CN214588015U - 一种便携式有源噪声控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种便携式有源噪声控制装置，包括护颈枕主体(6)与有源噪声控制系统，护颈枕主体(6)采用记忆棉材料与吸音棉材料填充，有源噪声控制系统集成在护颈枕主体(6)中，护颈枕主体(6)包括靠头(7)、护颈(8)、左靠(9)、右靠(10)以及固定装置(11)，有源噪声控制系统包括噪声采集装置、发声装置、有源降噪控制器(4)以及电源模块(5)。本发明提供的装置可安装于汽车、动车、飞机等交通工具的座椅上方使用，为司乘人员减少周围环境噪声。与现有技术相比，本发明具有减小使用者头部移动或旋转对降噪效果所产生的影响、便于携带、安装简单、普适性强等优点。

Description

一种便携式有源噪声控制装置

技术领域

本实用新型涉及有源降噪技术领域，具体涉及一种便携式有源噪声控制装置。

背景技术

随着我国交通运输业的快速发展与人们生活水平的大幅提高，人们对汽车、飞机、高铁等交通工具的乘坐舒适性有了更高的要求，尤其是噪声问题越来越被人们所关注。过量的噪声会对人们的生理和心理健康造成极大的危害，主要表现在对听力系统和神经系统的损害，还会导致驾驶员的注意力分散，存在一定的安全隐患。

传统的被动噪声控制方法是通过优化结构设计以减少噪声的产生，或采用吸音棉、隔音棉等声学材料对噪声进行吸声、隔声处理，对高频噪声有较好的抑制作用。但由于低频噪声的波长较长，在传播介质中的衍射能力强，所以被动降噪方式对低频噪声的抑制不理想，需要使用大量的声学材料以增强对低频噪声的抑制，从而大大增加了交通工具的重量，不满足轻量化设计要求，同时还会增加制造成本与能源损耗。有源噪声控制是通过附加扬声器产生与原始噪声幅值相同，相位相差180°的反噪声信号，实现对某一特定声场的控制。与传统的被动噪声控制方法相比，有源噪声控制方法可以在不增加交通工具重量的前提下，实现更令人满意的降噪效果。

汽车、飞机、高铁等交通工具内的噪声属于舱室内噪声。通常对整个舱室内噪声的全局控制难以实现，更多的技术是采用局部有源降噪的方法实现对司乘人员头部区域的噪声抑制。

现有的一些关于汽车、高铁舱室内局部有源降噪的方法，是将有源噪声控制系统集成到座椅头枕中，通过次级扬声器发出的反噪声声波与原始噪声声波叠加，在误差麦克风区域形成一定范围的有源静区。在单频扩散场中，消声量为10dB的有源静区的直径近似为声波波长的十分之一，而安装在降噪座椅头枕中的误差麦克风通常距离人耳有一定距离，因此使用者的左、右两耳并没有位于最大降噪量的位置，并且降噪效果会随距离的增加而衰减。当使用者在座椅上的位置或姿势发生变化时，伴随着人头旋转或前、后、左、右移动，人耳可能向降噪效果更差的方向移动或移动到静区范围以外。

现有方案的降噪效果所受到的环境变化的影响较大，并且需要对原装座椅进行改装，用有源降噪头枕替换原装头枕，安装过程较复杂，普适性不强。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种便携式有源噪声控制装置，克服上述现有技术所存在的缺陷。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种便携式有源噪声控制装置，包括护颈枕主体(6)与有源噪声控制系统，所述有源噪声控制系统集成在护颈枕主体(6)中。

优选的，所述有源噪声控制系统包括噪声采集装置、发声装置、有源降噪控制器(4)以及电源模块(5)，所述有源降噪控制器(4)安装于所述护颈枕主体(6)内，输入端与噪声采集装置连接，输出端与发声装置连接；所述电源模块(5)安装于所述护颈枕主体(6)内，用于为噪声采集装置、发声装置、有源降噪控制器(4)供电。

优选的，所述护颈枕主体(6)采用记忆棉材料与吸音棉材料填充。

优选的，所述护颈枕主体(6)包括靠头(7)、护颈(8)、左靠(9)、右靠(10)以及固定装置(11)，所述固定装置(11)用于将护颈枕主体(6)安装在座椅上方。

优选的，所述固定装置(11)可以根据使用者需求调整安装在所述座椅上方的高度。

优选的，所述噪声采集装置包括参考麦克风(1)与误差麦克风(2)。

优选的，所述参考麦克风(1)具有两个，分别安装于护颈枕的左靠(9)和右靠(10)内部靠近护颈枕主体(6)外表面一侧，用于获取需要控制的周围的原始环境噪声信号。

优选的，所述的误差麦克风(2)具有两个，分别安装于护颈枕的左靠(9)和右靠(10)内部靠近护颈枕主体(6)内表面一侧，与使用者两耳距离接近，用于获取噪声控制后的残余误差噪声信号。

优选的，所述发声装置包括两个次级扬声器(3)，分别安装于护颈枕的左靠(9)和右靠(10)内部，两个所述次级扬声器(3)位于误差麦克风与参考麦克风之间，所述的次级扬声器(3)具有朝向使用者两耳方向的振膜，用于发出与原始环境噪声信号相抵消的反噪声信号。

优选的，所述的次级扬声器(3)与所述参考麦克风(1)之间具有使用吸音棉材料填充的隔层，用于减小次级声反馈对降噪效果的影响。

优选的，所述的电源模块上设置开关装置，可以根据需求决定是否开启降噪功能，节省能源损耗。

该便携式有源噪声控制装置的控制方法，包括：

根据使用者的个人需求，确定所述有源噪声控制系统的安装高度，并通过调节所述固定装置(11)将所述有源噪声控制系统牢固安装在座椅上；

打开所述有源噪声控制系统中电源模块(5)的开关，启动有源降噪功能；

所述参考麦克风(1)获取环境中需要控制的原始环境噪声信号，传输给所述有源降噪控制器(4)，所述有源降噪控制器(4)生成控制信号并通过所述控制信号驱动次级扬声器(3)发出反噪声信号；

所述误差麦克风(2)获取原始噪声信号与反噪声信号进行叠加后的残余误差噪声信号；

残余误差噪声信号传输到所述有源降噪控制器(4)以更新所述有源降噪控制器(4)的权系数，使得反噪声信号与原始环境噪声信号的幅值相同，相位相差180°，实现在目标降噪点附近的局部有源噪声控制；

当噪声环境改变导致原始环境噪声信号发生变化时，所述有源降噪控制器(4)实时更新所述权系数以适应噪声环境的变化。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)护颈枕可以缓解乘坐交通工具时的疲劳感，同时有源降噪功能在使用者头部区域形成有源静区，提高了司乘人员交通出行的舒适性；

(2)利用自适应有源降噪技术，实时更新有源噪声控制器的权系数，使目标降噪点处的残留噪声最小化；

(3)优化了噪声采集装置、发声装置的布局，使人耳更接近有源静区内的最大降噪量处，减小使用者头部移动或旋转时对降噪效果的影响；

(4)本实用新型所提供的一种有源噪声控制装置安装拆卸简单，不需要对交通工具进行大量改造来实现舱室内的噪声控制，可以安装在汽车、高铁、飞机等多种交通工具的座椅上使用，具有普适性。

附图说明

图1为本实用新型有源噪声控制装置的结构示意图。

图2为本实用新型有源噪声控制装置的主视图。

图3为本实用新型有源噪声控制装置的背部结构示意图。

图4为本实用新型有源噪声控制装置的俯视图。

图5为本实用新型的有源噪声控制装置应用于座椅头枕的结构示意图。

图6为使用者以不同姿势坐在座椅上时，人头与有源噪声控制装置的距离关系示意图。

图中标记说明：

1、参考麦克风，2、误差麦克风，3、次级扬声器，4、有源降噪控制器，5、电源模块，6、护颈枕主体，7、靠头，8、护颈，9、左靠，10、右靠，11、固定装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本实用新型的保护范围。

如图1-4所示，本实用新型提供一种便携式有源噪声控制装置，包括护颈枕主体6、噪声采集装置、发声装置、有源降噪控制器4、电源模块5：

护颈枕主体6包括靠头7、护颈8、左靠9、右靠10、固定装置11。护颈枕主体6采用记忆棉材料与吸音棉材料填充。

噪声采集装置包括两个参考麦克风1与两个误差麦克风2，其中两个参考麦克风1分别安装于左靠9、右靠10外侧；两个误差麦克风2分别安装于左靠9、右靠10内侧，分别与使用者的左、右两耳距离接近。

发声装置包括两个次级扬声器3，两个次级扬声器3分别安装于左靠9、右靠10内部，位于参考麦克风1与误差麦克风2之间，且次级扬声器3的振膜朝向使用者两耳方向，次级扬声器3与参考麦克风2之间具有采用吸音棉材料填充的隔层。

有源降噪控制器4安装于护颈枕主体6内，与噪声采集装置和发声装置相连接。

电源模块5安装于护颈枕主体6内，为噪声采集装置，发声装置以及有源降噪控制器4提供电源，电源模块5上带有开关装置，可以根据需求决定是否开启有源降噪功能，降低能源损耗。

有源降噪控制过程，参考信号作控制器输入，控制器输出控制信号驱动次级扬声器3发声，原始噪声信号和反噪声信号在误差麦克风2处叠加后为残余误差信号，残余误差信号传输到控制器校正更新控制器权系数，使在误差麦克风2处的残余误差信号最小化。

实施例：

将本实施例所提出的一种便携式有源噪声控制装置应用于汽车座椅上，实现在使用者头部区域的局部有源噪声控制。

汽车噪声的主要来源包括：发动机噪声，轮胎与地面相互作用所产生的胎噪以及空气与车身摩擦所产生的风噪。有研究表明：当汽车行驶速度低于30km/h时，发动机噪声为车内噪声的主要成分；当汽车行驶速度在50-80km/h时，胎噪为车内噪声的主要成分；当汽车行驶速度超过70km/h，风噪为车内噪声的主要成分。由此可见，汽车舱室内的噪声环境会随着行驶速度的改变而发生变化，因此使用自适应控制方法以适应噪声环境的改变。

如图5所示，根据使用者的个人需求，确定好有源噪声控制装置的安装高度后，通过调节固定装置11可以将有源噪声控制装置牢固安装在座椅上；有源噪声控制装置带有开关，打开开关则启动有源降噪功能，关闭开关则停用有源降噪功能，可以节省能源；开关开启后，由参考麦克风1获取汽车舱室内需要控制的环境噪声信号，传输到有源噪声控制器4，控制器生成的控制信号驱动次级扬声器3发声；误差麦克风2获取原始噪声信号与反噪声信号进行叠加后的残余误差噪声信号，残余误差噪声信号再传输到有源噪声控制器4用以更新控制器权系数，使反噪声信号与原始噪声信号的幅值相同，相位相差180°，实现在目标降噪点附近的局部有源噪声控制。当汽车行驶状况发生变化时，有源噪声控制器实时更新权系数以适应噪声环境的变化。

如图6所示，使用者头部端正的靠在有源噪声控制装置上时，假设此时误差麦克风2到人耳的距离为一般距离。现有的一些有源降噪系统是安装在汽车座椅头枕中，在这种布放情况下，一般距离通常约为10-12cm；在本实施例中，误差麦克风2布置在护颈枕上与人耳相邻的位置，一般距离通常约为2-4cm，在这种布放情况下，缩短了目标降噪点到人耳的一般距离，即人耳位置更接近有源静区的最大降噪量处，使人两耳的降噪效果接近两个误差麦克风2所获取的降噪效果。

如图6所示，当人头向前移动的距离过大时，由于有源静区的直径为信号波长的十分之一，人耳可能位于降噪效果较差的位置，或移动到静区范围外。例如：在理想情况下，对于1000Hz的单频波，人头移动距离不超过3.4cm，都可在人耳处获取较好的降噪效果；人头移动距离超过3.4cm，降噪效果不明显。

如图6所示，当人们头部向左、右两个方向移动或旋转，其中一只耳朵靠近其相邻的误差麦克风2，另一只耳朵远离其相邻的误差麦克风2，但距离变化微小，当有源降噪控制器稳定后，两耳的降噪效果同样接近两个误差麦克风2所获取的降噪效果。

本实施例设计的便携式有源噪声控制装置不仅仅局限于上述汽车舱室内的局部有源噪声控制，也可用于飞机、高铁等其他带有常规座椅的交通运输工具抑制噪声，提高司乘人员的乘坐舒适性。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本实用新型的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述的，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：包括护颈枕主体(6)与有源噪声控制系统，所述有源噪声控制系统集成在护颈枕主体(6)中；所述有源噪声控制系统包括噪声采集装置、发声装置、有源降噪控制器(4)以及电源模块(5)，所述有源降噪控制器(4)安装于所述护颈枕主体(6)内，输入端与噪声采集装置连接，输出端与发声装置连接；所述电源模块(5)安装于所述护颈枕主体(6)内，用于为噪声采集装置、发声装置、有源降噪控制器(4)供电。

2.根据权利要求1所述的一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：所述护颈枕主体(6)采用记忆棉材料与吸音棉材料填充。

3.根据权利要求2所述的一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：所述护颈枕主体(6)包括靠头(7)、护颈(8)、左靠(9)、右靠(10)以及固定装置(11)，所述固定装置(11)用于将护颈枕主体(6)安装在座椅上方。

4.根据权利要求1所述的一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：所述噪声采集装置包括参考麦克风(1)与误差麦克风(2)。

5.根据权利要求4所述的一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：所述参考麦克风(1)具有两个，分别安装于护颈枕的左靠(9)和右靠(10)内部靠近护颈枕主体(6)外表面一侧，用于获取需要控制的周围的原始环境噪声信号。

6.根据权利要求4所述的一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：所述的误差麦克风(2)具有两个，分别安装于护颈枕的左靠(9)和右靠(10)内部靠近护颈枕主体(6)内表面一侧，与使用者两耳距离接近，用于获取噪声控制后的残余误差噪声信号。

7.根据权利要求1所述的一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：所述发声装置包括两个次级扬声器(3)，分别安装于护颈枕的左靠(9)和右靠(10)内部，两个所述次级扬声器(3)位于误差麦克风与参考麦克风之间，所述的次级扬声器(3)具有朝向使用者两耳方向的振膜，用于发出与原始环境噪声信号相抵消的反噪声信号。

8.根据权利要求7所述的一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：所述的次级扬声器(3)与所述参考麦克风(1)之间具有使用吸音棉材料填充的隔层，用于减小次级声反馈对降噪效果的影响。

9.根据权利要求1所述的一种便携式有源噪声控制装置，其特征在于：所述的电源模块上设置开关装置，可以根据需求决定是否开启降噪功能，节省能源损耗。

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