TW201344677A - 噪音抑制裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種噪音抑制裝置，所述之噪音抑制裝置包括噪音收集器、噪音接收器、控制器以及揚聲器。噪音收集器與噪音發生源鄰近配置，用以收集噪音發生源所產生的噪音。噪音接收器配置在噪音收集器與噪音發生源間，用以接收噪音並據以產生回授信號。控制器耦接噪音接收器，用來接收並依據回授信號產生噪音抑制信號。揚聲器耦接控制器，用來接收並依據噪音抑制信號產生噪音抑制聲波，其中，噪音抑制聲波與噪音的信號相位相反。

Description

噪音抑制裝置

本發明是有關於一種噪音抑制裝置，且特別是有關於一種可主動(active)以及被動(passive)消除噪音的噪音抑制裝置。

隨著機械工業的進步，各式各樣的機械裝置也因應而生。為了加快系統執行效能，通常需要提高系統內部裝置的運轉速度，然而，旋轉式的機械裝置在高速運轉時有時會產生大量的噪音。為了減少旋轉機械運轉時產生的噪音問題，傳統上會藉由改變旋轉機械內部機構件的尺寸設計或使用昂貴的隔音材質來隔絕噪音。但一般的隔音材質的體積都很龐大，使用上很佔空間。此外，一般的旋轉機械所在的環境會被視為空間開放聲場，若使用一般由隔音材質組成隔音設備或一般的減音設備對噪音進行減音，其減少噪音的效果非常有限。

有鑑於此，本發明提出一種噪音抑制裝置，有效抑制噪音發生源發出的噪音。

本發明提出一種噪音抑制裝置，所述之噪音抑制裝置包括噪音收集器、噪音接收器、控制器以及揚聲器。噪音收集器與噪音發生源鄰近配置，並用以收集噪音發生源所產生的噪音。噪音接收器配置在噪音收集器與噪音發生源間，並用以接收上述之噪音並據以產生回授(feedback)信號。控制器耦接噪音接收器，用來接收並依據上述之回授信號產生噪音抑制信號。揚聲器耦接控制器，用來接收並依據上述之噪音抑制信號產生噪音抑制聲波，其中，上述之噪音抑制聲波與上述之噪音的信號相位(phase)相反。

在本發明之一實施例中，所述之噪音抑制裝置更包括參考音接收器，參考音接收器耦接控制器，並與噪音發生源鄰近配置，以及依據接收上述之噪音外的其他聲音來產生參考信號。

在本發明之一實施例中，所述之噪音發生源為旋轉機械裝置，參考音接收器為麥克風或旋轉機械裝置上的加速規感測器。

在本發明之一實施例中，所述之噪音收集器為由吸音材質所建構的遮蔽框架。

在本發明之一實施例中，所述之遮蔽框架包括基板以及延伸部，其中延伸部環繞配置在基板的周圍。

在本發明之一實施例中，所述之遮蔽框架具有圓弧結構。

在本發明之一實施例中，所述之噪音接收器包括至少一麥克風，至少一麥克風是用以接收上述之噪音以產生上述之回授信號，以及麥克風傳送上述之回授信號至控制器。

在本發明之一實施例中，所述之揚聲器包括至少一喇叭，至少一喇叭是配置在噪音接收器上，並依據上述之噪音抑制信號往噪音發生源傳送上述之噪音抑制聲波。

在本發明之一實施例中，所述之噪音抑制裝置更包括低通濾波器，低通濾波器是耦接在揚聲器與控制器的耦接路徑間，並用以濾除上述之噪音抑制信號的雜訊。

在本發明之一實施例中，所述之控制器包括適應性演算模組以及強韌閉迴路演算模組。強韌閉迴路演算模組耦接適應性演算模組，其中，適應性演算模組以及強韌閉迴路演算模組接收上述之回授信號以分別執行適應性演算法以及強韌閉迴路演算法來產生上述之噪音抑制信號。

基於上述，本發明的噪音抑制裝置可將噪音集中，並依據接收到的噪音產生回授信號，以及將此回授信號作適應性演算以及強韌閉迴路演算以取得噪音抑制信號，最後依據此噪音抑制信號動態地調整並輸出噪音抑制聲波。藉此，本發明的噪音抑制裝置有效抑制噪音發生源發出的噪音。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1為依據本發明之一實施例所繪示之噪音抑制裝置的示意圖。噪音抑制裝置100包括噪音收集器110、噪音接收器120、控制器130以及揚聲器140。

噪音收集器110與噪音發生源150鄰近配置，並用以收集噪音發生源150所產生的噪音VN。噪音收集器110為由吸音材質所建構的遮蔽框架，其適用於被動地吸收噪音的高頻域部分，在本實施例中，此遮蔽框架可以是由基板112以及延伸部114所構成的方形遮蔽框架(即ㄇ字形遮蔽框架)。而噪音發生源150可以是旋轉機械裝置或其他類似裝置。具體來說，噪音收集器110的遮蔽框架範圍(即ㄇ字形遮蔽框架範圍)內類似一個密閉聲場(sound field)。在此密閉聲場中，所有噪音發生源150發出的噪音VN皆會被高密度的集中，以避免噪音VN往其他區域擴散。特別是，被聚集在此密閉聲場的噪音VN的高頻域部分會大幅地被噪音收集器110的吸音材質所吸收。此外，由於方形遮蔽框架在設置上較佔空間，故本實施例的方形遮蔽框架適用於空間較大的聲場，例如在開放空間中對旋轉機械裝置本體造成的噪音作集中之用。

噪音接收器120配置在噪音收集器120與噪音發生源150間，用以接收噪音VN並據以產生回授信號SF。舉例來說，當噪音接收器120接收到噪音發生源150所發出的噪音VN時，噪音接收器120會將接收到的噪音VN轉換為電訊號(electronic signal)，並藉由其內部的回授電路依據此電訊號產生對應的回授信號SF。然後噪音接收器120傳送此回授信號SF至控制器130，以使控制器130得知目前噪音VN的強度。在本實施例中，噪音接收器120為一個或多個麥克風121或其他收音裝置。

控制器130耦接噪音接收器120，用來接收回授信號SF，並依據回授信號SF產生噪音抑制信號SD。特別是，控制器130會主動地依據回授信號SF來適應性的調整其輸出的噪音抑制信號SD。在本實施例中，控制器130可以是微處理器或微控制器晶片所建構，本發明並不對控制器130作限制。

揚聲器140耦接控制器130，用來接收噪音抑制信號SD，並依據噪音抑制信號SD產生噪音抑制聲波VD，其中，噪音抑制聲波VD可以是與噪音VN的振幅大小相同，且信號相位相反的信號，可用來有效的抑制噪音VN的低頻域部分。也就是說，噪音抑制聲波VD的強度會隨著噪音VN的強弱而適應性地調整。換言之，當噪音發生源150所產生的噪音VN較大聲時，控制器130依據回授信號SF所產生的噪音抑制信號SD會控制揚聲器140發出較強的噪音抑制聲波VD。而當噪音發生源150所產生的噪音VN減弱時，則控制器130依據回授信號SF產生的噪音抑制信號SD會控制揚聲器140發出較弱的噪音抑制聲波VD。

在本實施例中，揚聲器140包括一個或多個喇叭141，喇叭141被配置在噪音接收器120上，用以依據噪音抑制信號SD往噪音發生源150傳送噪音抑制聲波VD。據此，揚聲器140可以依據噪音抑制信號SD動態地調整輸出噪音抑制聲波VD的喇叭141的數量，例如，當噪音發生源150所產生的噪音VN減弱時，控制器130只控制1個喇叭141輸出噪音抑制聲波VD，以抑制噪音VN的低頻域部分。

在此需注意的是，因為噪音抑制聲波VD的信號相位與噪音VN的信號相位是相反的，所以被聚集在噪音收集器110形成的密閉聲場中的噪音VN會被質量相當的噪音抑制聲波VD所抵銷，藉以達到抑制噪音的效果。

然而，本發明提出的噪音收集器的遮蔽框架也可以是圓弧形或拱形的，請接續參照圖2，圖2為依據本發明之另一實施例所繪示之噪音抑制裝置的示意圖。噪音抑制裝置200的元件架構類似於噪音抑制裝置100。具體來看，本實施例與前一實施例不同之處在於，在本實施例中，噪音收集器210的遮蔽框架可以是呈現圓弧形的結構，且由於圓弧形結構的遮蔽框架較不佔用體積，故其較適用於空間較狹小的聲場，例如針對管路噪音的聲場。

以下請參照圖3，圖3為依據本發明之又一實施例所繪示之噪音抑制裝置的示意圖。噪音抑制裝置300包括噪音收集器310、噪音接收器320、參考音接收器325、控制器330、揚聲器340以及低通濾波器370。類似於圖1，噪音抑制裝置300是用來抑制由噪音發生源350發出的噪音VN，其中，噪音發生源350例如是旋轉機械裝置。在此需注意的是，噪音收集器310、噪音接收器320以及揚聲器340皆分別類似於圖1的噪音收集器110、噪音接收器120以及揚聲器140，故在此僅對噪音收集器310、噪音接收器320以及揚聲器340作概要說明。

在本實施例中，噪音收集器310是以方形遮蔽框架為例。噪音接收器320包括一個或多個麥克風321。而揚聲器340則包括一個或多個喇叭141。

參考音接收器325耦接控制器330，且參考音接收器325與噪音發生源350鄰近配置，並依據接收噪音VN外的其他聲音VI(例如整體週邊環境的聲音)來產生參考信號SR。在本實施例中，參考音接收器325可以是麥克風或類似的收音裝置。而在本發明的其他實施例中，參考音接收器325則可以是噪音發生源350(即旋轉機械裝置)上的加速規感測器(Accelerometer Sensor)，其中，加速規感測器通常是用來量測旋轉機械裝置的加速度之用。例如，將加速規感測器偵測的旋轉機械裝置的加速度狀態轉換為參考信號SR傳送至控制器330。

控制器330耦接噪音接收器320以及參考音接收器325，用來接收回授信號SF以及參考信號SR，並依據回授信號SF以及參考信號SR產生噪音抑制信號SD。

舉例來說，請參照圖4，圖4為依據本發明之一實施例所繪示之控制器的示意圖。在本實施例中，控制器330包括適應性演算模組332以及強韌閉迴路演算模組334，其中，強韌閉迴路演算模組334耦接適應性演算模組332。控制器330在接收到回授信號SF以及參考信號SR之後，適應性(adaptive)演算模組332以及強韌閉迴路(robust closed-loop)演算模組334會將回授信號SF以及參考信號SR分別代入其自身的適應性演算法以及強韌閉迴路演算法中作運算。在回授信號SF以及參考信號SR依序經過適應性演算法以及強韌閉迴路演算法的運算之後，控制器330會取得適應性以及強韌運算後所產生的噪音抑制信號SD，並將其透過低通濾波器370輸出至揚聲器340。具體來說，適應性演算模組332可以適應性的調整控制器330的控制參數數量以提升控制器330的執行效能，而強韌閉迴路演算模組334則可以減少控制器330受外界信號的干擾並提升控制器330對整體系統的操作穩定性。在本實施例中，控制器330同樣可以是控制電路或控制晶片等，而適應性演算模組332以及強韌閉迴路演算模組334可以藉由實體電路分別加以實現，本發明並不對控制器330、適應性演算模組332以及強韌閉迴路演算模組334的實現方式作限制。

請再次參照圖3，低通濾波器370耦接在揚聲器340與控制器330的耦接路徑間，用以濾除噪音抑制信號SD的雜訊。在本實施例中，低通濾波器370是由電阻R以及電容C組成的RC電路，但本發明不對低通濾波器370的電路結構作限制。具體來看，低通濾波器370濾除的雜訊主要是高於一預設截止頻率(cut-off frequency)的噪音抑制信號SD中的高頻域部分。據此，揚聲器340可以接收通過低通濾波器370的噪音抑制信號SD，並依其動態地調整輸出的噪音抑制聲波VD的強度(或喇叭341的數量)。

請接續參照圖5，圖5為依據本發明之一實施例所繪示之噪音抑制示意圖。在圖5中，縱軸代表分貝(dB)以及橫軸代表頻率(Hz)。實線501表示在沒有配置本發明的噪音抑制裝置的情況下，在不同的時間點所偵測的噪音發生源(即旋轉機械裝置)所發出的噪音分貝數。而虛線502表示在配置本發明的噪音抑制裝置的情況下，在不同的時間點所偵測的噪音發生源(即旋轉機械裝置)所發出的噪音分貝數。

在時間區間T1、T2以及T3中，噪音發生源(即旋轉機械裝置)發出強烈的噪音，在配置了本發明的噪音抑制裝置之後，噪音分別下降了約5.5dB、6.0dB以及5.0dB，大幅降低了噪音的強度。

綜上所述，本發明的噪音抑制裝置可被動地將噪音集中於密閉聲場中，以藉由吸音材質將噪音的高頻域部分吸收，並主動地依據接收到的噪音產生回授信號，以及將此回授信號作適應性演算以及強韌閉迴路演算以取得噪音抑制信號，最後依據此噪音抑制信號動態地調整並輸出噪音抑制聲波，以抑制噪音的低頻域部分。藉此，本發明的噪音抑制裝置有效抑制噪音發生源發出的噪音。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．噪音抑制裝置

110、210、310．．．噪音收集器

112、312．．．基板

114、314．．．延伸部

120、320．．．噪音接收器

121、321．．．麥克風

130、330．．．控制器

140、340．．．揚聲器

141、341．．．喇叭

150、350．．．噪音發生源

325．．．參考音接收器

332．．．適應性演算模組

334．．．強韌閉迴路演算模組

370．．．低通濾波器

501、502．．．噪音分貝數

SD．．．噪音抑制信號

SF．．．回授信號

SR．．．參考信號

VD．．．噪音抑制聲波

VI．．．其他聲音

VN．．．噪音

圖1為依據本發明之一實施例所繪示之噪音抑制裝置的示意圖。

圖2為依據本發明之另一實施例所繪示之噪音抑制裝置的示意圖。

圖3為依據本發明之又一實施例所繪示之噪音抑制裝置的示意圖。

圖4為依據本發明之一實施例所繪示之控制器的示意圖。

圖5為依據本發明之一實施例所繪示之噪音抑制示意圖。

100．．．噪音抑制裝置

110．．．噪音收集器

120．．．噪音接收器

121．．．麥克風

130．．．控制器

140．．．揚聲器

141．．．喇叭

150．．．噪音發生源

SD．．．噪音抑制信號

SF．．．回授信號

VD．．．噪音抑制聲波

VN．．．噪音

Claims (10)

1. 一種噪音抑制裝置，包括：一噪音收集器，與一噪音發生源鄰近配置，用以收集該噪音發生源所產生的一噪音；一噪音接收器，配置在該噪音收集器與該噪音發生源間，用以接收該噪音並據以產生一回授信號；一控制器，耦接該噪音接收器，接收並依據該回授信號產生一噪音抑制信號；以及一揚聲器，耦接該控制器，接收並依據該噪音抑制信號產生一噪音抑制聲波，其中，該噪音抑制聲波與該噪音的信號相位相反。
2. 如申請專利範圍第1項所述之噪音抑制裝置，其中更包括一參考音接收器，耦接該控制器，該參考音接收器與該噪音發生源鄰近配置，依據接收該噪音外的其他聲音來產生一參考信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之噪音抑制裝置，其中該噪音發生源為一旋轉機械裝置，該參考音接收器為一麥克風或該旋轉機械裝置上的一加速規感測器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之噪音抑制裝置，其中該噪音收集器為由吸音材質所建構的一遮蔽框架。
5. 如申請專利範圍第4項所述之噪音抑制裝置，其中該遮蔽框架包括：一基板；以及一延伸部，該延伸部環繞配置在該基板的周圍。
6. 如申請專利範圍第4項所述之噪音抑制裝置，其中該遮蔽框架具有一圓弧結構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之噪音抑制裝置，其中該噪音接收器包括：至少一麥克風，用以接收該噪音以產生該回授信號，該麥克風傳送該回授信號至該控制器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之噪音抑制裝置，其中該揚聲器包括：至少一喇叭，配置在該噪音接收器上，依據該噪音抑制信號往該噪音發生源傳送該噪音抑制聲波。
9. 如申請專利範圍第1項所述之噪音抑制裝置，其中更包括：一低通濾波器，耦接在該揚聲器與該控制器的耦接路徑間，用以濾除該噪音抑制信號的雜訊。
10. 如申請專利範圍第1項所述之噪音抑制裝置，其中該控制器包括：一適應性演算模組；以及一強韌閉迴路演算模組，耦接該適應性演算模組，其中，該適應性演算模組以及該強韌閉迴路演算模組接收該回授信號以分別執行一適應性演算法以及強韌閉迴路演算法來產生該噪音抑制信號。