CN112669806B - 一种集成灶主动降噪装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成灶主动降噪装置，属于集成灶的降噪技术领域。包括：参考传感器，采用声传感器或转速传感器；作动器，为产生次级声场的次级声源，即扬声器；控制器，包括硬件和软件，其中软件以自适应有源控制算法为核心，硬件为软件提供物理平台；误差传感器，包括实际误差传感器和虚拟误差传感器，两者均采用声传感器。控制器根据参考传感器、实际误差传感器和虚拟误差传感器处声压信号，实时调整次级声源(扬声器)发声强度，通过次级声源(扬声器)和初级声源(油烟机噪声)同频率声波的相消性干涉，降低集成灶前工作区工作人员双耳处噪声。

Description

一种集成灶主动降噪装置

技术领域

本发明涉及集成灶的降噪技术领域，具体地说，涉及一种集成灶主动降噪装置。

背景技术

集成灶是将油烟机、煤气灶、消毒柜和烤箱等多个厨具集成在一起的厨房设备，目前市场上的集成灶，按排风方式不同，可分为上排风和下排风两种型式。集成灶运行时，主要噪声源是油烟机，降低油烟机噪声，提升集成灶声品质，是提高该产品市场竞争力的一个重要指标。油烟机噪声主要来源有进风口气流噪声、风机机械和电磁噪声、排风口气流噪声和油烟机各部件振动辐射的噪声，其中进风口气流噪声对厨房内声环境影响最大。为控制油烟机噪声，方法一是直接设定低风量，即牺牲烟机的吸油烟性能来实现低噪音，其吸油烟的效果大大降低；方法二是对油烟机采取吸声、隔声、消声、阻尼减振和隔振等被动控制技术；方法三是采取主动降噪技术。

主动噪声技术又称为有源噪声控制，根据控制方法，分为前馈控制(输入参考信号)、后馈控制(仅输入误差信号)和前后馈联合控制(同时输入参考信号和误差信号)。

目前，主动噪声控制技术在诸多领域开始得到应用，例如有源降噪耳机，属点对点的主动降噪，为有方向性的降噪，不能有效消除范围较大的噪声；管道内有源降噪，则针对传播噪声的封闭式管道，利用相消干涉原理，主动控制沿管道一端(如进风口或出风口)传播噪声。

对油烟机采取主动降噪措施，主要用于降低控制区1000Hz以下的低频噪声。油烟机主动降噪(有源降噪)装置通常包含传感-作动器和控制器，其中传感器包括参考传感器和误差传感器，作动器则为产生次级声场的次级声源(扬声器)。为主动控制油烟器主要噪声源辐射的噪声(进风口辐射的噪声)，上述传感-作动器通常置于油烟机进风管道内(相当于通过有源降噪控制沿进风管道传播至进风口的噪声)，其中传感器均为声传感器，极易受油烟侵蚀，严重影响装置的灵敏感度和使用寿命，同时会明显增加进风道的阻力，影响吸油烟效果。为保证主动降噪装置的灵敏度和降噪效果，需定期清洗保养传感作动器，其清洗保养频率远高于油烟机的清洗保养频率，且清洗时拆装费时费力。

公布号为CN108954438A的发明专利文献公开了一种具有三维空间声场降噪装置的油烟机及降噪方法，在烟机主体内部(进风道内)自吸声口向风道深处分别安装有噪声采集传感器(参考传感器)、作动器(扬声器)、误差传感器，即三者均位于油烟气风道内，基于成熟管道有源降噪技术，主动降低油烟机进风道内沿管道吸风口传播的噪声，从而降低厨房内的油烟机噪声污染。该方法具体阐述了主动降噪的自适应算法步骤，提出的三维空间声场降噪装置降噪频率范围为100Hz～2000Hz。但仅指出给油烟机安装主动降噪模块，主动降噪模块也位于油烟机进风道内部，可便捷的从油烟机外部将主动降噪模块从油烟机外部拆出对主动降噪装置进行清洗。未给出主动降噪模块的具体组件、不同组件的相对位置，也未涉及主动降噪的具体实现方法。

公告号为CN207936195U的专利申请文献公开了一种麦克风装置及主动降噪吸油烟机，公告号为CN208312471U的专利申请文献公开了一种带防油装置的吸油烟机的主动降噪装置，均将主动降噪模块(或装置)安装于油烟机进风道内部，未明确参考和误差传感器(麦克风)是否都需要安装，也未给出主动降噪的具体实现方法。

可见，公开的油烟机主动降噪专利中，采用的是前馈控制(即只设参考传感器无误差传感器)，参考传感器均采用声传感器(麦克风)，其降噪核心部件(传感器和扬声器)均位于油烟机进风道内，易受油烟侵蚀，严重影响装置的灵敏感度和使用寿命，并增加进风道的阻力，影响吸油烟效果，在油烟机上实际使用价值不大，目前未见在实际油烟机中真正得到应用。同时，现有公开的文献均考虑将主动降噪系统安装在进风管道内，实质上是成熟管道中有源降噪技术的应用，由于管道中声波近似平均波传播，容易实现有源消声特别是窄带有源消声。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成灶主动降噪装置，用于控制集成灶前工作区工作人员双耳处噪声，实现局部空间的有源消声。

为了实现上述目的，本发明提供的集成灶主动降噪装置包括：

参考传感器，采用声传感器或转速传感器；

作动器，为产生次级声场的次级声源，即扬声器；

控制器，包括硬件和软件，其中软件以自适应有源控制算法为核心，硬件为软件提供物理平台；

误差传感器，包括实际误差传感器和虚拟误差传感器，两者均采用声传感器。

上述技术方案中，控制器根据参考传感器、实际误差传感器和虚拟误差传感器处声压信号，实时调整次级声源(扬声器)发声强度，通过次级声源(扬声器)和初级声源(油烟机噪声)同频率声波的相消性干涉，降低集成灶前工作区工作人员双耳处噪声。

可选地，在一个实施例中，所述的参考传感器若采用声传感器，则用于采集初级声源的声压信号，即集成灶进风口辐射噪声的声压信号；若采用转速传感器，则用于采集集成灶配套离心风机的转速信号。

可选地，在一个实施例中，所述的参考传感器布置于无次级声源情况下所采集初级声源信号与虚拟误差传感器处声压信号互相关系数或常相干值最大位置处；

所述参考传感器若为转速传感器，主动降噪装置事先已通过离线声场分析获取了油烟机风机不同转速下参考通路、初级通路、次级通路、虚拟通路的传递函数或脉冲响应，控制器可根据转速选取相应传递函数，确定虚拟误差传感器处声压信号，控制器根据虚拟误差传感器处声压信号实时调整次级声源发声强度和发声起止时间；

所述参考传感器若为声传感器，主动降噪装置事先已通过离线声场分析获取了油烟机高、中、低三档风量情况下虚拟通路的传递函数或脉冲响应，控制器可根据油烟机所选风量档位和实际误差传感器处声压信号，通过事先离线建模确定的误差传感器至虚拟误差传感器的声传递函数或脉冲响应，确定虚拟误差传感器处声压信号，控制器根据虚拟误差传感器处声压信号实时调整次级声源发声强度。

可选地，在一个实施例中，所述的实际误差传感器设置多个，用于采集主动降噪区各关心点处的声压信号；所述的实际误差传感器固定在集成灶外壳上的非油烟气进风道处。

可选地，在一个实施例中，所述的控制器根据所述虚拟误差传感器处的声压信号，基于FxLMS自适应有源控制算法，实时调整次级声源扬声器的发声强度包括幅度和相位。

可选地，在一个实施例中，所述的FxLMS自适应有源控制算法中，采用离线和在线分析相结合方法获取传递函数的参数。

可选地，在一个实施例中，所述的自适应控制器选用IIR自适应滤波器。

可选地，在一个实施例中，所述的参考传感器设置于集成灶内非进风通道处；所述次级声源扬声器嵌入式安装于集成灶壳体上，且扬声器发声侧朝下或朝向集成灶正前方，若有多个扬声器，呈左右对称布置；所述控制器与集成灶油烟机电源及其控制电路相连，与油烟机同时起动，控制器实时获取油烟机风量档位或风机转速信号，控制器置于集成灶控制面板内

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明引入了虚拟误差传感器，通过事先离线建模获取的油烟机风机不同转速或高、中、低三档风量情况下相应声传递函数或脉冲响应，估计虚拟误差传感器处声压信号，通过前后馈控制对集成灶进行主动降噪，且降噪装置各部件均不直接设置在油烟气进风通道内，装置成本低，使用寿命长，降噪效果好，具有非常好的商业应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中集成灶主动降噪结构和原理框架图；

图2为本发明实施例中集成灶主动降噪装置布置图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

参见图1，本实施例的集成灶主动降噪装置包括4个部分，分别为：

参考传感器，采用声传感器1和转速传感器2；

作动器，为产生次级声场的次级声源，即扬声器5；

控制器6，包括硬件和软件，其中软件以自适应有源控制算法为核心，而硬件为软件提供物理平台；

误差传感器，包括实际误差传感器3和虚拟误差传感器4，两者均采用声传感器。

考虑油烟气污染，上述部件均不安装在油烟气进风道内，各部分安装位置见附图2。

控制器6根据参考传感器、实际误差传感器3和虚拟误差传感器4处声压信号，基于FxLMS等自适应有源控制算法，实时调整次级声源(扬声器5)发声强度，通过次级声源(扬声器5)和初级声源(油烟机噪声)同频率声波的相消性干涉，降低集成灶前工作区工作人员双耳处噪声。

在主动降噪装置前期研发阶段需要设置虚拟误差传感器4获取该位置处的声压信号，在开发完成的主动降噪装置中，将通过事先离线建模获取的油烟机风机不同转速(如高、中、低三档风量)情况下实际误差传感器3至虚拟误差传感器4的声传递函数H(ω)或脉冲响应h(t)，直接利用实际误差传感器3声压信号估计虚拟误差传感器4声压信号，即在开发完成的主动降噪装置中不设置虚拟误差传感器4。

参考传感器包括三个声传感器1和一个转速传感器2，分别用于采集初级声源即集成灶进风口附近的声压信号和集成灶配套离心风机转速信号；实际误差传感器3包括三个声传感器，用于采集离主动降噪区相对较近的各关心点处的声压信号，实际误差传感器3固定在集成灶外壳上(非油烟气进风道内)，由于距厨房工作人员双耳较远，采取主动控制后，实际误差传感器3声压最小，但仍无法保证工作人员耳膜处的噪声声压最小，补充采用虚拟误差传感器技术，即利用实际误差传感器3采集的声压信号估计虚拟误差传感器4(即操作人员人耳处)的声压信号，并将虚拟误差传感器4声压信号作为控制器6的输入，可更好地调节控制器参数，获得更好主动降噪效果。控制器6能够根据虚拟误差传感器4处的声压信号，基于FxLMS等自适应有源控制算法，实时调整次级声源5(扬声器)的发声强度(包括幅度和相位)。主动降噪系统控制器6采用的FxLMS等自适应有源控制算法中，由于实际误差传感器3采集的声信号无法避免次级声5反馈，自适应控制器选择IIR自适应滤波器。

根据集成灶油烟机不同工况下的辐射声场分析，次级声源(扬声器5)嵌入式安装于基本不受油烟侵蚀、燃气灶具上方的集成灶壳体上、接近主导声模态最大幅值处，且扬声器与水平面呈45度角指向集成灶前方。控制器与集成灶油烟机电源及其控制电路相连，与油烟机同时起动，控制器6实时获取油烟机风量档位，控制器6置于集成灶内无油烟气污染处，优选置于集成灶控制面板内。

参考传感器1应布置于无次级声源情况下所采集初级声源信号与虚拟误差传感器4的声压信号互相关系数或常相干值最大位置处。参考传感器2为转速传感器，主动降噪装置事先已通过离线声场分析获取了油烟机风机不同转速下(或风量档位)附图1所示参考通路(初级声源至参考传感器1)、初级通路(初级声源至实际误差传感器3)、次级通路(即各次级声源至实际误差传感器3)、虚拟通路(即实际误差传感器3至虚拟误差传感器4)的传递函数H(ω)或脉冲响应h(t)，上述传递函数H(ω)和脉冲响应h(t)已事先存储于控制器6的存储器中，控制器6可直接根据风机风量档位或转速传感器2转速信号直接选取相应传递函数H(ω)或脉冲响应h(t)，估计虚拟误差传感器4声压信号，控制器6根据虚拟误差传感器4声压信号实时调整次级声源(扬声器)5发声强度和发声起止时间。

实际误差传感器3在事先通过离线声场分析确定油烟机风机不同转速或不同风量档位情况下的初级通路(初级声源至实际误差传感器3)、次级通路(即各次级声源5至实际误差传感器3)、虚拟通路(即实际误差传感器3至虚拟误差传感器4)的传递函数或脉冲响应后，可减少甚至完全取消实际误差传感器3，即在主动降噪装置前期研发阶段需要设置三个实际误差传感器，在开发完成的主动降噪装置中可减少甚至完全取消误差传感器3。在事先通过离线声场分析确定油烟机风机不同转速或不同风量档位情况下的虚拟通路(即实际误差传感器3至虚拟误差传感器4)传递函数或脉冲响应后，取消虚拟误差传感器4，即在主动降噪装置前期研发阶段需要设置虚拟误差传感器4，在开发完成的主动降噪装置中不设置虚拟误差传感器4。

Claims (6)

1.一种集成灶主动降噪装置，用于控制集成灶前工作区工作人员双耳处噪声，其特征在于，包括：

参考传感器，采用声传感器或转速传感器；

作动器，为产生次级声场的次级声源，即次级声源扬声器；

控制器，包括硬件和软件，其中软件以自适应有源控制算法为核心，硬件为软件提供物理平台；

误差传感器，包括实际误差传感器和虚拟误差传感器，两者均采用声传感器；

所述的参考传感器若采用声传感器，则用于采集初级声源的声压信号，即集成灶进风口辐射噪声的声压信号；若采用转速传感器，则用于采集集成灶配套离心风机的转速信号；

所述的参考传感器布置于无次级声源情况下所采集初级声源信号与虚拟误差传感器处声压信号互相关系数或常相干值最大位置处；

所述参考传感器若为转速传感器，主动降噪装置事先已通过离线声场分析获取了油烟机风机不同转速下参考通路、初级通路、次级通路、虚拟通路的传递函数或脉冲响应，控制器根据转速选取相应传递函数，确定虚拟误差传感器处声压信号，控制器根据虚拟误差传感器处声压信号实时调整次级声源发声强度；

所述参考传感器若为声传感器，主动降噪装置事先已通过离线声场分析获取了油烟机高、中、低三档风量情况下虚拟通路的传递函数或脉冲响应，控制器根据油烟机所选风量档位和实际误差传感器处声压信号，通过事先离线建模确定的误差传感器至虚拟误差传感器的声传递函数或脉冲响应，确定虚拟误差传感器处声压信号，控制器根据虚拟误差传感器处声压信号实时调整次级声源发声强度和发声起止时间。

2.根据权利要求1所述的集成灶主动降噪装置，其特征在于，所述的实际误差传感器设置多个，用于采集主动降噪区各关心点处的声压信号；所述的实际误差传感器固定在集成灶外壳上的非油烟气进风道处。

3.根据权利要求1所述的集成灶主动降噪装置，其特征在于，所述的控制器根据所述虚拟误差传感器处的声压信号，基于FxLMS自适应有源控制算法，实时调整所述次级声源扬声器的发声强度包括幅度和相位。

4.根据权利要求3所述的集成灶主动降噪装置，其特征在于，所述的FxLMS自适应有源控制算法中，采用离线和在线分析相结合方法获取传递函数的参数。

5.根据权利要求4所述的集成灶主动降噪装置，其特征在于，所述的自适应控制器选用IIR自适应滤波器。

6.根据权利要求1所述的集成灶主动降噪装置，其特征在于，所述的参考传感器设置于集成灶内非进风通道处；所述次级声源扬声器嵌入式安装于集成灶壳体上，且扬声器发声侧朝下或朝向集成灶正前方，若有多个扬声器，呈左右对称布置；所述控制器与集成灶油烟机电源及其控制电路相连，与油烟机同时启动，控制器实时获取油烟机风量档位或风机转速信号，控制器置于集成灶控制面板内。

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