CN113345403A - 一种主动降噪系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种主动降噪系统及方法，涉及降噪技术领域，该系统包括声波采集降噪模块；所述声波采集降噪模块包括声波采集装置以及声波发出装置；所述声波采集装置和所述声波发出装置设置在使用者周围；其中：所述声波采集装置用于采集使用者周围的外部声信号；所述声波发出装置用于发送与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，以在使用者周围形成主动降噪声场。本发明能够达到主动降噪又无需使用者佩戴降噪装置的目的。

Description

一种主动降噪系统及方法
技术领域
本发明涉及降噪技术领域，特别是涉及一种主动降噪系统及方法。
背景技术
目前，市面上的止鼾器主要包括物理类和刺激类，物理类主要包括止鼾贴和止鼾面罩，其作用机理为利用贴纸或面部松紧带来封闭嘴巴，以防止打鼾，这种方式对于使用者来说严重破坏睡眠舒适性；而各种刺激类的止鼾器，包括但是不限针灸、振动等，使用者带着此类止鼾器的同时还需要配合做脑电图检查，当检查到使用者打鼾时通过刺激类止鼾器叫醒，这种方式对于使用者来说也严重破坏睡眠舒适性。
通过调研发现，直接作用在使用者本身上的防鼾装置，虽然可能会阻止打鼾，改善其他人的睡眠环境，但不利于使用者的睡眠质量。因此，切断声音传播的途径手段便具有更大的发展空间，降噪耳机便因此出现。降噪耳机采用的是主动降噪技术，但是降噪耳机也具有不足之处，那就是长时间佩戴会造成耳部不适。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种主动降噪系统及方法，以达到主动降噪又无需使用者佩戴降噪装置的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种主动降噪系统，包括声波采集降噪模块；
所述声波采集降噪模块包括声波采集装置以及声波发出装置；所述声波采集装置和所述声波发出装置设置在使用者周围；其中：
所述声波采集装置用于采集使用者周围的外部声信号；
所述声波发出装置用于发送与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，以在使用者周围形成主动降噪声场。
可选的，还包括：
处理模块，用于根据所述声波采集装置采集的所述外部声信号，生成与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，并将所述声波信号发送至所述声波发出装置。
可选的，所述声波采集装置包括内部声波采集装置和外部声波采集装置；
所述内部声波采集装置用于采集使用者的呼吸声信号，并将所述呼吸声信号发送至所述处理模块；
所述处理模块用于根据所述呼吸声信号确定使用者头部位置，并开启所述使用者头部位置周围的外部声波采集装置以及声波发出装置；
所述外部声波采集装置用于采集使用者头部周围的头部外围声信号，并将所述头部外围声信号发送至所述处理模块；所述外部声信号包括所述头部外围声信号。
可选的，所述声波采集降噪模块还包括白噪声信号发出装置和一个壳体；所述内部声波采集装置、所述外部声波采集装置、所述声波发出装置和所述白噪声信号发出装置均集成在所述壳体上。
可选的，所述内部声波采集装置、所述声波发出装置和所述白噪声信号发出装置均设置在所述壳体的前面；所述前面为所述壳体朝向使用者的一面。
可选的，所述外部声波采集装置设置在所述壳体非朝向所述使用者的一面上。
可选的，还包括终端设备；
所述终端设备与所述处理模块连接；所述终端设备用于开启和关闭所述处理模块，并在所述处理模块关闭期间内设置闹钟开启时间。
可选的，所述主动降噪系统应用于集体宿舍内；其中，
所述声波采集降噪模块设置在所述集体宿舍的床铺上，且所述声波采集降噪模块的个数由所述集体宿舍的床铺个数确定。
可选的，还包括终端设备；
所述终端设备用于：
开启和关闭所述处理模块；
通过所述处理模块控制任意床铺上的声波采集降噪模块的关闭；
在所述任意床铺上的声波采集降噪模块的关闭期间内，设置所述任意床铺的闹钟开启时间。
一种主动降噪方法，应用于主动降噪系统中，所述主动降噪系统至少包括一个声波采集降噪模块；所述声波采集降噪模块包括声波采集装置以及声波发出装置；所述声波采集装置和所述声波发出装置设置在使用者周围；所述主动降噪方法包括：
所述声波采集装置采集使用者周围的外部声信号；
所述声波发出装置发送与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，以在使用者周围形成主动降噪声场
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种主动降噪系统及方法，通过设置在使用者周围的声波采集装置与声波发出装置相互配合的方式，在使用者周围形成主动降噪声场，即：声波采集装置采集外部声信号，声波发出装置播放与外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，以达到主动降噪的目的，同时，使用者还不需要佩戴降噪装置，不会造成耳部不适。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明主动降噪系统的结构框图；
图2为本发明基于复合降噪的智能宿舍防鼾声降噪系统的硬件装置示意图；
图3为本发明集体宿舍俯视图；
图4为本发明单个床铺模型结构示意图；
图5为本发明声波采集降噪模块的结构示意图；
图6为本发明声波采集降噪模块的侧视图；
图7为本发明智能宿舍防鼾声降噪系统的工作流程图；
图8为本发明主动降噪方法的流程示意图。
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。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。
本发明的目的是提供了一种主动降噪系统及方法，以达到主动降噪又无需使用者佩戴降噪装置的目的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种主动降噪系统，包括声波采集降噪模块。
所述声波采集降噪模块包括声波采集装置以及声波发出装置；所述声波采集装置和所述声波发出装置设置在使用者周围；其中：所述声波采集装置用于采集使用者周围的外部声信号；所述声波发出装置用于发送与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，以在使用者周围形成主动降噪声场。
作为一种优选的具体实施方式，本实施例提供的主动降噪系统还包括处理模块；所述处理模块用于根据所述声波采集装置采集的所述外部声信号，生成与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，并将所述声波信号发送至所述声波发出装置。
进一步地，本实施例提供的声波采集装置包括内部声波采集装置和外部声波采集装置；所述内部声波采集装置用于采集使用者的呼吸声信号，并将所述呼吸声信号发送至所述处理模块；所述处理模块用于根据所述呼吸声信号确定使用者头部位置，并开启所述使用者头部位置周围的外部声波采集装置以及声波发出装置；所述外部声波采集装置用于采集使用者头部周围的头部外围声信号，并将所述头部外围声信号发送至所述处理模块；所述外部声信号包括所述头部外围声信号。所述处理模块用于根据所述外部声波采集装置采集的所述头部外围声信号，生成与所述头部外围声信号幅值相等相位相反的头部声波信号，并将所述头部声波信号发送至所述声波发出装置；所述声波发出装置用于发送所述头部声波信号，以在使用者头部周围形成主动降噪声场。
进一步地，所述声波采集降噪模块还包括白噪声信号发出装置和一个壳体；所述内部声波采集装置、所述外部声波采集装置、所述声波发出装置和所述白噪声信号发出装置均集成在所述壳体上。所述内部声波采集装置、所述声波发出装置和所述白噪声信号发出装置均设置在所述壳体的前面；所述前面为所述壳体朝向使用者的一面。所述外部声波采集装置设置在所述壳体非朝向所述使用者的一面上。
其中，当所述外部声波采集装置的数量为一个时，所述外部声波采集装置设置在所述壳体的后面；当所述外部声波采集装置的数量为多个时，所述外部声波采集装置设置在所述壳体的后面和侧面。
作为一种优选的具体实施方式，本实施例提供的主动降噪系统还包括终端设备；所述终端设备与所述处理模块连接；所述终端设备用于开启和关闭所述处理模块，并在所述处理模块关闭期间内设置闹钟开启时间。
本实施例利用多手段复合降噪原理，通过独特的系统结构设计，实现对于噪声传播的屏蔽，且在设计上极大的满足了使用者的舒适度。其中，复合降噪原理为利用主动降噪、被动降噪以及白噪声覆盖结合的方式来实现降噪的原理。
实施例二
无论是在集体宿舍还是和家人共处一室的夜间休息过程中，时常有困扰他人正常休息的一大因素——打鼾。长期打鼾不仅会影响他人休息和健康，更有可能造成彼此的矛盾滋生。医学研究证实，打鼾发生的主要原因为鼻和鼻咽、口咽和软腭及舌根三处发生狭窄、阻塞，再加上睡眠时咽部软自制松弛、舌根后坠等导致气流不能自由通过咽部的气道，导致咽部软组织振动，发出一种巨大的鼾声。
通过直接作用在打鼾者本身上的防鼾装置虽然可能会阻止打鼾，改善其他人的睡眠环境，但不利于使用者的睡眠质量。降噪耳机虽然可以降噪，但是长时间佩戴会造成耳部不适，且价格较低的降噪耳机智能性不足，若本身不带有闹钟功能很有可能使使用者错过既定起床时间。
针对以上问题，本实施例提供了一种应用于集体宿舍的主动降噪系统，即基于复合降噪的智能宿舍防鼾声降噪系统，可以实现在满足不影响使用者舒适性和睡眠质量的基础上，通过声波采集降噪模块和处理模块实现对使用者的头部定位，通过主动降噪手段实现对鼾声的一次降噪，通过白噪音覆盖实现二次降噪，让使用者在舒适睡眠的条件下发出的鼾声被屏蔽，同时白噪音也有利于净化公共空间睡眠环境。其中，声波采集降噪模块设置在集体宿舍的床铺上，且声波采集降噪模块的个数由集体宿舍的床铺个数确定。
此外，本实施例所述的复合降噪的智能宿舍防鼾声降噪系统还包括终端设备，该终端设备的作用：第一开启和关闭所述处理模块；第二通过所述处理模块控制任意床铺上的声波采集降噪模块的关闭；第三在所述任意床铺上的声波采集降噪模块的关闭期间内，设置所述任意床铺的闹钟开启时间。本实施例可以利用电脑或手机(终端设备)对智能宿舍防鼾声降噪系统的开启关闭进行调节，以及对闹钟的设定；由于信息采集足够充分，因此可实现仅对应使用者头部位置的闹钟提示，而闹铃声不会造成对其他睡眠者的困扰。
下面通过具体的集体宿舍模型来进一步说明本实施例所述的智能宿舍防鼾声降噪系统。
本实施例提供的智能宿舍防鼾声降噪系统：通过集声波采集(麦克风)和声波输出(话筒)功能于一体的装置，可以进行对使用者头部智能定位，所有装置通过无线信号与中央处理器实现通讯，可以将鼾声发出者位置及鼾声进行信号采集，作为系统的前反馈；将不打鼾者的呼吸声作为头部识别的依据，并通过布置在其四周的装置进行的信号采集及前反馈，产生头部周围的主动降噪声场。
本实施例提供的智能宿舍防鼾声降噪系统的硬件装置如图2所示，包括宿舍房屋外壳1(简化版)、声波采集降噪模块2、宿舍中床铺模型3、电脑(计算机)4(实施例一所述的终端设备)和中央处理器5(实施例一所述的处理模块)。
宿舍房屋外壳1包含一个宿舍门和四面墙壁，宿舍内设置有四个床铺模型3，在床铺模型3上设置4个声波采集降噪模块2，分别位于四个床角。在墙面上设置有中央处理器5，在宿舍内任意处设置有电脑(计算机)4。
声波采集降噪模块2的作用是采集使用者声音信号，并将使用者声音信号传输至中央处理器5，从而智能识别使用者的头部位置，同时该声波采集降噪模块2具有复合降噪功能。电脑(计算机)4的作用是可以通过无线信号与整个智能宿舍防鼾声降噪系统进行通讯，实现对于降噪设备的调节以及闹钟等功能的设定；中央处理器5通过无线信号与声波采集降噪模块2、电脑(计算机)4实现信号通讯，可以通过接收到的声音信号实现对使用者头部的识别和对于使用者周边声场信号的运算处理，并把处理后的输出信号发送至声波采集降噪模块2实现在使用者头部周围的主动降噪功能。
本实施例提供的智能宿舍防鼾声降噪系统可以根据宿舍床位位置和个数进行声波采集降噪模块2的相应配置，图2所示的硬件装置仅供参考，图2对应的房屋布置俯视图如图3所示。
整个智能宿舍防鼾声降噪系统的基本单元为一张床上的使用者及对应的声波采集降噪模块2，其原理图如图4所示，包括声波采集降噪模块2、床架6、上层床铺、下层桌子7和梯子8。
声波采集降噪模块2，有四个，分别位于上层床铺的四个床角(若上下均为床的工况，下层也应和上层装置布置相同)。声波采集降噪模块2作用为前端的声波采集装置采集躺在床上的使用者的呼吸声音信号，将呼吸声音信号传输至中央处理器5，智能识别使用者的头部位置，同时该声波采集降噪模块2具有复合降噪功能，由后部及两侧的声波采集装置进行外部声信号分析，由前置声波发出装置(例如音响)发出幅值相等相位相反的声波，形成使用者头部周围的主动降噪声场。同时声波采集降噪模块2的前端还有发出白噪声信号的白噪声信号发出装置，可以实现鼾声和噪声的二次屏蔽降噪，有助于净化睡眠环境。
其中，声波采集降噪模块2的具体结构如图5和图6所示，包括装置外壳9、内部声波采集装置10、外部声波采集装置11、声波发出装置12以及白噪声信号发出装置13。
一个内部声波采集装置10、一个声波发出装置12和两个白噪声信号发出装置13均设置在装置壳体9的前面；前面为装置壳体9朝向使用者的一面。在装置壳体9的两侧面和后面均设置有外部声波采集装置11。
内部声波采集装置10、外部声波采集装置11、声波发出装置12以及白噪声信号发出装置13均通过无线方式与中央处理器5连接。
内部声波采集装置10作用为采集使用者的呼吸声信号，并将呼吸声信号发送中央处理器5以确定使用者头部位置；三个外部声波采集装置11组成了主动降噪系统的声信息收集系统，将外界传递至使用者的声信号进行采集，并传输至中央处理器5进行信号处理计算。声波发出装置12为主动降噪的降噪功能实现单元，作用为将经中央处理器运算处理后的声音信号向外发出，传递至使用者头部周围，实现主动降噪；两个白噪声信号发出装置13可以实现鼾声和噪声的二次屏蔽降噪，有助于净化睡眠环境。
其整个智能宿舍防鼾声降噪系统的工作流程如图7所示，首先开启整个智能宿舍防鼾声降噪系统，其中，声波采集装置分为内部声波采集装置和外部声波采集装置，内部声波采集装置主要采集的是使用者的鼾声或者呼吸声，并把采集到的信号通过无线通讯传输至中央处理器中进行信息处理，其中，采集的呼吸声信号是为了运算实现使用者头部位置的识别，采集鼾声信号是为了作为整个智能宿舍防鼾声降噪系统的前反馈；外部声波采集装置主要是为了将外界包括鼾声在内的噪声进行采集，传输至中央处理器进行运算处理，并将运算后的结果传输至声波发出装置进行声信号输出，起到主动降噪作用；同时每个声波采集降噪模块2都带有白噪声信号发出装置，可以利用白噪声进一步覆盖掉经主动降噪后的噪声，净化睡眠环境；在此基础上就可以实现在每位睡眠者的头部位置都进行了复合降噪措施，屏蔽掉了鼾声等外界噪声。
本实施例提供的基于复合降噪的智能宿舍防鼾声降噪系统，可以实现在满足不影响使用者舒适性和睡眠质量的基础上，通过声音采集装置和中央处理器实现对使用者的头部定位，通过主动降噪手段实现对鼾声的一次降噪，通过白噪音覆盖实现二次降噪，让打鼾者在舒适睡眠的条件下发出的鼾声被屏蔽，同时白噪音也有利于净化公共空间睡眠环境。此外，该系统可以通过无线信号与手机或计算机实现通讯，可以利用手机调节闹钟，且播放时可在固定区域实现闹钟响铃，其余区域经复合降噪后基本实现铃声屏蔽，不会打扰到其他人的休息。
实施例三
如图8所示，本实施例提供了一种应用于实施例所述的主动降噪系统的方法，具体包括：
步骤800：所述声波采集装置采集使用者周围的外部声信号。
步骤810：所述声波发出装置发送与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，以在使用者周围形成主动降噪声场。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种主动降噪系统，其特征在于，包括声波采集降噪模块；
所述声波采集降噪模块包括声波采集装置以及声波发出装置；所述声波采集装置和所述声波发出装置设置在使用者周围；其中：
所述声波采集装置用于采集使用者周围的外部声信号；
所述声波发出装置用于发送与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，以在使用者周围形成主动降噪声场。
2.根据权利要求1所述的一种主动降噪系统，其特征在于，还包括：
处理模块，用于根据所述声波采集装置采集的所述外部声信号，生成与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，并将所述声波信号发送至所述声波发出装置。
3.根据权利要求2所述的一种主动降噪系统，其特征在于，所述声波采集装置包括内部声波采集装置和外部声波采集装置；
所述内部声波采集装置用于采集使用者的呼吸声信号，并将所述呼吸声信号发送至所述处理模块；
所述处理模块用于根据所述呼吸声信号确定使用者头部位置，并开启所述使用者头部位置周围的外部声波采集装置以及声波发出装置；
所述外部声波采集装置用于采集使用者头部周围的头部外围声信号，并将所述头部外围声信号发送至所述处理模块；所述外部声信号包括所述头部外围声信号。
4.根据权利要求3所述的一种主动降噪系统，其特征在于，所述声波采集降噪模块还包括白噪声信号发出装置和一个壳体；所述内部声波采集装置、所述外部声波采集装置、所述声波发出装置和所述白噪声信号发出装置均集成在所述壳体上。
5.根据权利要求4所述的一种主动降噪系统，其特征在于，所述内部声波采集装置、所述声波发出装置和所述白噪声信号发出装置均设置在所述壳体的前面；所述前面为所述壳体朝向使用者的一面。
6.根据权利要求5所述的一种主动降噪系统，其特征在于，所述外部声波采集装置设置在所述壳体非朝向所述使用者的一面上。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种主动降噪系统，其特征在于，还包括终端设备；
所述终端设备与所述处理模块连接；所述终端设备用于开启和关闭所述处理模块，并在所述处理模块关闭期间内设置闹钟开启时间。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种主动降噪系统，其特征在于，所述主动降噪系统应用于集体宿舍内；其中，
所述声波采集降噪模块设置在所述集体宿舍的床铺上，且所述声波采集降噪模块的个数由所述集体宿舍的床铺个数确定。
9.根据权利要求8所述的所述的一种主动降噪系统，其特征在于，还包括终端设备；
所述终端设备用于：
开启和关闭所述处理模块；
通过所述处理模块控制任意床铺上的声波采集降噪模块的关闭；
在所述任意床铺上的声波采集降噪模块的关闭期间内，设置所述任意床铺的闹钟开启时间。
10.一种主动降噪方法，其特征在于，所述主动降噪方法应用于主动降噪系统中，所述主动降噪系统至少包括一个声波采集降噪模块；所述声波采集降噪模块包括声波采集装置以及声波发出装置；所述声波采集装置和所述声波发出装置设置在使用者周围；所述主动降噪方法包括：
所述声波采集装置采集使用者周围的外部声信号；
所述声波发出装置发送与所述外部声信号幅值相等相位相反的声波信号，以在使用者周围形成主动降噪声场。
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