CN111815877B - 一种白噪声警示方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及报警器技术领域，尤其涉及一种白噪声警示方法，包括以下步骤：采集环境噪音信号；对所采集到的环境噪音信号进行放大；将放大后的环境噪音信号输入至MCU进行运算，经运算得出声压级‑频率曲线；比较声压级‑频率曲线上各频点的声压级，检测得出声压级最小频段；将与检测得出的声压级最小频段对应的同频段白噪声进行放大，放大的声音分贝至少为5dB。本发明通过首先采集环境噪音，并环境噪音进行转换计算选定出连续的声压级最小频段，通过对该频段对应的同频段白噪声进行放大的方式，实现白噪音警示的作用，更加有效区分噪音和警示音达到警示作用，而且降低了现有报警器产生的噪声污染，而且本发明可适用于各种噪音环境中。
Description
技术领域
本发明涉及报警器技术领域，尤其涉及一种白噪声警示方法及装置。
背景技术
白噪声是指在较宽的频率范围内（20～20000HZ），各等带宽的频带所含的噪声功率谱密度相等的噪声。通俗上讲，白噪音就是大自然中的声音，波段柔和，轻微，有节奏感。比如雨滴声，蛙鸣，海浪声，风吹树林的声音。在同声压级情况下，相对于单频点的报警音传播的距离更远，不刺耳，不容易让人感到讨厌等特点。
现有技术中的智能声音报警器，主要利用对采集的环境噪音进行无差别放大的方式发出警报声，这种报警器一方面造成了对环境的污染加大，另一方面在高噪音环境中也不容易辨认，达不到报警效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种白噪声警示方法及装置，提高警示音的区分度并且降低噪声污染。
为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种白噪声警示方法，包括以下步骤：
采集环境噪音信号；
对所采集到的环境噪音信号进行放大；
将放大后的环境噪音信号输入至MCU进行运算，经运算得出声压级-频率曲线；
比较声压级-频率曲线上各频点的声压级，检测得出声压级最小频段；
将与检测得出的声压级最小频段对应的同频段白噪声进行放大，并叠加至原环境噪音中，放大后的声音比原先声压级最小频段的声压级高至少5dB。
进一步地，在采集环境噪音信号后，将环境噪音的声音信号转换为电压信号；
然后，通过两级运算放大器将电压信号进行放大；
再将放大后的电压信号通过AD转换器转换为数字信号，然后将数字信号传输至MCU进行采集运算。
进一步地，所述声压级最小频段为连续频点的频段。
进一步地，所述声压级最小频段的连续频点数不小于两个。
进一步地，所述声压级最小频段由连续降低的频点组成。
进一步地，所述声压级最小频段的检测方法包括以下步骤：
检测得出声压级-频率曲线中频点数超过两项的连续降低频段；
计算各所述连续降低频段中的平均声压级；
比较得出平均声压级最小的连续降低频段。
进一步地，所述连续降低频段的频点项数为三个。
进一步地，在对白噪声进行放大时，所放大的白噪声频段的频点与所述声压级最小频段的频点相同。
本发明另一方面提供了一种实现上述方法的白噪声警示装置，包括：
MIC输入模块，用于环境噪音的采集；
信号放大模块，与所述MIC输入模块连接，用于将所述MIC输入模块采集的信号进行放大；
主控模块，与所述信号放大模块连接，将经所述信号放大模块放大后的信号转换成声压级-频率图，并根据运算结果得出最小连续频段声压段；
功放模块，与所述主控模块连接，用于将主控模块得出的声压级最小频段对应的白噪声频段声压提高播放；
其中，所述MIC输入模块采集环境噪音，通过所述信号放大模块将采集到的信号进行放大供所述主控模块采集，所述主控模块对放大后的信号进行处理并运算，并根据运算结果得出连续声压级最小频段，再将最小连续频率对应的同频段的白噪音放大，并叠加到环境噪音中，通过所述功放模块播放。
进一步地，还包括降压模块，所述降压模块与所述主控模块连接，用于为所述主控模块提供电源。
本发明的有益效果为：本发明通过首先采集环境噪音，并对从环境噪音中选出连续声压级最小频段，通过对该频段对应的同频段白噪声进行放大的方式，实现白噪音警示功能。与现有技术相比，该方法能更加有效区分噪音和警示音，从而达到警示作用，而且降低了现有报警器产生的噪声污染，此外，本发明通过采集环境噪音的方式进行针对性的白噪声放大，可适用于各种环境中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为本发明实施例中白噪声警示方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例中环境噪音信号的声压级-频率曲线图；
图3为本发明实施例中叠加白噪音的环境噪音的声压级-频率曲线图；
图4为本发明实施例中白噪声警示装置的连接示意图。
附图标记：10、MIC输入模块；20、信号放大模块；30、主控模块；40、功放模块；50、降压模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明针对现有技术中对环境噪音进行无差别放大的方式造成的环境污染问题，提出了一种白噪音警示方法，其首先对环境噪音进行采集，然后通过计算分析得出环境噪音的连续声压级最小频段，将与该段频率相对应的同频段白噪声通过功放放大至少5dB的声压级播放，从而达到警示的作用，通过这种方式可将声音的污染降到最低，而且这种针对不同的环境噪音发出不同频率和声压级的白噪声的方式，可以适应各种环境声音，达到自调节的效果。
如图1所示的白噪声警示方法，包括以下步骤：
S10：采集环境噪音信号；这里可以通过声音输入装置进行环境噪音的采集。
S20：对所采集到的环境噪音信号进行放大；这里所指的放大是指对通过声音输入装置采集后的噪音信号进行放大，以防止信号的失真。
S30：将放大后的环境噪音信号输入至MCU进行运算，经运算得出声压级-频率曲线；这里的MCU指的是微控制单元，如图2所示为经过MCU运算得出的声压级-频率曲线，通过微控制单元将声音信号转换为声压级-频率曲线为现有技术，这里不再进行赘述。
S40：比较声压级-频率曲线上各频点的声压级，检测得出声压级最小频段；上述步骤也通过MCU进行计算得出。
S50：将与检测得出的声压级最小频段对应的同频段白噪声进行放大，并叠加至原环境噪音中，放大后的声音比原先声压级最小频段的声压级高至少5dB。
这里需要指出的是，这里的白噪声是指事先存储于MCU中的白噪声信号，当得出声压级最小频段时，从MCU中提取出与最小频段的相同频段的白噪声，再将提取出的白噪声放大并叠加至原环境噪音中，放大后的声音比原先声压级最小频段的声压级高至少5dB。
在上述实施例中，通过首先采集环境噪音，并对从环境噪音中选出连续声压级最小频段，通过对该频段对应的同频段的白噪声进行放大的方式，实现白噪音警示功能。与现有技术相比，该方法能更加有效区分噪音和警示音，从而达到警示作用，而且降低了现有报警器产生的噪声污染，此外，本发明通过采集环境噪音的方式进行针对性的白噪声放大，可适用于各种环境中。
在噪音的测量中，采用1/3倍频程频谱分析能更加详细的反映出噪音源的频谱特性，为了进一步验证上述技术效果，本发明通过1/3倍频程对最低声压级最小频段放大前后的环境噪音进行计算，首先测量到一段音频的环境噪音的声压级约为65dB，然后通过转换计算得出声压级最小频段，将与该段频率相对应的同频段白噪声通过功放加大5dB的声压播放出来，得到的该段音频的环境噪音的声压级为70~80dB，但经测量，收听阈值超过了20dB，可以清晰的分辨出白噪音报警信号；为了进一步验证，对原先的音频的其他声压级频段进行了5dB的放大，得出环境噪音的声压级依然为70~80dB，然而收听阈值却增加了仅仅10dB，很难辨认出白噪音报警信号。
具体的，在采集环境噪音信号后，将环境噪音的声音信号转换为电压信号；而在转换为电压信号时，此时的环境噪音的电压信号非常小，为了不失真，将电压信号进行放大。
然后，通过两级运算放大器将电压信号进行放大；
再将放大后的电压信号通过AD转换器转换为数字信号，然后将数字信号传输至MCU进行采集运算。通过计算得到环境噪音的声压级-频率曲线图，从图2中可以看到各个频点的声压级，通过比较即可计算得出我们所需的声压级最小频段。
在具体进行比较时，声压级最小频段为连续频点的频段，即最小频段为连续的频段，中间没有间隔其他频点。通过控制连续频点的声压级，可以起到更好的分辨效果。因此，声压级最小频段的连续频点数不小于两个。在本发明实施例中，如图2和图3所示，选用的声压级频段为连续三个，当然本领域技术人员在看到本发明公开的内容时，可以将三个连续频点变为两个频点、五个频点甚至更多频点，这都落入至本发明的保护范围内。
在叠加白噪声时，为了更好的将白噪声叠加在原环境噪音中，声压级最小频段由连续降低的频点组成。通过呈线性变化的声压级最小频段与同频段白噪声的叠加，使得叠加后白噪声的区分率更加明显。
在本发明实施例中，通过MCU进行声压级最小频段的自动检测，其检测方法包括以下步骤：
检测得出声压级-频率曲线中频点数超过两项的声压级连续降低的频段；连续降低的频段可以通过按照频率点顺序依次比较相邻两频点之间声压级的大小，将后者声压级小于前者的两个或者更多的频段留下；之后根据设定选择频点的个数，例如频点是三个时，如果连续降低的频段频点数小于三个，则进行排除，如果连续降低的频段的频点数大于三个，则选择声压级最小的三个连续频点即可；
计算各连续降低频段中的平均声压级；当选出连续降低的频段时，则进一步通过比较得出声压级最低的频段，本发明实施例中采用声压级平均值计算的方式算出各频段的平均声压级。
最后，通过比较得出平均声压级最小的连续降低频段。在上述实施例中，通过自动转换、比较、计算的方式选出声压级最小频段，然后再从MCU中存储的白噪声中选取与声压级最小频段相同频段的白噪声通过功放进行放大。通过上述方式，能够实现处于不同环境噪音条件下的白噪声报警器自动调节功能。根据不同的环境噪音特点选定出不同频率的白噪声进行叠加报警，适用范围广，分辨率高，且不增加声音污染。
本发明实施例中还提供一种如图4所示的白噪声警示装置，应用于上述白噪声警示方法中，包括MIC输入模块10、信号放大模块20、主控模块30以及功放模块40，其中
MIC输入模块10用于环境噪音的采集，例如可以是麦克风等声音输入元件；
信号放大模块20与MIC输入模块10连接，用于将MIC输入模块10采集的信号进行放大；信号放大模块20的作用在于将经MIC输入模块10采集的信号进行放大，这里需要指出的是，在对信号进行放大前后，首先是将声音信号转换为电压信号，由于电压信号比较小，为了不失真需要经两级运算放大器对电压信号进行放大，放大之后为了便于处理器进行处理，通过转换器将电压模拟信号转换为数字信号。
主控模块30与信号放大模块20连接，将经信号放大模块20放大后的信号转换成声压级-频率曲线且并根据运算结果得出连续声压级最小频段；运算方法在上文中已经进行过详细描述，这里不再赘述。
功放模块40，与主控模块30连接，用于将主控模块30得出的连续声压级最小频段对应的白噪声频段声压提高播放；这里需要指出的是，不同频段的白噪声均存储于主控模块30中，根据选定的声压级最小频段进行对应的抽取放大即可，最终由发声设备例如扬声器等进行报警声音的播放。
其中，MIC输入模块10采集环境噪音，通过信号放大模块20将采集到的信号进行放大供主控模块30采集，主控模块30对放大后的信号进行处理并运算，并根据运算结果得出连续声压级最小频段，再将最小连续频率对应的同频段的白噪音放大，并叠加到环境噪音中，通过所述功放模块40播放。
此外，请继续参照图4，本发明实施例中还包括降压模块50，降压模块50与主控模块30连接，用于为主控模块30提供电源，同时降压模块50还与功放模块40连接，为功放模块40供电，本发明实施例中采用的电压为9~32V。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种白噪声警示方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集环境噪音信号；
对所采集到的环境噪音信号进行放大；
将放大后的环境噪音信号输入至MCU进行运算，经运算得出声压级-频率曲线；
比较声压级-频率曲线上各频点的声压级，检测得出声压级最小频段；
将与检测得出的声压级最小频段对应的同频段白噪声进行放大，并叠加至原环境噪音中，放大后的声音比原先声压级最小频段的声压级高至少5dB；
所述声压级最小频段为连续频点的频段，所述声压级最小频段的连续频点数不小于两个，所述声压级最小频段由连续降低的频点组成，以提高叠加后白噪声的区分率。
2.根据权利要求1所述的白噪声警示方法，其特征在于，在采集环境噪音信号后，将环境噪音的声音信号转换为电压信号；
然后，通过两级运算放大器将电压信号进行放大；
再将放大后的电压信号通过AD转换器转换为数字信号，然后将数字信号传输至MCU进行采集运算。
3.根据权利要求1所述的白噪声警示方法，其特征在于，所述声压级最小频段的检测方法包括以下步骤：
检测得出声压级-频率曲线中频点数超过两项的连续降低频段；
计算各所述连续降低频段中的平均声压级；
比较得出平均声压级最小的所述连续降低频段。
4.根据权利要求3所述的白噪声警示方法，其特征在于，所述连续降低频段的频点项数为三个。
5.根据权利要求4所述的白噪声警示方法，其特征在于，在对白噪声进行放大时，所放大的白噪声频段的频点与所述声压级最小频段的频点相同。
6.一种白噪声警示装置，应用于权利要求1至5任一项所述的白噪声警示方法中，其特征在于，包括：
MIC输入模块，用于环境噪音的采集；
信号放大模块，与所述MIC输入模块连接，用于将所述MIC输入模块采集的信号进行放大；
主控模块，与所述信号放大模块连接，将经所述信号放大模块放大后的信号转换成声压级-频率图，并根据运算结果得出声压级最小频段；
功放模块，与所述主控模块连接，用于将主控模块得出的声压级最小频段对应的白噪声频段声压提高播放；
其中，所述MIC输入模块采集环境噪音，通过所述信号放大模块将采集到的信号进行放大供所述主控模块采集，所述主控模块对放大后的信号进行处理并运算，并根据运算结果得出连续声压级最小频段，再将最小连续频率对应的同频段的白噪音放大，并叠加到环境噪音中，通过所述功放模块播放。
7.根据权利要求6所述的白噪声警示装置，其特征在于，还包括降压模块，所述降压模块与所述主控模块连接，用于为所述主控模块提供电源。
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