一種噪聲控制方法和系統以及一種隔音箱與流程

本發明涉及噪聲控制技術領域，具體涉及一種噪聲控制方法和系統以及一種隔音箱。

背景技術：

隨著對聲學元器件性能要求的提高，對其性能測試配件的技術要求也相應提高。隔音箱是用來完成聲學元器件Noise Floor(本底噪聲)、THD(Total Harmonic Distortion，總諧波失真)等性能參數測試的主要聲學配件，隔音箱內的背景噪聲會影響聲學元器件性能測試。

現有的隔音箱通常使用高密度材料作為主體結構材料，在多層主體結構之間填充大量的吸聲材料或者安裝動力吸振器，但這些措施不但無法降低低頻噪聲，反而因為增加了質量導致隔音箱的低頻隔音效果變得更差。現有的隔音箱無法滿足對頻域要求較寬的聲學元器件測試的需求。

技術實現要素：

本發明提供了一種噪聲控制方法和系統以及一種隔音箱，以解決現有的隔音箱對低頻噪聲的隔音效果不好的問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種噪聲控制系統，用于在密封空間中搭建低噪聲環境，所述噪聲控制系統包括一個處理單元以及若干傳聲器、振動傳感器、平板揚聲器、振動驅動器；所述傳聲器、平板揚聲器和振動驅動器設置在所述密封空間的外壁，所述振動傳感器設置在所述密封空間的內壁；

所述傳聲器用于采集聲學噪聲X1(n)；

所述振動傳感器用于采集振動噪聲X2(n)；

所述處理單元，用于根據所述傳聲器采集的聲學噪聲X1(n)，向所述平板揚聲器發送用于抵消聲學噪聲X1(n)的驅動信號H1(n)；以及用于根據所述振動傳感器采集的振動噪聲X2(n)，向所述振動驅動器發送用于抵消振動噪聲X2(n)的驅動信號H2(n)。

根據本發明的另一方面，本發明提供了一種隔音箱，包括箱體與本發明提供的噪聲控制系統；

所述箱體圍成一密封空間，用于放置進行聲學性能測試的聲學元器件；

所述噪聲控制系統用于搭建該密封空間的低噪聲環境，檢測所述密封空間的聲學噪聲和振動噪聲，發出用于抵消所述聲學噪聲和振動噪聲的信號。

根據本發明的又一方面，本發明提供了一種噪聲控制方法，用于在密封空間中搭建低噪聲環境，所述方法包括：

在所述密封空間的外壁設置若干傳聲器、平板揚聲器和振動驅動器，在所述密封空間內壁設置若干振動傳感器；

利用所述傳聲器采集聲學噪聲X1(n)，利用所述振動傳感器采集振動噪聲X2(n)；

根據所述傳聲器采集的聲學噪聲X1(n)，向所述平板揚聲器發送驅動信號H1(n)，驅動所述平板揚聲器發出用于抵消聲學噪聲X1(n)的信號；

根據所述振動傳感器采集的振動噪聲X2(n)，向所述振動驅動器發送驅動信號H2(n)，驅動所述振動驅動器發出用于抵消振動噪聲X2(n)的信號。

本發明的有益效果是：本發明上述各實施例采用有源噪聲控制的方法，通過傳聲器和振動傳感器實時監測密封空間中或者隔音箱內部的聲學噪聲和振動噪聲，根據傳聲器和振動傳感器采集的噪聲信號之后，向相應位置的平板揚聲器和振動驅動器發送相應的驅動信號，以抵消密封空間中或者隔音箱內的噪聲。本發明實施例提供的隔音箱與現有的隔音箱相比具備更好的低頻隔音性能。本實施例提供的噪聲控制方法和系統可用于為聲學元器件的性能測試搭建低噪聲環境。

附圖說明

圖1是本發明一個實施例提供的一種噪聲控制系統的功能框圖；

圖2是本發明一個實施例提供的一種噪聲控制系統的結構示意圖；

圖3是本發明一個實施例提供的一種噪聲控制系統的工作流程圖；

圖4是本發明一個實施例提供的一種隔音箱的結構示意圖；

圖5是本發明一個實施例提供的一種噪聲控制方法的流程圖。

具體實施方式

本發明的設計構思是：采用有源噪聲控制的方法，通過有源噪聲的動態控制，降低隔音箱內低頻的環境噪聲，改善隔音箱內部的聲學噪聲環境。

實施例一

圖1是本發明一個實施例提供的一種噪聲控制系統的功能框圖，圖2是本發明一個實施例提供的一種噪聲控制系統的結構示意圖，結合圖1與圖2，為了能夠在密封空間中搭建低噪聲環境，實現對該密封空間內噪聲的動態控制，本實施例提供了一種基于LMS(Least Mean Square，最小均方)算法的自適應多通道的噪聲控制系統，該系統包括一個處理單元110、若干平板揚聲器140和振動驅動器150作為次級聲源和次級振動源、以及若干傳聲器120和振動傳感器130作為誤差傳感器。傳聲器120、平板揚聲器140和振動驅動器150設置在密封空間的外壁，振動傳感器設置在密封空間的內壁。

傳聲器120用于采集聲學噪聲，振動傳感器130用于采集振動噪聲。處理單元110根據傳聲器120采集的聲學噪聲，向平板揚聲器140發送驅動信號，驅動平板揚聲器140發出用于抵消密封空間中聲學噪聲的信號；并且，處理單元110還根據振動傳感器130采集的振動噪聲，向振動驅動器150發送驅動信號，驅動振動驅動器150發出用于抵消密封空間中振動噪聲的信號。

本實施例中，處理單元110為DSP(Digital Signal Processor，數字信號處理器)，包括第一輸入端、第二輸入端和第一輸出端；

每一個傳聲器120和振動傳感器130分別通過多路前置放大器和模數轉換器并行連接到DSP的第一輸入端。傳聲器120和振動傳感器130采集的聲學噪聲信號和振動噪聲信號放大之后轉換成數字信號傳輸至DSP。每一個平板揚聲器140和振動驅動器150分別通過數模轉換器和功率放大器并行連接到DSP的第一輸出端，DSP輸出的驅動信號轉換成模擬信號之后經過功率放大器放大傳輸至揚聲器140和振動驅動器150，以驅動揚聲器140和振動驅動器150工作。

DSP的第二輸入端用于輸入預先設定的密封空間的期望噪聲值，可以通過一個輸入終端向DSP輸入期望噪聲值。

設定變量和參量：

X1(n)為傳聲器輸入變量矩陣＝[x₁₁(n),x₁₂(n),x₁₃(n)……x_1j(n)]；

X2(n)為振動傳感器輸入變量矩陣＝[x₂₁(n),x₂₂(n),x₂₃(n)……x_2j(n)]；

W1(n)為次級聲源權值向量矩陣＝[w₁₁(n),w₁₂(n),w₁₃(n)……w_1j(n)]；

W2(n)為次級振動源權值向量矩陣＝[w₂₁(n),w₂₂(n),w₂₃(n)……w_2j(n)]；

H1(n)為次級聲源驅動信號矩陣＝[h₁₁(n),h₁₂(n),h₁₃(n)……h_1j(n)]；

H2(n)為次級振動源驅動信號矩陣＝[h₂₁(n),h₂₂(n),h₂₃(n)……h_2j(n)]；

e1(n)為聲學噪聲偏差；

e2(n)為振動噪聲偏差；

d(n)為期望噪聲值；

y(n)為隔音箱內實際噪聲；

η為學習速率；

n為迭代次數。

圖3是本發明一個實施例提供的一種噪聲控制系統的工作流程圖，如圖3所示，首先通過一個輸入終端向DSP輸入期望噪聲值d(n)。傳聲器120和振動傳感器130采集初始狀態的輸入量X1(0)和X2(0)，DSP根據LMA算法計算W1(1)和W2(1)：

e1(n)＝d(n)-X1(n)

e2(n)＝d(n)-X2(n)

W1(n+1)＝W1(n)-ηX1(n)e1(n)

W2(n+1)＝W2(n)-ηX2(n)e2(n)

初始狀態W1(0)＝0，W2(0)＝0。

計算完成后，DSP根據計算得到的W1(n)和W2(n)生成次級聲源和次級振動源的驅動信號H1(n)和H2(n)：

H1(n)＝X1^T(n)W1(n)

H2(n)＝X2^T(n)W2(n)

DSP向相應位置的平板揚聲器140發送驅動信號H1(n)，向相應位置的振動驅動器150發送驅動信號H2(n)。揚聲器140和振動驅動器150抵消原有的聲學噪聲X1(n)和震動噪聲X2(n)之后，傳聲器120和振動傳感器130會采集到新的輸入量X1(1)和X2(1)，從而可以計算出新的聲學噪聲偏差e1(n)和振動噪聲偏差e2(n)。若聲學噪聲偏差e1(n)大于預先設定的閾值limit1，則根據LMS算法更新權值向量矩陣W1(n)；若振動噪聲偏差e2(n)大于預先設定的閾值limit2，則根據LMS算法更新權值向量矩陣W2(n)，從而調整驅動信號H1(n)和H2(n)，進一步降低該密封空間中殘留的噪聲。然后重復上述過程直至e1(n)小于limit1且e2(n)小于limit2后，則認為該密封空間內部達到了期望狀態。

優選地，本實施例中DSP還包括第二輸出端，DSP的第二輸出端連接外部的顯示終端。該噪聲控制系統中的傳聲器120和振動傳感器130除了作為誤差傳感器使用之外，還用于監控該密封空間中的噪聲，通過傳聲器120和振動傳感器130測量的該密封空間中的噪聲環境可以在顯示終端上實時顯示出來，從而實現對該密封空間中的噪聲環境的實時監測。

本實施例提供的噪聲控制系統可用于為聲學元器件的性能測試搭建低噪聲環境，特別適用于隔音箱。

實施例二

圖4是本發明一個實施例提供的一種隔音箱的結構示意圖，如圖4所示，本實施例提供的隔音箱包括上述實施例一提供的噪聲控制系統，隔音箱的箱體圍成一密封空間，用于放置進行聲學性能測試的聲學元器件。上述實施例一提供的噪聲控制系統用于搭建該密封空間的低噪聲環境，檢測密封空間的聲學噪聲和振動噪聲，并發出用于抵消聲學噪聲和振動噪聲的信號。

本實施例中，隔音箱的箱體包括外箱體410和內箱體420。內箱體420通過若干減震墊430支撐嵌套在外箱體410內，減振墊430能夠有效消除外箱體410物理振動對內箱體420的影響。減振墊430的材質和型號可根據內箱體420的質量確定。外箱體410和內箱體420均圍成一密封空間，待測試的聲學元器件放置在內箱體420形成的密封空間中。

振動傳感器440設置在內箱體420的內表面，用于采集隔音箱內的振動噪聲信號；平板揚聲器470設置在外箱體410的內表面，用于采集隔音箱內的聲學噪聲信號；傳聲器450和振動驅動器460設置在內箱體420的外表面，用于接收相應的驅動信號，通過有源噪聲控制的方式改善隔音箱內部的振動噪聲和聲學噪聲。平板揚聲器470發出的聲音信號抵消了外箱體410和內箱體420之間的間隙中的聲學噪聲，使外部的聲學噪聲不會繼續傳播到內箱體。減振墊430消除外箱體410的部分物理振動之后，內箱體420外表面上的振動驅動器460發出振動抵消剩余的機械振動，從而使內箱體420內表面上的振動傳感器440檢測到的振動噪聲小于期望值。

本實施例中，外箱體410和內箱體420的同一側面分別設置有外箱體門480和內箱體門490，通過開關外箱體門480和內箱體門490可以取放待測聲學元器件。除外箱體門480和內箱體門490之外，盡量避外箱體410和內箱體420上有空洞或者縫隙，外箱體門480和內箱體門490關閉后，外箱體410和內箱體420均圍成一密封空間。外箱體410、內箱體420、外箱體門480、內箱體門490采用同種高密度金屬材料，可以使用鋼或者銅等材料。

本實施例提供的隔音箱采用有源噪聲控制的方法，通過傳聲器和振動傳感器實時監測隔音箱內部的聲學噪聲和振動噪聲，DSP分析傳聲器和振動傳感器采集的噪聲信號之后，向相應位置的平板揚聲器和振動驅動器發送相應的驅動信號，以抵消隔音箱內的噪聲。DSP通過進一步分析殘留的噪聲，逐步調整發送給平板揚聲器和振動驅動器的驅動信號，直至殘留的噪聲小于期望的噪聲，與現有的隔音箱相比具備更好的低頻隔音性能。經測試，本實施例提供的隔音箱比現有的隔音箱內部環境噪聲低10dB至20dB，可廣泛應用于聲學元器件的低噪聲環境測試。

實施例三

圖5是本發明一個實施例提供的一種噪聲控制方法的流程圖，如圖5所示，本實施例提供的噪聲控制方法用于在密封空間中搭建低噪聲環境，該方法包括：

步驟S510：在密封空間的外壁設置若干傳聲器、平板揚聲器和振動驅動器，在密封空間內壁設置若干振動傳感器。

步驟S520：利用傳聲器采集聲學噪聲X1(n)，利用振動傳感器采集振動噪聲X2(n)。之后分別執行步驟S530和步驟S540。

步驟S530：根據傳聲器采集的聲學噪聲X1(n)，向平板揚聲器發送驅動信號H1(n)，驅動平板揚聲器發出用于抵消聲學噪聲X1(n)的信號。

步驟S540：根據振動傳感器采集的振動噪聲X2(n)，向振動驅動器發送驅動信號H2(n)，驅動振動驅動器發出用于抵消振動噪聲X2(n)的信號。

優選地，步驟S530中“根據傳聲器采集的聲學噪聲X1(n)，向平板揚聲器發送驅動信號H1(n)”，具體包括：向平板揚聲器發送驅動信號H1(n)＝X1^T(n)W1(n)，當聲學噪聲X1(n)大于預先設定的第一閾值時，根據LMS算法更新權值向量矩陣W1(n)：W1(n+1)＝W1(n)-ηX1(n)e1(n)

步驟S540中“根據振動傳感器采集的振動噪聲X2(n)，向振動驅動器發送驅動信號H2(n)”具體包括：向振動驅動器發送驅動信號H2(n)＝X2^T(n)W2(n)，當振動噪聲X2(n)大于預先設定的第二閾值時，根據LMS算法更新權值向量矩陣W2(n)：W2(n+1)＝W2(n)-ηX2(n)e2(n)。

其中，W1(n)、W2(n)為權值向量矩陣，初始值W1(0)＝0，W2(0)＝0；e1(n)＝d(n)-X1(n)，e2(n)＝d(n)-X2(n)，d(n)為預先設定的密封空間的期望噪聲值，η為學習速率。

進一步優選地，本實施例提供的控制噪聲方法還包括步驟S550：向外部的顯示終端發送傳聲器采集的聲學噪聲X1(n)和振動傳感器采集的振動噪聲X2(n)，通過該顯示終端實時顯示該密封空間中的噪聲值，從而實現對該密封空間中的噪聲環境的實時監測。

本實施例提供的噪聲控制方法可用于為聲學元器件的性能測試搭建低噪聲環境，例如利用本實施例提供的噪聲控制方法可以制作具備更好低頻隔音性能的隔音箱。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，在本發明的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行其他的改進或變形。本領域技術人員應該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發明的目的，本發明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。