空间主动降噪方法、装置、系统和吸尘器与流程

本发明涉及主动降噪领域，具体而言涉及一种空间主动降噪技术。

背景技术：

现有吸尘器的噪声过大。过高的噪声会影响使用者听觉舒适度，是吸尘器性能改进所面临的普遍且核心的问题。

吸尘器的主要噪声来源包括：气体高速流动时所产生的噪声、电机高速转动时所产生的噪声等。吸尘器的噪声主要集中在中高频段。

对于手持无线吸尘器，由于其需要在产品重量、清洁能力、噪声、续航时间四大主要方面进行综合考量，因此，其所采取的降噪手段，还需进一步避免对吸尘器的其他性能带来影响。

目前降低机体噪声的手段主要包括：更改机体结构，或者采用技术较为先进的吸尘器电机，或者增加被动降噪结构。改进机体结构或电机必然会导致设计及生产成本升高。采用被动降噪的方式，即在机体内部黏贴吸声材料，由于机体内部空间有限，所黏贴的吸声材料的体积也十分有限，且吸声效果又与吸声材料的体积正相关，所以采用被动降噪方式效果有限。而且，过多的吸声材料还会造成吸尘器气流阻碍，降低吸尘器的清洁力度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种空间主动降噪方法及吸尘器，本发明通过主动降噪的方式，尽可能少的改变吸尘器机体结构，而能达到理想的降噪效果。本发明具体采用如下技术方案。

第一方面，提供了一种空间主动降噪方法，包括：获取反应待降噪设备工况的第一信号；根据所述第一信号确定降噪参数；以及根据所述降噪参数调节用于驱动发出降噪声波的第二信号，其中所述降噪声波用于对所述待降噪设备的声场进行降噪。

结合本申请的第一方面，在一种可能的实现方式中，根据所述第一信号确定降噪参数包括：根据所述第一信号确定表征所述声场结构的计算系数；以及根据所述计算系数确定所述降噪参数。

结合本申请的第一方面，在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：当所述声场降噪后的噪声信号能量超出设定阈值时，更新所述降噪参数，并根据更新后的降噪参数调节所述第二信号。

结合本申请的第一方面，在一种可能的实现方式中，通过主动降噪系统根据所述降噪参数调节用于驱动发出降噪声波的所述第二信号；其中，所述主动降噪系统包括至少一个输入端和至少一个输出端；主动降噪过程中，按照所述降噪参数对输出端的驱动信号进行调节，使得该驱动信号驱动输出端产生降噪声波；其中，主动降噪系统的通道数编号l≥1，各降噪通道的阶数j≥1。

结合本申请的第一方面，在一种可能的实现方式中，更新所述降噪参数包括：调整所述降噪参数以使得所述声场降噪后的声场总能量最小；以及将所述降噪参数更新为调整后的值。

结合本申请的第一方面，在一种可能的实现方式中，更新所述降噪参数包括：根据声场总能量调整所述降噪参数，使得其所对应的声场总能量en最小；更新所述降噪参数。

结合本申请的第一方面，在一种可能的实现方式中，降噪后的噪声为所述主动降噪系统中的误差输入端所采集的噪声的集合；其中，所述主动降噪系统的第l个误差输入端所采集的噪声其中nl(n)表示主动降噪系统的第l个参考输入端在n时刻所采集的原始噪声信号；wl，j(n)表示主动降噪系统的第l个降噪通道在n时刻更新的第j阶降噪参数。

第二方面，提供了一种空间主动降噪装置，包括：接收模块，配置为获取反应待降噪设备工况的第一信号；降噪参数确定模块，配置为根据所述第一信号确定降噪参数；以及调节模块，配置为根据所述降噪参数调节用于驱动发出降噪声波的第二信号，其中所述降噪声波用于对所述待降噪设备的声场进行降噪。

结合本申请的第二方面，在一种可能的实现方式中，所述降噪参数确定模块进一步配置为：根据所述第一信号确定表征所述声场结构的计算系数；以及根据所述计算系数确定所述降噪参数。

结合本申请的第二方面，在一种可能的实现方式中，所述降噪参数确定模块进一步配置为：当所述声场降噪后的噪声超出设定阈值时，更新所述降噪参数；所述调节模块进一步配置为：根据更新后的降噪参数调节所述第二信号。

结合本申请的第二方面，在一种可能的实现方式中，所述降噪参数确定模块进一步配置为：调整所述降噪参数以使得所述声场降噪后的声场总能量最小；以及将所述降噪参数更新为调整后的值。

第三方面，提供了一种空间主动降噪系统，包括：信号采集单元，用于获取反应待降噪设备工况的第一信号；主动降噪单元，用于根据所述第一信号确定降噪参数，并根据所述降噪参数调节用于驱动发出降噪声波的第二信号，其中所述降噪声波用于对所述待降噪设备的声场进行降噪。

结合本申请的第三方面，在一种可能的实现方式中，所述主动降噪单元包括：声场适应子单元，用于根据所述第一信号确定表征所述声场结构的计算系数；及滤波配置子单元，用于根据所述计算系数确定所述降噪参数。

结合本申请的第三方面，在一种可能的实现方式中，所述信号采集单元包括：设置在所述待降噪设备内部的至少一个输入设备，用于采集所述声场的噪声信号；所述噪声信号包括所述声场降噪后的噪声；所述主动降噪单元还包括：降噪检测子单元，用于检测所述声场降噪后的噪声信号能量是否超出设定阈值；及滤波适应子单元，用于当所述声场降噪后的噪声信号能量超出所述设定阈值时，更新所述降噪参数。

结合本申请的第三方面，在一种可能的实现方式中，所述至少一个输入设备包括：两个麦克风，分别用于采集所述声场的原始噪声信号和所述声场降噪后的噪声信号；其中，所述系统还包括：至少两个扬声器，设置在所述待降噪设备内部，用于根据所述第二信号输出降噪声波进行主动降噪。

第四方面，提供了一种吸尘器，其包括有存储介质，所述存储介质内有能够被处理器执行的程序指令，该程序指令被执行时实现上述任一的方法的步骤。

第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行如上述任一的方法的步骤。

有益效果

本发明针对待降噪设备在不同工况下所产生的不同噪声设计有对应的用于主动降噪的降噪参数。主动降噪系统的输出端根据当前工况所对应的降噪参数对其驱动信号进行调节，使得该驱动信号驱动扬声器所产生的降噪声波达到更为理想的降噪效果。

进一步，本发明中，当发现当前的降噪参数不适应当前工况，降噪效果达不到要求时，还能够进一步根据主动降噪后的剩余噪声能量更新降噪参数，以保持本发明吸尘器较高水平的降噪效果。

本发明的主动降噪系统，其主要结构仅包括设置在待降噪设备内部的主板、扬声器和麦克风，占用待降噪设备内部体积很小，并且其对待降噪设备整体功耗的影响有限。在不影响吸尘器整体性能的情况下，本发明能够达到较为理想的降噪效果，对待降噪设备的中高频段噪声进行有效抑制，提升机器使用体验。

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。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的吸尘器的结构示意图；

图2是本发明的空间主动降噪系统的第一种框图；

图3是本发明的空间主动降噪系统的第二种框图；

图4所示为本申请一实施例提供的一种空间主动降噪装置的结构示意图。

图5所示为申请一实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于吸尘器本身而言，由吸尘器外壳指向吸尘器内部风道的方向为内，反之为外；而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“前、后”的含义指的是使用者握持吸尘器时，由吸尘器进风口指向出风口方向即为后，反之即为前，而非对本发明的装置机构的特定限定。

图1为根据本发明的一种吸尘器，其包括：

电机1，设置在吸尘器外壳内部，其通电转动驱动空气进入吸尘器内部风道实现吸尘；

麦克风2，作为主动降噪系统的输入设备，设置在图2或图3所示吸尘器外壳内部的主动降噪系统的输入端，尤其可设置在吸尘器内部风道中，用于采集噪声，例如，吸尘器的原始噪声信号以及本发明进行主动降噪后的剩余噪声信号；

降噪主板4，作为主动降噪系统的核心部件，同样的设置在吸尘器内。具体而言，降噪主板4可集成在吸尘器本身的控制主板内，也可单独设立，其用于通过输入端接收麦克风所采集的噪声信号，对其进行信号处理后输出驱动信号至输出端；

扬声器6，其作为主动降噪系统的输出设备，设置在图2或图3所示主动降噪系统的输出端，受所述驱动信号驱动而发出降噪声波，对吸尘器中的噪声声场进行抵消。

所述的吸尘器例如可以是手持式无线吸尘器，也可以是交流电吸尘器或其他供能方式的吸尘器。对于常用的手持式无线吸尘器，其外壳还连接有电池5，用于对其中的电机、降噪主板、控制主板等电路结构进行供能。

参考图2，为降低吸尘器工作所产生的噪声，上述吸尘器中设置有主动降噪系统，该系统包括：

信号采集单元，用于采集反应吸尘器工况的信号。应当理解，该反应所述吸尘器工况的信号的具体内容形式可根据实际应用场景的需求而调整，本申请对该反应吸尘器工况的信号的具体内容形式不做限定。在本申请一实施例中，该反应吸尘器工况的信号可以包括传感器(例如设置在不同噪音源处的麦克风)采集的信号，不同工况下的各噪音源(例如电机、通风口等)发出的噪声不同；在另一实施例中，该反应吸尘器工况的信号还可以包括吸尘器本身的工况信号，例如可调节吸尘器在换挡时，控制档位调节的系统所收到的响应信号；在另一实施例中，该反应吸尘器工况的信号还可以包括在不同工况下的电学信号。例如，吸尘器中电池单元的电流i或者电压v，由于工况不同电流i或者电压v的强度也不一致，也可以用于表征吸尘器当前的工况。

在本申请一实施例中，主动降噪单元可包括：声场适应子单元，用于根据反应吸尘器工况的信号确定表征声场结构的计算系数k；以及滤波配置子单元，用于根据计算系数k确定降噪参数w。这里的计算系数k是空间建模时涉及的声场建模的参数，只有吸尘器内部的空间声场结构发生变化时，计算系数k才会发生变化。因此，主动降噪单元可根据计算系数k确定主动降噪单元的参数w，从而根据所述参数w进行主动降噪；或者，主动降噪单元也可直接根据所述工况信号确定主动降噪单元的参数w，从而根据所述参数w进行主动降噪。

具体而言，在本实施例中对吸尘器的尾部声场进行降噪的情况下，只需要在第一次降噪时计算k，而后针对电机的转速等参数不同所导致的工况不同，只需要按照前述方式调整降噪参数w即可。而当在吸尘器的前部声场进行降噪，或者因更换不同的刷头等情况导致腔内的声场结构不同时，需要重新计算计算系数k。也就是当声场结构有变化的时候才需要先对计算系数k进行调整，否则只需要直接调整主动降噪单元的参数w即可。因此在本申请一实施例中，当并不需要计算声场结构的计算系数时，也可以获取反应吸尘器工况的第一信号后，根据第一信号确定降噪参数，并根据降噪参数调节用于驱动发出降噪声波的第二信号，其中降噪声波用于对吸尘器的声场进行降噪。

其中的信号采集单元可通过采样电阻配合电压或电流传感装置、模数转换器，或直接通过信号采样的元件实现。其可串联或并联在吸尘器电池5或其他供能装置，或者其他能够反应吸尘器工况的电路单元的输出端，将吸尘器的工况转化为电信号进行输出。由此，本发明能够基于工况与电信号的对应关系实现对空间主动降噪系统的调节，基于机器的不同运行工况，所产生的相应的电信号的变化，通过声场适应子单元根据吸尘器电池板等线路上的电信号变化，确定对应空间场计算系数k，实现对该工况下主动降噪效果的优化。

所述的声场适应子单元可预先存储吸尘器不同工况下可适配的主动降噪空间场的计算系数k，也可通过计算得到该计算系数k。其接收反应吸尘器运行工况模式的信号，基于该信号确定机器运行模式或工况，向降噪处理器发送该工况下的处理器所对应需使用的计算系数k。

当降噪处理器接收到由声场适应子单元所确定的空间场的计算系数k后，处理器会根据当前的计算系数k进行降噪参数w的匹配计算，然后进行空间场的主动降噪过程。主动降噪单元根据适当的k选定对应的降噪参数w即可进行一般情况的降噪。在一定范围内，w阶数越高，其所实现的降噪效果越好。

降噪过程中，主动降噪系统的各输出端分别根据其对应降噪通道的降噪参数[wl，1，wl，2，...，wl，j]^t生成驱动信号，使得该驱动信号驱动扬声器所产生的降噪声波达到理想的降噪效果。

其中，所述输入端或输出端的数量可根据吸尘器结构或降噪要求灵活设置为至少一个。

由此，本发明能够解决传统降噪的瓶颈，采用空间主动降噪方式进行噪声抵消，降低吸尘器的中高频噪声。其次，由于上述主动降噪系统架构简单，且执行效率高，保障降噪效果，同时节省了降噪所需空间，本发明特别适用于无线手持吸尘器，能够保证机体轻便，且有足够的续航时间。

在较优的实现方式下，由于吸尘器实际工况较为复杂，其工况与噪声声场的对应关系不一定能够在前期的试验过程中明确，有些工况下的降噪参数w其作用于主动降噪系统输出端实现的降噪效果并不一定令人满意。因此，本发明还可进一步设计对降噪参数w的校正机制，在检测到降噪后的噪声信号能量高于设定阈值时，则对处理器的降噪参数w进行重新计算，并保存至处理器中，实现对参数w的更新以保证实际工况环境下的降噪效果。

该校正机制的作用过程如下：

第一步，采集主动降噪后的噪声信号

第二步，在主动降噪后的噪声信号能量超出设定阈值tv时，更新降噪参数w，按照更新后的降噪参数w进行主动降噪；

其中更新降噪参数w的步骤包括：

根据声场总能量调整降噪参数w，使得其所对应的声场总能量en最小；更新降噪参数w为调整后的值；

上述校正机制的原理如下：

主动降噪后的噪声信号能量超出(≥)设定阈值tv时，主动降噪系统的第l个误差输入端所采集的噪声其中nl(n)表示主动降噪系统的第l个参考输入端在n时刻所采集的原始噪声信号；wl，j(n)表示主动降噪系统的第l个降噪通道在n时刻更新的第j阶降噪参数；表示第l个降噪通道发出的反相降噪声波。降噪后的噪声为所述主动降噪系统中的误差输入端所采集的噪声的集合，该噪声数据可反应降噪后的声场总能量。所述的各输入端可设置为专用的麦克风，也可与系统中其他的麦克风进行复用。该麦克风也可以不作为主要的噪声信号采集装置，而是给系统进行效果反馈的输入装置。

所述的声场总能量与声场计算系数的关系如下：其中，可由计算系数k的逆傅里叶变换得到。由于主动降噪后的噪声由原始噪声信号以及降噪参数w确定，因此，求得使声场总能量en最小的参数w，将该对应的参数w更新至处理器中即可使处理器输出对应该工况下效果最优的驱动信号，驱动扬声器，即可提高声场抵消的效果，降低机器工作噪音。

参考图2所示的方式，上述系统中还可分别设置两种输入设备：一种用来采集原始噪声数据进行主动降噪；另一种输入装置用于对系统发出的反相降噪声波所需要的降噪参数w进行调整以优化降噪效果。所述的输入设备，此时可设计为两个或多个麦克风，输出设备可通过两个或多个扬声器实现。

此外，还可以通过图3的方式实现同样的降噪效果。其中的输入设备可通过对功能的复用，替代上述两种输入设备，通过同一组输入设备硬件兼顾主动降噪和更新主动降噪单元的参数w。也就是说，在这种实现方式下，可通过>＝1个麦克风，在对参数w的更新过程中用于剩余噪声监测，并作为主动降噪的过程中生成降噪声波的依据。也就是说，所述输入设备所选用的麦克风可以是两个或者两种，也可能是一个/一种。

优选的，上述的更新机制可共用主动降噪系统实现，通过在降噪主板芯片中集成相应的自适应算法实现。当然，本领域技术人员也不应排除通过相对独立的控制单元或控制芯片实现上述对参数w的更新过程。

为进一步吸收风道中的噪声，所述的吸尘器还可进一步在其风道内或外壳内设置图1中的吸音棉3等被动降噪材料，进一步吸收声场的噪声，提升降噪效果。

图4所示为本申请一实施例提供的一种空间主动降噪装置的结构示意图。如图4所示，该空间主动降噪装置400包括：

接收模块401，配置为获取反应待降噪设备工况的第一信号；

降噪参数确定模块402，配置为根据所述第一信号确定降噪参数；以及

调节模块403，配置为根据所述降噪参数调节用于驱动发出降噪声波的第二信号，其中所述降噪声波用于对所述待降噪设备的声场进行降噪。

在本申请一实施例中，降噪参数确定模块402进一步配置为：根据第一信号确定表征声场结构的计算系数；以及根据计算系数确定降噪参数。

在本申请一实施例中，降噪参数确定模块402进一步配置为：当声场降噪后的噪声信号能量超出设定阈值时，更新降噪参数；且调节模块403进一步配置为：根据更新后的降噪参数调节第二信号。

在本申请一实施例中，降噪参数确定模块402进一步配置为：调整降噪参数以使得声场降噪后的声场总能量最小；以及将降噪参数更新为调整后的值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和模块的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

由上所述，本发明不但可以直接解决前述的降噪瓶颈，还可以在不占用内部空间、并且在吸声材料黏贴体积有限的情况下，很好的降低中高频噪声。本发明对手持吸尘器尤其关注的机身重量几乎无影响，不会增加机身质量，对吸尘器的功耗或续航时间的影响也相当有限。本发明的空间主动降噪系统，采用可针对吸尘器的空间场主动降噪算法，保证处理效率的同时不会过多的进行电量消耗，且该系统可适用于具有多档位的可调节吸尘器进行使用。

图5所示为申请一实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构示意图。如图5所示，该计算机可读存储介质502上存储有计算机程序指令，计算机程序指令在被处理器501运行时使得处理器501执行本说明书上述空间主动降噪方法中的步骤。

计算机可读存储介质502可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器((ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。