CN115179711A - 一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统 - Google Patents

一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统 Download PDF

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李佳
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Abstract

本发明涉及一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，由麦克风单元、声全息降噪控制器、扬声器单元、出风口声音采集模块和声音画像系统构成。本发明车载全息降噪空调系统通过MEMS麦克风实时采集噪声信号，将模拟声信号发送给声全息降噪控制器；声全息降噪控制器能实时计算噪声控制声场，通过麦克风实时采集的模拟信号，进行模数转换并计算噪声声场，通过算法生成反相声波进行数模转换后发送给扬声器；扬声器能实时发出反相声波并，接收到噪声控制器发来的信号指令，实时做功发出降噪声；声音画像系统能够实时将发出的噪音进行声音画像，并匹配与之相近的优化音源，改善空调声音质感；出风口声音采集模块用于采集空调出风口声音。

Description

一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统
技术领域
本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统。
背景技术
汽车空调系统拥有非常复杂的内部和外部结构，包括空调滤清器，鼓风机，蒸发器，暖风芯体，温度传感器，风门混合单元和形状各异的送风管道等等。空气通过送风管道被输送到车舱内的各个特定的位置，比如：前排/后排，乘客的面部，脚部以及玻璃除霜等。实际上，当空调系统运行时有些噪音是难以避免的，比如：当鼓风机高速旋转时，或者调节风门混合单元中的气流发生湍流时，或者空气快速通过管道中的复杂弯道时，以及空气离开送风口时都会产生噪音(异响)，导致驾乘舒适度的降低。通常，各国的汽车行业协会都会对汽车空调器的噪声制定相关的标准作为指导，比如，中国的国家标准GB/T21361-2017规定车用空调器的蒸发器侧噪声(声压级)的测量值应不超过70dB(A)。
但是，这依然非常影响人在驾车过程中的体验，60dB的声音已经达到不舒适感允许值，而不妨碍乘员对话的允许值在45～50dB(A)。随着时代与科技发展，通过在紧靠被测声源物体表面的测量面上记录全息数据，然后通过空间声场变换算法重构三维空间声场。如能通过特殊算法计算、分析捕捉与重建3D声场实时噪声场特性及分布情况，产生与噪声相反的声波，中和噪声能量；并对降噪后的空调噪音进行评价；进而发明一种可监测降噪效果的车载全息降噪空调技术，改善整车噪音，提升车辆NVH品质，同时，通过声音画像技术，将空调声音进行分类识别，释放出符合画像的优质空调音，进而改善驾乘者的听觉体验，该技术是目前声学领域的前沿技术，目前还未在汽车领域应用。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，以解决对噪声信号进行降噪处理，并在降噪的基础上提高听者听觉观感的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，由麦克风单元、声全息降噪控制器、扬声器单元、出风口声音采集模块和声音画像系统五部分构成；
所述麦克风单元和扬声器单元由声全息降噪控制器控制和供电；所述麦克风单元用于实时采集原始空调噪声信号，并将模拟信号发送给声全息降噪控制器；所述声全息降噪控制器实时计算噪声声场，并生成反相降噪声波，通过控制扬声器单元发出反相声波，声场叠加后进行降噪；所述声全息降噪控制器与声音画像系统相连，经过降噪处理后的消噪信号输出至声音画像系统；所述出风口声音采集模块用于采集空调出风口声音。
进一步地，所述声全息降噪控制器输入电压为12V，电源纹波＜100mv，由车载系统供电，通过车载CAN总线和轿车电控系统通讯。
进一步地，所述声音画像系统包括声音提取模块、评分模块和处理模块；所述声音提取模块用于提取降噪后的声音信息，评分模块用于对目标项一一识别，并得到综合评分，处理模块根据评分模块得到的总和评分结果，获取与所述目标相近的音源，并通过通风口处的扬声器单元释放。
进一步地，所述麦克风单元为麦克风阵列形式，包括4个麦克风，所述麦克风与空调出风口管道固定。
更进一步地，所述麦克风采用嵌入或集成方式与空调出风口管道固定。
进一步地，所述扬声器单元包括48个扬声器，分别安装于在前排4个空调出风口管道侧壁，及4个空调出风口处。
更进一步地，所述扬声器分别采用嵌入或集成方式与空调出风口管道侧壁及空调出风口处固定。
进一步地，所述声全息降噪控制器通过螺纹安装在车载多媒体系统位置。
进一步地，所述出风口声音采集模块安装在出风口处。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，能实时采集空调原始噪声，通过MEMS麦克风实时采集噪声信号，将模拟声信号发送给声全息降噪控制器；
2、能实时计算噪声控制声场，通过麦克风实时采集的模拟信号，进行模数转换并计算噪声声场，通过算法生成反相声波进行数模转换后发送给扬声器；
3、能实时发出反相声波并，接收到声全息降噪控制器器发来的信号指令，实时做功发出降噪声；
4、实时将发出的噪音进行声音画像，并匹配与之相近的优化音源，改善空调声音质感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统系统功能框图；
图2-图5为基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统各部件车载位置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
目前，汽车在关闭车窗，车速70km/h以下行驶过程中，空调噪声占整车噪声能量50％，且中低频为主，属于人耳听觉敏感区域，对车内人员听觉舒适度影响很大。现有的空调降噪技术都是被动降噪，即通过海绵等隔声材料阻挡噪声，但需要留出通风口，降噪效果往往不好，而且，由于鼓风机不同空调产生的声音不同，声音音色及音质无法使人身心愉悦。
而整车NVH则是判断车辆品质的重要参数指标，进而发明一种基于空调声音画像系统的全息降噪空调系统，包含麦克风、扬声器、声音画像系统模块、声全息降噪控制器。声全息降噪空调系统通过对所述噪声信号进行降噪处理，防止车内语音通话干扰，更好的实现车内语音交流、听音乐及打电话等功能，声音画像系统可针对车内空调声音进行甄别并发出声音质感更好的空调声音，从而在降噪的基础上提高听者听觉观感。
本发明基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，由麦克风单元、声全息降噪控制器、扬声器单元、出风口声音采集模块和声音画像系统五部分构成。
所述麦克风单元和扬声器单元由声全息降噪控制器控制和供电。所述麦克风单元用于实时采集原始空调噪声信号，并将模拟信号发送给声全息降噪控制器。所述声全息降噪控制器实时计算噪声声场，并生成反相降噪声波，通过控制扬声器单元发出反相声波，声场叠加后进行降噪。所述声全息降噪控制器与声音画像系统相连，经过降噪处理后的消噪信号输出至声音画像系统。所述出风口声音采集模块用于采集空调出风口声音。
具体地，所述声全息降噪控制器输入电压为12V(要求电源纹波＜100mv)，由车载系统供电，通过车载CAN总线和轿车电控系统通讯。
所述声音画像系统包括声音提取模块、评分模块和处理模块。所述声音提取模块用于提取降噪后的声音信息，评分模块用于对目标项一一识别，并得到综合评分，处理模块根据评分模块得到的总和评分结果，获取与所述目标相近的音源，并通过通风口处的扬声器单元释放。
所述麦克风单元为麦克风阵列形式，包括多个麦克风，可采用嵌入或集成方式与空调出风口管道固定。具体地，麦克风可以为4个。
所述扬声器单元包括多个扬声器，分别可采用嵌入或集成方式安装于在前排4个空调出风口管道侧壁，及4个空调出风口处。具体地，扬声器可以为48个。
所述声全息降噪控制器安装在车载多媒体系统位置，具体地，可以采用螺纹固定方式。
所述出风口声音采集模块安装在出风口处。
工作过程：
所述麦克风单元采用MEMS麦克风，在降噪过程中通过MEMS麦克风实时采集噪声信号，将模拟声信号发送给声全息降噪控制器。
声全息降噪控制器通过麦克风实时采集的模拟信号，进行模数转换并计算噪声声场，算法生成反相声波进行数模转换后设置与当前噪声对应的反向声波，并将反向声波发送至扬声器。扬声器接收到声全息降噪控制器发来的信号指令，实时做功发出降噪声波，通过声场叠加后进行降噪。降噪处理后，输出消噪信号至声音画像系统中的声音提取模块。
声音提取模块获取历史用户的若干条空调声音数据，然后获得所述声音识别评分模型。历史空调声音画像信息中的每个目标项的评分所对应的综合评分与历史一一对应，根据评分模块得到的总和评分结果，处理模块获取与所述目标相近的音源，并通过通风口处的扬声器释放。
实施例1
如图1所示，本发明基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，由麦克风单元、声全息降噪控制器、扬声器单元、出风口声音采集模块和声音画像系统五部分构成。所述麦克风单元和扬声器单元由声全息降噪控制器控制和供电。
通过MEMS麦克风实时采集噪声信号，将模拟声信号发送给声全息降噪控制器。声全息降噪控制器通过麦克风实时采集的模拟信号，进行模数转换并计算噪声声场，通过算法生成反相声波进行数模转换后，设置与所述当前噪声对应的反向声波，并将反向声波发送至扬声器。扬声器接收到声全息降噪控制器发来的信号指令，实时做功发出降噪声波。该降噪声波通过声音提取模块提取降噪后的声音信息，通过评分模块对目标项一一识别，并得到综合评分，根据评分模块得到的总和评分结果，通过处理模块获取与所述目标相近的音源，并通过通风口处的扬声器释放。
如图2-图5所示，麦克风单元为麦克风阵列形式，包括4个麦克风，分别嵌入安装于前排4个空调出风口管道内。
扬声器单元包含48个扬声器，分别嵌入安装于在前排4个空调出风口管道侧壁，及4个空调出风口处。
声全息降噪控制器通过螺纹固定在车载多媒体系统位置。
出风口声音采集模块安装在出风口处。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：由麦克风单元、声全息降噪控制器、扬声器单元、出风口声音采集模块和声音画像系统五部分构成；
所述麦克风单元和扬声器单元由声全息降噪控制器控制和供电；所述麦克风单元用于实时采集原始空调噪声信号，并将模拟信号发送给声全息降噪控制器；所述声全息降噪控制器实时计算噪声声场，并生成反相降噪声波，通过控制扬声器单元发出反相声波，声场叠加后进行降噪；所述声全息降噪控制器与声音画像系统相连，经过降噪处理后的消噪信号输出至声音画像系统；所述出风口声音采集模块用于采集空调出风口声音。
2.根据权利要求1所述的一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：所述声全息降噪控制器输入电压为12V，电源纹波＜100mv，由车载系统供电，通过车载CAN总线和轿车电控系统通讯。
3.根据权利要求1所述的一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：所述声音画像系统包括声音提取模块、评分模块和处理模块；所述声音提取模块用于提取降噪后的声音信息，评分模块用于对目标项一一识别，并得到综合评分，处理模块根据评分模块得到的总和评分结果，获取与所述目标相近的音源，并通过通风口处的扬声器单元释放。
4.根据权利要求1所述的一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：所述麦克风单元为麦克风阵列形式，包括4个麦克风，所述麦克风与空调出风口管道固定。
5.根据权利要求4所述的一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：所述麦克风采用嵌入或集成方式与空调出风口管道固定。
6.根据权利要求1所述的一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：所述扬声器单元包括48个扬声器，分别安装于在前排4个空调出风口管道侧壁，及4个空调出风口处。
7.根据权利要求6所述的一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：所述扬声器分别采用嵌入或集成方式与空调出风口管道侧壁及空调出风口处固定。
8.根据权利要求1所述的一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：所述声全息降噪控制器通过螺纹安装在车载多媒体系统位置。
9.根据权利要求1所述的一种基于空调声音画像系统的车载全息降噪空调系统，其特征在于：所述出风口声音采集模块安装在出风口处。
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