CN112201220B - 分布式三维空间降噪系统及其使用方法 - Google Patents

分布式三维空间降噪系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式三维空间降噪系统，包括1个主降噪器，还包括至少2个二级降噪器；本发明根据目标三维空间的大小、潜在噪音源的污染途径所在来选择二级降噪器的数量，主降噪器和多个二级降噪器采用无线通信，其位置可自由调整。主降噪器进行全局建模分析并返回修正建议，协调所有降噪器的工作，避免产生二次噪音。降噪作业由主降噪器和多个二级降噪器同时执行，其降噪效果好。设置了管理程序，协调降噪器部署与调整，有利于人机交互，提高部署效率；所述管理程序可以使用微信小程序模式进行发布，并通过独立账户登录，有利于本系统的商业化应用。

Description

分布式三维空间降噪系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及环境控制系统，具体涉及一种降噪系统。
背景技术
随着人类文明的高速发展，工业化进程不断加快，城市化水平不断提高，给人们的生活带来便利的同时，由于居住密度过大，不可避免产生噪声污染问题。噪声污染和水污染、空气污染、固体废弃物污染一起被称为当今的四大污染，引起了全球的关注。
从微观角度，人们希望在拥挤、嘈杂的大环境中获得一个相对狭小的封闭式三维空间，通过一定的技术手段，该三维空间可以避免受到外部噪声干扰，从而保证能够在相对安静的环境下长时间持续开展会议、睡眠等活动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种分布式三维空间降噪系统，能够对指定的三维空间提供降噪措施，从而避免或减少外部噪音对目标三维空间产生噪音污染。
为解决上述技术问题，本发明的分布式三维空间降噪系统，包括1个主降噪器，还包括至少2个二级降噪器；所述二级降噪器包括：二级降噪器噪音采集模块，用于接收环境噪音；二级降噪器芯片，用于分析环境噪音并计算反相声波；音频解码器，用于将反相声波的数字信号转换成模拟音频信号；二级降噪器发声模块，用于发出反相声波；二级降噪器无线通信模块，用于将二级降噪器芯片计算所得反相声波函数与二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息与降噪效果数据发送到主降噪器。
所述主降噪器包括：主降噪器噪音采集模块，用于接收噪音；主降噪器芯片，用于对数据进行分析建模处理，首先需分析环境噪音并计算反相声波，再根据二级降噪器反馈的反相声波、二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息和主降噪器噪音采集模块采集的噪音信息进行全局建模分析从而返回修正建议，避免各二级降噪器发出的反相声波互相干扰、产生二次噪音，其中全局建模分析过程主要指根据提前录入的目标降噪空间信息与监测所得噪声源信息以及各降噪器生成的反相声波，计算并分析空间内声场分部情况；主降噪器发声模块，用于将主降噪器芯片计算得到的反相声波转换成模拟音频信号并发出；主降噪器通信模块，用于与各二级降噪器通信。
所述分布式三维空间降噪系统还包括管理程序，用于实时反馈主降噪器和二级降噪器接收到的噪音信息。
所述主降噪器芯片为STM32F407，主降噪器噪音采集模块为GY-SPH0645LM4H。所述二级降噪器芯片为STM32F407，二级降噪器噪音采集模块为GY-SPH0645LM4H，音频解码器为WM8978，二级降噪器无线通信模块为ESP8266。所述主降噪器噪音采集模块、二级降噪器噪音采集模块设置为拾音器。所述主降噪器发声降噪模块、二级降噪器发声模块设置为扬声器。
所述分布式三维空间降噪系统的使用方法包括以下步骤：
步骤A、登录管理程序，绑定账号；
步骤B、降噪器部署；
根据目标三维空间情况安装和调整主降噪器和多个二级降噪器；
步骤B1、降噪器部署与调整：
采集目标三维空间基础信息并将基础信息录入管理程序；所述基础信息包括目标三维空间物理位置信息，潜在噪音源位置；
根据基础信息，选定二级降噪器数量；然后在目标三维空间的外部周边预安装主降噪器和多个二级降噪器；
所述目标三维空间为封闭式空间，所述分布式三维空间降噪系统部署在目标三维空间的外部周边；然后装置启动，主降噪器和多个二级降噪器开始工作；
步骤B2、降噪器位置调整；
主降噪器和多个二级降噪器将其噪音采集模块实时采集到的噪音的频率、振幅、相位反馈至管理程序；管理程序通过判定主要噪声源的位置建模分析各降噪器的理想放置位，若存在某降噪器理想位置与当前位置差距大于20CM，则给出调整建议，由人工调整二级降噪器的位置部署，并再次反馈实时噪音指标；
步骤B3、重复步骤B2，直至不再返回位置调整建议。
步骤C、降噪作业阶段；
步骤C1、主降噪器和多个二级降噪器通过噪音采集模块接收噪音；
步骤C2、所有降噪器对接收到的噪音进行声波反转，生成反相声波信号；多个二级降噪器将计算所得反相声波函数发送到主降噪器；
步骤C3、所有降噪器的音频解码器将计算所得反相声波的数字信号转换成模拟音频信号，并通过发声模块发出所得模拟音频信号；
步骤C4、所有降噪器的噪音采集模块检测降噪效果，其中二级降噪器需将降噪效果连同噪音信息与反相声波函数反馈给主降噪器；
步骤C5、主降噪器接收到步骤C2中多个二级降噪器发出的反相声波函数和步骤C4的降噪效果数据后，对数据进行分析建模处理，首先需分析环境噪音并计算反相声波，再根据二级降噪器反馈的反相声波、二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息和主降噪器噪音采集模块采集的噪音信息进行全局建模分析从而返回修正建议，修正建议包括各降噪器所产生的反相声波分贝、相位的调整，所有降噪器接受修正建议，避免各自发出的反相声波互相干扰、产生二次噪音。
本发明的优点体现在：A、可以根据目标三维空间的大小、潜在噪音源的污染途径所在来选择二级降噪器的数量，主降噪器和多个二级降噪器采用无线通信，其位置可自由调整。B、主降噪器进行全局建模分析并返回修正建议，协调所有降噪器的工作，避免产生二次噪音。C、降噪作业由主降噪器和多个二级降噪器同时执行，其降噪效果好。D、设置了管理程序，协调降噪器部署与调整，有利于人机交互，提高部署效率；所述管理程序可以使用微信小程序模式进行发布，并通过独立账户登录，有利于本系统的商业化应用。
附图说明
图1是本发明的分布式三维空间降噪系统的结构示意图；
图2是本发明的分布式三维空间降噪系统的工作流程示意图；
图3是本发明的分布式三维空间降噪系统的部署阶段的流程图；
图4是本发明的分布式三维空间降噪系统的作业阶段的流程图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4可见，本发明的本发明的分布式三维空间降噪系统，包括1个主降噪器，还包括至少2个二级降噪器；所述二级降噪器包括：二级降噪器噪音采集模块，用于接收环境噪音；二级降噪器芯片，用于分析环境噪音并计算反相声波；音频解码器，用于将反相声波的数字信号转换成模拟音频信号；二级降噪器发声模块，用于发出反相声波；二级降噪器无线通信模块，用于将二级降噪器芯片计算所得反相声波函数与二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息与降噪效果数据发送到主降噪器。
所述主降噪器包括：主降噪器噪音采集模块，用于接收噪音；主降噪器芯片，用于对数据进行分析建模处理，首先需分析环境噪音并计算反相声波，再根据二级降噪器反馈的反相声波、二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息和主降噪器噪音采集模块采集的噪音信息进行全局建模分析从而返回修正建议，避免各二级降噪器发出的反相声波互相干扰、产生二次噪音，其中全局建模分析过程主要指根据提前录入的目标降噪空间信息与监测所得噪声源信息以及各降噪器生成的反相声波，计算并分析空间内声场分部情况；主降噪器发声模块，用于将主降噪器芯片计算得到的反相声波转换成模拟音频信号并发出；主降噪器通信模块，用于与各二级降噪器通信。
所述分布式三维空间降噪系统还包括管理程序，用于实时反馈主降噪器和二级降噪器接收到的噪音信息。
所述主降噪器芯片为STM32F407，主降噪器噪音采集模块为GY-SPH0645LM4H。所述二级降噪器芯片为STM32F407，二级降噪器噪音采集模块为GY-SPH0645LM4H，音频解码器为WM8978，二级降噪器无线通信模块为ESP8266。所述主降噪器噪音采集模块、二级降噪器噪音采集模块设置为拾音器。所述主降噪器发声降噪模块、二级降噪器发声模块设置为扬声器。
所述分布式三维空间降噪系统的使用方法包括以下步骤：
步骤A、登录管理程序，绑定账号；
步骤B、降噪器部署；
根据目标三维空间情况安装和调整主降噪器和多个二级降噪器；
步骤B1、降噪器部署与调整：
采集目标三维空间基础信息并将基础信息录入管理程序；所述基础信息包括目标三维空间物理位置信息，潜在噪音源位置；
根据基础信息，选定二级降噪器数量；然后在目标三维空间的外部周边预安装主降噪器和多个二级降噪器；
所述目标三维空间为封闭式空间，所述分布式三维空间降噪系统部署在目标三维空间的外部周边；然后装置启动，主降噪器和多个二级降噪器开始工作；
步骤B2、降噪器位置调整；
主降噪器和多个二级降噪器将其噪音采集模块实时采集到的噪音的频率、振幅、相位反馈至管理程序；管理程序通过判定主要噪声源的位置建模分析各降噪器的理想放置位，若存在某降噪器理想位置与当前位置差距大于20CM，则给出调整建议，由人工调整二级降噪器的位置部署，并再次反馈实时噪音指标；
步骤B3、重复步骤B2，直至不再返回位置调整建议。
步骤C、降噪作业阶段；
步骤C1、主降噪器和多个二级降噪器通过噪音采集模块接收噪音；
步骤C2、所有降噪器对接收到的噪音进行声波反转，生成反相声波信号；多个二级降噪器将计算所得反相声波函数发送到主降噪器；
步骤C3、所有降噪器的音频解码器将计算所得反相声波的数字信号转换成模拟音频信号，并通过发声模块发出所得模拟音频信号；
步骤C4、所有降噪器的噪音采集模块检测降噪效果，其中二级降噪器需将降噪效果连同噪音信息与反相声波函数反馈给主降噪器；
步骤C5、主降噪器接收到步骤C2中多个二级降噪器发出的反相声波函数和步骤C4的降噪效果数据后，对数据进行分析建模处理，首先需分析环境噪音并计算反相声波，再根据二级降噪器反馈的反相声波、二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息和主降噪器噪音采集模块采集的噪音信息进行全局建模分析从而返回修正建议，修正建议包括各降噪器所产生的反相声波分贝、相位的调整，所有降噪器接受修正建议，避免各自发出的反相声波互相干扰、产生二次噪音。
为了验证本发明的降噪效果，我们进行了模拟试验。
试验对象：位于一楼的总面积约60平方米会议室一间，南北朝向，东西墙均全封闭，南墙设置有3扇窗户，北墙两头各设置有一扇双开门，北墙设置在过道内，潜在噪音污染渠道是3扇窗户、2扇门、1个过道；降噪目标是防止外部噪音干扰会议室。
试验方法：在会议室外播放不同形式的模拟噪音，在会议室周围布置六个降噪器，构成三维空间降噪系统，分别验证一定时间段内的噪音水平。
实施例一
本实施例中，在南墙窗户外5m用单片机蜂鸣器模拟频率500HZ蚱蝉鸣叫的声音（时长5分钟）；
步骤A、登录管理程序，绑定账号。
步骤B、降噪器部署；
将主降噪器布置在会议室外过道上，2扇门门头各布置1个二级降噪器，南墙中间窗户布置1个二级降噪器。
播放模拟噪音，根据系统提示进行降噪器的位置微调。
步骤C、降噪作业阶段；
本步骤中，不再进行人为干预。将预设的模拟噪音片断反复播放3次，并由会议室内的降噪效果验证系统记录噪音情况。
对比例一
切断本三维空间降噪系统的电源，其余同实施例一。
将预设的模拟噪音片断反复播放3次，并由会议室内的降噪效果验证系统记录噪音情况。
实施例二
本实施例中，在南墙窗户外10m用电脑和音响播放449HZ模拟家用小轿车鸣笛的声音（时长五分钟）；
步骤A、登录管理程序，绑定账号。
步骤B、降噪器部署；
将主降噪器布置在南墙外中间窗户下方，北侧2扇门门头各布置1个二级降噪器，南墙3扇窗户下方各布置1个二级降噪器。
播放模拟噪音，根据系统提示进行降噪器的位置微调。最终将3扇窗户对应的二级降噪器调整到窗户上方。
步骤C、降噪作业阶段；
本步骤中，不再进行人为干预。完成汽车鸣笛实验，并由会议室内的降噪效果验证系统记录噪音情况。
对比例二
切断本三维空间降噪系统的电源，其余同实施例二。
重新进行汽车鸣笛实验，并由会议室内的降噪效果验证系统记录噪音情况。
降噪效果实测表（单位：dB）
Figure 882778DEST_PATH_IMAGE002
实验结果证明本发明能明显降低外部环境噪音对封闭空间的影响。
本发明的具体实施方式包括但不局限于上述实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但仍然落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种分布式三维空间降噪系统的使用方法，所述分布式三维空间降噪系统包括1个主降噪器，还包括至少2个二级降噪器；
所述二级降噪器包括：二级降噪器噪音采集模块，用于接收环境噪音；二级降噪器芯片，用于分析环境噪音并计算反相声波；音频解码器，用于将反相声波的数字信号转换成模拟音频信号；二级降噪器发声模块，用于发出反相声波；二级降噪器无线通信模块，用于将二级降噪器芯片计算所得反相声波函数与二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息与降噪效果数据发送到主降噪器；
所述主降噪器包括：主降噪器噪音采集模块，用于接收噪音；主降噪器芯片，用于对数据进行分析建模处理，首先需分析环境噪音并计算反相声波，再根据二级降噪器反馈的反相声波、二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息和主降噪器噪音采集模块采集的噪音信息进行全局建模分析从而返回修正建议，避免各二级降噪器发出的反相声波互相干扰、产生二次噪音，其中全局建模分析过程主要指根据提前录入的目标降噪空间信息与监测所得噪声源信息以及各降噪器生成的反相声波，计算并分析空间内声场分部情况；主降噪器发声模块，用于将主降噪器芯片计算得到的反相声波转换成模拟音频信号并发出；主降噪器通信模块，用于与各二级降噪器通信；
所述分布式三维空间降噪系统还包括管理程序，用于实时反馈主降噪器和二级降噪器接收到的噪音信息；
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤A、登录管理程序，绑定账号；
步骤B、降噪器部署；
根据目标三维空间情况安装和调整主降噪器和多个二级降噪器；
步骤B1、降噪器部署与调整：
采集目标三维空间基础信息并将基础信息录入管理程序；所述基础信息包括目标三维空间物理位置信息，潜在噪音源位置；
根据基础信息，选定二级降噪器数量；然后在目标三维空间的外部周边预安装主降噪器和多个二级降噪器；
所述目标三维空间为封闭式空间，所述分布式三维空间降噪系统部署在目标三维空间的外部周边；然后装置启动，主降噪器和多个二级降噪器开始工作；
步骤B2、降噪器位置调整；
主降噪器和多个二级降噪器将其噪音采集模块实时采集到的噪音的频率、振幅、相位反馈至管理程序；管理程序通过判定主要噪声源的位置建模分析各降噪器的理想放置位，若存在某降噪器理想位置与当前位置差距大于20CM，则给出调整建议，由人工调整二级降噪器的位置部署，并再次反馈实时噪音指标；
步骤B3、重复步骤B2，直至不再返回位置调整建议；
步骤C、降噪作业阶段；
步骤C1、主降噪器和多个二级降噪器通过噪音采集模块接收噪音；
步骤C2、所有降噪器对接收到的噪音进行声波反转，生成反相声波信号；多个二级降噪器将计算所得反相声波函数发送到主降噪器；
步骤C3、所有降噪器的音频解码器将计算所得反相声波的数字信号转换成模拟音频信号，并通过发声模块发出所得模拟音频信号；
步骤C4、所有降噪器的噪音采集模块检测降噪效果，其中二级降噪器需将降噪效果连同噪音信息与反相声波函数反馈给主降噪器；
步骤C5、主降噪器接收到步骤C2中多个二级降噪器发出的反相声波函数和步骤C4的降噪效果数据后，对数据进行分析建模处理，首先需分析环境噪音并计算反相声波，再根据二级降噪器反馈的反相声波、二级降噪器噪音采集模块检测到的噪音信息和主降噪器噪音采集模块采集的噪音信息进行全局建模分析从而返回修正建议，修正建议包括各降噪器所产生的反相声波分贝、相位的调整，所有降噪器接受修正建议，避免各自发出的反相声波互相干扰、产生二次噪音。
2.如权利要求1所述的分布式三维空间降噪系统的使用方法，其特征在于：所述主降噪器芯片为STM32F407，主降噪器噪音采集模块为GY-SPH0645LM4H。
3.如权利要求1所述的分布式三维空间降噪系统的使用方法，其特征在于：所述二级降噪器芯片为STM32F407，二级降噪器噪音采集模块为GY-SPH0645LM4H，音频解码器为WM8978，二级降噪器无线通信模块为ESP8266。
4.如权利要求1所述的分布式三维空间降噪系统的使用方法，其特征在于：所述主降噪器噪音采集模块、二级降噪器噪音采集模块设置为拾音器。
5.如权利要求1所述的分布式三维空间降噪系统的使用方法，其特征在于：所述主降噪器发声模块、二级降噪器发声模块设置为扬声器。
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