IT201900005116A1

IT201900005116A1 - ACTIVE ATTENUATION AND NOISE CONTROL DEVICE

Info

Publication number: IT201900005116A1
Application number: IT102019000005116A
Authority: IT
Inventors: Tommaso Abbatecola; Carmine Abbate
Original assignee: Lavorosostenibile Srl
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-10-04

Description

Descrizione del brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: DISPOSITIVO DI ATTENUAZIONE ATTIVA E CONTROLLO DEL RUMORE; Description of the patent for an Industrial Invention entitled: ACTIVE ATTENUATION AND NOISE CONTROL DEVICE;

Settore dell’invenzione Sector of the invention

Il trovato riguarda un dispositivo per la attenuazione ed il controllo attivo di fonti di rumore, ed in particolare un dispositivo per la riduzione del rumore ambientale nei luoghi di lavoro. Stato dell’arte The invention relates to a device for the attenuation and active control of noise sources, and in particular a device for the reduction of environmental noise in the workplace. State of the art

E’ noto che particolarmente negli ambienti di lavoro, il rumore produce danni significativi all’udito, talvolta rilevabili solo dopo molti anni, e che, sebbene non sia direttamente causa di morte, non sono mancati incidenti anche gravi in occasione dei quali proprio il rumore presente nell’ambiente di lavoro non ha consentito di impedire gli eventi accidentali. Analisi dettagliate di rumore effettuate in azienda, su delle postazioni critiche, hanno evidenziato livelli di rumorosità tra 85 e 87 dB. It is known that particularly in the workplace, noise produces significant damage to hearing, sometimes detectable only after many years, and that, although it is not directly cause of death, there have been even serious accidents in which the noise itself present in the workplace did not allow to prevent accidental events. Detailed noise analyzes carried out in the company, on critical stations, showed noise levels between 85 and 87 dB.

Tali livelli determinano costi sociali legati al rumore il quale determina un peggioramento della qualità della vita mentre, nel lungo periodo, sopravvengono costi legati alle malattie professionali. These levels determine social costs linked to noise which determines a worsening of the quality of life while, in the long term, costs linked to occupational diseases arise.

Per far fronte a tali problematiche sono utilizzati dei dispositivi di protezione individuale “DPI” che tuttavia costituiscono un oneroso palliativo che le aziende adottano sostanzialmente al fine di soddisfare le prescrizioni di legge ma che poco incidono sul benessere del lavoratore. To deal with these problems, personal protective equipment "PPE" is used which, however, constitute a costly palliative that companies substantially adopt in order to meet the legal requirements but which have little impact on the well-being of the worker.

E’ anche noto che l’evoluzione tecnologica nella gestione digitale dei segnali e delle informazioni ha ormai portato allo sviluppo di sistemi attivi di riduzione elettronica del rumore grazie ad algoritmi adattativi “real time”. It is also known that the technological evolution in the digital management of signals and information has now led to the development of active electronic noise reduction systems thanks to "real time" adaptive algorithms.

Allo stato attuale, sono tuttavia noti sistemi di eliminazione elettronica del rumore disponibili solamente per applicazioni particolari ma che presentano criticità funzionali quando vengono applicati in uno ambito più esteso di applicazioni, evidenziando limiti nel conseguimento e mantenimento dei risultati in termini di attenuazione del rumore. At present, however, electronic noise elimination systems are known which are available only for particular applications but which present functional criticalities when applied in a wider range of applications, highlighting limits in achieving and maintaining results in terms of noise attenuation.

I limiti tecnologici, oltre alla limitata sensibilità sociale e culturale, hanno pertanto limitato negli anni lo sviluppo dei sistemi di eliminazione elettronica del rumore favorendone di fatto l’applicazione prevalentemente in cuffie ed automobili di lusso. The technological limitations, in addition to the limited social and cultural sensitivity, have therefore limited the development of electronic noise elimination systems over the years, favoring their application mainly in headphones and luxury cars.

E’ pertanto sentita la esigenza di disporre di un sistema attivo di riduzione del rumore, particolarmente in ambiti lavorativi. The need is therefore felt to have an active noise reduction system, particularly in work environments.

Scopo dell’invenzione Purpose of the invention

Un primo scopo della presente invenzione è quindi quello di superare i limiti delle soluzioni oggi disponibili e di proporre un dispositivo per la riduzione attiva del rumore capace di generare un suono opposto rispetto alla sorgente di rumore ambientale riducendo così il disturbo percepito. A first object of the present invention is therefore to overcome the limits of the solutions available today and to propose a device for the active reduction of noise capable of generating a sound opposite to the source of ambient noise, thus reducing the perceived disturbance.

Sommario dell’invenzione Summary of the invention

A questi ed ulteriori scopi si è pervenuti con un dispositivo per la attenuazione ed il controllo attivo del rumore secondo una delle rivendicazioni allegate. These and further purposes have been achieved with a device for the attenuation and active control of noise according to one of the attached claims.

Secondo un primo aspetto dell’invenzione, il dispositivo opera in maniera selettiva mediante generazione di un segnale di attenuazione del rumore ambientale con sfasamento di 180° del rumore rilevato ed inoltre, mediante retroazione di un segnale di rumore residuo, esegue la correzione del segnale generato. According to a first aspect of the invention, the device operates selectively by generating an attenuation signal of the environmental noise with a 180 ° phase shift of the detected noise and furthermore, by means of the feedback of a residual noise signal, it corrects the generated signal. .

Un primo vantaggio dell’invenzione consiste nel fatto che il dispositivo può assicurare la correzione di errori del segnale di attenuazione generato rispetto al rumore presente risolvendo così, anche in condizioni dinamiche, le problematiche di sicurezza nei contesti lavorativi legate alla presenza di rumore. A first advantage of the invention consists in the fact that the device can ensure the correction of errors of the attenuation signal generated with respect to the noise present, thus resolving, even in dynamic conditions, the safety problems in working contexts related to the presence of noise.

Un ulteriore vantaggio dell’invenzione consiste nel fatto che i segnali rilevati dal dispositivo possono consentire, direttamente o tramite rete, ottimizzazioni di funzionamento di macchine presenti nell’ambiente di lavoro con benefici sui consumi energetici, riscontro e segnalazione di anomalie di lavorazione che possano pregiudicare sia la qualità del prodotto che l’affidabilità della macchina. A further advantage of the invention consists in the fact that the signals detected by the device can allow, directly or via the network, optimization of the operation of machines present in the working environment with benefits on energy consumption, detection and signaling of processing anomalies that may jeopardize both the quality of the product and the reliability of the machine.

Inoltre un vantaggio dell’invenzione consiste nel poter prevedere un kit configurabile per adattarsi a differenti applicazioni, anche le più complesse, sia nel settore industriale che dei servizi. Furthermore, an advantage of the invention consists in being able to provide a configurable kit to adapt to different applications, even the most complex, both in the industrial and service sectors.

Un ulteriore vantaggio dell’invenzione consiste nella possibilità di prevedere un sensore di vibrazione e di interconnettersi in rete Ethernet (o come opzione Wi-Fi, RS232, ecc.) consentendo il controllo di ulteriori parametri e la collegabilità in reti aziendali 4.0 permettendo ad un sistema gestionale connesso al dispositivo (aziendale o della macchina) di emettere segnalazioni o indurre correttivi utili alle lavorazioni previste. A further advantage of the invention consists in the possibility of providing a vibration sensor and of interconnecting in the Ethernet network (or as an option Wi-Fi, RS232, etc.) allowing the control of further parameters and the connectability in 4.0 company networks allowing a management system connected to the device (company or machine) to issue reports or induce corrective measures useful for the planned operations.

Ad esempio, in caso di vibrazioni, il gestionale può segnalare o attuare una diversa modalità di lavorazione in automatico. For example, in the event of vibrations, the management system can signal or implement a different automatic processing method.

Inoltre nel caso di macchine che producono vibrazioni, come le presse, la presenza di un controllo della vibrazione consente di evidenziare, qualora ad esempio non vi sia l’espulsione del prodotto lavorato, un diverso rumore legato alla presenza del pezzo residuo. Quindi, nel funzionamento in automatico, la macchina si arresta evitando danni ed avvisa, tramite il gestionale il fermo macchina anche in assenza di operatore. Altra applicazione è quella delle macchine utensili, in cui, in caso di usura dell’utensile, cambiano le vibrazioni e tramite il sistema proposto è possibile rilevare ed evidenziare l’anomalia con conseguente segnalazione all’operatore e al controllo qualità del prodotto prima di successive fasi o consegna al cliente. Furthermore, in the case of machines that produce vibrations, such as presses, the presence of a vibration control allows to highlight, for example, if there is no expulsion of the processed product, a different noise linked to the presence of the residual piece. Therefore, in automatic operation, the machine stops avoiding damage and warns, through the management system, that the machine is stopped even in the absence of an operator. Another application is that of machine tools, in which, in the event of tool wear, the vibrations change and through the proposed system it is possible to detect and highlight the anomaly with consequent signaling to the operator and to the product quality control before subsequent stages or delivery to the customer.

Un ulteriore vantaggio dell’invenzione consiste nella possibilità di prevedere una struttura modulare tale da rendere il dispositivo installabile “after market”. A further advantage of the invention consists in the possibility of providing a modular structure such as to make the device installable "after market".

Un ulteriore vantaggio dell’invenzione consiste nel fatto che il dispositivo può essere impostato per selezionare le frequenze fondamentali della sorgente di rumore al fine di gestire in modo stabile la generazione del segnale ed evitare funzionamenti non desiderati del sistema che potrebbero vanificare il raggiungimento dei risultati. A further advantage of the invention consists in the fact that the device can be set to select the fundamental frequencies of the noise source in order to manage the signal generation in a stable manner and avoid unwanted system operations that could frustrate the achievement of the results.

Lista dei disegni List of drawings

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali: These and further advantages will be better understood by every person skilled in the art from the following description and the attached drawings, given as a non-limiting example, in which:

- la fig.1 mostra schematicamente un dispositivo secondo l’invenzione; - fig. 1 schematically shows a device according to the invention;

- la fig.2 mostra il diagramma di flusso di un possibile algoritmo di attenuazione secondo l’invenzione. - Fig. 2 shows the flow chart of a possible attenuation algorithm according to the invention.

Descrizione dettagliata Detailed description

Con riferimento ai disegni allegati, in Fig. 1 è descritto un dispositivo per la attenuazione ed il controllo attivo del rumore ambientale secondo l’invenzione. With reference to the attached drawings, Fig. 1 describes a device for the attenuation and active control of environmental noise according to the invention.

Il dispositivo comprende un microfono ambientale 1 che converte il rumore ambientale rilevato in un corrispondente segnale elettrico, di tipo analogico o digitale. The device comprises an environmental microphone 1 which converts the detected environmental noise into a corresponding electrical signal, of the analog or digital type.

Il segnale elettrico uscente dal microfono viene quindi condiviso ed applicato in parallelo a diversi filtri passa banda, ad esempio tre filtri 2, 3, 4, con bande di frequenze configurabili ed adattabili in base al segnale di rumore ed alle sue frequenze predominanti. The electrical signal coming out of the microphone is then shared and applied in parallel to different band pass filters, for example three filters 2, 3, 4, with configurable and adaptable frequency bands based on the noise signal and its predominant frequencies.

Vantaggiosamente le frequenze predominanti possono esser identificate mediante una misura preliminare del rumore ambientale, eseguita con misuratori specifici o con lo stesso dispositivo utilizzato in modalità di apprendimento ambientale, seguita da un’analisi spettrale sullo stesso rumore, realizzabile dalla stessa invenzione. I filtri passa banda 2, 3, 4 vengono quindi centrati sulle frequenze predominanti identificate in modo che le stesse possano transitare senza apprezzabile attenuazione, ma con eliminazione delle componenti di rumore e fuori banda che andrebbero a causare errori nell’esatta identificazione del disturbo. Advantageously, the predominant frequencies can be identified by means of a preliminary measurement of the environmental noise, performed with specific meters or with the same device used in environmental learning mode, followed by a spectral analysis on the same noise, achievable by the same invention. The band pass filters 2, 3, 4 are then centered on the predominant frequencies identified so that they can pass without appreciable attenuation, but with the elimination of the noise and out-of-band components that would cause errors in the exact identification of the disturbance.

Benché in diverse forme realizzative del dispositivo i filtri 2-4 possano essere sia analogici che digitali, filtri digitali sono preferibili per la maggior facilità nella riconfigurazione. Although in different embodiments of the device the filters 2-4 can be both analog and digital, digital filters are preferable for the greater ease in reconfiguration.

All’uscita di ciascun filtro passa banda sono collegati degli sfasatori 5,6,7, anch’essi configurabili, atti ad introdurre sul corrispondente segnale uscente da ciascun filtro una opportuna fase. At the output of each band-pass filter, phase shifters 5,6,7 are connected, also configurable, designed to introduce an appropriate phase on the corresponding output signal from each filter.

In particolare, la fase da introdurre all’uscita dei singoli filtri sarà preferibilmente pari o prossima a 180°, dove l’approssimazione tiene in conto degli sfasamenti dei circuiti a valle, dello sfasamento in funzione della frequenza e del ritardo di propagazione spaziale dopo la conversione elettroacustica. In particular, the phase to be introduced at the output of the single filters will preferably be equal to or close to 180 °, where the approximation takes into account the phase shift of the downstream circuits, the phase shift as a function of the frequency and the spatial propagation delay after the electroacoustic conversion.

Come per il microfono e i filtri, anche gli sfasatori potranno essere sia di tipo analogico che digitale, purché configurabili. As for the microphone and the filters, also the phase shifters can be both analog and digital, as long as they can be configured.

Dopo l’operazione di filtraggio mediante i filtri 2-4 e l’introduzione della corretta fase mediante gli sfasatori 5-7, scelta in base alle caratteristiche del segnale di rumore da ridurre, le singole aliquote del segnale uscenti dagli sfasatori vengono ricombinate in un nodo di somma 8 che potrà anch’esso essere analogico che digitale. After the filtering operation by means of filters 2-4 and the introduction of the correct phase by means of phase shifters 5-7, chosen on the basis of the characteristics of the noise signal to be reduced, the single aliquots of the signal coming out of the phase shifters are recombined in a sum node 8 which can also be analog or digital.

Il segnale riprodotto uscente dal nodo 8 viene quindi applicato sia ad un preamplificatore a guadagno variabile 10 seguito da un primo amplificatore di potenza 12 il quale pilota il primo altoparlante 14 che ad un ulteriore sfasatore configurabile 9 seguito da una seconda catena di amplificazione comprendente un secondo preamplificatore a guadagno variabile 11 seguito da un secondo amplificatore di potenza 13, la quale pilota un secondo altoparlante 15. The reproduced signal outgoing from node 8 is then applied both to a variable gain preamplifier 10 followed by a first power amplifier 12 which drives the first loudspeaker 14 and to a further configurable phase shifter 9 followed by a second amplification chain comprising a second variable gain preamplifier 11 followed by a second power amplifier 13, which drives a second loudspeaker 15.

Gli altoparlanti 14, 15, alimentati dai segnali in ingresso filtrati, rifasati ed amplificati a seconda delle caratteristiche del rumore ambientale rilevato dal microfono 1, emettono pertanto un segnale acustico di attenuazione alle stessa frequenze e in contro fase al rumore ambientale originario. The loudspeakers 14, 15, fed by the input signals filtered, re-phased and amplified according to the characteristics of the environmental noise detected by the microphone 1, therefore emit an attenuation acoustic signal at the same frequencies and in counter phase to the original environmental noise.

Secondo l’invenzione, l’aliquota di rumore ambientale restante è quindi misurata in due o più punti attraverso microfoni ambientali di retroazione 18,19, seguiti dalla catena di preamplificazione 17,20, e da rispettivi convertitori analogici digitali 16, 21 necessari nel caso si scelga un’unità di controllo di tipo digitale. Ovviamente nel caso di unità di controllo analogica tali convertitori non sono presenti. According to the invention, the remaining ambient noise rate is then measured in two or more points through environmental feedback microphones 18,19, followed by the pre-amplification chain 17,20, and by respective digital analog converters 16, 21 necessary in the case choose a digital type control unit. Obviously, in the case of analog control units, these converters are not present.

Secondo l’invenzione, i segnali provenienti dai microfoni di retroazione 18, 19, vengono ricevuti da una unità di controllo 23 (analogica o digitale) la quale provvede alla acquisizione e all’elaborazione numerica dei segnali. According to the invention, the signals from the feedback microphones 18, 19 are received by a control unit 23 (analog or digital) which provides for the acquisition and numerical processing of the signals.

Alla unità 23, che è collegata almeno ai filtri 2-4, agli sfasatori 5-7 e 9, ed ai preamplificatori a guadagno variabile 10-11, come mostrato dalle linee di collegamento a tratteggio in figura 1, è inoltre affidato il controllo della selezione delle fasi e delle ampiezze dei segnali di attenuazione che viene eseguito secondo un algoritmo di controllo proposto allo scopo. The unit 23, which is connected at least to the filters 2-4, to the phase shifters 5-7 and 9, and to the variable gain preamplifiers 10-11, as shown by the dashed connection lines in Figure 1, is also entrusted with the control of the selection of the phases and amplitudes of the attenuation signals which is carried out according to a control algorithm proposed for the purpose.

Vantaggiosamente, l’utilizzo di filtri passa banda configurabili 2,3,4, consente di applicare e focalizzare l’algoritmo di riduzione del rumore nella banda di frequenze dove lo stesso è predominante. Advantageously, the use of configurable band pass filters 2,3,4, allows you to apply and focus the noise reduction algorithm in the frequency band where it is predominant.

Ciò consente di ottimizzare le prestazioni evitando la generazione di segnali spuri che possono costituire a loro volta un rumore addizionale. This allows you to optimize performance by avoiding the generation of spurious signals which can in turn constitute additional noise.

Nel funzionamento, una volta identificata e selezionata la banda o le bande frequenziali dove il rumore risulta essere predominante, il sistema provvedere al settaggio della corretta fase sulla banda/sulle bande di interesse al fine di sintetizzare il corretto segnale da inviare allo speaker esterno 14, dopo l’opportuna amplificazione. Il segnale prodotto in contro fase rispetto al segnale di rumore, riduce o cancella del tutto lo stesso. In operation, once the frequency band or bands where the noise is predominant has been identified and selected, the system will set the correct phase on the band / bands of interest in order to synthesize the correct signal to be sent to the external speaker 14, after appropriate amplification. The signal produced in counter phase with respect to the noise signal reduces or cancels it altogether.

I microfoni ambientali 18,19 misurano il livello del rumore residuo fornendo informazioni all’unità di controllo che dinamicamente e in tempo reale corregge le fasi sulle singole bande, sulla catena di uscita e l’ampiezza del segnale da applicare sull’uscita principale 14. The environmental microphones 18.19 measure the residual noise level providing information to the control unit which dynamically and in real time corrects the phases on the individual bands, on the output chain and the amplitude of the signal to be applied to the main output 14.

L’unità di controllo provvede alla selezione dei microfoni 18 o 19 a seconda della zona in cui si vuole privilegiare la riduzione del rumore. Il numero di tali rivelatori può essere arbitrario e posizionati in vari punti dello spazio di interesse. The control unit selects the microphones 18 or 19 depending on the area in which you want to favor noise reduction. The number of such detectors can be arbitrary and positioned in various points of the space of interest.

La sezione che termina con l’altoparlante 15 viene utilizzata se è necessario cancellare il rumore ambientale in una regione dello spazio non ortogonale all’altoparlante principale 14. The section ending with the speaker 15 is used if it is necessary to cancel the ambient noise in a region of the space that is not orthogonal to the main speaker 14.

A questo scopo, selezionando opportunamente la fase dello sfasatore 9 e il guadagno del preamplificatore 11, è possibile cambiare la direzione dell’onda di attenuazione del rumore. For this purpose, by appropriately selecting the phase of the phase shifter 9 and the gain of the preamplifier 11, it is possible to change the direction of the noise attenuation wave.

L’invenzione può inoltre prevedere l’utilizzo di un numero superiore di uscite. The invention may also provide for the use of a higher number of outputs.

In una forma preferita di realizzazione, il dispositivo dell’’invenzione prevede inoltre uno o più sensori di vibrazioni 27 in modo da poter intervenire su una corrispondente macchina presente nell’ambiente di lavoro, ottimizzandone le prestazioni in termini energetici ed acustici. In a preferred embodiment, the device of the invention also provides one or more vibration sensors 27 so as to be able to intervene on a corresponding machine present in the work environment, optimizing its performance in terms of energy and acoustics.

Vantaggiosamente, il dispositivo potrà comunicare attraverso una interfaccia IP 22, con possibilità di lavorare in Cloud e di interagire in maniera operativa con altri eventuali dispositivi, posizionati nello stesso ambiente di lavoro o remoti. Advantageously, the device can communicate through an IP interface 22, with the possibility of working in the Cloud and interacting in an operational manner with any other devices, located in the same work environment or remotely.

Possono inoltre essere presenti una porta di comunicazione, ad esempio del tipo RS232-USB 24 e/o un modulo WiFi per la connessione senza fili 25. There may also be a communication port, for example of the RS232-USB 24 type and / or a WiFi module for wireless connection 25.

Il dispositivo potrà inoltre interagire con altri sistemi o macchinari utilizzando segnali analogici e/o digitali 26 di ingresso/uscita. The device can also interact with other systems or machinery using analog and / or digital input / output signals 26.

A titolo di esempio, viene descritto un algoritmo di attenuazione utilizzabile secondo l’invenzione. By way of example, an attenuation algorithm that can be used according to the invention is described.

L’algoritmo proposto prevede i seguenti passi, sintetizzati nel diagramma di flusso della Fig. 2: 1) l’analisi frequenziale delle componenti di rumore attraverso una FFT (Fast Fourier Transform) sul segnale proveniente dal microfono 1, eseguita mediante l’invenzione proposta nella modalità di apprendimento ambientale; The proposed algorithm foresees the following steps, summarized in the flow diagram of Fig. 2: 1) the frequency analysis of the noise components through an FFT (Fast Fourier Transform) on the signal coming from the microphone 1, performed by means of the proposed invention in the environmental learning mode;

2) l’identificazione delle componenti frequenziali di rumore predominanti, attraverso la comparazione con una soglia prestabilita dei moduli delle componenti calcolate al punto (1); 2) the identification of the predominant noise frequency components, by comparing with a predetermined threshold of the modules of the components calculated in point (1);

3) il settaggio delle frequenze centrali dei filtri passa banda 2,3,4 da parte dell’unità di controllo 23 secondo l’analisi del punto (2). Nella versione numerica si tratta di filtri FIR (Finite Impulsive Response) in cui la banda viene cambiata cambiando i coefficienti del filtro stesso; 3) the setting of the central frequencies of the 2,3,4 band pass filters by the control unit 23 according to the analysis of point (2). In the numerical version these are FIR (Finite Impulsive Response) filters in which the band is changed by changing the coefficients of the filter itself;

4) l’introduzione su ciascuna linea filtrata di una fase pari a 180° più o meno un’aliquota variabile la cui entità è proporzionale all’ampiezza della componente del rumore residuo misurato a quella determinata frequenza; 4) the introduction on each filtered line of a phase equal to 180 ° plus or minus a variable rate whose entity is proportional to the amplitude of the residual noise component measured at that specific frequency;

5) la ricomposizione eseguita come somma 8 dei segnali provenienti dai rami 2,3,4 al fine di generare il segnale di attenuazione; 5) the recomposition performed as the sum 8 of the signals coming from branches 2,3,4 in order to generate the attenuation signal;

6) l’amplificazione con guadagno variabile 10 del segnale di attenuazione seguita dall’amplificazione di potenza 13 al fine di pilotare lo speaker ambientale 15; 6) the amplification with variable gain 10 of the attenuation signal followed by the power amplification 13 in order to drive the environmental speaker 15;

7) l’acquisizione del rumore residuo attraverso il microfono 17; 7) the acquisition of residual noise through the microphone 17;

8) l’elaborazione del segnale residuo al punto (7) mediante l’unità di controllo 23. Tale elaborazione, effettuata preferibilmente in maniera numerica, consiste in una ulteriore analisi frequenziale mediante algoritmo FFT atta ad identificare sia l’ampiezza che la fase delle componenti frequenziali di rumore residuo. Dette componenti, in regime stazionario, hanno frequenze similari a quelle selezionate come frequenze centrali dei filtri passa banda del punto (3). Se la differenza tra le frequenze identificate al punto (1) e quelle identificate sul rumore residuo è superiore ad una predefinita soglia, l’unità di controllo provvede alla variazione delle frequenze centrali dei filtri al punto (3). In ogni caso operativo, tale variazione avviene con costante temporale molto più lenta rispetto ai tempi tipici di elaborazione, nell’ottica di evitare instabilità dell’algoritmo; 8) the processing of the residual signal at point (7) by means of the control unit 23. This processing, preferably carried out numerically, consists of a further frequency analysis using an FFT algorithm designed to identify both the amplitude and the phase of the frequency components of residual noise. Said components, in steady state, have frequencies similar to those selected as central frequencies of the band pass filters of point (3). If the difference between the frequencies identified in point (1) and those identified on the residual noise is higher than a predefined threshold, the control unit changes the central frequencies of the filters in point (3). In any operational case, this variation occurs with a much slower time constant than the typical processing times, in order to avoid algorithm instability;

9) la definizione da parte dell’unità di controllo delle corrette fasi degli sfasatori 5,6,7 del punto (4) e del fattore di amplificazione 10. 9) the definition by the control unit of the correct phases of the phase shifters 5,6,7 of point (4) and of the amplification factor 10.

L’aggiunta o la sottrazione di un delta di fase rispetto al 180° del punto (4) corrispondente alla iesima linea passa banda avviene proporzionatamente all’ampiezza della corrispondente armonica del rumore residuo dei punti (7) e (8). Il coefficiente di guadagno G, 10 viene calcolato in dipendenza dell’ampiezza del segnale di rumore residuo misurato al punto (7). The addition or subtraction of a phase delta with respect to the 180 ° of point (4) corresponding to the ith band pass line occurs in proportion to the amplitude of the corresponding harmonic of the residual noise of points (7) and (8). The gain coefficient G, 10 is calculated depending on the amplitude of the residual noise signal measured in point (7).

In un aspetto vantaggioso dell’invenzione, il dispositivo descritto consente l’ottimizzazione delle prestazioni delle macchine ad uso industriale ad esso operativamente connesse, con incremento dell’affidabilità delle stesse, la riduzione dei consumi energetici l’aumento delle produttività industriale oltre che la riduzione del rumore prodotto nell’ambiente di lavoro. In an advantageous aspect of the invention, the described device allows the optimization of the performance of the machines for industrial use operatively connected to it, with an increase in their reliability, a reduction in energy consumption, an increase in industrial productivity as well as a reduction of the noise produced in the workplace.

Grazie alla possibilità di interfacciare il dispositivo con le macchine coinvolte nei processi produttivi, il dispositivo stesso può infatti operare come interfaccia di processo al sistema gestionale della azienda. Thanks to the possibility of interfacing the device with the machines involved in the production processes, the device itself can in fact operate as a process interface to the company's management system.

L’analisi del rumore e delle vibrazioni sono infatti informazioni utili per controllare sia il processo produttivo ad esempio per evidenziare derive dal corretto funzionamento della macchina e/o utensili di lavorazione. Inoltre, interfacciando in modo opportuno il dispositivo oggetto di invenzione con la macchina, si possono ottimizzare le condizioni di lavorazione e, dato il collegamento in rete, interfacciare la macchina stessa in un sistema industria 4.0. I protocolli di comunicazione saranno di tipo standard, come MQTT o equivalenti. The analysis of noise and vibrations are in fact useful information for controlling both the production process, for example, to highlight deriving from the correct operation of the machine and / or processing tools. Furthermore, by suitably interfacing the device object of the invention with the machine, it is possible to optimize the working conditions and, given the network connection, to interface the machine itself in an industry 4.0 system. The communication protocols will be of the standard type, such as MQTT or equivalent.

La componentistica impiegata e le logiche costruttive consentono, inoltre sia per le componenti software che hardware di poter effettuare le configurazioni necessarie per la ottimizzazione e l’adattamento del dispositivo alla specifica destinazione d’uso. The components used and the construction logics also allow for both the software and hardware components to be able to make the necessary configurations for the optimization and adaptation of the device to the specific intended use.

L’invenzione descritta consegue pertanto importanti vantaggi. The described invention therefore achieves important advantages.

Un primo aspetto vantaggioso della presente invenzione è che il sistema di controllo potendo interfacciarsi sia con le macchine che con sistemi gestionali è in grado di gestire in modo efficiente ed affidabile la riduzione del rumore interagendo con le macchine e/o la rete aziendale, e consente di ottimizzare il funzionamento delle macchine stesse anche in relazione al rumore, e questo sia singolarmente che in un contesto più complesso. A first advantageous aspect of the present invention is that the control system, being able to interface both with the machines and with management systems, is able to efficiently and reliably manage the reduction of noise by interacting with the machines and / or the company network, and allows to optimize the operation of the machines themselves also in relation to noise, and this both individually and in a more complex context.

Ipotizzando una rete aziendale, composta da più macchine e associando a ciascuna macchina un dispositivo oggetto della presente invenzione, oltre alla riduzione del rumore è possibile, attraverso il gestionale aziendale, modulare l’ottimale gestione di ciascuna macchina al fine di migliorare le performance produttive riducendo sia il rumore che i consumi energetici, a beneficio della qualità del prodotto e della minore usura delle macchine. Assuming a company network, consisting of several machines and associating each machine with a device object of the present invention, in addition to reducing noise, it is possible, through the company management system, to modulate the optimal management of each machine in order to improve production performance by reducing both noise and energy consumption, to the benefit of product quality and less wear on the machines.

Un ulteriore aspetto vantaggioso è che il dispositivo, con o senza controllo del gestionale aziendale, può fornire riferimenti funzionali al PLC o CNC di una macchina ad esso associata al fine di variare, all’interno di un range opportuno, le condizioni di esercizio della macchina stessa. Inoltre, qualora la macchina lo consente, può trasmettere al gestionale alcune informazioni fondamentali per il controllo in ottica di industria 4.0. In particolare, nel caso in cui il dispositivo evidenzi variazioni di rumore o vibrazioni, i dati disponibili possono essere utilizzati dal controllo di produzione al fine di scongiurare che un prodotto difettoso possa proseguire nel flusso produttivo. A further advantageous aspect is that the device, with or without company management control, can provide functional references to the PLC or CNC of a machine associated with it in order to vary, within an appropriate range, the operating conditions of the machine. itself. Furthermore, if the machine allows it, it can transmit to the management system some fundamental information for the control in view of industry 4.0. In particular, in the event that the device shows variations in noise or vibrations, the available data can be used by the production control in order to prevent a defective product from continuing in the production flow.

L’invenzione, grazie alla disponibilità di diverse uscite, consente altresì una selettività spaziale dei livelli di abbattimento del rumore a seconda delle zone di interesse. The invention, thanks to the availability of different outputs, also allows a spatial selectivity of the noise abatement levels depending on the areas of interest.

Risultati sperimentali Experimental results

Prove in laboratorio effettuate con segnali di test stazionari hanno evidenziato, attraverso misure strumentali su postazione simulata, una riduzione del rumore di circa 4.5 dB. Inoltre su di una macchina che opera in regime stazionario è stato possibile generare un segnale di attenuazione, anche non controllato elettronicamente, che ha prodotto una riduzione del rumore di circa 3.7 dB. Laboratory tests carried out with stationary test signals have shown, through instrumental measurements on a simulated station, a reduction in noise of about 4.5 dB. Furthermore, on a machine operating in stationary regime it was possible to generate an attenuation signal, even if not electronically controlled, which produced a noise reduction of about 3.7 dB.

Le simulazioni e i rilievi sul campo consentono al dispositivo presentato, con alta attendibilità, una riduzione di rumore compresa tra i 3 e 6 dB. The simulations and surveys in the field allow the device presented, with high reliability, a noise reduction between 3 and 6 dB.

Pertanto il dispositivo proposto consente su tali postazioni l’utilizzo di dispositivi auricolari leggeri al posto di cuffie, con riduzione degli intervalli dei controlli medici e riduzione di malattie professionali legate all’udito. Therefore, the proposed device allows the use of light earphones instead of headphones on these workstations, with a reduction in the intervals of medical checks and a reduction in occupational diseases related to hearing.

Per ciò gli obiettivi minimi prefissati sarebbero sufficienti a conseguire importanti benefici sul benessere del lavoratore. For this reason, the minimum objectives set would be sufficient to achieve important benefits on the well-being of the worker.

Inoltre utilizzando controlli di regolazione ottimizzata tramite sensori in rete, applicati sui motori delle macchine di lavorazione, hanno permesso una riduzione di circa 2.8 dB del rumore prodotto. Furthermore, using optimized regulation controls through network sensors, applied on the motors of the processing machines, they have allowed a reduction of about 2.8 dB of the noise produced.

In aggiunta nei motori delle macchine di lavorazione è stato constatato che, anche solo una riduzione di velocità del 10% consente un risparmio energetico dal 10% al 20% rispetto alle normali condizioni di utilizzo. Ciò è dovuto al fatto che le macchine stesse hanno margini temporali di regolazione rispetto alle produttività previste o flusso di prodotto. In addition, in the motors of processing machines it has been found that even a 10% reduction in speed allows energy savings of 10% to 20% compared to normal conditions of use. This is due to the fact that the machines themselves have time margins for adjustment with respect to the expected productivity or product flow.

La presente invenzione è stata descritta secondo forme preferite di realizzazione ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione. The present invention has been described according to preferred embodiments but equivalent variants can be conceived without departing from the scope of the invention.

Claims

CLAIMS 1. Device for active attenuation and control of environmental noise, comprising: an ambient microphone (1) for detecting an ambient noise comprising one or more predominant frequencies, and converting the detected ambient noise into a corresponding attenuation electrical signal, one or more band-pass filters (2, 3, 4) connected in parallel to said microphone (1) to receive the electrical signal coming out of the microphone, in which said filters (2, 3, 4) being centered on configurable frequency bands and adaptable on the basis of the noise signal and its predominant frequencies, one or more phase shifters (5, 6, 7) each connected at the output to a respective band-pass filter (2, 3, 4), in which said phase shifters are configurable to introduce on the corresponding signal outgoing from each filter a phase equal to or close to 180 ° and emit corresponding out of phase signals, a summation node (8) connected at the output to said phase shifters to recombine the respective aliquots of the signal and emit a recombined signal, at least one amplifier chain of the recombined signal, comprising a variable gain preamplifier (10, 11) followed by a power amplifier (12, 13), to output an amplified signal, at least one loudspeaker (14, 15) fed by said amplified signal to convert the amplified signal into an acoustic signal for attenuating environmental noise, one or more environmental feedback microphones (18, 19) to detect an aliquot of residual environmental noise and convert it into an electrical feedback signal, at least one pre-amplification chain (17,20) to amplify said feedback signals, at least one control unit (23) configured to acquire said feedback signals and operatively connected to control the configuration of at least said filters (2-4), said phase shifters (5-7) and said variable gain preamplifier (10-11), in which the control unit (23) is arranged to perform the numerical processing of the acquired feedback signals and to configure the phases and amplitudes of the attenuation according to an attenuation algorithm performed in response to the processing of the acquired feedback signal.

2. Device according to claim 1, wherein said node (8) is connected at the output to a further configurable phase shifter (9) followed by a second amplification chain comprising a second variable gain preamplifier (11) followed by a second amplifier power (13), which drives a second loudspeaker (15) to convert the amplified signal into a further acoustic signal for attenuating the ambient noise, in which said further phase shifter (9) and said second variable gain preamplifier (11) are operationally connected to said control unit (23).

3. Device according to claim 1 or 2, comprising one or more vibration sensors (27) connected to said control unit (23) to send signals associated with the vibrational state of one or more machines present in the environment.

4. Device according to one of the preceding claims, comprising an IP interface (22) connected to said control unit (23).

Device according to one of the preceding claims, comprising a communication port and / or a WiFi module for wireless connection (25).

Device according to one of the preceding claims, comprising input / output analog and / or digital signal lines (26) for interfacing with other devices or with other systems or machinery.

Device according to one of the preceding claims, wherein said control unit (23) is configured to perform an attenuation algorithm comprising the following steps: frequency analysis of the noise components through an FFT transformation on the signal coming from the microphone (1); identification of the predominant frequency components of noise, by comparing the modules calculated in said frequency analysis phase with a predetermined threshold; setting of the central frequencies of the band pass filters (2,3,4) on the basis of the frequency components identified in said identification step; introduction on each filtered line of a phase equal to 180 ° plus or minus a variable rate whose entity is proportional to the amplitude of the residual noise component measured at that specific frequency; recomposition performed as the sum of the signals coming from the branches (2,3,4) and generation of an attenuation signal; amplification with variable gain of the attenuation signal followed by power amplification in order to drive the environmental speaker (15); acquisition of residual noise through the microphone (17); processing of acquired residual noise and identification of residual noise frequencies; if the difference between the frequencies identified in said frequency analysis phase of the noise components and those identified in said acquired residual noise processing phase is greater than a predefined threshold, variation of the central frequencies in said step of setting the central frequencies of the band pass filters; definition, in said phase of introducing a phase on each filtered line, of the correct phases of the phase shifters (5,6,7) and of a correct amplification factor in said amplification phase of the attenuation signal.

8. Device according to claim 7, in which, in said phase of introduction on each filtered line of a phase, the addition or subtraction of a phase delta with respect to the 180 ° corresponding to the i-th band pass line occurs proportionally to the 'amplitude of the corresponding harmonic of the residual noise.

9. Device according to claim 7 or 8, in which, in said amplification phase, the gain coefficient is calculated depending on the amplitude of the acquired residual noise signal.

10. Device according to one of claims 7-9, in which said residual signal processing is performed numerically, through frequency analysis using an FFT algorithm designed to identify both the amplitude and the phase of the residual noise frequency components.

Device according to one of claims 7-10, in which said steps of frequency analysis and identification of the predominant noise frequency components are preliminarily performed in environmental learning mode.