CN112562629A - 一种汽车空调管道风噪降噪的装置及方法 - Google Patents

一种汽车空调管道风噪降噪的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及公开了一种汽车空调管道风噪降噪的装置及方法，该装置包括参考信号采集单元、误差信号采集单元、主控单元与音频信号输出单元，所述参考信号采集单元包括参考麦克风阵列采集模块，所述误差信号采集单元包括误差麦克风采阵列集模块，所述主控单元包括一个DSP处理器***、存储器及必要的******，所述音频信号输出单元包括1个扬声器模块；该汽车空调管道风噪降噪的装置及方法，通过对汽车空调管道噪声信号进行采集、处理，对模型参数进行寻优，合成与原噪声反相的抵消噪声，达到管道主动降噪的目的，所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

Description

一种汽车空调管道风噪降噪的装置及方法
技术领域
本发明涉及汽车空调管道风噪降噪技术领域，具体为一种汽车空调管道风噪降噪的装置及方法。
背景技术
随着人们生活水平的大幅上涨，汽车已成为很多人的日常代步工具，有车一族的数量也越来越多，人们对汽车的要求不仅仅是以车代步，更追求的是乘驾的动力性和舒适性。对于汽车舒适性，车内噪声问题成为消费者关注的焦点，除了发动机噪声和轮胎噪声以外，汽车空调噪声是车内的主要噪声源之一，尤其新能源汽车没有传统发动机产生的背景噪声，空调***的噪声凸显出来。
按照噪声产生机理不同，汽车空调噪声可以分为：机械噪声、流体噪声、电磁噪声。本文研究主要应用于汽车空调噪声的流体噪声。
目前，普通家用汽车空调***噪声降噪的主要方法有：使用吸音材料包裹空调管道从而达到降噪的目的；通过优化管道结构减少震动达到降噪的目的。这些方法都属于被动降噪，需要在噪声源进行降噪，虽然对高频噪声有很好的作用，但是对于中低频噪声几乎没有效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供如下技术方案：一种汽车空调管道风噪降噪的装置，该装置包括参考信号采集单元、误差信号采集单元、主控单元与音频信号输出单元，其特征在于，所述参考信号采集单元包括参考麦克风阵列采集模块，所述误差信号采集单元包括误差麦克风采阵列集模块，所述主控单元包括一个DSP处理器***、存储器及必要的******，所述音频信号输出单元包括1个扬声器模块，所述参考麦克风阵列采集模块安置于汽车空调管道进风口，并在麦克风上安装吸音球，主要采集汽车空调管道进风口的噪声信号，然后将噪声信号传输给所述DSP处理器***，所述误差麦克风采阵列集模块安置于汽车空调管道出风口，并在麦克风上安装吸音球，主要采集汽车空调管道出风口的噪声信号，然后将噪声信号传输给所述DSP处理器***，所述DSP处理器***安置于汽车空调管道轴向中点处，主要对所述参考麦克风阵列采集模块和所述误差麦克风阵列采集模块传输的噪声信号进行处理，然后输出给所述扬声器模块进行音频输出，所述扬声器模块安置于所述主控单元的正下方，主要对处理后的信号进行音频输出。
一种汽车空调管道风噪降噪的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、建立模型；
步骤二、数值分析；
步骤三、参数优化。
优选的，所述建立模型是指通过音频曲线合成方式，模拟汽车空调管道风噪的曲线形式，模型如下：
Figure RE-GDA0002940542550000021
其中：
k为离散自变量；
f(k)为离散因变量；
f为频率，范围为[100,1000]Hz；
ψ为相位，范围为[0,2π]；
n为频点数，
若取频率分辨率为1Hz，则n＝900；若取频率分辨率为2Hz，则n＝450，一次递推，随着分辨率的增大，计算量将减少，根据降噪条件和***频率，频点数可以根据实际情况进行调整。
优选的，所述数值分析是使用离散傅里叶变换对参考麦克风阵列模块和误差麦克风阵列模块采集的数据进行离散傅里叶变换得到与1式同分辨率的各个频率对应的幅值和相位值，即得到如下值：
f1：A1和
Figure RE-GDA0002940542550000031
fn：An和
Figure RE-GDA0002940542550000032
优选的，所述参数优化是指通过参考麦克风阵列模块和误差麦克风阵列模块采集的数据对模型中的调节参数进行调整，使模型从一个随机噪声曲线趋近于汽车空调管道风噪曲线的形式，调节参数包括上式中的
Figure RE-GDA0002940542550000033
和
Figure RE-GDA0002940542550000034
优化标准选择如下公式：
Figure RE-GDA0002940542550000035
其中：
N为每次采集数据长度；
e(k)为误差麦克风阵列模块采集的离散数据；
y(k)为参考麦克风阵列模块采集的离散数据；
(2)式简化为向量形式，如下：
Figure RE-GDA0002940542550000041
根据3式便可对所述参数
Figure RE-GDA0002940542550000042
和
Figure RE-GDA0002940542550000043
进行调整。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：通过对汽车空调管道噪声信号进行采集、处理，对模型参数进行寻优，合成与原噪声反相的抵消噪声，达到管道主动降噪的目的，所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
附图说明
图1为本发明部件安装示意图；
图2为本发明方案实施框图；
图3为本发明处理器软件流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
请参阅图1-3，一种汽车空调管道风噪降噪的装置，该装置包括参考信号采集单元、误差信号采集单元、主控单元与音频信号输出单元，其特征在于，所述参考信号采集单元包括参考麦克风阵列采集模块，所述误差信号采集单元包括误差麦克风采阵列集模块，所述主控单元包括一个DSP处理器***、存储器及必要的******，所述音频信号输出单元包括1个扬声器模块，所述参考麦克风阵列采集模块安置于汽车空调管道进风口，并在麦克风上安装吸音球，主要采集汽车空调管道进风口的噪声信号，然后将噪声信号传输给所述DSP处理器***，所述误差麦克风采阵列集模块安置于汽车空调管道出风口，并在麦克风上安装吸音球，主要采集汽车空调管道出风口的噪声信号，然后将噪声信号传输给所述DSP处理器***，所述DSP处理器***安置于汽车空调管道轴向中点处，主要对所述参考麦克风阵列采集模块和所述误差麦克风阵列采集模块传输的噪声信号进行处理，然后输出给所述扬声器模块进行音频输出，所述扬声器模块安置于所述主控单元的正下方，主要对处理后的信号进行音频输出。
一种汽车空调管道风噪降噪的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、建立模型；
步骤二、数值分析；
步骤三、参数优化。
优选的，所述建立模型是指通过音频曲线合成方式，模拟汽车空调管道风噪的曲线形式，模型如下：
Figure DA00028280162544454453
其中：
k为离散自变量；
f(k)为离散因变量；
f为频率，范围为[100,1000]Hz；
ψ为相位，范围为[0,2π]；
n为频点数，
若取频率分辨率为1Hz，则n＝900；若取频率分辨率为2Hz，则n＝450，一次递推，随着分辨率的增大，计算量将减少，根据降噪条件和***频率，频点数可以根据实际情况进行调整。
优选的，所述数值分析是使用离散傅里叶变换对参考麦克风阵列模块和误差麦克风阵列模块采集的数据进行离散傅里叶变换得到与1式同分辨率的各个频率对应的幅值和相位值，即得到如下值：
f1：A1和
Figure RE-GDA0002940542550000061
fn：An和
Figure RE-GDA0002940542550000062
优选的，所述参数优化是指通过参考麦克风阵列模块和误差麦克风阵列模块采集的数据对模型中的调节参数进行调整，使模型从一个随机噪声曲线趋近于汽车空调管道风噪曲线的形式，调节参数包括上式中的
Figure RE-GDA0002940542550000063
和
Figure RE-GDA0002940542550000064
优化标准选择如下公式：
Figure DA00028280162544473828
其中：
N为每次采集数据长度；
e(k)为误差麦克风阵列模块采集的离散数据；
y(k)为参考麦克风阵列模块采集的离散数据；
(2)式简化为向量形式，如下：
Figure DA00028280162544491109
根据3式便可对所述参数
Figure RE-GDA0002940542550000072
和
Figure RE-GDA0002940542550000073
进行调整。
需要说明的是，随着人们生活对平的大幅上涨，汽车已成为很多人的日常代步工具，有车一族的数量也越来越多，人们对汽车的要求不仅仅是以车代步，更追求的是乘驾的动力性和舒适性。对于汽车舒适性，车内噪声问题成为消费者关注的焦点，除了发动机噪声和轮胎噪声以外，汽车空调噪声是车内的主要噪声源之一，尤其新能源汽车没有传统发动机产生的背景噪声，空调***的噪声凸显出来。因此，本方案提出一种汽车空调管道风噪降噪的装置及方法。
图1为本方案装置部件安装示意图。
其中，1为参考麦克风基座1,2为参考麦克风1,3为参考麦克风基座2,,4 为参考麦克风2，5为进风口，6为管道截面A，7为主控单元及扬声器基座， 8为主控单元，9为扬声器，10为管道截面B，11为误差麦克风基座1,12为误差麦克风1,13为误差麦克风基座2,,14为误差麦克风2,15为出风口。
图2为本方案实施框图。
S01参数赋初值，在***初始化之后给可调参数
Figure RE-GDA0002940542550000074
和
Figure RE-GDA0002940542550000075
赋予一个初值，默认
Figure RE-GDA0002940542550000076
赋予1值，
Figure RE-GDA0002940542550000077
赋予0值；
S02采集参考信号和误差信号，通过参考麦克风和误差麦克风采集汽车空调管道中的噪声信号，然后将采集的数字信号传输给处理器；
S03对参考信号数据和和误差信号数据进行FFT变换，利用快速傅里叶变换对两对数字信号进行时域到频域的转换；
S04从FFT变换结果中提取频点对应的幅值和相位值，在频域中查找预先分配好的频点对应的幅值和相位，以待后续计算使用。
S05将幅值和相位代入优化标准函数进行参数调整，确定降噪频点，然后利用原噪声中各个对应频点的幅值和相位与优化标准函数(式3)一起对模型参数
Figure RE-GDA0002940542550000081
和
Figure RE-GDA0002940542550000082
进行寻优；
S06根据调整参数合成抵消噪声曲线，S05中对
Figure RE-GDA0002940542550000083
和
Figure RE-GDA0002940542550000084
进行了参数调整并寻优，然后将最优参数
Figure RE-GDA0002940542550000085
和
Figure RE-GDA0002940542550000086
代入式1合成抵消曲线；
S07使用扬声器模块输出抵消噪声，扬声器模块对S05中合成的曲线进行放大输出。
图3为处理器软件流程图，流程图描述如下：
首先，装置上电，初始化***、麦克风模块以及扬声器模块；
其次，处理器发送采集命令给麦克风模块，麦克风模块开始采集汽车空调管道中的风噪信号，采集完成后直接发送给处理器；
然后，处理器使用堆栈形式存储数据，存储的数据分为参考数据和误差数据，先将堆栈中的前一半数据舍弃，然后将后一半数据作为前一半数据，再将采集回来的新数据填充到后一半数据中。
数据保存完成后，处理器开始读取堆栈中的全部数据，将参考数据输入到参考数据处理模块，将误差数据输入到误差数据处理模块，数据处理模块主要功能为对输入数据进行对应的FFT变换，然后提取各自的幅值
Figure RE-GDA0002940542550000087
和相位值
Figure RE-GDA0002940542550000088
利用式3和FFT中提取的幅值
Figure RE-GDA0002940542550000089
和相位值
Figure RE-GDA00029405425500000810
对式1中的幅值
Figure RE-GDA00029405425500000811
和相位值
Figure RE-GDA00029405425500000812
进行寻优调整，然后将最优解代入式1进行模型调整，并生成合成曲线。
最后利用合成曲线与扬声器模块输出抵消噪声，对汽车空调管道风噪进行降噪。
循环重复以上步骤。
综上所述，本发明一种汽车空调管道风噪降噪的装置及方法，通过对汽车空调管道噪声信号进行采集、处理，对模型参数进行寻优，合成与原噪声反相的抵消噪声，达到管道主动降噪的目的。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种汽车空调管道风噪降噪的装置，该装置包括参考信号采集单元、误差信号采集单元、主控单元与音频信号输出单元，其特征在于，所述参考信号采集单元包括参考麦克风阵列采集模块，所述误差信号采集单元包括误差麦克风采阵列集模块，所述主控单元包括一个DSP处理器***、存储器及必要的******，所述音频信号输出单元包括1个扬声器模块，所述参考麦克风阵列采集模块安置于汽车空调管道进风口，并在麦克风上安装吸音球，主要采集汽车空调管道进风口的噪声信号，然后将噪声信号传输给所述DSP处理器***，所述误差麦克风采阵列集模块安置于汽车空调管道出风口，并在麦克风上安装吸音球，主要采集汽车空调管道出风口的噪声信号，然后将噪声信号传输给所述DSP处理器***，所述DSP处理器***安置于汽车空调管道轴向中点处，主要对所述参考麦克风阵列采集模块和所述误差麦克风阵列采集模块传输的噪声信号进行处理，然后输出给所述扬声器模块进行音频输出，所述扬声器模块安置于所述主控单元的正下方，主要对处理后的信号进行音频输出。
2.根据权利要求1所述的一种汽车空调管道风噪降噪的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、建立模型；
步骤二、数值分析；
步骤三、参数优化。
3.根据权利要求2所述的一种汽车空调管道风噪降噪的方法，其特征在于：所述建立模型是指通过音频曲线合成方式，模拟汽车空调管道风噪的曲线形式，模型如下：
Figure FDA0002828016240000011
其中：
k为离散自变量；
f(k)为离散因变量；
f为频率，范围为[100,1000]Hz；
ψ为相位，范围为[0,2π]；
n为频点数，
若取频率分辨率为1Hz，则n＝900；若取频率分辨率为2Hz，则n＝450，一次递推，随着分辨率的增大，计算量将减少，根据降噪条件和***频率，频点数可以根据实际情况进行调整。
4.根据权利要求2所述的一种汽车空调管道风噪降噪的方法，其特征在于：所述数值分析是使用离散傅里叶变换对参考麦克风阵列模块和误差麦克风阵列模块采集的数据进行离散傅里叶变换得到与1式同分辨率的各个频率对应的幅值和相位值，即得到如下值：
f1：A1和
Figure FDA0002828016240000021
fn：An和
Figure FDA0002828016240000022
5.根据权利要求2所述的一种汽车空调管道风噪降噪的方法，其特征在于：所述参数优化是指通过参考麦克风阵列模块和误差麦克风阵列模块采集的数据对模型中的调节参数进行调整，使模型从一个随机噪声曲线趋近于汽车空调管道风噪曲线的形式，调节参数包括上式中的
Figure FDA0002828016240000023
和
Figure FDA0002828016240000024
优化标准选择如下公式：
Figure FDA0002828016240000025
其中：
N为每次采集数据长度；
e(k)为误差麦克风阵列模块采集的离散数据；
y(k)为参考麦克风阵列模块采集的离散数据；
(2)式简化为向量形式，如下：
Figure FDA0002828016240000031
根据3式便可对所述参数
Figure FDA0002828016240000032
和
Figure FDA0002828016240000033
进行调整。
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