CN113554999A - 一种消音传感器、消音耳罩及消音实现方法 - Google Patents

Abstract

一种消音传感器，包括：声波捕获模块，逆向波产生模块；以及与所述声波捕获模块、所述逆向波产生模块电性连接的声波‑电信号转换模块；所述声波捕获模块用于捕捉作为待消除噪音的第一声波，并将所述第一声波输出至所述声波‑电信号转换模块；所述声波‑电信号转换模块用于将第一声波转换为频率与第一声波震动频率相同的电信号并输出至所述逆向波产生模块；所述逆向波产生模块用于根据接收到的所述电信号，在声波传输路径中生成与所述电信号频率相同且位相相反的第二声波。

Description

一种消音传感器、消音耳罩及消音实现方法

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及消音传感器领域。

背景技术

传感器（英文名称：sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。消音是指通过技术手段将声音的传播切断掉，保证声音不继续传播。现有的消声器通常为阻性消声器，阻性消声器是一种能量吸收性消声器，通常是在声音传播的方向上设置一定的吸声材料，例如：使用消音棉，或者对玻璃、墙体、木板等进行加厚，以削弱声音传播的强度，但是无法进一步阻断声音的传播，并且阻性消声器适用于消除中、高频率的消声，消声频带范围较宽，对低频噪声的消声效果较差，且往往需要较高昂的成本，并且对于消声要求高的场景通常不能满足。例如，在实际应用中，对于一些需要将声波消除的应用场景，当声波传播到室内墙壁或玻璃等介质上会引起相应频率的震动，虽然上述消音手段削弱了声音传播的强度，但由于声波并未消除，对于通过监测房间墙壁或玻璃等的震动频率，分析得到室内的声音内容，获得机密信息的方式无法起到很好的防护作用。

发明内容

鉴于现有技术中存在的无法进一步阻断声音的传播，对低频噪声的消声效果差，以及成本高昂，无法满足对于消声要求高的场景的问题，本发明提供了一种消音传感器、消音耳罩及消音实现方法，具体技术方案如下：

一种消音传感器，包括：声波捕获模块，逆向波产生模块；以及与所述声波捕获模块、所述逆向波产生模块电性连接的声波-电信号转换模块；

所述声波捕获模块用于捕捉作为待消除噪音的第一声波，并将所述第一声波输出至所述声波-电信号转换模块；所述声波-电信号转换模块用于将第一声波转换为频率与第一声波震动频率相同的电信号并输出至所述逆向波产生模块；所述逆向波产生模块用于根据接收到的所述电信号，在声波传输路径中生成与所述电信号频率相同且位相相反的第二声波。

所述消音传感器还可以包括与所述声波-电信号转换模块电性连接的变换电路，用于对所述声波-电信号转换模块输出的电信号进行放大调制。本发明所述消音传感器可以用于消音耳罩，通过在耳罩内加入所述消音传感器，当外界声波传输过来，首先被声波捕获模块捕获到，并且输出到声波-电信号转换模块，通过声波-电信号转换模块将声波震动转换成频率相同的对应电信号。再由逆向波产生模块在收到声波-转换模块传输来的电信号后，产生震动频率相同，位相相反的波，利用波的干涉特性，将外界声波进行抵消，切断外界声波的传播，从而达到消音的效果，以实现耳罩的消音效果。消音耳罩可以应用于飞机，火车，人员繁杂喧闹的地方，实现佩戴人员的静音需求。

本发明还提供一种消音实现方法，包括：捕捉到作为待消除噪音的第一声波；将接收到的所述第一声波转换为频率与第一声波震动频率相同的电信号；根据所述电信号，在声波传输路径中生成与所述电信号频率相同且位相相反的第二声波，通过第二声波与所述第一声波的叠加实现消音。两相干波源实现干涉消音的计算过程为：X1、X2分别为第一声波、第二声波的波动表达式，S1、S2分别为第一声波、第二声波的振幅，S为第一声波与第二声波发生干涉后的合成振幅表达式，ω表示为角频率，t代表时间，φ为相位偏移，λ表示波长，r为声源距离震动点p的距离，则△φ为第一声波与第二声波在p点的相位差，其计算公式如下：

X1=S1*cos(ωt+φ1)

X2=S2*cos(ωt+φ2)

S =

△φ=

震动点p点给定，则△φ恒定，空间每一点的合成振幅S保持恒定，当△φ=±(2x+1)π（x=0,1,2,3……）

Smin=|S1-S2|，此时合成振幅S取值最小，实现消音。

本发明通过设置声波捕获模块，逆向波产生模块及电性连接的声波-电信号转换模块，将捕捉到的待消除噪音转换为频率相同的电信号；根据电信号，在声波传输路径中生成与其频率相同且位相相反的声波，使两个声波相互作用，从而消除原有声波，实现切断声波传播，达到消音的效果，弥补了现有技术存在的上述不足之处。

附图说明

图1为本申请的各模块工作示意图；

图2为本申请的实施例提供的第一声波的波形示意图；

图3为本申请的实施例提供的第二声波的波形示意图；

图4为本申请的实施例提供的第二声波作用于第一声波实现消音的波形示意图；

图5为本申请消音实现方法的基本流程示意图。

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明的方案进行详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员在没有付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。

在本发明提供的一种实施例中，一种消音传感器，如附图1所示，包括：声波捕获模块，逆向波产生模块；以及与所述声波捕获模块、所述逆向波产生模块电性连接的声波-电信号转换模块；其中，在优选实施例中，消音传感器还可以包括与声波-电信号转换模块电性连接的变换电路，用于对所述声波-电信号转换模块输出的电信号进行放大调制。通过声波-电信号转换模块的输出端与变换电路的输入端电性连接，将声波-电信号转换模块输出的电信号进行放大，以提高信号传输的稳定性。自然界中的声音是以波的形式来传播的，如附图2和附图3所示，所有的声音都是由一定的频率组成的声波，所述声波捕获模块即是用于捕捉作为待消除噪音的第一声波，在获取第一声波后，将所述第一声波输出至声波-电信号转换模块；通过所述声波-电信号转换模块将第一声波转换为频率与第一声波震动频率相同的电信号并输出至所述逆向波产生模块。由于声波的传输速度远比电信号要慢，输出至所述逆向波产生模块后，逆向波产生模块迅速在声波传送的传输路径中产生一组跟声波震动频率相同、位相相反的第二声波，而不同的几列波同时在介质中传播，则它们将以原有的各自特性(振幅、频率和波长、振动方向、传播方向)进行传播；如附图4所示，在几列波相遇的区域，质点的位移等于各列波单独传播时在该处引起的位移的矢量和，在两相干波的交叠区域内，有的地方振动始终加强，有的地方振动始终削弱，而其它位置的振动的强弱介乎二者之间，形成振动强弱稳定分布的叠加现象。由于第二声波的频率与所要消除的第一声波相同，而位相则刚好相反，就可以将这第一声波完全抵消掉。两相干波源实现干涉消音的计算过程为：X1、X2分别为第一声波、第二声波的波动表达式，S1、S2分别为第一声波、第二声波的振幅，S为第一声波与第二声波发生干涉后的合成振幅表达式，ω表示为角频率，t代表时间，φ为相位偏移，λ表示波长，r为声源距离震动点p的距离，则△φ为第一声波与第二声波在p点的相位差，其计算公式如下：

X1=S1*cos(ωt+φ1)

X2=S2*cos(ωt+φ2)

S =

△φ=

震动点p点给定，则△φ恒定，空间每一点的合成振幅S保持恒定，当△φ=±(2x+1)π（x=0,1,2,3……）

Smin=|S1-S2|，此时合成振幅S取值最小，实现消音。

优选的，本发明所述消音传感器可以用于消音耳罩，通过在耳罩内加入所述消音传感器，当外界声波传输过来，首先被声波捕获模块捕获到，并且输出到声波-电信号转换模块，通过声波-电信号转换模块将声波震动转换成对应频率的电信号。再由逆向波产生模块在收到声波-转换模块传输来的电信号后，产生震动频率相同，位相相反的波，利用波的相消干涉特性，将外界声波进行抵消，切断外界声波的传播，从而达到消音的效果，以实现耳罩的消音效果。消音耳罩可以应用于飞机，火车，人员繁杂喧闹的地方，实现佩戴人员的静音需求。其他优选实施例中，本发明所述消音传感器还可以用于：隔音窗户，在玻璃中嵌入所述消音传感器，使得声音在玻璃处得到消除，达到消音效果；消音耳塞，在耳塞中加入所述消音传感器，达到消音效果。

本发明还提出一种消音实现方法，如附图5所示，包括：捕捉到作为待消除噪音的第一声波；将接收到的所述第一声波转换为频率与第一声波频率相同的电信号；根据所述电信号，在声波传输路径中生成与所述电信号频率相同且位相相反的第二声波，通过第二声波与所述第一声波的叠加实现消音。

还需要说明的是，当本发明中提及诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种消音传感器，包括：声波捕获模块，逆向波产生模块；其特征在于，还包括：与所述声波捕获模块及所述逆向波产生模块电性连接的声波-电信号转换模块；

所述声波捕获模块用于捕捉作为待消除噪音的第一声波，并将所述第一声波输出至所述声波-电信号转换模块；

所述声波-电信号转换模块用于将第一声波转换为频率与第一声波震动频率相同的电信号并输出至所述逆向波产生模块；

所述逆向波产生模块用于根据接收到的所述电信号，在声波传输路径中生成与所述电信号频率相同且位相相反的第二声波。

2.根据权利要求1所述的消音传感器，其特征在于，还包括：变换电路，所述变换电路与所述声波-电信号转换模块电性连接，用于对所述声波-电信号转换模块输出的电信号进行放大调制。

3.一种消音耳罩，其特征在于，使用如权利要求1-2任一项所述的消音传感器进行消音。

4.一种消音实现方法，其特征在于，包括：

捕捉到作为待消除噪音的第一声波；

将捕捉到的所述第一声波转换为频率与第一声波震动频率相同的电信号；

根据所述电信号，在声波传输路径中生成与所述电信号频率相同且位相相反的第二声波，通过第二声波与所述第一声波的干涉实现消音。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：第二声波与所述第一声波的干涉消音过程为：X1、X2分别为第一声波、第二声波的波动表达式，S1、S2分别为第一声波、第二声波的振幅，S为第一声波与第二声波发生干涉后的合成振幅表达式，ω表示为角频率，t代表时间，φ为相位偏移，λ表示波长，r为声源距离震动点p的距离，则△φ为第一声波与第二声波在p点的相位差，其计算公式如下：

X1=S1*cos(ωt+φ1)

X2=S2*cos(ωt+φ2)

S =

△φ=

震动点p点给定，则△φ恒定，空间每一点的合成振幅S保持恒定，当△φ=±(2x+1)π（x=0,1,2,3……）

Smin=|S1-S2|，此时合成振幅S取值最小，实现消音。

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