RU2545462C2 - System for active noise reduction with ultrasonic radiator - Google Patents
System for active noise reduction with ultrasonic radiator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2545462C2 RU2545462C2 RU2013128621/28A RU2013128621A RU2545462C2 RU 2545462 C2 RU2545462 C2 RU 2545462C2 RU 2013128621/28 A RU2013128621/28 A RU 2013128621/28A RU 2013128621 A RU2013128621 A RU 2013128621A RU 2545462 C2 RU2545462 C2 RU 2545462C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- noise reduction
- ultrasonic
- emitter
- signal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам защиты от акустических шумов различного происхождения и может использоваться в производственных и жилых помещениях, а также на открытой местности.The invention relates to protection against acoustic noise of various origins and can be used in industrial and residential premises, as well as in open areas.
Известны устройства для активного подавления шумов (см., например, патенты: RU №2115960, МПК G10K 11/16, опубликован 20.07.1998 г.; US №5848169, МПК: G11K 11/00, опубликован 08.12.1998 г.), суть работы которых заключается в том, что звуковой сигнал шума, воспринятый микрофоном, преобразуют в электрический и после обработки подают на динамик, который излучает звуковые волны той же частоты, но с фазой, противоположной падающим на микрофон волнам.Known devices for actively suppressing noise (see, for example, patents: RU No. 21115960, IPC G10K 11/16, published July 20, 1998; US No. 5848169, IPC: G11K 11/00, published December 8, 1998), the essence of the work of which is that the sound signal of noise received by the microphone is converted into an electric signal and after processing it is fed to a speaker that emits sound waves of the same frequency, but with a phase opposite to the waves incident on the microphone.
Основным и принципиальным недостатком данных устройств является их ограниченность излучения по диапазону частот, так как используемые в них акустические системы (динамики) по своему строению являются резонансными колебательными системами и не позволяют воспроизводить широкополосный сигнал сколько-нибудь достоверно. Определенная масса и размеры компонентов таких систем не позволяют равноценно воспроизводить на одном динамике сигналы из разного частотного диапазона, порождая фазовые и амплитудные искажения на краю отведенного частотного диапазона. Использование же нескольких динамиков, излучающих в разных частотных диапазонах, требует использования фильтров и не позволяет при суммировании получить форму сигнала, достаточную для качественного шумоподавления в широком частотном диапазоне.The main and fundamental drawback of these devices is their limited radiation over the frequency range, since the acoustic systems (speakers) used in them are resonant oscillatory systems in their structure and do not allow reproducing any broadband signal reliably. The specific mass and dimensions of the components of such systems do not allow equal reproduction of signals from a different frequency range on one speaker, causing phase and amplitude distortions at the edge of the allotted frequency range. The use of several speakers emitting in different frequency ranges requires the use of filters and does not allow summing to obtain a signal shape sufficient for high-quality noise reduction in a wide frequency range.
Для равномерного подавления необходимо, чтобы звуковые волны шума и волны, излучаемые устройством, были не только когерентны, но чтобы при этом совпадали по форме их поверхности волнового фронта и направления их распространения. В противном случае когерентные волны, приходя в различные точки пространства, будут иметь разные фазы и в зависимости от разности фаз будут в одном месте гасить друг друга, а в другом усиливать.For uniform suppression, it is necessary that the sound waves of noise and the waves emitted by the device are not only coherent, but that they also coincide in the shape of their surface of the wave front and the direction of their propagation. Otherwise, coherent waves, arriving at different points in space, will have different phases and, depending on the phase difference, will cancel each other in one place and amplify in another.
Кроме того, излучение динамиками сформированного для подавления шумов сигнала происходит с задержкой порядка 10-3 с (скорость излучения акустической системой низкочастотной составляющей сигнала). В результате возникает необходимость разнесения микрофона и динамика на расстояние порядка 0,5 м (такое расстояние успевает пройти шумовая волна за время излучения динамиками сигнала шумоподавления). Однако характеристики самой шумовой волны в новом месте будут уже другими и, соответственно, излучаемый сигнал не будет эффективным для ее подавления (вследствие отсутствия когерентности).In addition, the speakers emit a signal generated to suppress noise with a delay of the order of 10 −3 s (the radiation speed of the low-frequency component of the signal by the speaker system). As a result, it becomes necessary to separate the microphone and speaker by a distance of the order of 0.5 m (a noise wave manages to travel such a distance during the time of emission by the speakers of the noise reduction signal). However, the characteristics of the noise wave itself in the new location will be different and, accordingly, the emitted signal will not be effective for its suppression (due to the lack of coherence).
Попытки устранения данных недостатков сделаны при разработке устройств активного шумоподавления (см., патент RU: №2363992, МПК G10K 11/178, опубликован 10.08.2009 г.; №2411592, МПК G10K 11/178, опубликован 10.02.2011 г.), содержащих основной и контрольный микрофоны, устройства преобразования и обработки полученных сигналов, устройство формирования сигнала шумоподавления и не менее одного динамика, излучающего сформированный сигнал.Attempts to eliminate these shortcomings were made in the development of active noise reduction devices (see, RU patent: No. 2363992, IPC G10K 11/178, published on 08/10/2009; No. 2411592, IPC G10K 11/178, published on 02/10/2011), containing the main and control microphones, devices for converting and processing the received signals, a device for generating a noise reduction signal and at least one speaker emitting the generated signal.
Наличие в вышеописанных устройствах контрольного микрофона позволяет несколько скорректировать фазовые сдвиги, возникающие вследствие временной задержки излучения между шумовым сигналом и сигналом шумоподавления. Однако применение данных устройств возможно только в ограниченном объеме пространства, прилегающем к точке излучения.The presence in the above devices of the control microphone allows you to slightly correct the phase shifts that occur due to the time delay of the radiation between the noise signal and the noise reduction signal. However, the use of these devices is possible only in a limited amount of space adjacent to the radiation point.
Известна система направленного звука Audio SPOTLIGHT (http://www.holosonics.com/products.html), содержащая генератор высокочастотного (ультразвукового) излучения (звуковой проектор) и микроконтроллер, формирующий предыскажения в излучаемый сигнал.The known system of directional sound Audio SPOTLIGHT (http://www.holosonics.com /products.html ), containing a high-frequency (ultrasonic) radiation generator (sound projector) and a microcontroller that generates a predistortion into the emitted signal.
В данной системе генерируемое высокочастотное излучение предварительно модулируется заданным сигналом звукового диапазона и затем, направленно распространяясь в пространстве, возбуждает в окружающем воздухе данный сигнал модуляции, позволяя слышать его в зоне распространения несущей волны.In this system, the generated high-frequency radiation is pre-modulated by a given sound range signal and then, directionally propagating in space, excites this modulation signal in ambient air, allowing it to be heard in the carrier wave propagation zone.
Принципиально описанная система может быть использована для активного шумоподавления, однако ее возможности жестко ограничены «конусом» распространения несущей волны, а ее применение, требующее ультразвуковых сигналов большой мощности, является вредным для человека и энергозатратным в эксплуатации.The fundamentally described system can be used for active noise reduction, however, its capabilities are severely limited by the “cone” of the carrier wave propagation, and its use, which requires high-power ultrasonic signals, is harmful to humans and energy-intensive in operation.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является система активного шумоподавления (см. патент US №5535283, МПК G10K 11/178, опубликован 09.07.1996 г.), содержащая расположенный на пути распространения шумовой волны микрофон, аналого-цифровой преобразователь, устройство обработки полученного сигнала, цифроаналоговый преобразователь с фильтром высоких частот и излучатель.Closest to the claimed technical solution is an active noise reduction system (see US patent No. 5535283, IPC G10K 11/178, published July 9, 1996) containing a microphone located on the path of propagation of a noise wave, an analog-to-digital converter, a device for processing the received signal , digital-to-analog converter with high-pass filter and emitter.
В известной системе акустический шум улавливается микрофоном, после чего преобразуется в цифровой код при помощи аналого-цифрового преобразователя. Полученные данные корректируются в устройстве обработки сигнала (вносятся предыскажения, производятся фазовые сдвиги и т.п.) и далее подаются в цифроаналоговый преобразователь. Полученный в результате преобразования аналоговый сигнал на выходе проходит через фильтр высоких частот, в котором отсекается его высокочастотная составляющая, излучается и, складываясь с шумовой волной, гасит ее.In a known system, acoustic noise is picked up by a microphone, and then converted into a digital code using an analog-to-digital converter. The data obtained are corrected in the signal processing device (pre-emphasis is made, phase shifts are made, etc.) and then fed to the digital-to-analog converter. The analog output signal obtained as a result of the conversion passes through a high-pass filter, in which its high-frequency component is cut off, emitted, and, being added to the noise wave, suppresses it.
Вышеописанная система позволяет достаточно эффективно производить шумоподавление в среднечастотной области звукового спектра (приблизительно от 100 до 6000 Гц). Однако за пределами обозначенного частотного диапазона также возникают фазовые и амплитудные искажения, вследствие чего с ее помощью невозможно подавлять шумы в области высоких и низких частот.The above system allows quite efficient noise reduction in the mid-frequency region of the sound spectrum (from about 100 to 6000 Hz). However, outside the designated frequency range, phase and amplitude distortions also occur, as a result of which it is impossible to suppress noise in the high and low frequencies with its help.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение прибора, способного обеспечивать эффективное шумоподавление во всем диапазоне звуковых частот в заданном объеме.The problem to which the invention is directed is to obtain a device capable of providing effective noise reduction in the entire range of sound frequencies in a given volume.
Техническим результатом изобретения является возможность качественного шумоподавления в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц в области до 10 м3.The technical result of the invention is the possibility of high-quality noise reduction in the frequency range from 20 to 20,000 Hz in the region up to 10 m 3 .
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что система активного шумоподавления с ультразвуковым излучателем, состоящая из расположенного на пути распространения шумовой волны микрофона, аналого-цифрового преобразователя, устройства обработки полученного сигнала, цифро-аналогового преобразователя и излучателя, дополнительно содержит генератор высокочастотного излучения и смеситель, расположенные в системе между устройством обработки сигнала и цифро-аналоговым преобразователем, широкополосный усилитель мощности, расположенный последовательно за цифроаналоговым преобразователем и акустический фильтр ультразвуковых частот, расположенный после излучателя, при этом излучатель в системе является ультразвуковым.The claimed technical result is achieved due to the fact that the active noise reduction system with an ultrasonic emitter, consisting of a microphone located on the propagation path of the noise wave, an analog-to-digital converter, a device for processing the received signal, a digital-to-analog converter and a radiator, further comprises a high-frequency radiation generator and a mixer located in the system between the signal processing device and the digital-to-analog converter, a broadband power amplifier, located sequentially behind the digital-to-analog converter and an acoustic filter of ultrasonic frequencies located after the emitter, while the emitter in the system is ultrasonic.
В качестве ультразвукового излучателя в системе может быть использован пьезоизлучатель.A piezoelectric transducer can be used as an ultrasonic emitter in the system.
Изобретение поясняется рисунком, на котором представлена схема системы активного шумоподавления с ультразвуковым излучателем.The invention is illustrated in the figure, which shows a diagram of an active noise reduction system with an ultrasonic emitter.
Система активного шумоподавления содержит микрофон 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, устройство 3 обработки сигнала, генератор 4 высокочастотного излучения со смесителем 5, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, усилитель мощности 7, ультразвуковой излучатель 8 и акустический фильтр 9 сверхвысоких частот.The active noise reduction system contains a microphone 1, an analog-to-digital converter (ADC) 2, a signal processing device 3, a high-frequency radiation generator 4 with a mixer 5, a digital-to-analog converter (DAC) 6, a power amplifier 7, an ultrasonic emitter 8, and an ultrahigh-frequency acoustic filter 9.
Система работает следующим образом.The system operates as follows.
Акустический шум звукового диапазона (от 15 до 25000 Гц) улавливается микрофоном 1 и преобразуется в цифровой код при помощи аналого-цифрового устройства 2, данные цифрового кода поступают в устройство 3 обработки сигнала, в котором исходные сигналы обрабатываются (производится частотная коррекция электронного тракта, вносятся предыскажения, необходимые для последующего сложения с шумовым сигналом), и после заданного интервала задержки подаются на смеситель 5. В смесителе подготовленными сигналами модулируются высокочастотные импульсы диапазона 250-350 кГц, поступающие от генератора 4. Далее промодулированные импульсы подаются в цифроаналоговый преобразователь 6. При этом устройство обработки сигнала в реальном времени производит управление работой генератора 4 и подстраивает характеристики генерируемых импульсов. Высокочастотный аналоговый сигнал с выхода ЦАП поступает на широкополосный усилитель мощности 7, где он усиливается до необходимого уровня и далее излучается ультразвуковым излучателем 8 в виде акустического сигнала. Акустический фильтр сверхвысоких частот 9 ограничивает выход ультразвуковой составляющей (несущую волну) и пропускает в окружающее пространство звуковую составляющую (волну модуляции), полностью соответствующую шумовому акустическому сигналу и воспроизводимую противофазно к нему.The acoustic noise of the sound range (from 15 to 25000 Hz) is captured by the microphone 1 and converted into a digital code using an analog-to-digital device 2, the digital code data is sent to a signal processing device 3, in which the original signals are processed (frequency correction of the electronic path is performed, predistortions necessary for the subsequent addition with a noise signal), and after a predetermined interval, the delays are applied to mixer 5. In the mixer, the high-frequency pulses of the the range of 250-350 kHz coming from the generator 4. Next, the modulated pulses are fed to a digital-to-analog converter 6. In this case, the signal processing device real-time controls the operation of the generator 4 and adjusts the characteristics of the generated pulses. The high-frequency analog signal from the DAC output is fed to a broadband power amplifier 7, where it is amplified to the required level and then emitted by the ultrasonic emitter 8 in the form of an acoustic signal. The acoustic filter of ultrahigh frequencies 9 limits the output of the ultrasonic component (carrier wave) and passes into the surrounding space the sound component (modulation wave), which fully corresponds to the noise acoustic signal and is reproduced in antiphase to it.
При этом, поскольку скорость излучения акустического сигнала ультразвуковым излучателем (например, пьезоизлучателем) существенно выше, чем у резонансных динамических акустических систем, и составляет порядка 10-5 с, расстояние между микрофоном и излучателем можно минимизировать, что дополнительно улучшает качество шумоподавления и расширяет объем пространства, в котором оно производится.At the same time, since the speed of emission of an acoustic signal by an ultrasonic emitter (for example, a piezoelectric emitter) is significantly higher than that of resonant dynamic acoustic systems and amounts to about 10 -5 s, the distance between the microphone and emitter can be minimized, which further improves the quality of noise reduction and expands the amount of space in which it is produced.
Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечивать высококачественное шумоподавление во всем диапазоне звуковых частот в заданном объеме.The proposed technical solution allows for high-quality noise reduction in the entire range of sound frequencies in a given volume.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013128621/28A RU2545462C2 (en) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | System for active noise reduction with ultrasonic radiator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013128621/28A RU2545462C2 (en) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | System for active noise reduction with ultrasonic radiator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013128621A RU2013128621A (en) | 2014-12-27 |
RU2545462C2 true RU2545462C2 (en) | 2015-03-27 |
Family
ID=53278570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013128621/28A RU2545462C2 (en) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | System for active noise reduction with ultrasonic radiator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2545462C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU179556U1 (en) * | 2017-05-11 | 2018-05-17 | Андрей Александрович Травков | Active noise reduction system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5535283A (en) * | 1992-12-28 | 1996-07-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Active noise attenuating device |
US5899977A (en) * | 1996-07-08 | 1999-05-04 | Sony Corporation | Acoustic signal processing apparatus wherein pre-set acoustic characteristics are added to input voice signals |
RU2363992C1 (en) * | 2008-08-22 | 2009-08-10 | Алексей Викторович Гладилин | Device to attenuate vent system noise |
US20100260360A1 (en) * | 2009-04-14 | 2010-10-14 | Strubwerks Llc | Systems, methods, and apparatus for calibrating speakers for three-dimensional acoustical reproduction |
-
2013
- 2013-06-24 RU RU2013128621/28A patent/RU2545462C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5535283A (en) * | 1992-12-28 | 1996-07-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Active noise attenuating device |
US5899977A (en) * | 1996-07-08 | 1999-05-04 | Sony Corporation | Acoustic signal processing apparatus wherein pre-set acoustic characteristics are added to input voice signals |
RU2363992C1 (en) * | 2008-08-22 | 2009-08-10 | Алексей Викторович Гладилин | Device to attenuate vent system noise |
US20100260360A1 (en) * | 2009-04-14 | 2010-10-14 | Strubwerks Llc | Systems, methods, and apparatus for calibrating speakers for three-dimensional acoustical reproduction |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU179556U1 (en) * | 2017-05-11 | 2018-05-17 | Андрей Александрович Травков | Active noise reduction system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013128621A (en) | 2014-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gan et al. | A review of parametric acoustic array in air | |
JP5570870B2 (en) | SOUND FOCUSING DEVICE, SOUND FOCUSING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE | |
RU2569914C2 (en) | Driving parametric loudspeakers | |
JP2005094777A5 (en) | ||
JP2015084499A (en) | Parametric speaker | |
US20190081711A1 (en) | Parametric array system | |
CN110784799A (en) | Sound directional transmission method and system | |
Tanaka et al. | Multi-channel active noise control using parametric array loudspeakers | |
Olszewski et al. | Steerable highly directional audio beam loudspeaker. | |
RU2545462C2 (en) | System for active noise reduction with ultrasonic radiator | |
CN105681975A (en) | LED lamp and system for eliminating ambient noise | |
TW201344677A (en) | Noise suppressing apparatus | |
RU135176U1 (en) | ACTIVE NOISE REDUCTION SYSTEM WITH ULTRASONIC RADIATOR | |
CN102044252A (en) | Device and method for eliminating noise | |
CN110138458B (en) | Method for realizing remote directional beam-bunching emission of sound waves | |
JPS6075199A (en) | Electroacoustic transducer | |
Geng et al. | Virtual bass enhancement based on harmonics control using missing fundamental in parametric array loudspeaker | |
RU2709606C1 (en) | Device for active damping of acoustic noise in ventilation systems | |
JP4785647B2 (en) | Super directional acoustic device | |
JPS62102290A (en) | Noise reducer | |
JP2020057984A (en) | Parametric speaker and signal processing device | |
JP4522121B2 (en) | Superdirective speaker modulator | |
CN118249949B (en) | Ultrasonic generator and recording interference shielding device | |
JP4341851B1 (en) | Speaker device | |
JP7336803B2 (en) | PARAMETRIC SPEAKER AND SOUND SIGNAL OUTPUT METHOD |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170625 |