TWI635485B - 無人機噪音抑制裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

一種無人機噪音抑制裝置，無人機包括至少一旋翼。無人機噪音抑制裝置包括一風罩、一收音裝置、一聲波處理裝置以及一擴音裝置。風罩覆蓋在旋翼周圍。收音裝置設置於風罩內，用以接收一聲波。聲波處理裝置設置於無人機上，聲波處理裝置根據聲波之音色、音調及響度至少其中之一對應產生一抑制訊號。擴音裝置設置於風罩內，擴音裝置根據抑制訊號發出用以抵消聲波之一音源。

Description

無人機噪音抑制裝置及其方法

本發明是有關於一種噪音抑制裝置，且特別是有關於一種無人機噪音抑制裝置及其方法。

隨著機械工業的進步，各式各樣的無人機因應而生。然而，無人機的旋翼在高速旋轉時會產生大量的聲響，對人而言，旋翼發出的聲響過高，會感到刺耳或不悅，尤其在密閉的空間中。此外，在無人機的安全上，旋翼發出的聲響過高相對地容易被偵查到行蹤，因而隱密性較低。因此，如何減少或抑制無人機的噪音，以達到消音的目的，實為重要。

本發明係有關於一種無人機噪音抑制裝置及其方法，可藉由主動抑制噪音發生源的聲波或聲場，以達到消音的目的。

根據本發明之一方面，提出一種無人機噪音抑制裝置，無人機包括至少一旋翼。無人機噪音抑制裝置包括一風罩、一收音裝置、一聲波處理裝置以及一擴音裝置。風罩覆蓋在旋翼周圍。收音裝置設置於風罩內，用以接收一聲波。聲波處理裝置 設置於無人機上，聲波處理裝置根據聲波之音色、音調及響度至少其中之一對應產生一抑制訊號。擴音裝置設置於風罩內，擴音裝置根據抑制訊號發出用以抵消聲波之一音源。

根據本發明之一方面，提出一種無人機噪音抑制方法，無人機包括至少一旋翼，無人機噪音抑制方法包括下列步驟。覆蓋一風罩於旋翼周圍。設置一收音裝置於風罩內，用以接收一聲波。根據聲波之音色、音調及響度至少其中之一產生一抑制訊號。設置一擴音裝置於風罩內，擴音裝置根據抑制訊號發出用以抵消聲波之一音源。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧無人機

101‧‧‧動力源

102‧‧‧旋翼

104‧‧‧旋翼臂

106‧‧‧馬達

110‧‧‧無人機噪音抑制裝置

112‧‧‧風罩

112a‧‧‧頂部

112b‧‧‧出風口

114‧‧‧收音裝置

115‧‧‧吸音材料

116‧‧‧聲波處理裝置

118‧‧‧擴音裝置

W‧‧‧聲波

SW‧‧‧音源

第1圖繪示無人機的示意圖。

第2A圖繪示依照本發明一實施例之無人機噪音抑制裝置的示意圖。

第2B圖繪示依照本發明另一實施例之無人機噪音抑制裝置的示意圖。

第3圖繪示聲波及抵消聲波的音源之間相位相反的示意圖。

第4圖繪示無人機噪音抑制的流程圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1圖，無人機100例如為單旋翼或多旋翼無人機，以四旋翼驅動為例，無人機100包括四個動力源101，每個動力源101包括一旋翼102、一個旋翼臂104以及一個馬達106。馬達106設置於旋翼臂104上，用以驅動旋翼102，且各旋翼102之轉軸耦接在馬達106的轉子上，以使各旋翼102以轉軸為中心旋轉。當旋翼102高速旋轉時，旋翼102產生的風切噪音，其音量高於60分貝時人耳會感到非常大聲且刺耳，為噪音的主要來源。此外，馬達106震動時產生的聲響也很明顯，也是噪音的主要來源。因此，本發明之無人機噪音抑制裝置110針對噪音產生源(例如馬達106震動產生的噪音及/或旋翼102產生的風切噪音)提出噪音改善機制，藉由抑制噪音發生源的聲波或聲場，以達到消音的目的。

請參照第2A及2B圖，依照本發明一實施例之無人機噪音抑制裝置110包括一風罩112、一收音裝置114、一聲波處理裝置116以及一擴音裝置118。風罩112覆蓋在旋翼102周圍，並可固定在旋翼臂104上。收音裝置114設置於風罩112內，用以接收一聲波W。聲波處理裝置116設置於風罩112上或設置於無人機100上，聲波處理裝置116根據聲波W之音色、音調及響度至少其中之一產生一抑制訊號。擴音裝置118設置於風罩112內並與噪音發生源的位置相對(例如與旋翼102或馬達106的位置相對)，擴音裝置118根據抑制訊號發出用以抵消聲波W之一音源SW。

收音裝置114例如是麥克風，其與噪音發生源(例如旋翼102、馬達106)鄰近配置，用以收集噪音發生源所產生的聲波W。請參照第2A圖，在一實施例中，收音裝置114固定在風罩112上，且收音裝置114的位置鄰近旋翼102的上方，用以收集鄰近的旋翼102產生的風切噪音(亦可收集馬達106震動產生的噪音)。此外，請參照第2B圖，在另一實施例中，收音裝置114固定在風罩112上，且收音裝置114的位置鄰近旋翼102的下方，除了可收集鄰近的旋翼102產生的風切噪音之外，還可收集鄰近的馬達106震動產生的噪音。此外，收音裝置114的端部可設置一吸音材料115，以減少反射音產生，進而過濾雜音及回音。收音裝置114不限定為單個麥克風，亦可為多個設置在不同方位上的麥克風或其他收音器，因此能收集不同的噪音，本發明對此不加以限制。

在一實施例中，風罩112之頂部112a與旋翼102之軸心位置上下相對，且風罩112覆蓋在旋翼102周圍，僅留下方的出風口112b。此外，風罩112的頂部112a亦可預留一入風口，以使空氣能由上方往下方流動，並可藉由旋轉旋翼102而使風罩112內的空氣增壓，進而產生向下的推進力。

在一實施例中，風罩112可由吸音材質所構成，一方面可避免回音的干擾，另一方面可以阻隔外在的環境聲響(例如車輛行駛的聲音、人講話的聲音、背景噪音等)，以利於提高收音的品質。在一實施例中，風罩112為開口朝下的U字形結構，其 覆蓋在旋翼102的周圍，以使噪音發生源所產生的聲波W在風罩112內形成一密閉聲場，進而避免聲波W往其他區域擴散。

收音裝置114接收到噪音發生源所產生的聲波W時，收音裝置114將聲波訊號轉換成電訊號，並將此電訊號傳送至聲波處理裝置116。聲波處理裝置116接收電訊號並藉由內建的軟體或電路分析電壓及振幅後，根據聲波W的音色、音調及響度來得知聲波W的聲場及其特徵，藉以產生一抑制訊號。

在一實施例中，聲波處理裝置116會主動地根據聲波W的聲場及其特徵來適應性地調整抑制訊號。例如，當判斷聲波W來自於馬達106震動產生的噪音時，聲波處理裝置116會主動地調整與馬達106震動產生的聲波W之音色、音調及響度相關的抑制訊號。或者，當判斷聲波W來自於旋翼102產生的風切噪音時，聲波處理裝置116會主動地調整與旋翼102產生的聲波W之音色、音調及響度相關的抑制訊號。在一實施例中，聲波處理裝置116可為一微處理器或一數位訊號處理器，本發明對此不加以限制。

此外，擴音裝置118以有線或無線傳輸的方式耦接聲波處理裝置116，用以接收抑制訊號，且擴音裝置118較佳地設置於風罩112之頂部112a並與旋翼102的位置相對(或與馬達106的位置相對)，並可根據抑制訊號輸出用以抵消聲波W之一音源SW。例如，如第3圖所示，輸出與聲波W(以實線表示)的響度(振幅)相同、音調(頻率)相同但相位相反的音源SW(以虛線表 示)，藉以達到消音的目的。

在一實施例中，當有兩個以上的噪音發生源同時產生(例如同時有馬達106震動噪音以及旋翼102風切噪音)並合成為一聲波W時，聲波處理裝置116可對合成聲波進行濾波，以得到至少具有第一頻率以及第一振幅的聲波以及具有第二頻率以及第二振幅的聲波。此時，聲波處理裝置116可根據具有第一頻率以及第一振幅的聲波產生第一抑制訊號，並可根據具有第二頻率以及第二振幅的聲波產生第二抑制訊號。接著，擴音裝置118接收到第一抑制訊號以及第二抑制訊號之後，分別根據第一抑制訊號以及第二抑制訊號發出用以抵消合成聲波之一音源。例如，發出與聲波的第一振幅相同、第一頻率相同但相位相反的第一音源以及與聲波的第二振幅相同、第二頻率相同但相位相反的第二音源，藉以達到消音的目的。

根據上述的內容及圖式，本發明提出一種無人機噪音抑制方法，包括下列步驟。覆蓋一風罩112於旋翼102周圍。設置一收音裝置114於風罩112內，用以接收一聲波W。根據聲波W之音色、音調及響度至少其中之一產生一抑制訊號。設置一擴音裝置118於風罩112內並與噪音產生源的位置相對(例如與旋翼102或馬達106的位置相對)，擴音裝置118根據抑制訊號發出用以抵消聲波W之一音源SW，藉以達到消音的目的。

在一實施例中，擴音裝置118例如為一揚聲器(喇叭)或具有震動膜之發音裝置，其輸出的抑制音源SW與噪音產生源 產生的聲波W完全抵銷(或部份抵銷)，藉以消除噪音產生源產生的聲波W或部分波段(例如高頻段部分或低頻段部分)。

請參照第4圖，根據第1至3圖及本流程圖之步驟S10-S12，當無人機100起飛之後，確定無人機100已經到達穩定滯留狀態時，開始進行步驟S13的收音流程(以收音裝置114接收一聲波W)，若無人機100未到達穩定滯留狀態(或未穩定飛行狀態)則暫停收音，直到無人機100到達穩定狀態為止。接著，根據流程圖之步驟S14-S15，輸出反聲波(也就是擴音裝置118根據抑制訊號發出用以抵消聲波W之一音源SW)，以進行噪音抑制，藉以達到消音的目的。

本發明上述實施例所揭露之無人機噪音抑制裝置及其方法，係利用收音裝置接收噪音發生源所產生的聲波，再根據聲波的音色、音調及響度至少其中之一來得知聲波的聲場及其特徵，藉以產生一抑制訊號，以使聲波處理裝置能主動地根據聲波的聲場及其特徵來適應性地調整抑制訊號。此外，擴音裝置可根據抑制訊號發出用以抵消聲波之一音源，使其發出的抑制音源與噪音產生源產生的聲波完全抵銷(或部份抵銷)，藉以消除噪音產生源產生的聲波或部分波段(例如高頻波段部分或低頻波段部分)。因此，在無人機的旋翼或馬達發出的聲響被有效抑制後，將不會聽到刺耳或不悅的噪音，且不容易被偵查到行蹤，因而提高無人機的隱密性。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明。本發明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，當可作各種之更動與潤飾。因此，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。

Claims (10)

1. 一種無人機噪音抑制裝置，該無人機包括至少一旋翼以及至少一馬達，該無人機噪音抑制裝置包括：一風罩，覆蓋在該旋翼周圍；一收音裝置，設置於該風罩內，該收音裝置的位置鄰近該旋翼的上方或下方或鄰近該馬達，用以接收一聲波；一聲波處理裝置，設置於該無人機上，該聲波處理裝置根據該聲波之音色、音調及響度至少其中之一對應產生一抑制訊號；以及一擴音裝置，設置於該風罩內，該擴音裝置根據該抑制訊號發出用以抵消該聲波之一音源。
2. 一種無人機噪音抑制裝置，該無人機包括至少一旋翼以及至少一馬達，該無人機噪音抑制裝置包括：一風罩，覆蓋在該旋翼周圍；一收音裝置，設置於該風罩內，用以接收一聲波；一聲波處理裝置，設置於該無人機上，該聲波處理裝置根據該聲波之音色、音調及響度至少其中之一對應產生一抑制訊號；以及一擴音裝置，設置於該風罩內，該擴音裝置與該旋翼之位置相對或與該馬達的位置相對，該擴音裝置根據該抑制訊號發出用以抵消該聲波之一音源。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之無人機噪音抑制裝置，其中該馬達用以驅動該旋翼，該聲波包含來自於該馬達震動產生的噪音。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之無人機噪音抑制裝置，其中該聲波包含來自於該旋翼產生的風切噪音。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之無人機噪音抑制裝置，其中抵消該聲波之該音源與該聲波的相位相反。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之無人機噪音抑制裝置，其中該風罩為開口朝下的U字形結構，且該風罩之頂部與該旋翼之軸心位置上下相對。
7. 一種無人機噪音抑制方法，該無人機包括至少一旋翼以及至少一馬達，該無人機噪音抑制方法包括：覆蓋一風罩於該旋翼周圍；設置一收音裝置於該風罩內，該收音裝置的位置鄰近該旋翼的上方或下方或鄰近該馬達，用以接收一聲波；根據該聲波之音色、音調及響度至少其中之一產生一抑制訊號；以及設置一擴音裝置於該風罩內，該擴音裝置根據該抑制訊號發出用以抵消該聲波之一音源。
8. 一種無人機噪音抑制方法，該無人機包括至少一旋翼以及至少一馬達，該無人機噪音抑制方法包括：覆蓋一風罩於該旋翼周圍；設置一收音裝置於該風罩內，用以接收一聲波；根據該聲波之音色、音調及響度至少其中之一產生一抑制訊號；以及設置一擴音裝置於該風罩內，該擴音裝置與該旋翼之位置相對或與該馬達的位置相對，該擴音裝置根據該抑制訊號發出用以抵消該聲波之一音源。
9. 如申請專利範圍第7或8項所述之無人機噪音抑制方法，其中抵消該聲波之該音源與該聲波的相位相反。
10. 如申請專利範圍第7或8項所述之無人機噪音抑制方法，其中該馬達用以驅動該旋翼，該聲波包含來自於該馬達震動產生的噪音及該旋翼產生的風切噪音至少其中之一。