CN117795592A - 用于开放式流体管道的主动声音消除系统 - Google Patents

用于开放式流体管道的主动声音消除系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117795592A
CN117795592A CN202280053631.2A CN202280053631A CN117795592A CN 117795592 A CN117795592 A CN 117795592A CN 202280053631 A CN202280053631 A CN 202280053631A CN 117795592 A CN117795592 A CN 117795592A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sound cancellation
actuator
sensor
active sound
sound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280053631.2A
Other languages
English (en)
Inventor
亚瑟·佩里·贝克霍夫
大卫·乔治·布拉德福德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Novio Audio Equipment Co ltd
Original Assignee
Novio Audio Equipment Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Novio Audio Equipment Co ltd filed Critical Novio Audio Equipment Co ltd
Publication of CN117795592A publication Critical patent/CN117795592A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17853—Methods, e.g. algorithms; Devices of the filter
    • G10K11/17854—Methods, e.g. algorithms; Devices of the filter the filter being an adaptive filter
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17857—Geometric disposition, e.g. placement of microphones
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787—General system configurations
    • G10K11/17879—General system configurations using both a reference signal and an error signal
    • G10K11/17881—General system configurations using both a reference signal and an error signal the reference signal being an acoustic signal, e.g. recorded with a microphone
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/104—Aircos
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/109—Compressors, e.g. fans
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/112—Ducts
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/301—Computational
    • G10K2210/3046—Multiple acoustic inputs, multiple acoustic outputs
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3215—Arrays, e.g. for beamforming
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3217—Collocated sensor and cancelling actuator, e.g. "virtual earth" designs
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3219—Geometry of the configuration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

本发明涉及一种主动声音消除系统，一种包括这种主动声音消除系统的开放式流体管道，诸如空气管道，以及一种包括用于操作这种主动声音消除系统的指令的主动声音消除计算机程序。所述主动声音消除系统显著降低了噪声。

Description

用于开放式流体管道的主动声音消除系统
技术领域
本发明涉及一种主动声音消除系统，一种包括这种主动声音消除系统的开放式流体管道，诸如空气管道，以及一种包括用于操作这种主动声音消除系统的指令的主动声音消除计算机程序。所述主动声音消除系统显著降低了噪声。
背景技术
本发明涉及声音消除，并且具体地涉及噪声消除。噪声是一种通常不需要的声音形式。声音被认为是通过流体、气体、液体或固体等传输介质以声波形式传播的振动。人类和动物都能感知声音。声音是大脑对此类波的接收及其感知。只有频率介于约20Hz与约20kHz之间的声波(通常被称为音频范围)才能被人类感知。不同的动物物种有不同的听觉范围，例如狗能够感知介于10Hz至35kHz范围内的声音，而蝙蝠甚至可以感知介于100Hz至100kHz范围内的声音。
声音可以作为纵波通过空气、水或固体等介质传播。声源在周围介质中产生振动。当声源继续使介质振动时，振动以声速远离声源传播，从而形成声波。声压是给定介质中的平均局部压力与声波压力之间的差。尽管可以使用单位Pa，但通常使用对数单位dB。对于单位dB，使用参考声压。标准ANSI S1.1-1994中定义的常用参考声压在空气中为20μPa，而在水中为1μPa。对于本申请，所述参考值通常分别是水或空气的参考值。
如前所述，噪声是不需要的声音。对于人类和动物来说，它通常被感知为不愉快。噪声与所需要的声音无法直接区分，因为两者都与通过空气或水等介质的振动有关。然而，在当前情况下，例如当考虑管道时，任何声音都可能被认为是不需要的，因此被认为是噪声。噪声通常可以在一定频率范围内分布。声学噪声是声学领域中的任何声音，无论是故意的还是偶然的；在本案中主要是无意的。
由于暴露于噪声与多种负面健康结果相关联，因此目标是降低噪声，尤其在流体管道中。噪声与听力损失、高血压、缺血性心脏病、睡眠障碍、受伤、表现下降、烦恼、精神疾病以及对社会心理健康的影响相关联。因此，噪声暴露越来越被认为是公共卫生问题，特别是在职业环境中。
可以使用耳塞等，但它们在中频和高频时的声音降低有限。同样，可以使用与环境的被动声音隔离，诸如耳机，但这些功能在较低(低音)声音范围内效果最好，而在较高范围内主动声音降低方面受到限制。
可以依赖一些现有技术。US2021/092532A1叙述了一种耳道内助听器、一对所述助听器以及所述助听器的用途。这种助听器旨在改善听力或助听。它通常涉及能够变换声音的电声装置，从而降低噪声并且通常放大音频频谱的某些部分。此外，助听器等可以改善声音的方向感。US4044203A叙述了沿着管道传播穿过包含在管道中的流体的声波，该声波通过从沿着管道间隔开的声源阵列产生声波而衰减。每个源产生在相对方向上传播的两个波；与不需要的波在相同上方向行进的那些波一起提供对不需要的波产生破坏性干扰的合力，而在相对方向上行进的那些波一起提供可忽略不计的合力。源阵列可以响应于检测到不需要的波来操作。US5382134A叙述了一种用于飞机发动机主动噪声消除系统的噪声源，其中，噪声辐射元件的谐振频率被调谐以允许在宽频率范围内消除噪声。噪声辐射元件的谐振频率通过接触噪声辐射元件的多个力传递机构来调谐。每个力传递机构包括可膨胀元件和弹簧，所述弹簧与噪声辐射元件接触，使得元件的激励改变施加至噪声辐射元件的弹簧力。这些元件由控制器致动，该控制器接收与噪声辐射元件的位移成比例的信号和对应于发动机风扇的叶片通过频率的信号的输入。作为响应，控制器确定被发送至元件的控制信号并且导致被施加至噪声辐射元件的弹簧力改变。力传递机构可以被布置成在噪声辐射元件中产生弯曲或线性刚度变化。
本发明具体涉及一种改进的主动声音消除系统及其各个方面，该系统克服了上述缺点中的一个或多个，而不损害功能和优点。
发明内容
本发明在第一方面中涉及一种主动声音消除系统，该主动声音消除系统可以被视为多输入多输出系统，在第二方面中涉及一种包括这种主动声音消除系统的开放式流体管道，诸如空气管道，并且在第三方面中涉及一种包括用于操作这种主动声音消除系统的指令的主动声音消除计算机程序。所述主动声音消除系统显著降低了噪声。与例如耳机和耳塞相比，本发明的主动声音消除系统在整个频率范围内提供更好的声音降低(参见例如图6)。
用于开放式流体管道的本发明主动声音消除系统包括载体，所述载体包括：至少一个固定器，用于将所述载体固定至所述管道；ns x ms个音频传感器和na x ma个音频致动器的至少一个轴向阵列，其中，在布置在阵列中的传感器和/或致动器的此情况下，所述阵列通常是规则或不规则的二维图案(在在x方向和y方向上)，因此存在多个输入(传感器)和多个输出(致动器)，其中，传感器和致动器通常分布在空间中，例如遍及所述管道的纵向轴线，并且其中，对于传感器和致动器，术语“音频”可以包括超声域的至少一部分，其中，各自单独地，na,s 2并且ma,s 1，其中，ns个传感器和na个致动器平行于所述管道的轴线，具体地其中，na,s[3,210]，更具体地，na,s[4,28]，甚至更具体地，na,s[6,26]，诸如na,s[8,24]，并且其中，ma,s[2,26]，更具体地，ma,s[3,25]，甚至更具体地，ma,s[4,24]，诸如ma,s[6,8]，因此其中，大量传感器和致动器原则上是可能的，诸如取决于所述管道中的声音生成、所述管道的大小以及声压级，其中，所述致动器的功率或类似地压力级别可以适应于所述管道中的压力级别，因此设想更大和更小的致动器，其中，每个单独的致动器优选地沿着所述声音消除系统的水平轴线与至少一个单独的传感器相邻；至少一个声音消除控制器，其中，所述至少一个声音消除控制器被配置为从至少一个传感器阵列接收音频输入，被配置为处理所述音频输入，并且被配置为向所述至少一个致动器阵列提供输出，其中，所述输出激活所述致动器以降低10Hz至100kHz的频域中的声音，其中，所述至少一个声音消除控制器优选地是可适应的。所述水平轴线可以被认为是声音传播的主轴线。通常，传感器和致动器可以成对提供，诸如图2b所示，但也可以考虑传感器/致动器/传感器的三元组，等等。认为在100kHz以上，大多数动物和人类都无法感知声音，因此不需要直接消除声音。本发明的声音消除提供了多功能性，例如考虑到以下方面：单个或多个阵列元件的可能配置、一系列可能的应用、管道系统的一系列可能的配置、在流体流动方向上的管道中的应用、或在静止流体中不存在流动的情况下，通常在各个点(诸如管道中的出口、入口、分支和任意点)处进行良好的控制。考虑到提供降低和大范围的频率降低方面的性能改进，具体地通过本发明系统的多输入多输出，以及考虑到鲁棒性，对流体性质的变化具有更大的容忍度，提供了对流体特性(例如密度和温度)变化的更大容忍度以及对系统组件和ANC组件(管道组件和阵列)的位置的容忍度。在使用过去实践精心设计的示例125mm系统中，MIMO解决方案可提供至少6dBSPL改进，并且对于使用先前技术的未优化解决方案，更典型地提供10dB甚至20dB SPL改进。下一步已经达到了22dB，而现在已经达到了40dB。与现有技术相比，发现这已经是对管道直径的10％的放置变化的敏感性，当管道和阵列元件与设计位置相比变化管道直径的50％至100％时，会产生潜在显著影响。目前的MIMO方法将布局敏感性降低了至少2倍，更典型地5倍。间接的益处是降低实现噪声性能的成本和减小系统尺寸，例如可以在不增加噪声的情况下增加气流。效率、执行力、可观测性和可控性也得到提高。第一致动器的声音消除中的缺陷也可以由后续传感器观测到，并且至少部分地由后续致动器或反馈来校正以校正相同的致动器。尽管本发明主动声音消除系统特别适合在声学上开放的管道中使用，但它也适合在声学上半开放或部分开放的管道及其组合中使用。
关于管道，注意到以下非限制性陈述。管道可以具有分支并且通常可以具有多个开口和封闭端并且可以包括半封闭端。它们沿着管道长度可能是不规则的。它们可能具有不规则的横截面和截面之间不规则的3D过渡。管道可以是不规则3D形状之间的一系列过渡(如在耳道中)。开口远大于平均直径的圆锥形或喇叭形结构也被视为管道。噪声降低目标可以是最小化单个点的噪声，也可以是最小化跨体积分布的多个点的噪声。根据应用，噪声干扰可能是内部的或外部的。噪声干扰通常可能有多个来源(特别是如果干扰位于管道系统外部)。
示例涉及例如耳道，其中，干扰可能与外部声音有关。声音降低涉及端点(鼓膜)或近端点(与鼓膜相邻的耳道体积)降低，通常为了最有效的声音降低而优化和/或最大化。或者涉及通风管道，其中，来自风扇、阀门、气流声效应、气流振动效应的内部干扰。外部干扰可能来自通过终端点的耦合声音(例如：来自相邻房间的声音)。声音降低的目的是降低噪声。或者涉及排气或进气系统，其中，存在来自机械和气流的内部干扰。外部干扰来自孔口处的气流。孔口处的噪声最小化。
本发明人使用轴向阵列。通常，轴向遵循与所实现的噪声消除应用相关的声音传播方向。管道和声音都不被限制在直线上——声音将沿着管道传播。形成阵列的声音元件通常沿着此声音路径在空间上分离。所述声音元件本身可以位于以该轴向距离正交的平面上的任何位置。它们还可以与正交平面不同，以考虑该区域的管道几何形状、优化声音延迟或简化安装或固定。轴向路径可以是管道的一侧或中心轴线或与这些路径对准并且位于声音干扰源与噪声控制点或区域之间的任何其他路径。可以优化阵列中元件的灵敏度以覆盖特定的频率范围，从而克服实际的设计问题，诸如可观测性和可控性、系统非线性的不需要的放大、根据横截面积定制的装置放置。对于SPL的dB，低频单元往往较大，从而需要更大的体积，而高频单元较小，从而需要较小的体积；并且具有所需的模型精度。选择更多的高频致动器和更少的低频致动器以有效地覆盖广泛的频谱。
轴向位置处的(阵列的)每个声音感测元件可以由一个或多个麦克风(声压检测器)组成。这些麦克风可以用于提供高阶模式(特别是在管道中)的感测数据，以提供多个麦克风的平均值(以降低对高阶模式的灵敏度)并且检测声音的方向。它们还可以服务于特定的控制器相关目的，以确保因果关系或提供本地反馈。
可以在分布在正交或非正交平面上方的标称轴向位置处提供多个麦克风，从而提供跨平面的平均声压的选项，这对于降低系统对高阶声学模式的敏感度可能是有用的。
可以使用因果麦克风，它们也可以与致动器阵列元件相关联。因果麦克风与扬声器相关联，并且在轴向方向上放置在致动器前面，朝向声音干扰。理想情况下，所述麦克风尽可能靠近所述扬声器放置，同时仍确保传感器输入的变化可以直接导致致动器输出的变化。声音从麦克风传播至扬声器所需的时间比控制器对所述麦克风做出反应并且更改扬声器输出所需的时间要长。系统采样率占主导地位，其次是滤波器延迟。也可以使用致动器反馈麦克风。与致动器紧密耦合的本地传感器提供有用的反馈数据以使致动器输出线性化。示例可以是声学传感器、位置传感器、通量传感器、电容传感器等。也可以使用定向麦克风。它们可以用于实现上述麦克风中的通用麦克风、因果麦克风和本地反馈麦克风。对于声音方向，单个阵列元件可以由沿轴向(和正交平面)间隔开并且间隔与系统采样率相关的距离的至少两个麦克风组成。尽管轴向分离，但它们的组合功能是由它们的轴向位置和它们之间的轴向距离决定的。
在本发明中可以使用换能器。换能器可以是动圈、平衡电枢、压电效应、MEMS、静电、热声等。轴向位置处的致动器元件(通常)可以使用m个致动器的阵列来实现，例如就像在单个封装中包含3x2阵列的XMEM一样。m个单元的阵列还可以被配置为横跨与轴向方向正交的平面或偏离正交平面，以考虑局部结构、固定和声学定相优化。
m个致动器阵列可能有助于正确地覆盖多个换能器的频率范围(低频、中频、高频)，并且有助于对抗高阶声学模式(特别是在HVAC管道中)。
阵列中的不同位置处的致动器可以覆盖不同的频率。致动器元件可以包括实用的附加传感器(因果麦克风或本地反馈麦克风)。致动器可以是定向的或全向的。致动器的示例是全向球形致动器(压电球体)、带后部体积的定向动圈、带后部体积的MEMS以及不带后部体积的(石墨烯)热声器。
本发明的至少一个声音消除控制器可以包括计算机指令或算法。基本控制器实现方式的目的可能是确保反馈路径被足够准确地建模，以最小化反馈控制的要求。这可以通过开发与实际反馈路径相匹配的内部模型来实现。当内部模型与反馈路径完全匹配时，仅需要前馈控制即可实现高性能。在前馈模式中，控制本质上是稳定的，可以最小化控制工作量，从而减少控制动作和增加电池寿命，并且可以最小化计算资源。所述算法可以可选地被实现为具有计算优势的状态空间系统。所述算法中的矩阵平移和旋转最小化运行所述算法所需的计算能力。元件的阵列分布观测和后续控制操作。这克服了声学可观测性和可控性问题，在特定频率下提供非线性增益，并且克服了致动器尺寸限制和致动器声压级限制。有时可能需要校准，例如在设计过程中、在更改组件或放置(包括插入耳戴设备)之后，以跟踪环境影响并且跟踪组件和系统在整个生命周期内的漂移。校准过程可以被自适应过程取代。自适应过程可以用于优化性能，诸如其方式为更新反馈路径；优化的反馈路径将消除对反馈控制的需要，并且显著减少控制工作量，从而保持电池寿命；其方式为更新前向路径模型来提高性能；并且目的是考虑神经声学而提供另一个级别的个性化。
应当注意，术语“致动器”与“换能器”可以互换使用。认为换能器并不总是致动器，而致动器始终是换能器，因此这些术语不能完全互换。换能器被认为传输或转换能量，而致动器被配置为移动物体。同样，扬声器被认为是将电能转换为声能；它使空气振动但不移动空气。致动器还将电能转换为动能，并且将移动阀门。
在第二方面中，本发明涉及一种包括根据本发明的主动声音消除系统的开放式流体管道，其中，所述流体管道优选地为空气管道，具体地选自以下各项：通风管道；泵；加热装置；冷却装置；窗户；排气装置；船的电机；重型发动机的电机；内燃吸气式发动机，诸如内燃吸气式喷气发动机；喷气发动机，诸如涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、冲压发动机和脉冲喷射器；以及管线。所述开放管道至少没有完全阻塞，并且通常遍及所述管道的横截面大部分或完全开放，因此开放。流体可以基本上不受阻碍地通过。另一方面，从声学角度，未阻塞的末端可被认为在声学上不是开放的，因为虽然空气可以流动，但所述末端通常具有挡板或部分阻塞(有时用于限制/平衡流动，有时用于重新引导流动)。这些在声学上部分地具有阻塞性，因此可以被认为在声学上不完全开放。
在第三方面中，本发明涉及一种主动声音消除计算机程序，包括用于操作根据本发明的主动声音消除系统的指令，所述指令使计算机执行以下步骤：激活所述至少一个传感器；从所述至少一个传感器接收输入，所述输入包括声谱信息和声压信息；激活所述至少一个致动器，由此对于至少一个声音频率降低所述管道中的声压。
由此，本发明提供了一种针对一个或多个上述问题的解决方案。
在整个说明书中详细描述了本说明书的优点。对附图的参考不是限制性的，并且仅旨在指导本领域技术人员了解本发明的细节。
具体实施方式
在示例性实施例中，本发明主动声音消除可以包括以下各项中的至少一者：时钟，在1Hz至10GHz、优选地5MHz至100MHz、更优选地10MHz至50MHz、甚至更优选地15MHz至25MHz的频率下工作；至少一个低延迟高分辨率Σ–Δ模数转换器(ADC)，诸如1至64个ADC转换器，具体地2至16个转换器，它们用于提供单比特或多比特输出流，诸如2至8比特输出流；至少一个ADC模拟输入，优选地每ADC一个输入；至少一个ADC数字输出，至少一个输出与数字环路滤波器电连接；至少一个数字环路滤波器，与至少一个ADC数字连接，具有至少一个数字输出，至少一个数字环路滤波器优选地在时域中操作；至少一个脉冲宽度调制(PWM)控制器，用于从数字环路滤波器接收数字输出并且提供PWM输出，其中，控制器是可编程且可适应的；其中，使用中的ADC延迟优选地是一个时钟周期，并且其中，声音消除控制器选自以下各项：集成电路；人工智能单元，具体是可训练且可适应的人工智能单元；以及嵌入式软件。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，至少一个音频传感器能够接收频率为5Hz至100000Hz或所述范围的至少部分(诸如考虑到某一应用，范围内的特定部分)的音频信号。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，至少一个致动器和至少一个换能器能够提供频率为5Hz至100000Hz或所述范围的至少部分(诸如考虑到某一应用，所述范围内的特定部分)的音频信号。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，至少一个传感器各自单独地被配置为以100Hz至100MHz、具体地1kHz至1MHz、更具体地5kHz至500kHz的采样频率进行采样。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，每个传感器单独地包括至少一个场效应晶体管。FET可被视为传感器信号调节的一部分。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，一系列ns和/或ms个传感器在功能上串联连接。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，至少一个致动器各自单独地被配置为以1kHz至500kHz、具体地10kHz至100kHz的消除频率提供主动声音消除。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，至少一个致动器各自单独地被配置为提供20dB至150dB、具体地30dB至120dB的声压。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，在一行n个致动器中，致动器被配置为在给定频率下同相，从而产生更高的功率。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，至少一个传感器和至少一个致动器各自单独地是换能器，具体地同一换能器。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，换能器选自MEMS、动圈、永磁体换能器、平衡电枢换能器、热声装置和压电元件。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，在轴向阵列中，各自单独地，每个阵列元件分别设置有传感器和致动器，或其中，在轴向阵列中，各自单独地，50％至99％的阵列元件，具体地80％至95％的阵列元件，分别设置有传感器和致动器，诸如以不对称方式设置。由此，阵列可以分别大部分或几乎全部填充有传感器和致动器。
在示例性实施例中，本发明主动声音消除可以包括2至10个轴向阵列。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，轴向阵列至少部分地沿着水平轴线设置。
在本发明主动声音消除中，在纵向方向上，至少一个传感器与至少一个致动器各自单独地间隔开。取决于直径大小，所述相对间距可以变化。对于某些直径，所述间距可以多达直径的十倍，具体地考虑到噪声消除；然而，间隔开的距离具体地是管道直径的1％至25％，更具体地管道直径的2％至10％，例如0.1cm至50cm。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，每个单独的传感器被耦合以激活单独的致动器，或其中，每个单独的传感器被耦合以激活多于一个单独的致动器，诸如三全致动器。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，固定器为至少一个翅片。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，每个致动器单独地被配置为提供垂直于系统的纵向轴线因此横跨管道的直径的声压、平行于系统的纵向轴线的声压或其组合。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，第n+1传感器沿着第n致动器的声音消除系统的水平轴线相邻地定位。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，系统包括主前馈路径和反馈路径中的至少一者，以用于消音，前馈路径从声音整形器接收输出并且向第二加法器提供输入，声音整形器优选地被配置为对声波的传播、声音的相位和频率进行整形，具体地在噪声过滤之后，更具体地在高于100kHz的噪声过滤之后，反馈路径从至少一个声音消除控制器输出接收输出并且向至少一个第一加法器提供输入，具体地每传感器提供一个。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，系统包括分别从反馈路径接收输入的第一加法器和参考路径中的至少一者，其中，第一加法器向至少一个声音消除控制器的第一减法器提供输入，其中，至少一个声音消除控制器包括前馈声音消除控制器，前馈声音消除控制器从第一减法器接收输入并且向环路整形滤波器提供输出，环路整形滤波器向声音消除控制器输出和声音消除控制器反馈路径中的估计器提供输入，声音消除控制器反馈路径向第一减法器提供输入以从第一加法器减去，具体地每传感器减去一个。
在本发明主动声音消除的示例性实施例中，系统还包括辅路径中的至少一个，辅路径从声音消除控制器输出接收输入并且向第二加法器提供输出，第二加法器可选地向误差传感器提供输出，具体地每传感器提供一个。
在包括主动声音消除系统的本发明开放式流体管道的示例性实施例中，主动声音消除系统的前表面面积为管道的横截面积的2％至50％或75％，具体地管道的横截面积的5％至20％，更具体地管道的横截面积的7％至10％。
在示例性实施例中，本发明主动声音消除计算机程序可以包括用于执行以下操作的指令：同时激活两个或两个以上传感器、具体地同时激活4至nsxms个传感器。
在示例性实施例中，本发明主动声音消除计算机程序可以包括用于执行以下操作的指令：同时激活两个或两个以上致动器、具体地同时激活4至naxma个致动器[多输入多输出]。
在示例性实施例中，本发明主动声音消除计算机程序可以包括用于执行以下操作的指令：测量遍及管道的声压，具体地测量遍及管道的纵向轴线和/或遍及管道的横截面积的声压。
在示例性实施例中，本发明的主动声音消除计算机程序可以包括用于执行以下操作的指令：将离开管道的声压减小>20dB，具体地>25dB，更具体地>30dB，诸如对于至少一个频率，具体地对于2至20个频率，减小>40dB。这可能取决于初始声级，因为较低的声级可能更难以降低。
在示例性实施例中，本发明主动声音消除计算机程序可以包括用于执行以下操作的指令：计算和/或预测遍及管道的纵向轴线和/或遍及管道的横截面积的声压。
在示例性实施例中，本发明主动声音消除计算机程序可以包括用于执行以下操作的指令：前馈激活至少一个致动器。
在示例性实施例中，本发明主动声音消除计算机程序可以包括用于执行以下操作的指令：包括用于基于第n传感器的输入通过第n传感器激活第n+1致动器。
本发明通过附图和实施例进一步详述，附图和实施例本质上是示例性和解释性的并且不限制本发明的范围。对于本领域技术人员可能显而易见的是，涵盖在由本权利要求限定的保护范围内的许多变体，无论它们是否明显。
附图说明
图1、图2a至图2c、图3a至图3b、图4至图6、图7a至图7e和图8示出了技术特征的细节。
附图详细说明
在附图中：
1声音消除系统
10载体
11固定器
12阵列
13传感器
14致动器
20声音消除控制器
图1示出了实验设置，其中，确定了从致动器和干扰致动器至所有参考传感器和误差传感器的所有路径，每次一个致动器。其他致动器是被关断的。这些路径对应于图1中的G、H、P、X。
图2a示出了现有技术的单输入单输出设置的示意图。图2b示出了本发明多输入多输出系统的示意图。图2c示出了现有技术的单输入单输出设置的示意图。
图3a至图3b示出了具有4个传感器和致动器(相应编号)以及图3a中的管道的示例性MIMO系统，其中，仅出于可见性而部分并入了MIMO系统。
图4分别示出了4226Hz和可能的参考传感器位置A、B处的寄生模态振型的声压级(dB)的仿真。在该图中，仅致动器2处于活动状态。
图5示出了现有技术系统(SISO)、本发明系统(“阵列”)的最佳性能设置与空设置和两个无源设置的性能比较。
图6示出了本发明系统与耳塞和耳机相比的噪声降低。
图7A至图7E和图8示出实验结果。
附图在描述中被进一步详述。
尽管在详细的解释性上下文中描述了本发明，但是可以结合附图来最好地理解本发明。
实验结果
实验结果是C.Jansen的标题为“使用分布式扬声器和麦克风阵列在通风管道中进行主动噪声控制(ACTIVE NOISE CONTROL IN VENTILATION DUCTS USING A DISTRIBUTEDLOUDSPEAKER AND MICROPHONE ARRAY)”的硕士论文项目的结果，该项目的禁止期截止至2021年6月17日，该文献及其内容为通过引用并入本文。
声音消除器(声音消除系统)的设计考虑到以下性能目标：在其预期带宽内，它应仅耦合至平面波，最大限度地减少从致动器至参考传感器的声学反馈，对于典型的住宅应用具有足够的输出能力，使其致动器和参考传感器保持在其线性范围内，在与致动器或参考传感器相关的传递函数中不具有共振或阻尼良好，安装在直径125mm管道内，并且不具有被动阻尼材料。希望将带宽扩展至尽可能高的频率。最初，任意选择四个元件的阵列长度。后来，由于计算限制，只能使用三个参考传感器和致动器。使用COMSOL Multiphysics进行仿真以优化几何结构。声音消除器的成品示意图如图3a至图3b所示。每个相同的元件包含一个Tymphany 830970扬声器(致动器)和并联连接的具有20-8k Hz 1dB平坦频率响应的三个Kingstate KECG2742TBL-A麦克风(一起形成参考传感器)。尺寸保持尽可能小，直径为65mm，长度为53mm，内部体积为0.09L，内部填充有少量聚酯棉。致动器(通常是扬声器)根据扫描体积和紧凑尺寸进行选择，并且在安装后具有约260Hz的共振频率。它们由CalibreCA75.4汽车音频放大器驱动。与相邻元件的致动器相对的外壳壁具有圆锥形形状，同时在致动器膜片的中心处遵循圆顶形状，以增加气隙的寄生谐振的频率。
作为示例，研究了当致动器2处于活动状态并且其他致动器关闭时的模态振型。所得模态振型在图4中示出，并且已使用消声管道终端进行了仿真。
确定了从致动器和干扰致动器至所有参考传感器和误差传感器的所有路径，每次一个致动器。其他致动器是被关断的。这些路径对应于图1中的G、H、P、X。所研究的致动器被馈送粉红噪声信号，同时测量该信号以及所有参考和误差传感器信号。在已使系统稳定两秒后，捕获十秒的信号。然后使用最小均方拟合对FIR滤波器进行拟合，以最小化输出信号与滤波输入信号之间的差。干扰信号和误差传感器仅仅是实验装置的一部分，而不是本声音消除系统的一部分。
控制器结构是前馈的，并且消除反馈。控制器和相关声学路径的示意图在图1中示出。灰色区域表示Micro-LabBox中的数字信号处理，其代码由Simulink生成。它们是：前馈控制器C、环路整形滤波器F、反馈路径估计Gest和噪声整形滤波器R。灰色区域之外的块表示机电路径，它们都按以下顺序包括：数模转换、放大器、扬声器、声学路径、麦克风、麦克风前置放大器、模数转换和1Hz离散二阶巴特沃斯高通滤波器。它们是声学反馈路径G、辅路径H、主路径P和参考路径X。应当注意，MicroLabBox的所有输入和输出是发送至致动器和来自传感器的信号。因此，参考路径X不仅包含从声场至参考信号的路径，而且包含从干扰致动器信号至声场的路径。
由于实验设置中的处理能力的限制，该阵列仅使用致动器2至4和参考传感器1至3。选择这些致动器和参考传感器是为了最大限度地延长参考传感器与致动器之间的时间间隔。滤波长度无法缩短，因为它们描述的真实路径的脉冲响应需要一些时间来衰减。SISO系统使用致动器4和参考传感器1。选择这些致动器和参考传感器是因为这会导致与阵列相同的最大时间领先，并且因为预期它们之间的一致性良好，因为与其他致动器–参考传感器对相比，声学反馈路径具有平滑的传递函数。
稳定性鲁棒性由从致动器至参考传感器的声学反馈引起的反馈路径决定。声学反馈无法完全消除，留下的残余可能导致不稳定。反馈估计的不完善可能有多种原因，例如温度或空气速度的变化。
通过尝试在所有频率下将所有单独的反馈路径CF(G—Gest)的增益保持在1以下来追求鲁棒性。这是通过以下方式实现的。假设工作量加权导致C具有平坦的幅度响应，其水平取决于工作量加权的量。因此F(G—Gest)也必须具有平坦的幅度响应。首先，估计从致动器到参考传感器的传递函数G—Gest，包括不完美的反馈消除。然后，对于每个致动器，选择参考传感器的最差传递函数。设计了长度为801个抽头、具有反幅度响应和最小相位行为的FIR滤波器F，并且将其添加至相关致动器。其传递函数是G—Gest乘以期望的开环响应的倒数。为了避免补偿频率响应中的窄带陷波，F被取为此倒数和平滑倒数的最小值。通过将Fatf<300Hz的增益限制为一阶高通滤波器的增益，可以限制低频致动器过载。所得滤波器被设为最小相位。性能鲁棒性还取决于噪声增益。噪声是由湍流和麦克风内部的电路产生的。
已使用125mm直径的钢螺旋管道系统。不考虑气流，空气处于室温。干扰信号由安装在T形接头的中心腿上的Tang Band W2-2040s扬声器产生。扬声器外壳与管道壁之间的空腔填充有三聚氰胺泡沫。接头的一侧是111cm长的直管道，包含声音消除器并且以出口终止。另一侧有消声终端，由150cm长的直管道制成并且末端封闭，松散地填充有聚酯棉。出口并联地具有三个麦克风来捕捉残余信号，从而共同构成误差传感器。为了计算噪声整形滤波器R，出口被150cm长的具有封闭端的另一个直管道取代。两个直管道都松散地填充有聚酯棉，以使它们看起来像消声终端。移除声音消除器，并且在管道顶部与底部之间的中间位置，在第一竖直模态的节点处，并且在第一轴对称模态的节点处距离侧壁39mm，将单个麦克风放置在管道内部。麦克风不在管道侧壁之间的第一横向模态的节点处，这不是问题，因为此模态由于对称性而未被激发。
结论
通过在更宽频率范围内耦合至声场并且避免控制器在某些频率下具有大增益的必要性，三个参考传感器和三个致动器的阵列具有比SISO系统更大的插入损耗。此实验的优点归因于对参考传感器的布置，而设置的结果不适合得出关于致动器排列的结论。在工作量加权参数/3的值相同时，阵列的性能与SISO系统类似。该阵列比SISO系统获得更高的插入损耗，因为可以应用更多工作量加权，而系统不会变得不稳定。阵列的最大插入损耗为6.7dB(A)，而SISO系统的最大插入损耗为3.9dB(A)，从而产生2.8dB(A)的差，并且该阵列还具有残差更加均匀光谱的额外优点。对于将参考传感器和致动器移动3cm的特定干扰，性能鲁棒性是类似的。
其他示例
应当注意，两种现象被认为影响管道式有源噪声消除系统的设计且并被解释。当前所涵盖的阵列方法管理这两种效果。对于非线性，还列出了其他非阵列技术。
可观测性和可控性
声学可观测性和可控性问题被认为是管道和单个麦克风的基本属性，如果存在不需要的干扰，则扬声器通常无法检测和/或校正特定频率。战略性放置的元件的当前阵列克服了这一基本限制。
非线性
非线性在实际系统中被认为是不可避免的，并且可能起源于任何域并且传播至其他域。动圈致动器(扬声器)在较低频率下容易出现非声学非线性。应当注意，在管道系统中，非线性在特定频率下被显著放大，并且显著影响噪声消除性能。
可观测性和可控性
参考图7A至图7E(示出了SISO系统的传递函数(Prim、Sec1为致动器；Ref1和err为麦克风)。
图7E示出了3条前向路径和1条反馈路径
-前馈：干扰源(Prim)至优化点(Err)(图7A)
-前馈：音频控制器扬声器(Sec1)在中心产生抗噪声至优化点(Err)(图7B)
-前馈：传感麦克风的干扰源(Prim至Ref1)(图7C)
-反馈：音频控制器扬声器(Sec1)至感应麦克风(Ref1)(图7D)
图7A至图7D这四个图示出了每个路径的传递函数。
管道的自然特性：
图7A示出了干扰端处的具有封闭接收器端(如在耳道中)的开放管道的干扰至误差路径的典型传递函数。
可控性问题：图7B示出了Sec1到Err的传递函数。注意322Hz处的零值。扬声器Sec1在Err麦克风处控制此频率的能力有限。控制器可以正确地驱动扬声器以生成所需的校正信号，但传递函数显示Err麦克风处的反声音的幅度将很低并且无法消除该频率下的干扰。
可观测性问题：图7C示出了从prim至ref1麦克风的传递函数。此实验配置在178、546、987Hz下存在三个零值。这些频率下的任何频率分量在参考麦克风处都会显著衰减。它们无法被麦克风检测(观测)到。这会阻止控制器采取纠正措施——它根本看不到问题。
可观测性和可控性灵敏度是单元件系统的基础。使用具有足够元件的传感器和致动器的现有阵列可以正确地观测和控制整个频率范围。
非线性
扬声器在此实验数据中产生非线性。在低频下，致动器生成在自由空间中1m处测量的实线曲线。当同一换能器放置在管道中时，能量不再消散，因为它包含在管道中，从而导致更高的声压级。临界频率下的谐波含量会被管道不成比例地放大(灵敏度位于管道特征频率处——参见上面的Prim至Err传递函数)。
考虑自由空间中的56Hz源数据。5次谐波频率为280Hz，并且在比基波低约50dB时相对不明显。相同的频率在管道系统中产生280Hz的最大分量(虚线)。现在仅比基波低约20dB，如果干扰包含56Hz，则会显著影响整体噪声消除性能。
在单致动器系统中，必须使用质量更高、失真度更低的装置以避免产生非线性。致动器可能更大且更昂贵。在高SPL下实现高性能仍然具有挑战性。
在本发明的基于阵列的系统中，特定致动器被配置为避免在产生高失真的频率下操作，从而允许更低成本的组件而不影响性能。替代地，本地反馈控制线性化(减少)失真，或者预补偿(或有时后补偿)减少失真。
应当理解，对于商业应用，可能优选地使用本发明系统的一种或多种变型，它们与本申请中公开的变型类似并且处于本发明的精神之内。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于开放式流体管道的主动声音消除系统，包括：
载体，所述载体包括：
至少一个固定器，用于将所述载体固定至所述管道；
ns x ms个音频传感器和na x ma个音频致动器的至少一个轴向阵列，其中，各自单独地，na,s≥2并且ma,s≥1，其中，ns个传感器和na个致动器平行于所述管道的轴线，具体地其中，na,s∈[3,210]，更具体地，na,s∈[4,28]，甚至更具体地，na,s∈[6,26]，诸如na,s∈[8,24]，并且其中，ma,s∈[2,26]，更具体地，ma,s∈[3,25]，甚至更具体地，ma,s∈[4,24]，诸如ma,s∈[6,8]；
至少一个声音消除控制器，其中，所述至少一个声音消除控制器被配置为从所述至少一个传感器阵列接收音频输入，被配置为处理所述音频输入，并且被配置为向所述至少一个致动器阵列提供输出，其中，所述输出激活所述致动器以降低10Hz至100kHz的频域中的声音，其中，所述至少一个声音消除控制器优选地是可适应的，
其特征在于
在纵向方向上，至少一个传感器与至少一个致动器各自单独地间隔开，具体地间隔开管道直径的1％至25％的距离。
2.根据权利要求1所述的主动声音消除系统，包括以下各项中的至少一者：
时钟，在1Hz至10GHz、优选地5MHz至100MHz、更优选地10MHz至50MHz、甚至更优选地15MHz至25MHz的频率下工作；
至少一个低延迟高分辨率Σ–Δ模数转换器(ADC)，用于提供单比特或多比特输出流，诸如2至8比特输出流；
至少一个ADC模拟输入，优选地每ADC一个输入；
至少一个ADC数字输出，至少一个输出与数字环路滤波器电连接；
至少一个数字环路滤波器，与至少一个ADC数字连接，具有至少一个数字输出，所述至少一个数字环路滤波器优选地在时域中操作；
至少一个脉冲宽度调制(PWM)控制器，用于从所述数字环路滤波器接收数字输出并且提供PWM输出，其中，所述控制器是可编程且可适应的；
其中，使用中的ADC延迟优选地是一个时钟周期，并且
其中，所述声音消除控制器选自以下各项：集成电路；人工智能单元，具体是可训练且可适应的人工智能单元；以及嵌入式软件。
3.根据权利要求1或2所述的主动声音消除系统，其中，所述至少一个音频传感器能够接收频率为5Hz至100000Hz的音频信号，并且/或者
其中，所述至少一个致动器和至少一个换能器能够提供频率为5Hz至100000Hz的音频信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述至少一个传感器各自单独地被配置为以100Hz至100MHz、具体地1kHz至1MHz、更具体地5kHz至500kHz的采样频率进行采样，并且/或者
其中，每个传感器单独地包括至少一个场效应晶体管，并且/或者
其中，一系列ns和/或ms个传感器串联连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述至少一个致动器各自单独地被配置为以1kHz至500kHz、具体地10kHz至100kHz的消除频率提供主动声音消除，并且/或者
其中，所述至少一个致动器各自单独地被配置为提供20dB至150dB、具体地30dB至120dB的声压，并且/或者
其中，在一行n个致动器中，所述致动器被配置为在给定频率下同相。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述至少一个传感器和所述至少一个致动器各自单独地是换能器，具体地同一换能器，并且/或者
其中，所述换能器选自MEMS、动圈、永磁体换能器、平衡电枢换能器和压电元件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的主动声音消除系统，其中，在轴向阵列中，各自单独地，每个阵列元件分别设置有传感器和致动器，或其中，在轴向阵列中，各自单独地，50％至99％的阵列元件，具体地80％至95％的阵列元件，分别设置有传感器和致动器，诸如以不对称方式设置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的主动声音消除系统，包括2至10个轴向阵列，并且/或者
其中，轴向阵列至少部分地沿着水平轴线设置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的主动声音消除系统，其中，在所述纵向方向上，所述至少一个传感器和所述至少一个致动器各自单独地间隔开管道直径的2％至10％的距离，诸如0.1cm至50cm，并且/或者
其中，每个单独的传感器被耦合以激活单独的致动器，或其中，每个单独的传感器被耦合以激活多于一个单独的致动器，诸如三全致动器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述固定器为至少一个翅片。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的主动声音消除系统，其中，每个致动器单独地被配置为提供垂直于所述系统的纵向轴线的声压、平行于所述系统的所述纵向轴线的声压或其组合。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的主动声音消除系统，其中，第n+1传感器沿着第n致动器的所述声音消除系统的水平轴线相邻地定位。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述系统包括主前馈路径和反馈路径中的至少一者，以用于消音，所述前馈路径从声音整形器接收输出并且向第二加法器提供输入，所述声音整形器优选地被配置为对声波的传播、声音的相位和频率进行整形，具体地在噪声过滤之后，更具体地在高于100kHz的噪声过滤之后，所述反馈路径从所述至少一个声音消除控制器输出接收输出并且向所述至少一个第一加法器提供输入，具体地每传感器提供一个。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述系统包括分别从所述反馈路径接收输入的第一加法器和参考路径中的至少一者，其中，所述第一加法器向所述至少一个声音消除控制器的第一减法器提供输入，其中，所述至少一个声音消除控制器包括前馈声音消除控制器，所述前馈声音消除控制器从所述第一减法器接收输入并且向环路整形滤波器提供输出，所述环路整形滤波器向所述声音消除控制器输出和声音消除控制器反馈路径中的估计器提供输入，所述声音消除控制器反馈路径向所述第一减法器提供输入以从所述第一加法器减去，具体地每传感器减去一个。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述系统还包括辅路径中的至少一个，所述辅路径从所述声音消除控制器输出接收输入并且向第二加法器提供输出，所述第二加法器可选地向误差传感器提供输出，具体地每传感器提供一个。
16.一种开放式流体管道，包括根据权利要求1至15中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述流体管道优选地为空气管道，具体地选自以下各项：通风管道；泵；加热装置；冷却装置；窗户；排气装置；船的电机；重型发动机的电机；内燃吸气式发动机，诸如内燃吸气式喷气发动机；喷气发动机，诸如涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、冲压发动机和脉冲喷射器；以及管线。
17.根据权利要求16所述的包括主动声音消除系统的开放式流体管道，其中，所述主动声音消除系统定位在所述管道的纵向轴线上，并且/或者
其中，所述主动声音消除系统定位在所述流体管道下游，具体地相对于所述管道的所述纵向轴线部分的长度定位在10％至40％的下游部分，并且/或者
其中，所述主动声音消除系统定位在所述流体管道中的接合处。
18.根据权利要求16或17所述的包括主动声音消除系统的开放式流体管道，其中，所述主动声音消除系统的前表面面积为所述管道的横截面积的2％至75％，具体地所述管道的所述横截面积的5％至20％，更具体地所述管道的所述横截面积的7％至10％。
19.一种主动声音消除计算机程序，包括用于操作根据权利要求1至15中任一项所述的主动声音消除系统的指令，所述指令使计算机执行以下步骤：
激活所述至少一个传感器；
从所述至少一个传感器接收输入，所述输入包括声谱信息和声压信息；
激活所述至少一个致动器，由此对于至少一个声音频率降低所述管道中的声压或离开所述管道。
20.根据权利要求19所述的主动声音消除计算机程序，包括用于执行以下操作的指令：
同时激活两个或两个以上传感器，具体地同时激活4至nsxms个传感器，并且/或者同时激活两个或两个以上致动器，具体地同时激活4至naxma个致动器。
21.根据权利要求19或20所述的主动声音消除计算机程序，包括用于执行以下操作的指令：
测量遍及所述管道的所述声压，具体地测量遍及所述管道的纵向轴线和/或遍及所述管道的横截面积的声压。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的主动声音消除计算机程序，包括用于执行以下操作的指令：
将离开所述管道的声压减小>20dB，具体地>25dB，更具体地>30dB，诸如对于至少一个频率，具体地对于2至20个频率，减小>40dB。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的主动声音消除计算机程序，包括用于计算和/或预测遍及所述管道的纵向轴线和/或遍及所述管道的横截面积的声压的指令。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的主动声音消除计算机程序，包括用于前馈激活至少一个致动器的指令。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的主动声音消除计算机程序，包括用于基于第n传感器的输入通过所述第n传感器激活第n+1致动器的指令。

Claims (25)

1.一种用于开放式流体管道的主动声音消除系统，包括：
载体，所述载体包括：
至少一个固定器，用于将所述载体固定至所述管道；
ns x ms个音频传感器和na x ma个音频致动器的至少一个轴向阵列，其中，各自单独地，na,s≥2并且ma,s≥1，其中，ns个传感器和na个致动器平行于所述管道的轴线，具体地其中，na,s∈[3,210]，更具体地，na,s∈[4,28]，甚至更具体地，na,s∈[6,26]，诸如na,s∈[8,24]，并且其中，ma,s∈[2,26]，更具体地，ma,s∈[3,25]，甚至更具体地，ma,s∈[4,24]，诸如ma,s∈[6,8]，其中，每个单独的致动器优选地沿着所述声音消除系统的水平轴线与至少一个单独的传感器相邻，其中，在纵向方向上，至少一个传感器与至少一个致动器各自单独地间隔开，具体地间隔开管道直径的1％至25％的距离；
至少一个声音消除控制器，其中，所述至少一个声音消除控制器被配置为从所述至少一个传感器阵列接收音频输入，被配置为处理所述音频输入，并且被配置为向所述至少一个致动器阵列提供输出，其中，所述输出激活所述致动器以降低10Hz至100kHz的频域中的声音，其中，所述至少一个声音消除控制器优选地是可适应的。
2.根据权利要求1所述的主动声音消除系统，包括以下各项中的至少一者：
时钟，在1Hz至10GHz、优选地5MHz至100MHz、更优选地10MHz至50MHz、甚至更优选地15MHz至25MHz的频率下工作；
至少一个低延迟高分辨率Σ–Δ模数转换器(ADC)，用于提供单比特或多比特输出流，诸如2至8比特输出流；
至少一个ADC模拟输入，优选地每ADC一个输入；
至少一个ADC数字输出，至少一个输出与数字环路滤波器电连接；
至少一个数字环路滤波器，与至少一个ADC数字连接，具有至少一个数字输出，所述至少一个数字环路滤波器优选地在时域中操作；
至少一个脉冲宽度调制(PWM)控制器，用于从所述数字环路滤波器接收数字输出并且提供PWM输出，其中，所述控制器是可编程且可适应的；
其中，使用中的ADC延迟优选地是一个时钟周期，并且
其中，所述声音消除控制器选自以下各项：集成电路；人工智能单元，具体是可训练且可适应的人工智能单元；以及嵌入式软件。
3.根据权利要求1或2所述的主动声音消除系统，其中，所述至少一个音频传感器能够接收频率为5Hz至100000Hz的音频信号，并且/或者
其中，所述至少一个致动器和至少一个换能器能够提供频率为5Hz至100000Hz的音频信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述至少一个传感器各自单独地被配置为以100Hz至100MHz、具体地1kHz至1MHz、更具体地5kHz至500kHz的采样频率进行采样，并且/或者
其中，每个传感器单独地包括至少一个场效应晶体管，并且/或者
其中，一系列ns和/或ms个传感器串联连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述至少一个致动器各自单独地被配置为以1kHz至500kHz、具体地10kHz至100kHz的消除频率提供主动声音消除，并且/或者
其中，所述至少一个致动器各自单独地被配置为提供20dB至150dB、具体地30dB至120dB的声压，并且/或者
其中，在一行n个致动器中，所述致动器被配置为在给定频率下同相。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述至少一个传感器和所述至少一个致动器各自单独地是换能器，具体地同一换能器，并且/或者
其中，所述换能器选自MEMS、动圈、永磁体换能器、平衡电枢换能器和压电元件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的主动声音消除系统，其中，在轴向阵列中，各自单独地，每个阵列元件分别设置有传感器和致动器，或其中，在轴向阵列中，各自单独地，50％至99％的阵列元件，具体地80％至95％的阵列元件，分别设置有传感器和致动器，诸如以不对称方式设置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的主动声音消除系统，包括2至10个轴向阵列，并且/或者
其中，轴向阵列至少部分地沿着水平轴线设置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的主动声音消除系统，其中，在所述纵向方向上，所述至少一个传感器和所述至少一个致动器各自单独地间隔开管道直径的2％至10％的距离，诸如0.1cm至50cm，并且/或者
其中，每个单独的传感器被耦合以激活单独的致动器，或其中，每个单独的传感器被耦合以激活多于一个单独的致动器，诸如三全致动器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述固定器为至少一个翅片。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的主动声音消除系统，其中，每个致动器单独地被配置为提供垂直于所述系统的纵向轴线的声压、平行于所述系统的所述纵向轴线的声压或其组合。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的主动声音消除系统，其中，第n+1传感器沿着第n致动器的所述声音消除系统的水平轴线相邻地定位。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述系统包括主前馈路径和反馈路径中的至少一者，以用于消音，所述前馈路径从声音整形器接收输出并且向第二加法器提供输入，所述声音整形器优选地被配置为对声波的传播、声音的相位和频率进行整形，具体地在噪声过滤之后，更具体地在高于100kHz的噪声过滤之后，所述反馈路径从所述至少一个声音消除控制器输出接收输出并且向所述至少一个第一加法器提供输入，具体地每传感器提供一个。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述系统包括分别从所述反馈路径接收输入的第一加法器和参考路径中的至少一者，其中，所述第一加法器向所述至少一个声音消除控制器的第一减法器提供输入，其中，所述至少一个声音消除控制器包括前馈声音消除控制器，所述前馈声音消除控制器从所述第一减法器接收输入并且向环路整形滤波器提供输出，所述环路整形滤波器向所述声音消除控制器输出和声音消除控制器反馈路径中的估计器提供输入，所述声音消除控制器反馈路径向所述第一减法器提供输入以从所述第一加法器减去，具体地每传感器减去一个。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述系统还包括辅路径中的至少一个，所述辅路径从所述声音消除控制器输出接收输入并且向第二加法器提供输出，所述第二加法器可选地向误差传感器提供输出，具体地每传感器提供一个。
16.一种开放式流体管道，包括根据权利要求1至15中任一项所述的主动声音消除系统，其中，所述流体管道优选地为空气管道，具体地选自以下各项：通风管道；泵；加热装置；冷却装置；窗户；排气装置；船的电机；重型发动机的电机；内燃吸气式发动机，诸如内燃吸气式喷气发动机；喷气发动机，诸如涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、冲压发动机和脉冲喷射器；以及管线。
17.根据权利要求16所述的包括主动声音消除系统的开放式流体管道，其中，所述主动声音消除系统定位在所述管道的纵向轴线上，并且/或者
其中，所述主动声音消除系统定位在所述流体管道下游，具体地相对于所述管道的所述纵向轴线部分的长度定位在10％至40％的下游部分，并且/或者
其中，所述主动声音消除系统定位在所述流体管道中的接合处。
18.根据权利要求16或17所述的包括主动声音消除系统的开放式流体管道，其中，所述主动声音消除系统的前表面面积为所述管道的横截面积的2％至75％，具体地所述管道的所述横截面积的5％至20％，更具体地所述管道的所述横截面积的7％至10％。
19.一种主动声音消除计算机程序，包括用于操作根据权利要求1至15中任一项所述的主动声音消除系统的指令，所述指令使计算机执行以下步骤：
激活所述至少一个传感器；
从所述至少一个传感器接收输入，所述输入包括声谱信息和声压信息；
激活所述至少一个致动器，由此对于至少一个声音频率降低所述管道中的声压。
20.根据权利要求19所述的主动声音消除计算机程序，包括用于执行以下操作的指令：
同时激活两个或两个以上传感器，具体地同时激活4至nsxms个传感器，并且/或者同时激活两个或两个以上致动器，具体地同时激活4至naxma个致动器。
21.根据权利要求19或20所述的主动声音消除计算机程序，包括用于执行以下操作的指令：
测量遍及所述管道的所述声压，具体地测量遍及所述管道的纵向轴线和/或遍及所述管道的横截面积的声压。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的主动声音消除计算机程序，包括用于执行以下操作的指令：
将离开所述管道的声压减小>20dB，具体地>25dB，更具体地>30dB，诸如对于至少一个频率，具体地对于2至20个频率，减小>40dB。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的主动声音消除计算机程序，包括用于计算和/或预测遍及所述管道的纵向轴线和/或遍及所述管道的横截面积的声压的指令。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的主动声音消除计算机程序，包括用于前馈激活至少一个致动器的指令。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的主动声音消除计算机程序，包括用于基于第n传感器的输入通过所述第n传感器激活第n+1致动器的指令。
CN202280053631.2A 2021-06-16 2022-06-16 用于开放式流体管道的主动声音消除系统 Pending CN117795592A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2028463 2021-06-16
NL2028463A NL2028463B1 (en) 2021-06-16 2021-06-16 Active sound-cancellation system for an open fluid-duct
PCT/NL2022/050341 WO2022265508A1 (en) 2021-06-16 2022-06-16 Active sound-cancellation system for an open fluid-duct

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117795592A true CN117795592A (zh) 2024-03-29

Family

ID=77711381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280053631.2A Pending CN117795592A (zh) 2021-06-16 2022-06-16 用于开放式流体管道的主动声音消除系统

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4356369A1 (zh)
CN (1) CN117795592A (zh)
NL (1) NL2028463B1 (zh)
WO (1) WO2022265508A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4044203A (en) * 1972-11-24 1977-08-23 National Research Development Corporation Active control of sound waves
US5382134A (en) * 1993-11-01 1995-01-17 General Electric Company Active noise control using noise source having adaptive resonant frequency tuning through stiffness variation
NL2018617B1 (en) * 2017-03-30 2018-10-10 Axign B V Intra ear canal hearing aid

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022265508A1 (en) 2022-12-22
NL2028463B1 (en) 2022-12-21
EP4356369A1 (en) 2024-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8855329B2 (en) Quiet fan incorporating active noise control (ANC)
JP2598483B2 (ja) 電子消音システム
JPH0526200B2 (zh)
Shen et al. Alternative switching hybrid ANC
EP3477630A1 (en) Active noise cancellation / engine order cancellation for vehicle exhaust system
Chen et al. Active noise control in a duct to cancel broadband noise
CN110246480A (zh) 利用对角化滤波器矩阵的主动噪声消除系统
Hansen Active noise control-from laboratory to industrial implementation
Rohlfing et al. Ventilation duct with concurrent acoustic feed-forward and decentralised structural feedback active control
US5255321A (en) Acoustic transducer for automotive noise cancellation
EP2721605A2 (en) System and method for attenuating noise from a fluid machine or a turbulent noise source
EP0817165B1 (en) Noise control device
CN117795592A (zh) 用于开放式流体管道的主动声音消除系统
Romeu et al. Active noise control in ducts in presence of standing waves. Its influence on feedback effect
Larsson Active control of noise in ventilation systems: Analysis and experiments
JP5641726B2 (ja) 能動型振動騒音制御装置
JP3446242B2 (ja) アクティブ消音装置
Gardonio et al. Modular feed-forward active noise control units for ventilation ducts
JPH0336897A (ja) 電子消音システム
JPH0574835B2 (zh)
Moazzam et al. Performance evaluation of different active noise control (ANC) algorithms for attenuating noise in a duct
JPS63311396A (ja) 電子消音システム
JP2786284B2 (ja) アクティブ・ノイズ・キャンセラー
Larsson Active Noise Control in Ventilation Systems: Practical Implementation Aspects
Pradhan Computationally efficient adaptive algorithms for active control systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination