇10的特定频段的声信号进行中和抑制，进而达到消除风扇噪声的目的。本发明提供的风扇噪音的降噪方法通过采集风扇10的转速，从采集噪声信号中拾取与转速对应的特定频段的声信号，然后进行反相位处理，反馈效果良好，能够有效消除风扇10的噪音。
具体地，所述产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和的步骤包括：利用反相位处理模块320产生与特定频段的声信号幅值相等相位相反的反相位声信号；利用次声源输出单元400接收反相位处理模块320产生的反相位声信号，并输出与反相位声信号对应的降噪信号，该降噪信号能够与特定频段的声信号中和，达到消除噪声的目的。
如图2所示，本发明提供的风扇噪音的降噪装置，包括噪声采集模块100、监测模块200、固有频率处理模块310和反相位处理模块320；噪声采集模块100、监测模块200和反相位处理模块320分别与固有频率处理模块310连接。
具体地，噪声采集模块100的输出端与固有频率处理模块310的输入端连接；监测模块200的输出端与固有频率处理模块310的输入端连接；固有频率处理模块310的输出端与反相位处理模块320的输入端连接。
噪声采集模块100用于采集噪声信号；并将采集的噪声信号传送给固有频率处理模块310。
监测模块200用于获取风扇10的转速信息，并根据风扇10的转速识别出该转速对应的固有频率；并将固有频率传送给固有频率处理模块310。
固有频率处理模块310根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号。
反相位处理模块320用于产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和。反相位处理模块320能够接收固有频率处理模块310的特定频段的声信号，并产生与特定频段的声信号幅值相等相位相反的反相位声信号，以使反相位声信号能够与该特定频段的声信号中和，达到风扇10的降噪。
本实施例提供的风扇噪音的降噪装置包括次声源输出单元400，次声源输出单元400与反相位处理模块320连接；次声源输出单元400能够接收反相位声信号，并产生与反相位声信号对应的降噪信号，并与特定频段的声信号中和。
具体地，次声源输出单元400包括功放电路410和扬声器420，功放电路410分别与反相位处理模块320和扬声器420连接。
功放电路410能够将反相位处理模块320产生的降噪信号进行放大。
扬声器420能够接收功放电路410放大后的降噪信号，并输出次声源，用于抑制风扇10的噪声。
风扇噪音的降噪装置包括噪声信号处理模块330和风扇转速处理模块340；噪声信号处理模块330分别与噪声采集模块100和固有频率处理模块310连接；风扇转速处理模块340分别与监测模块200和固有频率处理模块310连接。
噪声信号处理模块330用于将噪声采集模块100拾取的时域信号转化为固有频率处理模块310可识别的频域信号；噪声信号处理模块330只需要满足C语言算法就能够通过FFT(fast Fourier transform，即快速傅里叶变换)处理接收的声信号并转化为频域信号。
快速傅里叶变换(fast Fourier transform)，即利用计算机计算离散傅里叶变换(DFT)的高效、快速计算方法的统称，简称FFT。
风扇转速处理模块340用于接收监测模块200拾取风扇10的转速信息，并将风扇10的转速信息转化固有频率处理模块310能够识别的固有频率。
具体地，监测模块200用于获取风扇10的转速，然后将转速传递给风扇转速处理模块340，风扇转速处理模块340通过公式：f＝m×n/60计算出当前转速下风扇10的固有频率。
其中，m为风扇10的叶片数；n为风扇10的转速；f为风扇10的固有频率。
具体地，噪声采集模块100为麦克风101，麦克风101的输出端与噪声信号处理模块330的输入端连接；麦克风101可以为LMS或BK品牌的测试拾音器，能够拾取发动机仓舱内的时域噪声信号。
监测模块200为位移传感器201，位移传感器201的输出端与风扇转速处理模块340的输入端连接；位移传感器201设置在风扇10背向麦克风101的一侧，用于读取风扇10的转速。
需要说明的是，监测模块200也可以为发动机的转速传感器，发动机的转速传感器能够实现检测风扇10转速的功能。
如图4所示，本实施例提供的风扇噪音的降噪装置设置在挖掘机的发动机舱内，包括麦克风101、位移传感器201、控制器300、功放电路410和扬声器420，且均设置在发动机舱内部。位移传感器201和麦克风101分别与控制器300连接；控制器300与功放电路410连接，功放电路410连接扬声器420。
如图2所示，控制器300包括噪声信号处理模块330、风扇转速处理模块340、固有频率处理模块310和反相位处理模块320。麦克风101、噪声信号处理模块330连接、固有频率处理模块310和反相位处理模块320依次连接；位移传感器201、风扇转速处理模块340和固有频率处理模块310依次连接；反相位处理模块320与功放电路410连接，功放电路410与扬声器420连接。
控制器300可以选用51、STM32、PIC等类型单片机。
其中，风扇10设置在发动机上，且设置在散热器20内，扬声器420设置在风扇10背向发动机的一侧，麦克风101位于风扇10和扬声器420之间。
优选地，风扇10的中心、麦克风101和扬声器420在一条直线上，以减小误差。
麦克风101通过固定铁片102与发动机舱覆盖件30连接，固定铁片102的一端与发动机舱覆盖件30通过扎带绑连接在一起，麦克风101通过扎带绑在固定铁片102的另一端。固定铁片102是可以折弯的软铁片，通过调整软铁片的位置可灵活调节麦克风101的角度。
需要说明的是，麦克风101也可以通过固定铁片102固定在散热器20上，能够满足麦克风101到达风扇10中心和扬声器420的连线之间即可。
优选地，扬声器420可以通过扬声器固定座421与发动机舱覆盖件30连接。
具体地，如图5所示，扬声器固定座421的底部与发动机舱覆盖件30连接，扬声器固定座421上设置有球铰铰头，扬声器420上设置有与球铰铰头相配合的球形凹槽，球铰铰头能够相对球形凹槽转动，以使扬声器420朝向风扇10的角度可以灵活调节。
综上所述，本发明提供的风扇噪音的降噪方法，通过采集噪声信号；获取风扇10的转速信息，并根据风扇10的转速识别出该转速对应的固有频率；根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号；产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和。通过拾取风扇10转速并识别出该转速对应的风扇10的固有频率，从采集的噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号，再产生与特定频段的声信号对应的反相位声信号，与风扇10的特定频段的声信号进行中和抑制，进而达到消除风扇噪声的目的。本发明提供的风扇噪音的降噪方法通过采集风扇10的转速，从采集噪声信号中拾取与所述转速对应的特定频段的声信号，然后进行反相位处理，反馈效果良好，能够有效消除风扇10的噪音。
本发明提供的风扇噪音的降噪装置，利用了上述的风扇噪音的降噪方法，在发动机舱内多声源相互叠加的工况下，利用监测模块200拾取风扇10的转速，根据当前的转速所对应的风扇固有频率，对风扇10的特定频段的声信号进行读取，并将产生反相位信号，该降噪装置避免了误差传感器拾取的降噪后的噪声信号存在误差大的情况，能够有效地消除风扇10的噪声。
需要说明的是，麦克风101及扬声器420的安装固定夹具和方式不限于本实施例指定的，也可以为其他能够实现调节的结构件。
本发明提供的风扇噪音的降噪装置不限于安装在发动机舱上且数量不限于一套。
扬声器420所发出的次声源可以是固有频率及其谐波的声信号。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种风扇噪音的降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集噪声信号；
获取风扇(10)的转速信息，并根据风扇(10)的转速识别出该转速对应的固有频率；
根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号；
产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和。
2.一种风扇噪音的降噪装置，其特征在于，包括噪声采集模块(100)、监测模块(200)、固有频率处理模块(310)和反相位处理模块(320)；所述噪声采集模块(100)、所述监测模块(200)和所述反相位处理模块(320)分别与所述固有频率处理模块(310)连接；
所述噪声采集模块(100)用于采集噪声信号；
所述监测模块(200)用于获取风扇(10)的转速信息，并根据风扇(10)的转速识别出该转速对应的固有频率；
所述固有频率处理模块(310)根据所识别出的固有频率，在噪声信号中读取与该固有频率对应的特定频段的声信号；
所述反相位处理模块(320)用于产生与该特定频段的声信号对应的反相位声信号，以将该特定频段的声信号中和。
3.根据权利要求2所述的风扇噪音的降噪装置，其特征在于，所述风扇噪音的降噪装置包括次声源输出单元(400)，所述次声源输出单元(400)与所述反相位处理模块(320)连接；
所述次声源输出单元(400)能够接收所述反相位声信号，并产生与所述反相位声信号对应的降噪信号，并与所述特定频段的声信号中和。
4.根据权利要求3所述的风扇噪音的降噪装置，其特征在于，所述次声源输出单元(400)包括功放电路(410)和扬声器(420)，所述功放电路(410)分别与所述反相位处理模块(320)和所述扬声器(420)连接；
所述功放电路(410)能够将所述反相位处理模块(320)产生的降噪信号进行放大；
所述扬声器(420)能够接收所述功放电路(410)放大后的所述降噪信号，并输出次声源，用于抑制风扇噪声。
5.根据权利要求4所述的风扇噪音的降噪装置，其特征在于，所述风扇噪音的降噪装置包括噪声信号处理模块(330)和风扇转速处理模块(340)；所述噪声信号处理模块(330)分别与所述噪声采集模块(100)和固有频率处理模块(310)连接；所述风扇转速处理模块(340)分别与所述监测模块(200)和所述固有频率处理模块(310)连接；
所述噪声信号处理模块(330)用于将所述噪声采集模块(100)拾取的时域信号转化为所述固有频率处理模块(310)可识别的频域信号；
所述风扇转速处理模块(340)用于接收所述监测模块(200)拾取风扇(10)的转速信息，并将所述风扇(10)的转速信息转化所述固有频率处理模块(310)能够识别的固有频率。
6.根据权利要求5所述的风扇噪音的降噪装置，其特征在于，
所述噪声采集模块(100)为麦克风(101)，所述麦克风(101)的输出端与所述噪声信号处理模块(330)的输入端连接；
所述监测模块(200)为位移传感器(201)，所述位移传感器(201)的输出端与所述风扇转速处理模块(340)的输入端连接；所述位移传感器(201)设置在所述风扇(10)背向所述麦克风(101)的一侧，用于读取所述风扇(10)的转速。
7.根据权利要求6所述的风扇噪音的降噪装置，其特征在于，所述麦克风(101)位于所述风扇(10)和所述扬声器(420)之间，且所述风扇(10)的中心、麦克风(101)和所述扬声器(420)在一条直线上。
8.根据权利要求7所述的风扇噪音的降噪装置，其特征在于，所述麦克风(101)通过固定铁片(102)与发动机舱覆盖件(30)连接；
所述扬声器(420)通过扬声器固定座(421)与所述发动机舱覆盖件(30)连接。
9.根据权利要求8所述的风扇噪音的降噪装置，其特征在于，所述扬声器固定座(421)上设置有球铰铰头，所述扬声器(420)上设置有与所述球铰铰头相配合的球形凹槽，以使所述扬声器(420)朝向所述风扇(10)的角度可调。
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