CN115881077A - 一种空间主动降噪系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于噪声处理技术领域，公开了一种空间主动降噪系统及方法，该系统包括多个降噪麦克风和一个云端降噪服务器，降噪麦克风包括声音采集装置、逆旋波播放器和通信模块；降噪麦克风用于通过声音采集器采集所述目标空间内的噪声信号，并通过通信模块发送给云端降噪服务器；云端降噪服务器用于根据每个所述噪声信号进行预测得到下一时刻的预测噪声信号，并生成所述预测噪声信号对应的所述降噪声波信号，将所述降噪声波信号发送给该降噪声波信号对应的降噪麦克风；所述降噪麦克风还用于通过逆旋波播放器播放所述降噪声波信号。本申请提高了对立体空间的降噪效果，提升了主动降噪系统的适用性。
Description
技术领域
本申请涉及噪音处理技术领域，尤其涉及一种空间主动降噪系统及方法。
背景技术
噪声是指在生活和工作当中出现的不必要的声音。随着现代工业和社会不断发展，噪声污染已经成为主要环境污染因素之一。控制噪声、保护环境已成为人们的共识。为了防治噪声污染，噪声消除是非常重要的一个环节，需要用到专业的设备和专业的噪声治理机构。现在空间噪声治理采取的主动降噪技术是通过生成与噪声声波相位相反的降噪声波，与噪声声波相抵消来实现降噪处理，但因为噪声声波是立体的，是在空间内三维传播的，仅根据从一个位置获取的噪声声波进行主动降噪的话会导致空间内其他方位的降噪效果不明显，因此无法适用于大型空间的降噪。因此，现有技术存在对立体空间降噪效果差，导致适用性差的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种空间主动降噪系统及方法，能够提高立体空间降噪效果，适用于大范围空间的降噪，具备更好的适用性。
第一方面，本申请实施例提供了一种空间主动降噪系统，该系统包括多个降噪麦克风和一个云端降噪服务器；多个降噪麦克风均匀分布地设置在目标空间内；降噪麦克风包括声音采集装置、逆旋波播放器和通信模块，声音采集装置和逆旋波播放器分别与通信模块连接；降噪麦克风通过通信模块和云端降噪服务器无线通信连接；
降噪麦克风用于通过声音采集装置采集目标空间内的噪声信号，并将采集到的噪声信号通过通信模块发送给云端降噪服务器；
云端降噪服务器用于接收多个降噪麦克风各自采集到的噪声信号，根据每个噪声信号进行预测得到下一时刻的预测噪声信号，并生成预测噪声信号对应的降噪声波信号，将降噪声波信号发送给该降噪声波信号对应的降噪麦克风；
降噪声波信号与预测噪声信号的频率和振幅相同、相位相反；降噪麦克风还用于接收云端降噪服务器反馈的降噪声波信号，并通过逆旋波播放器播放降噪声波信号。
进一步的，该系统还包括终端设备，终端设备与多个降噪麦克风无线通信连接；终端设备用于发送降噪启动指令到降噪麦克风，降噪启动指令用于指示降噪麦克风通过声音采集装置采集目标空间内的噪声信号。
进一步的，云端降噪服务器还用于根据预设周期对接收到的多个降噪麦克风各自采集到的噪声信号进行噪声分析，得到目标空间的噪声分析结果，根据噪声分析结果调整生成的降噪声波信号。
进一步的，该系统还包括一个反馈麦克风，反馈麦克风分别与多个降噪麦克风连接，并与云端降噪服务器无线通信连接；
反馈麦克风用于在检测到降噪麦克风的逆旋波播放器播放降噪声波信号时，采集目标空间内的环境声音信号，并将环境声音信号发送给云端降噪服务器；云端降噪服务器还用于根据接收到的环境声音信号生成主动降噪结果，并根据主动降噪结果调整生成的降噪声波信号。
进一步的，声音采集装置为全指向性电容麦克风。
进一步的，云端降噪服务器采用滤波最小均方算法对噪声信号进行预测，得到下一时刻的预测噪声信号，并生成预测噪声信号对应的降噪声波信号。
第二方面，本申请实施例提供了一种空间主动降噪方法，包括：通过多个降噪麦克风采集目标空间内的噪声信号，并将采集到的噪声信号通过降噪麦克风中的通信模块发送给云端降噪服务器，多个降噪麦克风均匀分布地设置在目标空间内；
通过云端降噪服务器接收多个降噪麦克风各自采集到的噪声信号，根据每个噪声信号进行预测得到下一时刻的预测噪声信号，并生成预测噪声信号对应的降噪声波信号，将降噪声波信号发送给该降噪声波信号对应的降噪麦克风；
降噪声波信号与预测噪声信号的频率和振幅相同、相位相反；
通过各降噪麦克风接收云端降噪服务器反馈的降噪声波信号，并通过设于降噪麦克风中的逆旋波播放器播放降噪声波信号。
进一步的，上述方法还包括：通过终端设备发送降噪启动指令到降噪麦克风，降噪启动指令用于指示降噪麦克风采集目标空间内的噪声信号。
进一步的，上述方法还包括：通过云端降噪服务器根据预设周期对接收到的多个降噪麦克风各自采集到的噪声信号进行噪声分析，得到目标空间的噪声分析结果，根据噪声分析结果调整生成的降噪声波信号。
进一步的，上述方法还包括：在通过反馈麦克风检测到降噪麦克风的逆旋波播放器播放降噪声波信号时，采集目标空间内的环境声音信号，并将环境声音信号发送给云端降噪服务器；反馈麦克风设于目标空间中；通过云端降噪服务器根据接收到的环境声音信号生成主动降噪结果，并根据主动降噪结果调整生成的降噪声波信号。
综上，与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本申请实施例提供的一种空间主动降噪系统，通过在目标空间内设置多个降噪麦克风，收集空间内多个点位的噪声声波，分别生成对应的降噪声波信号进行抵消，提高了对立体空间降噪效果，使本申请不仅能适用于小型场所，也能对大范围空间进行降噪，具备更好的适用性。
附图说明
图1为本申请一个示例性实施例提供的一种空间主动降噪系统的系统框图。
图2为本申请一个示例性实施例提供的一种空间主动降噪方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参见图1，本申请实施例提供了一种空间主动降噪系统，该系统可以包括多个降噪麦克风102和一个云端降噪服务器101；多个降噪麦克风102均匀分布地设置在目标空间内；降噪麦克风102包括声音采集装置21、逆旋波播放器22和通信模块23，声音采集装置21和逆旋波播放器22分别与通信模块23连接；降噪麦克风102通过通信模块23和云端降噪服务器101无线通信连接；降噪麦克风102用于通过声音采集装置21采集目标空间内的噪声信号，并将采集到的噪声信号通过通信模块23发送给云端降噪服务器101。
云端降噪服务器101可以用于接收多个降噪麦克风102各自采集到的噪声信号，根据每个噪声信号进行预测得到下一时刻的预测噪声信号，并生成预测噪声信号对应的降噪声波信号，将降噪声波信号发送给该降噪声波信号对应的降噪麦克风102。
降噪声波信号与预测噪声信号的频率和振幅相同、相位相反；降噪麦克风102还可以用于接收云端降噪服务器101反馈的降噪声波信号，并通过逆旋波播放器22播放降噪声波信号。
其中，通信模块23可以为wifi模块和/或蓝牙通信模块。
具体地，可以通过云端降噪服务器101产生与外界噪音相等的反向声波，将噪声中和，从而实现降噪的效果。自然界中所有的声音都由一定的频谱组成，如果找到一种声音，其频率、振幅与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反(相差180度)就可以将这噪声完全抵消。
因此本申请先采集空间中的噪声，并传送到云端降噪服务器101，根据噪声进行预测，预测出下一时刻噪声的情况，并产生相位相反的噪声，来抵消原噪声。
但在很多情况下，利用单通道的主动降噪系统并不能在较大的范围内形成静区，因此本申请通过云端降噪服务器101同时管理多台降噪麦克风102，进行多点位的噪声采集和对应反向降噪声波信号的生成，从而同时实现多个建筑空间的主动降噪。
上述实施例通过在目标空间内设置多个降噪麦克风102，收集空间内多个点位的噪声声波，分别生成对应的降噪声波信号进行抵消，提高了对立体空间降噪效果，使本申请不仅能适用于小型场所，也能对大范围空间进行降噪，具备更好的适用性。
在一些实施例中，该系统还可以包括终端设备103，终端设备103与多个降噪麦克风102无线通信连接；终端设备103用于发送降噪启动指令到降噪麦克风102，降噪启动指令用于指示降噪麦克风102通过声音采集装置21采集目标空间内的噪声信号。
其中，终端设备103可以为手机或PC端，当终端设备103为手机时，用户可以通过手机APP发送上述降噪启动指令到主动降噪系统中的降噪麦克风102，使降噪麦克风102中的声音采集装置21开始工作。
上述实施例可以使用户通过无线网络实现对主动降噪系统的远程控制，无需人在目标空间中手动启动降噪装置来实现建筑空间的主动降噪，节约了人力及时间成本。
在一些实施例中，云端降噪服务器101还可以用于根据预设周期对接收到的多个降噪麦克风102各自采集到的噪声信号进行噪声分析，得到目标空间的噪声分析结果，根据噪声分析结果调整生成的降噪声波信号。
上述实施例使云端降噪服务器101定期收集多个降噪麦克风102所采集的噪声数据，根据对这些噪声数据的分析结果主动升级生产反向降噪声波信号的算法，进而可以更精准地处理更多种类型的空间噪声，从而进一步提高了本申请的普适性。
在一些实施例中，该系统还可以包括一个反馈麦克风，反馈麦克风分别与多个降噪麦克风102连接，并与云端降噪服务器101无线通信连接；反馈麦克风用于在检测到降噪麦克风102的逆旋波播放器22播放降噪声波信号时，采集目标空间内的环境声音信号，并将环境声音信号发送给云端降噪服务器101；云端降噪服务器101还用于根据接收到的环境声音信号生成主动降噪结果，并根据主动降噪结果调整生成的降噪声波信号。
上述实施例通过云端降噪服务器101根据这个反馈麦克风采集到的降噪结果，对处理噪声信号生成降噪声波信号的过程进行调整，从而进一步降低主动降噪后的空间噪声音量，这叫做自适应过程，这个自适应过程有效提高了本申请的降噪质量和效果。
在一些实施例中，声音采集装置21可以为全指向性电容麦克风。
其中，指向性用于描述麦克风对于来自不同角度、不同方向的声音的灵敏度，大多数的麦克风都是单一指向性的，只对来自一个方向的声音敏感，无法完整采集来自麦克风周围多个方向的环境噪音，上述实施例通过采用全指向性电容麦克风接收目标空间的噪音，能够接收来自四面八方的、且灵敏度相同的噪声信号，从而间接提升了本申请的降噪效果。
在一些实施例中，云端降噪服务器101可以采用滤波最小均方算法对噪声信号进行预测，得到下一时刻的预测噪声信号，并生成预测噪声信号对应的降噪声波信号。
其中，滤波最小均方算法，即FxLMS(Filtered-x Least Mean Square)算法，是一种反向声波自适应生成算法，该算法是基于次级通道是滑动平均过程和随机输入信号的假设，它克服了确定性输入信号的限制，具有较低的计算复杂度，该算法是许多ANC(ActiveNoise Cancellation，主动降噪)算法的基础。它可以用于前馈、反馈和混合ANC系统，在窄带噪声抑制、主动脉冲噪声控制等方面有广泛的应用。
在具体实施过程中，云端降噪服务器101中加载的算法可以由用户进行添加或更改，在未来出现更好的噪声处理算法时，可以人为添加到云端降噪服务器101中。
请参见图2，本申请另一实施例提供了一种空间主动降噪方法，包括以下步骤：
S1，通过多个降噪麦克风采集目标空间内的噪声信号，并将采集到的噪声信号通过降噪麦克风中的通信模块发送给云端降噪服务器，多个降噪麦克风均匀分布地设置在目标空间内；
S2，通过云端降噪服务器接收多个降噪麦克风各自采集到的噪声信号，根据每个噪声信号进行预测得到下一时刻的预测噪声信号，并生成预测噪声信号对应的降噪声波信号，将降噪声波信号发送给该降噪声波信号对应的降噪麦克风；降噪声波信号与预测噪声信号的频率和振幅相同、相位相反；
S3，通过各降噪麦克风接收云端降噪服务器反馈的降噪声波信号，并通过设于降噪麦克风中的逆旋波播放器播放降噪声波信号。
上述实施例通过在目标空间内设置多个降噪麦克风，收集空间内多个点位的噪声声波，分别生成对应的降噪声波信号进行抵消，提高了对立体空间降噪效果，使本申请不仅能适用于小型场所，也能对大范围空间进行降噪，具备更好的适用性。
在一些实施例中，上述方法还包括：通过终端设备发送降噪启动指令到降噪麦克风，降噪启动指令用于指示降噪麦克风采集目标空间内的噪声信号。
上述实施例可以使用户通过无线网络实现对主动降噪系统的远程控制，无需人在目标空间中手动启动降噪装置来实现建筑空间的主动降噪，节约了人力及时间成本。
在一些实施例中，上述方法还包括：通过云端降噪服务器根据预设周期对接收到的多个降噪麦克风各自采集到的噪声信号进行噪声分析，得到目标空间的噪声分析结果，根据噪声分析结果调整生成的降噪声波信号。
上述实施例使云端降噪服务器定期收集多个降噪麦克风所采集的噪声数据，根据对这些噪声数据的分析结果主动升级生产反向降噪声波信号的算法，进而可以更精准地处理更多种类型的空间噪声，从而进一步提高了本申请的普适性。
在一些实施例中，上述方法还包括：在通过反馈麦克风检测到降噪麦克风的逆旋波播放器播放降噪声波信号时，采集目标空间内的环境声音信号，并将环境声音信号发送给云端降噪服务器；反馈麦克风设于目标空间中；通过云端降噪服务器根据接收到的环境声音信号生成主动降噪结果，并根据主动降噪结果调整生成的降噪声波信号。
上述实施例通过云端降噪服务器根据这个反馈麦克风采集到的降噪结果，对处理噪声信号生成降噪声波信号的过程进行调整，从而进一步降低主动降噪后的空间噪声音量，这叫做自适应过程，这个自适应过程有效提高了本申请的降噪质量和效果。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种空间主动降噪系统，其特征在于，所述系统包括多个降噪麦克风和一个云端降噪服务器；所述多个降噪麦克风均匀分布地设置在目标空间内；所述降噪麦克风包括声音采集装置、逆旋波播放器和通信模块，所述声音采集装置和所述逆旋波播放器分别与所述通信模块连接；所述降噪麦克风通过所述通信模块和所述云端降噪服务器无线通信连接；
所述降噪麦克风用于通过所述声音采集装置采集所述目标空间内的噪声信号，并将采集到的所述噪声信号通过所述通信模块发送给所述云端降噪服务器；
所述云端降噪服务器用于接收多个所述降噪麦克风各自采集到的所述噪声信号，根据每个所述噪声信号进行预测得到下一时刻的预测噪声信号，并生成所述预测噪声信号对应的降噪声波信号，将所述降噪声波信号发送给该降噪声波信号对应的降噪麦克风；所述降噪声波信号与所述预测噪声信号的频率和振幅相同、相位相反；
所述降噪麦克风还用于接收所述云端降噪服务器反馈的所述降噪声波信号，并通过所述逆旋波播放器播放所述降噪声波信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括终端设备，所述终端设备与多个所述降噪麦克风无线通信连接；
所述终端设备用于发送降噪启动指令到所述降噪麦克风，所述降噪启动指令用于指示所述降噪麦克风通过所述声音采集装置采集所述目标空间内的所述噪声信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述云端降噪服务器还用于根据预设周期对接收到的多个所述降噪麦克风各自采集到的所述噪声信号进行噪声分析，得到所述目标空间的噪声分析结果，根据所述噪声分析结果调整生成的所述降噪声波信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一个反馈麦克风，所述反馈麦克风分别与多个所述降噪麦克风连接，并与所述云端降噪服务器无线通信连接；
所述反馈麦克风用于在检测到所述降噪麦克风的所述逆旋波播放器播放所述降噪声波信号时，采集所述目标空间内的环境声音信号，并将所述环境声音信号发送给所述云端降噪服务器；所述云端降噪服务器还用于根据接收到的所述环境声音信号生成主动降噪结果，并根据所述主动降噪结果调整生成的所述降噪声波信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声音采集装置为全指向性电容麦克风。
6.根据权利要求1至5任一项所述的系统，其特征在于，所述云端降噪服务器采用滤波最小均方算法对所述噪声信号进行预测，得到下一时刻的所述预测噪声信号，并生成所述预测噪声信号对应的所述降噪声波信号。
7.一种空间主动降噪方法，其特征在于，所述方法包括：通过多个降噪麦克风采集目标空间内的噪声信号，并将采集到的所述噪声信号通过所述降噪麦克风中的通信模块发送给云端降噪服务器，所述多个降噪麦克风均匀分布地设置在所述目标空间内；
通过所述云端降噪服务器接收多个所述降噪麦克风各自采集到的所述噪声信号，根据每个所述噪声信号进行预测得到下一时刻的预测噪声信号，并生成所述预测噪声信号对应的降噪声波信号，将所述降噪声波信号发送给该降噪声波信号对应的降噪麦克风；所述降噪声波信号与所述预测噪声信号的频率和振幅相同、相位相反；
通过各所述降噪麦克风接收所述云端降噪服务器反馈的所述降噪声波信号，并通过设于所述降噪麦克风中的逆旋波播放器播放所述降噪声波信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过终端设备发送降噪启动指令到所述降噪麦克风，所述降噪启动指令用于指示所述降噪麦克风采集所述目标空间内的所述噪声信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过所述云端降噪服务器根据预设周期对接收到的多个所述降噪麦克风各自采集到的所述噪声信号进行噪声分析，得到所述目标空间的噪声分析结果，根据所述噪声分析结果调整生成的所述降噪声波信号。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在通过反馈麦克风检测到所述降噪麦克风的所述逆旋波播放器播放所述降噪声波信号时，采集所述目标空间内的环境声音信号，并将所述环境声音信号发送给所述云端降噪服务器；所述反馈麦克风设于所述目标空间中；
通过所述云端降噪服务器根据接收到的所述环境声音信号生成主动降噪结果，并根据所述主动降噪结果调整生成的所述降噪声波信号。
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| CN113345399A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-09-03 | 桂林理工大学 | 一种强噪声环境下的机器设备声音监测方法 |
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