CN205059605U - 主动降噪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种主动降噪系统，包括用于采集噪声源的声音信号的初级噪声采集单元、用于采集听众区的声音信号的次级噪声采集单元、用于发出抵消噪声源的声音信号的次级声源和用于处理初级噪声采集单元和次级噪声采集单元的声音信号的控制器，初级噪声采集单元安装于噪声源处或噪声源的噪声的传播通道上，次级噪声采集单元安装于听众区的靠近噪声源的一侧，次级声源安装于初级噪声采集单元和次级噪声采集单元之间，控制器分别与初级噪声采集单元、次级噪声采集单元和次级声源电连接，采用前馈降噪技术和反馈降噪技术相结合的方式，将两种降噪技术的优势进行集合，从而有效减小噪声污染。

Description

主动降噪系统

技术领域

本实用新型涉及降噪技术领域，具体而言，涉及一种主动降噪系统。

背景技术

目前，噪声污染成为很多技术发展的关键制约因素吗，噪声污染越来越受到人们重视，以列车为例。

随着列车速度的提升，很多在低速可以忽略的问题显得越来越明显，严重制约着列车速度的提高。普通列车的动态环境以机械、电气作用为主，而高速列车的动态环境以气动左右为主，由此带来的最大限制莫过于气动噪声。高速铁路发展的环保问题主要就是噪声问题，气动噪声与速度的六次方成正比，随着列车的速度增加，气动噪声成为主要来源。过大的气动噪声将产生环境污染，影响乘客的乘坐舒适度和铁路沿线人员的正常生活，严重的能使乘客产生头晕、耳鸣、呕吐等不良的生理反应。过大气动噪声还能引起列车设备和铁路沿线建筑物的疲劳损坏。高速列车的噪声超标已成为限制列车速度提升的主要因素，严重制约高速铁路的发展。

铁路噪声分为车外噪声和车内噪声。

铁路车外噪声主要由轮轨噪声、牵引噪声和气动噪声等组成。铁路噪声源决定于列车具体的运行形式，列车速度对噪声辐射有重要影响：在低速区主要以牵引噪声，轮轨噪声占一定比例。随着列车速度提高，轮轨噪声对总噪声贡献量超过牵引噪声，占主导地位，气动噪声占一定比例。随着列车速度的进一步提高，气动噪声逐渐增加，超过牵引噪声和轮轨噪声总量。

牵引噪声主要来源于牵引电机噪声、冷却系统的风扇等噪声。

轮轨噪声依赖于车轮和轨道表面的质量，可以分为三类：轮轨相互作用，激励车轮和铁轨振动，产生振动辐射，然后两者的振动辐射合成的滚动噪声；由于车轮或轨面不连续而产生的冲击噪声；过曲线时横向激励引起横向力产生摩擦而引起的啸叫噪声。

当列车速度大于250km/h后，车外波动的风速转化为波动的压力，这些压力使结构表面产生随时间变化的振动而引发的噪声称为气动噪声。气动噪声主要分布在：列车头部、尾部及车体表面由于紊流而产生的噪声；受电弓装置，车厢间的连接部位和百叶窗，转向架及空调装置在高速运动时，各种杆件引起的非稳态气流而在表面产生气动噪声。由于受电弓噪声和车底零部件噪声时对总噪声贡献最大的两个噪声源，因此高速列车通常采用低噪声受电弓和更有效、合适角度的噪声隔离板，在转向架两侧安装围板，并在其内侧进行有效的吸声处理。

铁路车内噪声是各种设备噪声和外部入射声的集成。设备噪声主要有空调、风机、空气压缩机、主变压器、主变流器等引起的噪声。外部入射声有轮轨噪声、气动噪声。此外，列车高速运行时，车外的脉动压力也是车内噪声的诱因。车身表面产生的巨大的脉动压力，通过门窗等部位的缝隙、孔隙直接传播到车内而产生的噪声。或者车身表面的脉动压力引起车身壁板、车窗等振动，以振动辐射形式传入车内而产生的噪声。前一种称为渗漏噪声，后一种称为穿透噪声。

当前列车降噪技术绝大部分都为被动降噪方式，通过优化列车零部件的形状和使用新材料等方式，通过吸声、消声来降低噪声。然而被动降噪方式只能在一定程度上降低噪声，随着列车速度的提升，气动噪声越来越来大，被动降噪方式难以消除气动噪声的影响。

1933年德国物理学家PaulLeug最先提出主动降噪方法，根据波的干涉原理，用一列声波和和原有的噪声声波发生干涉相消，其中两列声波的幅值、频率相同，同时相位差180°。目前在进行研究的主动降噪技术主要有前馈降噪、反馈降噪和多通道降噪。前馈降噪技术通过传感器采集噪声源处的信号，控制器再根据传感器采集的信号而发出一列与噪声特性相反的声音进行降噪，然而前馈降噪技术只采集噪声源处的噪声信号，未采集听众区的噪声信号，因而并不知道降噪的效果；反馈降噪技术通过传感器采集听众区的噪声信号，控制器根据传感器采集的信号而发出一列与噪声特性相反的声音进行降噪，然而反馈降噪只是根据听众区的噪声信号进行降噪，有一定的滞后性；多通道降噪技术系统过于复杂，成本过高，也影响它的应用。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种主动降噪系统，以解决现有技术中的噪声污染问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种主动降噪系统，包括用于采集噪声源的声音信号的初级噪声采集单元、用于采集听众区的声音信号的次级噪声采集单元、用于发出抵消噪声源的声音信号的次级声源和用于处理初级噪声采集单元和次级噪声采集单元的声音信号的控制器，初级噪声采集单元安装于噪声源处或噪声源的噪声的传播通道上，次级噪声采集单元安装于听众区的靠近噪声源的一侧，次级声源安装于初级噪声采集单元和次级噪声采集单元之间，控制器分别与初级噪声采集单元、次级噪声采集单元和次级声源电连接。

进一步地，控制器包括用于声音信号处理的主控芯片和用于进行声音信号滤波的滤波器，滤波器、次级声源与主控芯片电连接，初级噪声采集单元和次级噪声采集单元分别与滤波器电连接。

进一步地，主控芯片为DSP芯片。

进一步地，滤波器为自适应滤波器。

进一步地，次级声源与主控芯片之间、初级噪声采集单元与滤波器之间、次级噪声采集单元与滤波器之间通过以太网连接。

应用本实用新型的技术方案，主动降噪系统包括用于采集噪声源的声音信号的初级噪声采集单元、用于采集听众区的声音信号的次级噪声采集单元、用于发出抵消噪声源的声音信号的次级声源和用于处理初级噪声采集单元和次级噪声采集单元的声音信号的控制器，初级噪声采集单元安装于噪声源处或噪声源的噪声的传播通道上，次级噪声采集单元安装于听众区的靠近噪声源的一侧，次级声源安装于初级噪声采集单元和次级噪声采集单元之间，控制器分别与初级噪声采集单元、次级噪声采集单元和次级声源电连接。由于设置有初级噪声采集单元和次级噪声采集单元，初级噪声采集单元采集噪声源的声音信号，次级噪声采集单元采集听众区的声音信号，控制器计算处理二者的信号再发出抵消噪声的声音信号，即采用前馈降噪技术和反馈降噪技术相结合的方式，将两种降噪技术的优势进行集合，从而弥补前馈降噪技术没有采集听众区的声音和反馈降噪技术滞后性的缺点，进而有效减小噪声污染。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的主动降噪系统部件连接结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、初级噪声采集单元；20、次级噪声采集单元；30、次级声源；40、控制器；41、主控芯片；42、滤波器；50、噪声源；60、听众区。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为解决现有技术中的噪声污染问题，本实用新型提供了一种主动降噪系统。

如图1所示，主动降噪系统包括用于采集噪声源50的声音信号的初级噪声采集单元10、用于采集听众区60的声音信号的次级噪声采集单元20、用于发出抵消噪声源50的声音信号的次级声源30和用于处理初级噪声采集单元10和次级噪声采集单元20的声音信号的控制器40和，初级噪声采集单元10安装于噪声源50处或噪声源50的噪声的传播通道上，次级噪声采集单元20安装于听众区60的靠近噪声源50的一侧，次级声源30安装于初级噪声采集单元10和次级噪声采集单元20之间；，控制器40分别与初级噪声采集单元10、次级噪声采集单元20和次级声源30电连接。

由于设置有初级噪声采集单元10和次级噪声采集单元20，初级噪声采集单元10采集噪声源50处的声音信号，次级噪声采集单元20采集听众区60的声音信号，控制器30计算处理处理二者的声音信号再发出抵消所述噪声源50的噪声的声音信号，即采用前馈降噪技术和反馈降噪技术相结合的方式，将两种降噪技术的优势进行集合，从而弥补前馈降噪技术没有采集听众区60的声音和反馈降噪技术滞后性的缺点，进而有效减小噪声污染。

具体地，如图1所示，控制器40包括用于声音信号处理的主控芯片41，用于进行声音信号滤波的滤波器42，滤波器42、次级声源30与主控芯片41电连接，初级噪声采集单元10和次级噪声采集单元20分别与滤波器42电连接。滤波器42能够将初级噪声采集单元10和次级噪声采集单元20采集到的声音信号进行有效地过滤，去除声音信号中的杂音，得到声音信号的振幅、相位等特征，并传输到主控芯片41，然后主控芯片41根据初级噪声采集单元10和次级噪声采集单元20的声音特征进行处理计算，最后控制次级声源发出与噪声源50处的噪声的声音特征相反的声音信号，从而实现干涉相消，使得听众区60保持相对安静。

优选地，主控芯片41为DSP芯片。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法，特别适合本实用新型的主动降噪系统的声音信号的处理计算。

具体地，DSP芯片包括TMS320C2000系列、TMS320C5000系列、TMS320C6000系列。

优选地，滤波器42为自适应滤波器。自适应滤波器能够依靠递推算法进行运算，其参数将从一次迭代到另一次迭代进行更新，这使得它能够在无法获得有关信号特征完整知识的环境下，圆满的完成滤波算法，应用于本实用新型的主动降噪系统中能够方便地得到噪声源50的声音信号特征和听众区60的声音信号特征，简化了系统复杂程度，方便了系统设计。

优选地，自适应滤波器采用最小均方误差滤波器或最小二乘估计滤波器。

如图1所示，次级声源30与主控芯片41之间、初级噪声采集单元10与滤波器42之间、次级噪声采集单元20与滤波器42之间通过以太网连接。以太网能够方便进行多个元器件之间的连接组网，特别是本实用新型的主动降噪系统应用于列车时，需要安装多个初级噪声采集单元10、次级噪声采集单元20、次级声源和滤波器42，此时能够方便地通过以太网进行组网，方便系统的安装调试。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

1.本实用新型的主动降噪系统综合采用前馈降噪技术和反馈降噪技术，能够有效地减小噪声污染；

2.采用DSP芯片，因而能够加速处理声音信号的速度，使得本实用新型的主动降噪系统具有快速响应的特点；

3.采用自适应滤波器，因而能够方便地得到噪声源50的声音信号特征和听众区60的声音信号特征。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种主动降噪系统，其特征在于，包括：

用于采集噪声源(50)的声音信号的初级噪声采集单元(10)，所述初级噪声采集单元(10)安装于所述噪声源(50)处或所述噪声源(50)的噪声的传播通道上；

用于采集听众区(60)的声音信号的次级噪声采集单元(20)，所述次级噪声采集单元(20)安装于听众区(60)的靠近所述噪声源(50)的一侧；

用于发出抵消所述噪声源(50)的声音信号的次级声源(30)，所述次级声源(30)安装于所述初级噪声采集单元(10)和所述次级噪声采集单元(20)之间；

用于处理所述初级噪声采集单元(10)和所述次级噪声采集单元(20)的声音信号的控制器(40)，所述控制器(40)分别与所述初级噪声采集单元(10)、所述次级噪声采集单元(20)和所述次级声源(30)电连接。

2.根据权利要求1所述的主动降噪系统，其特征在于，所述控制器(40)包括：

用于声音信号处理的主控芯片(41)；

用于进行声音信号滤波的滤波器(42)，所述滤波器(42)、所述次级声源(30)与所述主控芯片(41)电连接，所述初级噪声采集单元(10)和所述次级噪声采集单元(20)分别与所述滤波器(42)电连接。

3.根据权利要求2所述的主动降噪系统，其特征在于，所述主控芯片(41)为DSP芯片。

4.根据权利要求2所述的主动降噪系统，其特征在于，所述滤波器(42)为自适应滤波器。

5.根据权利要求2所述的主动降噪系统，其特征在于，所述所述次级声源(30)与所述主控芯片(41)之间、所述初级噪声采集单元(10)与所述滤波器(42)之间、所述次级噪声采集单元(20)与所述所述滤波器(42)之间通过以太网连接。