CN111681633B - 一种噪音控制装置、电器设备及其噪音控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种噪音控制装置、电器设备及其噪音控制方法，该装置包括：第一采集单元，采集电器设备发出的第一噪声信号，以第一噪声信号所在的声场为初级声场；主动降噪单元，根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场；并控制初级声场和次级声场相叠加；第二采集单元，采集初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号；主动降噪单元，还根据初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，调节次级声场；并控制初级声场和调节后的次级声场相叠加。本发明的方案，可以解决对电器设备的主动降噪方式不能拓展降噪频率段而存在降噪效果不好的问题，达到提升对电器设备的降噪效果的效果。
Description
技术领域
本发明属于家用电器技术领域，具体涉及一种噪音控制装置、电器设备(尤其是油烟机)及其噪音控制方法，尤其涉及一种油烟机主动降噪控制装置、油烟机及其主动降噪控制方法。
背景技术
噪声污染是一个全世界都十分关注的环境问题，一般性的噪声干扰会影响人们的正常工作和生活，长期生活在高噪声环境下会对人的听力和身心健康造成严重危害。传统的噪声控制技术可以包括吸声处理、隔声处理、使用***、振动的隔离、阻尼减震等，称为“无源”噪声控制。但无源噪声控制方法对中高频噪声较为有效，而对低频噪声的控制效果不大。于是引入一项新技术——有源噪声控制。有源噪声控制是当今声学与振动控制领域的前沿研究方向，它的基本原理是利用人工产生的声波或振动波与要控制的声波或振动波相叠加，达到消弱或增强波场功率或改变波场分布的目的。
另外，国内降噪意识已逐渐兴起，从手机、耳机、电器厂商，到工业、制造业等在噪声环境下工作的行业，主动降噪的必要性已不容忽视。主动降噪控制流程的难点主要包括：一方面，主动降噪涉及的知识面广且深，需要把声学工程、自动控制领域的相关知识掌握透彻并结合软硬件开发，最终实现到一个模组上。主动降噪耳机需要对结构力学、声腔结构有广泛的了解与认知；而针对家电的整体降噪解决方案，必须结合专业的声学测量、NVH工程的知识和实际工程经验。另一方面，主动降噪技术看原理简单，实际上对于声波的时间把控要求非常精密；如果时延没有把控好，很可能导致噪声被加强。总体来看，降噪算法的壁垒较高，至少存在对电器设备的主动降噪方式不能拓展降噪频率段而存在降噪效果不好的问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种噪音控制装置、电器设备及其噪音控制方法，以解决对电器设备的主动降噪方式不能拓展降噪频率段而存在降噪效果不好的问题，达到提升对电器设备的降噪效果的效果。
本发明提供一种噪音控制装置，包括：第一采集单元、第二采集单元和主动降噪单元；其中，第一采集单元，用于采集电器设备发出的第一噪声信号，以第一噪声信号所在的声场为初级声场；主动降噪单元，用于根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场；并控制初级声场和次级声场相叠加；第二采集单元，用于采集初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号；主动降噪单元，还用于根据初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，调节次级声场；并控制初级声场和调节后的次级声场相叠加。
可选地，主动降噪单元，包括：控制单元和发声单元；其中，主动降噪单元根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，包括：控制单元，用于根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号；发声单元，用于根据初级声场的噪声控制信号，产生第二噪声信号；和/或，主动降噪单元控制初级声场和次级声场相叠加，包括：控制初级声场发出第一方向的正弦声波信号，并控制次级声场发出第二方向的正弦声波信号，第一方向与第二方向的波形传播方向相反。
可选地，主动降噪单元，还包括：滤波单元；滤波单元，用于对第一采集单元采集到的电器设备发出的第一噪声信号进行第一滤波处理；和/或，滤波单元，还用于对第二采集单元采集到的初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号进行第二滤波处理。
可选地，控制单元根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号，包括：使电器设备发出的第一噪声信号经过前馈式控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该控制信号所对应的声音信号产生次级声场，进而将次级声场的声波信号和初级声场的原始声波信号相叠加；并通过检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声，根据滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法调整次级声源信号的强度。
可选地，第一采集单元，包括：第一麦克风；第二采集单元，包括：第二麦克风；第一麦克风和/或第二麦克风，设置在初级声场和次级声场的中间位置处。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电器设备，包括：以上所述的噪音控制装置。
与上述电器设备相匹配，本发明再一方面提供一种电器设备的噪音控制方法，包括：采集电器设备发出的第一噪声信号，以第一噪声信号所在的声场为初级声场；根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场；并控制初级声场和次级声场相叠加；采集初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号；根据初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，调节次级声场；并控制初级声场和调节后的次级声场相叠加。
可选地，其中，根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，包括：根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号；根据初级声场的噪声控制信号，产生第二噪声信号；和/或，控制初级声场和次级声场相叠加，包括：控制初级声场发出第一方向的正弦声波信号，并控制次级声场发出第二方向的正弦声波信号，第一方向与第二方向的波形传播方向相反。
可选地，还包括：对第一采集单元采集到的电器设备发出的第一噪声信号进行第一滤波处理；和/或，对第二采集单元采集到的初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号进行第二滤波处理。
可选地，根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号，包括：使电器设备发出的第一噪声信号经过前馈式控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该控制信号所对应的声音信号产生次级声场，进而将次级声场的声波信号和初级声场的原始声波信号相叠加；并通过检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声，根据滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法调整次级声源信号的强度。
本发明的方案，通过利用主动降噪装置根据初级声场产生的初级噪音生成的用于对初级噪音进行主动降噪的噪声为次级噪音，利用次级噪音对初级噪音进行声波相消处理，实现了立体声场内的噪音相消，可以提升对电器设备如油烟机的主动降噪效果。
进一步，本发明的方案，通过安装降噪平台即主动降噪装置，在采集到的油烟机噪声后，控制次级声源根据油烟机噪声生成相反噪声并发出相反噪声的声波来抵消油烟机噪声的声波，实现对油烟机的主动降噪处理，且可以保证主动降噪效果。
进一步，本发明的方案，通过在采集到的油烟机噪声后，控制次级声源根据油烟机噪声生成相反噪声并发出相反噪声的声波来抵消油烟机噪声的声波后，进一步检测油烟机噪声和相反噪声的叠加所形成的误差信号并根据该误差信号调整相反噪声的信号强度，以使降噪的效果达到最佳。
由此，本发明的方案，通过设置主动降噪装置，以需要降噪的电器设备发出的噪声为初级噪音，以主动降噪装置根据初级声场产生的初级噪音生成的用于对初级噪音进行主动降噪的噪声为次级噪音，利用次级噪音对初级噪音进行声波相消处理，解决对电器设备的主动降噪方式不能拓展降噪频率段而存在降噪效果不好的问题，达到提升对电器设备的降噪效果的效果；尤其是解决对油烟机的主动降噪方式不能拓展降噪频率段而存在降噪效果不好的问题，达到提升对油烟机的降噪效果的效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的噪音控制装置的一实施例的结构示意图；
图2为本发明的电器设备(如油烟机)的前馈式主动降噪***结构的一实施例的结构示意图；
图3为本发明的电器设备(如油烟机)的三维空间主动降噪结构设计布局的一实施例的结构示意图；
图4为本发明的电器设备(如油烟机)的FXLMS算法框图的一实施例的原理示意图；
图5为本发明的电器设备(如油烟机)的主动降噪流程的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的噪音控制方法的一实施例的流程示意图；
图7为本发明的方法中根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号的一实施例的流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-初级声源；2-次级声源；3-麦克风。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种噪音控制装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该噪音控制装置即主动降噪装置，可以应用于需要进行降噪处理的电器设备如油烟机等。该噪音控制装置可以包括：第一采集单元、第二采集单元和主动降噪单元。第一采集单元可以连接至主动降噪单元的第一输入端，第二采集单元可以连接至主动降噪单元的第二输入端。
具体地，第一采集单元，如第一麦克风，具体可以是参考麦克风，可以设置在电器设备如油烟机上，也可以设置在油烟机附近能采集到油烟机噪声的任一合适位置，可以用于采集电器设备发出的第一噪声信号，以第一噪声信号所在的声场为初级声场或初级声源。
具体地，主动降噪单元，可以用于根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场或初级声源；并控制初级声场和次级声场相叠加，以实现初级声场和次级声场的声波信号的相互抵消。其中，次级声场的声波信号的传播方向与初级声场的声波信号的传播方向的设置，能够在初级声场与次级声场相叠加时使初级声场的声波信号和次级声场的声波信号相互抵消。例如：次级声场的声波信号的传播方向与初级声场的声波信号的传播方向可以相反。
具体地，第二采集单元，如第二麦克风，具体可以是误差麦克风，可以设置在主动降噪单元上，也可以设置在主动降噪单元附近能采集到初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号的任一合适位置，可以用于采集初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号。
具体地，主动降噪单元，还可以用于根据初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，调节次级声场，如调节次级声场的强度；并控制初级声场和调节后的次级声场相叠加，以实现初级声场和调节后的次级声场的声波信号的相互抵消。进而，可以通过第二采集单元继续采集初级声场和调节后的次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，依次循环地对电器设备发出的第一噪声进行主动降噪处理，可以提高对电器设备发出的第一噪声进行主动降噪处理的精准性和可靠性，进而可以提升对电器设备进行主动降噪处理的效率和效果。
例如：通过精进主动降噪核心控制***与基础算法，利用立体声场内的噪音相消，并避免声波叠加造成更大噪声的问题，使电器设备如油烟机在预设三维空间内的噪声明显降低。如在电器设备为油烟机的情况下，油烟机的声音信息，称为参考信号。参考信号送到前馈式控制器，经过控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该声音信号产生次级声场，进而和实际通过物理途径中传来的原始声波信号相叠加，误差传声器检测初级声场和次级声场的叠加所形成的误差信号，送到控制器中，控制器根据特定的算法调整次级声源信号的强度。经验证，最初油烟机的噪声较大，安装降噪平台后，使初级声源1(如采集到的油烟机噪声)发出噪声信号，控制程序发出指令，次级声源2(***通过算法生成的相反噪声)发出另一声波来抵消，使用后平均降低10db。
由此，通过利用利用电器设备的噪声的初级声场生成次级声场，将初级声场和次级生成相叠加而实现立体声场内的噪音相消，并利用初级声场和次级声场相叠加产生的噪声误差对次级声场进行调节，可以避免声波叠加造成更大噪声，使电器设备如油烟机在预设三维空间内的噪声明显降低，提升了电器设备如油烟机的主动降噪效果。
在一个可选例子中，主动降噪单元，可以包括：控制单元和发声单元。第一采集单元可以连接至控制单元的第一输入端，第二采集单元可以连接至控制单元的第二输入端，控制单元的输出端连接至发声单元。
可选地，主动降噪单元根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，可以包括：控制单元，如DSP控制器，可以用于根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号。进而，发声单元，如扬声器，可以用于根据初级声场的噪声控制信号，产生第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场或初级声源。
例如：利用DSP搭建前馈式有源噪声控制***平台、三维空间内的结构设计、自适应算法等三大核心技术点设计了一种基于油烟机平台提出的主动降噪控制方案，简单可靠、稳定性和控制效果好。噪声信号经过参考麦克风反馈给控制器，残余噪声则通过误差麦克风反馈，次级声源信号则通过扬声器发出信号。它的优点是传声器可以接收油烟机的纯噪声，所以***是一个开环，不会引起任何的闭环振荡和啸叫，因此可以独立地调试电路，使降噪的效果达到最佳。结构设计考虑声波叠加，通过多点多次实验确定。本发明的方案中，实验中采用封闭式工装作为实验平台，模拟油烟机内的立体空间；研究实验平台的硬件设备，加入新的芯片，更新硬件模块，使整个实验平台更专业化、更加精密，配合更加高的实验要求。
由此，通过控制单元和发声单元基于电器设备发出的噪声生成次级声场对电器设备的初级声场进行声波相消，实现对电器设备的噪声的主动降噪，可以提升降噪处理的可靠性和可调性。
更可选地，控制单元根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号，可以包括：控制单元，如DSP控制器，使电器设备发出的第一噪声信号经过前馈式控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该控制信号所对应的声音信号产生次级声场，进而将次级声场的声波信号和初级声场的原始声波信号相叠加；并通过检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声，根据滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法调整次级声源信号的强度。具体地，可以根据电器设备发出的第一噪声信号，通常称为参考信号，参考信号通过参考麦克风采集，送到前馈式控制器，经过控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该声音信号产生次级声场，进而和实际通过物理途径中传来的原始声波信号相叠加，误差传声器检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声(误差信号)，送到控制器中，控制器根据滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法调整次级声源信号的强度。
例如：FXLMS算法是将FIR滤波器结构与最小均方(LMS)算法合成运用，使得控制***简单稳定，在自适应振动噪声控制中被广泛使用，也是主动降噪技术中的基础算法。其中，LMS算法是声波相消算法，FXLMS算法是在此算法基础上添加了滤波器。本发明的方案中，加入滤波算法、变步长算法等，为主动降噪过程提供了更多可控因素。
由此，通过利用滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法对电器设备发出的第一噪声信号进行处理进而生成初级声场的噪声控制信号，可以更好地控制噪声控制信号，进而更好地控制基于噪声控制信号生成的第二噪声信号对第一噪声信号的抵消。
可选地，主动降噪单元控制初级声场和次级声场相叠加，可以包括：控制初级声场发出第一方向的正弦声波信号，并控制次级声场发出第二方向的正弦声波信号，第一方向与第二方向的波形传播方向相反。
例如：在初始主动降噪实验中，利用CCS编程和硬件设备、前馈式实验平台(如前馈式有源噪声控制***)实现声波相消实验，举例说明前期的正弦波相消实验：首先软件平台编写程序使前馈式实验平台发出正弦声波信号，又另发出一反向正弦声波进行抵消。
由此，通过控制初级声场和次级声场发出方向相反的正弦声波信号，声波相互抵消效果好，有利于提升主动降噪效果。
在一个进一步可选例子中，主动降噪单元，还可以包括：滤波单元。滤波单元，可以与第一采集单元和/或第二采集单元配合设置。滤波单元，可以选用FIR滤波器。
其中，滤波单元，可以用于对第一采集单元采集到的电器设备发出的第一噪声信号进行第一滤波处理；和/或，滤波单元，还可以用于对第二采集单元采集到的初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号进行第二滤波处理。
由此，通过设置滤波单元，可以对第一噪声信号和/或误差噪声信号中的杂质信号进行滤除，有利于提升控制单元对第一噪声信号和/或误差噪声信号处理的精准性。
在一个可选例子中，第一采集单元，可以包括：第一麦克风。第二采集单元，可以包括：第二麦克风。第一麦克风和/或第二麦克风，设置在初级声场和次级声场的中间位置处。
例如：初级声源1和次级声源2位于实验平台两边，麦克风3置于中间位。硬件平台使用了数字滤波器(如FIR滤波器)，并设计相匹配的将次级通道考虑在内的FXLMS算法，将FIR滤波器结构与最小均方(LMS)算法合成运用，使得控制***简单稳定。如三维空间主动降噪结构中，麦克风3设置在初级声源1与次级声源2之间。本发明的方案中，优化了主动降噪整体结构；不仅要考虑各个器件的摆放位置，还要结合实际情况考虑它们在声场中可能发生的各种叠加情况并进行模拟。
由此，通过设置麦克风的位置，有利于提升对噪声采集的精准性，进而提升主动降噪处理的精准性。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过利用主动降噪装置根据初级声场产生的初级噪音生成的可以用于对初级噪音进行主动降噪的噪声为次级噪音，利用次级噪音对初级噪音进行声波相消处理，实现了立体声场内的噪音相消，可以提升对电器设备如油烟机的主动降噪效果。
随着油烟机朝着大吸力、大风量的趋势发展，近吸式吸油烟机在市场上得到了大量普及，并被广大用户所喜爱。但是，近吸式油烟机噪声比欧式机噪声更大，更加需要噪声治理；而且在近吸式油烟机中，由于风机位置下移，导致风机和进风口之间的空间相比于欧式机来说更加狭小，而被动降噪对于空间体积要求很高，因此在近吸式油烟机中非常有必要采取主动降噪的方式来抵消中低频噪声。目前的主动噪音消除技术仅局限于单通道的主动降噪技术，例如有些带主动降噪装置的油烟机采用的便是单通道的主动噪音消除技术。虽然该带主动降噪装置的吸油烟机能有效降低噪音，并且在降噪过程中不会以牺牲吸油烟机的排烟风量为代价，但是由于不能拓展降噪频率段，因而在油烟机主动降噪流程设计上还有待做进一步改进。
根据本发明的实施例，还提供了对应于噪音控制装置的一种电器设备。该电器设备可以包括：以上所述的噪音控制装置。
在一个可选实施方式中，本发明的方案，提出了一种油烟机的主动降噪控制方法、以及利用DSP软硬件开发、三维空间结构设计和滤波算法来降低油烟机中低频噪声的主动降噪装置，主要利用DSP软硬件、三维空间结构设计、改进算法实现的一种主动降噪控制流程。CCS软件平台包括反相位程序和正弦波相消程序，反相位程序主要是识别噪声的特征频率，输出一个与采样值相反的值或延时输出一个与采样值相反的值；正弦波相消程序基于所有信号都可以分解成若干个正弦信号的组合，通过采样参考信号识别噪声特征频率，再通过反相位程序输出一个与噪声特征频率方向的正弦波信号。如利用DSP搭建前馈式有源噪声控制***平台、三维空间内的结构设计、自适应算法等三大核心技术点设计了一种基于油烟机平台提出的主动降噪控制方案，简单可靠、稳定性和控制效果好。
与普遍的单通道主动噪音消除技术相比，本发明的方案精进了主动降噪核心控制***与基础算法，研究了立体声场内的噪音相消，以及如何避免声波叠加造成更大噪声这一棘手问题，使油烟机在预设三维空间内的噪声明显降低。
在一个可选具体实施方式中，可以参见图2至图5所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
图2为前馈式主动降噪***典型结构。如图2所示，前馈式主动降噪***中，第一噪声信号(如噪声信号)作为主要噪声信号，经第一麦克风(如参考麦克风)拾音处理后被输入至前馈式控制器的第一输入端。第二噪声信号(如残余噪声)作为次要噪声信号，经第二麦克风(如误差麦克风)拾音处理后被输入至前馈式控制器的第二输入端。前馈式控制器对第一噪声信号和第二噪声信号的拾音信号进行处理后，输出次级声源至扬声器。
前馈式主动降噪***使用前馈式有源噪声控制***，该***又称开环式噪声控制***，其典型结构如图2所示。这种***需要被控制的噪声信号(初级声场)的声音信息，通常称为参考信号。参考信号通过参考麦克风采集，送到前馈式控制器，经过控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该声音信号产生次级声场，进而和实际通过物理途径中传来的原始声波信号相叠加，误差传声器检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声(误差信号)，送到控制器中，控制器根据特定的算法调整次级声源信号的强度。
图3为三维空间主动降噪结构设计布局。如图3所示，三维空间主动降噪结构中，麦克风3设置在初级声源1与次级声源2之间。
图4为FXLMS算法(即X-滤波最小均方算法)框图。如图4所示，对输入信号X(n)，经第一处理A(n)后得到第一处理信号D(n)，经第二处理B(n)后得到第二处理信号Y(n)，经第三处理F(n)后得到第三处理信号X’(n)。第二处理信号Y(n)经第四处理C(n)后输出第四处理信号。第一处理信号D(n)和第二处理信号叠加后作为输出信号E(n)。
进一步地，输出信号E(n)反馈至LMS处理(即最小均方算法，具体是声波相消算法)，第三处理信号X’(n)和输出信号E(n)经LMS处理后得到第五处理信号，并反馈至第二处理B(n)。第二处理B(n)对输入信号X(n)和第五处理信号进行处理后得到第六处理信号，第一处理信号D(n)、第六处理信号共同作为第一处理A(n)的新的出处信号。
根据前馈式主动降噪***典型结构设计了三维空间主动降噪结构布局如图3所示，主动降噪流程如图4所示，实现主动降噪包括四个环节：CCS软件平台、DSP硬件平台、实验平台搭建、主动降噪算法。CCS软件平台包括反相位程序和正弦波相消程序，反相位程序主要是识别噪声的特征频率，输出一个与采样值相反的值或延时输出一个与采样值相反的值；正弦波相消程序基于所有信号都可以分解成若干个正弦信号的组合，通过采样参考信号识别噪声特征频率，再通过反相位程序输出一个与噪声特征频率方向的正弦波信号。DSP硬件平台包括主动降噪芯片TPA3110D2，主动降噪专用麦克风、扬声器、DSP28335开发板。实验平台搭建包括示波器、硬件平台、软件平台显示器和主机，核心器件位置摆放见图3所示。
主动降噪算法包括恒定步长因子算法、最小均方(Least Mean Square,LMS)算法、滤波-x LMS(FxLMS)算法。
图5为主动降噪流程。如图5所示，油烟机三维空间主动降噪流程中，首先是软硬件平台，如CCS软件平台、DSP硬件平台等。
FxLMS算法框图如图5所示，该算法包含了恒定步长因子算法、最小均方LMS算法。其中X(n)为误差信号，X'(n)为估算误差信号，A(n)为初级通道的权系数，D(n)为计算误差信号，B(n)为输入滤波器权系数，C(n)为次级通道离线辨识参数权变量，F(n)为次级通道离线辨识参数权变量估算值，Y(n)为输入信号，E(n)为输入信号。其中，B(n+1)＝B(n)-2μE(n)X'(n)，μ为正常数。
油烟机三维空间主动降噪流程：软硬件平台在初始主动降噪实验中，利用CCS编程和硬件设备、前馈式实验平台实现声波相消实验。初级声源和次级声源位于实验平台两边，麦克风置于中间位参考图3所示。硬件平台使用了数字滤波器，最初油烟机的噪声较大，安装降噪平台后，使初级声源发出噪声信号，控制程序发出指令，次级声源发出另一声波来抵消，使用后平均降低10db。
在初始主动降噪实验中，利用CCS编程和硬件设备、前馈式实验平台(如前馈式有源噪声控制***)实现声波相消实验，举例说明前期的正弦波相消实验：首先软件平台编写程序使前馈式实验平台发出正弦声波信号，又另发出一反向正弦声波进行抵消。
最初油烟机的噪声较大，安装降噪平台后，使初级声源1(如采集到的油烟机噪声)发出噪声信号，控制程序发出指令，次级声源2(***通过算法生成的相反噪声)发出另一声波来抵消，使用后平均降低10db。
结合图2所示的例子，前馈式有源噪声控制***，又称开环式噪声控制***，它需要油烟机的声音信息，称为参考信号。参考信号送到前馈式控制器，经过控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该声音信号产生次级声场，进而和实际通过物理途径中传来的原始声波信号相叠加，误差传声器检测初级声场和次级声场的叠加所形成的误差信号，送到控制器中，控制器根据特定的算法调整次级声源信号的强度。
在如图2所示的前馈式主动降噪结构中，噪声信号经过参考麦克风反馈给控制器，残余噪声则通过误差麦克风反馈，次级声源信号则通过扬声器发出信号。它的优点是传声器可以接收油烟机的纯噪声，所以***是一个开环，不会引起任何的闭环振荡和啸叫，因此可以独立地调试电路，使降噪的效果达到最佳。结构设计考虑声波叠加，通过多点多次实验确定。本发明的方案中，实验中采用封闭式工装作为实验平台，模拟油烟机内的立体空间；研究实验平台的硬件设备，加入新的芯片，更新硬件模块，使整个实验平台更专业化、更加精密，配合更加高的实验要求。
结合图3所示的例子，初级声源1和次级声源2位于实验平台两边，麦克风3置于中间位。硬件平台使用了数字滤波器(如FIR滤波器)，并设计相匹配的将次级通道考虑在内的FXLMS算法，将FIR滤波器结构与最小均方(LMS)算法合成运用，使得控制***简单稳定。本发明的方案中，优化了主动降噪整体结构。不仅要考虑各个器件的摆放位置，还要结合实际情况考虑它们在声场中可能发生的各种叠加情况并进行模拟。
结合图4所示的例子，FXLMS算法是将FIR滤波器结构与最小均方(LMS)算法合成运用，使得控制***简单稳定，在自适应振动噪声控制中被广泛使用，也是主动降噪技术中的基础算法。其中，LMS算法是声波相消算法，FXLMS算法是在此算法基础上添加了滤波器。本发明的方案中，加入滤波算法、变步长算法等，为主动降噪过程提供了更多可控因素。
由于本实施例的电器设备所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过安装降噪平台即主动降噪装置，在采集到的油烟机噪声后，控制次级声源根据油烟机噪声生成相反噪声并发出相反噪声的声波来抵消油烟机噪声的声波，实现对油烟机的主动降噪处理，且可以保证主动降噪效果。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电器设备的一种电器设备的噪音控制方法，如图6所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电器设备的噪音控制方法即电器设备的主动降噪方法，可以应用于需要进行降噪处理的电器设备如油烟机等。该噪音控制方法可以包括：步骤S110至步骤S140。
在步骤S110处，采集电器设备发出的第一噪声信号，以第一噪声信号所在的声场为初级声场或初级声源。
在步骤S120处，根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场或初级声源；并控制初级声场和次级声场相叠加，以实现初级声场和次级声场的声波信号的相互抵消。其中，次级声场的声波信号的传播方向与初级声场的声波信号的传播方向的设置，能够在初级声场与次级声场相叠加时使初级声场的声波信号和次级声场的声波信号相互抵消。例如：次级声场的声波信号的传播方向与初级声场的声波信号的传播方向可以相反。
可选地，可以结合图7所示本发明的方法中根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号的具体过程，可以包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号。
更可选地，步骤S210中根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号，可以包括：使电器设备发出的第一噪声信号经过前馈式控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该控制信号所对应的声音信号产生次级声场，进而将次级声场的声波信号和初级声场的原始声波信号相叠加；并通过检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声，根据滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法调整次级声源信号的强度。具体地，可以根据电器设备发出的第一噪声信号，通常称为参考信号，参考信号通过参考麦克风采集，送到前馈式控制器，经过控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该声音信号产生次级声场，进而和实际通过物理途径中传来的原始声波信号相叠加，误差传声器检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声(误差信号)，送到控制器中，控制器根据滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法调整次级声源信号的强度。
例如：FXLMS算法是将FIR滤波器结构与最小均方(LMS)算法合成运用，使得控制***简单稳定，在自适应振动噪声控制中被广泛使用，也是主动降噪技术中的基础算法。其中，LMS算法是声波相消算法，FXLMS算法是在此算法基础上添加了滤波器。本发明的方案中，加入滤波算法、变步长算法等，为主动降噪过程提供了更多可控因素。
由此，通过利用滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法对电器设备发出的第一噪声信号进行处理进而生成初级声场的噪声控制信号，可以更好地控制噪声控制信号，进而更好地控制基于噪声控制信号生成的第二噪声信号对第一噪声信号的抵消。
步骤S220，根据初级声场的噪声控制信号，产生第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场或初级声源。
例如：利用DSP搭建前馈式有源噪声控制***平台、三维空间内的结构设计、自适应算法等三大核心技术点设计了一种基于油烟机平台提出的主动降噪控制方案，简单可靠、稳定性和控制效果好。噪声信号经过参考麦克风反馈给控制器，残余噪声则通过误差麦克风反馈，次级声源信号则通过扬声器发出信号。它的优点是传声器可以接收油烟机的纯噪声，所以***是一个开环，不会引起任何的闭环振荡和啸叫，因此可以独立地调试电路，使降噪的效果达到最佳。结构设计考虑声波叠加，通过多点多次实验确定。本发明的方案中，实验中采用封闭式工装作为实验平台，模拟油烟机内的立体空间；研究实验平台的硬件设备，加入新的芯片，更新硬件模块，使整个实验平台更专业化、更加精密，配合更加高的实验要求。
由此，通过控制单元和发声单元基于电器设备发出的噪声生成次级声场对电器设备的初级声场进行声波相消，实现对电器设备的噪声的主动降噪，可以提升降噪处理的可靠性和可调性。
可选地，步骤S120中控制初级声场和次级声场相叠加，可以包括：控制初级声场发出第一方向的正弦声波信号，并控制次级声场发出第二方向的正弦声波信号，第一方向与第二方向的波形传播方向相反。
例如：在初始主动降噪实验中，利用CCS编程和硬件设备、前馈式实验平台(如前馈式有源噪声控制***)实现声波相消实验，举例说明前期的正弦波相消实验：首先软件平台编写程序使前馈式实验平台发出正弦声波信号，又另发出一反向正弦声波进行抵消。
由此，通过控制初级声场和次级声场发出方向相反的正弦声波信号，声波相互抵消效果好，有利于提升主动降噪效果。
在步骤S130处，采集初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号。
在步骤S140处，根据初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，调节次级声场，如调节次级声场的强度；并控制初级声场和调节后的次级声场相叠加，以实现初级声场和调节后的次级声场的声波信号的相互抵消。进而，可以通过第二采集单元继续采集初级声场和调节后的次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，依次循环地对电器设备发出的第一噪声进行主动降噪处理，可以提高对电器设备发出的第一噪声进行主动降噪处理的精准性和可靠性，进而可以提升对电器设备进行主动降噪处理的效率和效果。
例如：通过精进主动降噪核心控制***与基础算法，利用立体声场内的噪音相消，并避免声波叠加造成更大噪声的问题，使电器设备如油烟机在预设三维空间内的噪声明显降低。如在电器设备为油烟机的情况下，油烟机的声音信息，称为参考信号。参考信号送到前馈式控制器，经过控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该声音信号产生次级声场，进而和实际通过物理途径中传来的原始声波信号相叠加，误差传声器检测初级声场和次级声场的叠加所形成的误差信号，送到控制器中，控制器根据特定的算法调整次级声源信号的强度。经验证，最初油烟机的噪声较大，安装降噪平台后，使初级声源1(如采集到的油烟机噪声)发出噪声信号，控制程序发出指令，次级声源2(***通过算法生成的相反噪声)发出另一声波来抵消，使用后平均降低10db。
由此，通过利用利用电器设备的噪声的初级声场生成次级声场，将初级声场和次级生成相叠加而实现立体声场内的噪音相消，并利用初级声场和次级声场相叠加产生的噪声误差对次级声场进行调节，可以避免声波叠加造成更大噪声，使电器设备如油烟机在预设三维空间内的噪声明显降低，提升了电器设备如油烟机的主动降噪效果。
在一个可选实施方式中，还可以包括：对第一采集单元采集到的电器设备发出的第一噪声信号进行第一滤波处理；和/或，对第二采集单元采集到的初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号进行第二滤波处理。
由此，通过设置滤波单元，可以对第一噪声信号和/或误差噪声信号中的杂质信号进行滤除，有利于提升控制单元对第一噪声信号和/或误差噪声信号处理的精准性。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述电器设备的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在采集到的油烟机噪声后，控制次级声源根据油烟机噪声生成相反噪声并发出相反噪声的声波来抵消油烟机噪声的声波后，进一步检测油烟机噪声和相反噪声的叠加所形成的误差信号并根据该误差信号调整相反噪声的信号强度，以使降噪的效果达到最佳。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种油烟机的噪音控制装置，其特征在于，包括：第一采集单元、第二采集单元和主动降噪单元；其中，
第一采集单元，用于采集电器设备发出的第一噪声信号，以第一噪声信号所在的声场为初级声场；
主动降噪单元，用于根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场；并控制初级声场和次级声场相叠加；主动降噪单元，包括：控制单元和发声单元；其中，主动降噪单元根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，包括：控制单元，用于根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号；发声单元，用于根据初级声场的噪声控制信号，产生第二噪声信号；
第二采集单元，用于采集初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号；
主动降噪单元，还用于根据初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，调节次级声场；并控制初级声场和调节后的次级声场相叠加；主动降噪单元控制初级声场和次级声场相叠加，包括：控制初级声场发出第一方向的正弦声波信号，并控制次级声场发出第二方向的正弦声波信号，第一方向与第二方向的波形传播方向相反；通过安装降噪平台即主动降噪装置，在采集到的油烟机噪声后，控制次级声源根据油烟机噪声生成相反噪声并发出相反噪声的声波来抵消油烟机噪声的声波，实现对油烟机的主动降噪处理；通过在采集到的油烟机噪声后，控制次级声源根据油烟机噪声生成相反噪声并发出相反噪声的声波来抵消油烟机噪声的声波后，进一步检测油烟机噪声和相反噪声的叠加所形成的误差信号并根据该误差信号调整相反噪声的信号强度；
通过设置主动降噪装置，以需要降噪的电器设备发出的噪声为初级噪音，以主动降噪装置根据初级声场产生的初级噪音生成的用于对初级噪音进行主动降噪的噪声为次级噪音，利用次级噪音对初级噪音进行声波相消处理。
2.根据权利要求1所述的噪音控制装置，其特征在于，主动降噪单元，还包括：滤波单元；
滤波单元，用于对第一采集单元采集到的电器设备发出的第一噪声信号进行第一滤波处理；和/或，
滤波单元，还用于对第二采集单元采集到的初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号进行第二滤波处理。
3.根据权利要求1或2所述的噪音控制装置，其特征在于，控制单元根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号，包括：
使电器设备发出的第一噪声信号经过前馈式控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该控制信号所对应的声音信号产生次级声场，进而将次级声场的声波信号和初级声场的原始声波信号相叠加；并通过检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声，根据滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法调整次级声源信号的强度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的噪音控制装置，其特征在于，第一采集单元，包括：第一麦克风；第二采集单元，包括：第二麦克风；第一麦克风和/或第二麦克风，设置在初级声场和次级声场的中间位置处。
5.一种电器设备，其特征在于，包括：如权利要求1至4中任一项所述的噪音控制装置。
6.一种如权利要求5所述的电器设备的噪音控制方法，其特征在于，包括：
采集电器设备发出的第一噪声信号，以第一噪声信号所在的声场为初级声场；
根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，以第二噪声信号所在的声场为次级声场；并控制初级声场和次级声场相叠加；
采集初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号；
根据初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号，调节次级声场；并控制初级声场和调节后的次级声场相叠加。
7.根据权利要求6所述的电器设备的噪音控制方法，其特征在于，其中，
根据电器设备发出的第一噪声信号生成第二噪声信号，包括：
根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号；
根据初级声场的噪声控制信号，产生第二噪声信号；
和/或，
控制初级声场和次级声场相叠加，包括：
控制初级声场发出第一方向的正弦声波信号，并控制次级声场发出第二方向的正弦声波信号，第一方向与第二方向的波形传播方向相反。
8.根据权利要求7所述的电器设备的噪音控制方法，其特征在于，还包括：
对第一采集单元采集到的电器设备发出的第一噪声信号进行第一滤波处理；和/或，
对第二采集单元采集到的初级声场和次级声场相叠加所产生的误差噪声信号进行第二滤波处理。
9.根据权利要求7或8所述的电器设备的噪音控制方法，其特征在于，根据电器设备发出的第一噪声信号，生成初级声场的噪声控制信号，包括：
使电器设备发出的第一噪声信号经过前馈式控制器处理后，产生一个相应的控制信号，驱动扬声器输出该控制信号所对应的声音信号产生次级声场，进而将次级声场的声波信号和初级声场的原始声波信号相叠加；并通过检测初级声场和次级声场的叠加所形成的残余噪声，根据滤波算法、变步长算法和/或最小均方算法调整次级声源信号的强度。
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2020
- 2020-05-18 CN CN202010419097.5A patent/CN111681633B/zh active Active
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