一种带听觉养护功能的有源降噪防护装置的制作方法

1.本发明涉及噪声治理技术领域，更具体地说，涉及一种带听觉养护功能的有源降噪防护装置。


背景技术：

2.舰船、直升机舱室工作人员长期工作、生活在噪声环境中，受舰船、飞机动力系统和其它设备噪声影响非常大，长时间在高噪声环境下工作，不仅造成听力损失，还会造成心理烦躁、注意力下降等。在一些特殊岗位上，配备有防护耳罩，能减轻噪声对人员影响，但听力的损伤是一个积累的过程，需要积极主动应对。
3.根据实测统计，舰船即使在低速航行时，噪声长期在60db以上，不满足《中华人民共和国城市区域噪声标准》(gb3096-93)要求的4级夜间休息需要；而直升机在工作时噪声甚至达到101db以上，不满足gb/t50087-2013《工业企业噪声控制设计规范》规定的工业企业生产车间和作业场所工作地点噪声标准(85db、不得超过90db)。


技术实现要素：

4.1.要解决的技术问题
5.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种带听觉养护功能的有源降噪防护装置，可应用于舰船、直升机舱室内某些长时间处于高噪声环境的工作人员，在进行噪声防护的前提下，通过收听舒缓音乐的技术，帮助减缓噪声对其影响，进行听力养护。
6.2.技术方案
7.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
8.一种带听觉养护功能的有源降噪防护装置，包括佩戴带以及安装于佩戴带两端的一对耳罩，耳罩内安装有有源降噪防护模块和音乐养护模块，有源降噪防护模块用于对环境噪声和耳罩内残余噪声进行降噪；音乐养护模块包括微控制器、解码模块、显示及操控模块和音乐补偿模块，用于音乐的播放进行听力养护；音乐补偿模块用于在有源降噪防护模块工作状态下，通过功率放大电路将低频音乐进行功率放大，实现对因降噪衰减的低频音乐进行补偿，播放真实音乐。
9.进一步的，微控制器用于音乐存储，及用于音乐读取、音量控制、曲目切换、播放停止的播放控制；
10.解码模块用于解码音乐，使微控制器进行音乐的播放；
11.显示操控模块用于操控并显示音乐的播放状态。
12.进一步的，音乐养护模块还设有外壳，可拆卸的安装在耳罩内；外壳设有与有源降噪防护模块电性连接的电源开关。
13.进一步的，有源降噪防护模块包括误差传声器、参考传声器、次级声源、第一前置放大器、第二前置放大器、开环控制器、闭环控制器、功率放大器和加法器；
14.参考传声器、第一前置放大器、开环控制器、加法器、功率放大器和次级声源依次
连接形成前馈降噪系统，用于将环境噪声进行降噪；
15.误差传声器、第二前置放大器、闭环控制器、加法器、功率放大器和次级声源依次连接形成反馈降噪系统，用于将耳罩内残余噪声进行降噪。
16.进一步的，开环控制器为一阶滤波器，闭环控制器为二阶滤波器。
17.进一步的，次级声源传声器与误差传声器水平设置，设置在耳罩内部；参考传声器设置在耳罩外部。
18.进一步的，佩戴带内还安装有处理器模块以及通讯模块，处理器模块通过通讯模块连接云服务器和用户移动设备。
19.进一步的，耳罩包括外罩、内罩以及贴合环带，且外罩、内罩以及贴合环带从外至内依次安装并构成一个完整的环状结构。
20.3.有益效果
21.相比于现有技术，本发明的优点在于：
22.(1)本发明采用带听觉养护功能的有源降噪防护装置，通过在防护耳罩上加装听觉养护功能，并选择具有特定类型曲目、随时可收听音乐的防护耳罩，能帮助工作人员在工作间隙，有助于缓解耳膜的紧张，减轻心理压力，提高工作效率，随时进行听力养护。
23.(2)本方案可应用于舰船、直升机舱室内某些长时间处于高噪声环境的工作人员，在进行噪声防护的前提下，通过收听舒缓音乐的技术，帮助减缓噪声对其影响，进行听力养护。
附图说明
24.图1为本发明的有源降噪防护装置的外部结构示意图；
25.图2为本发明的有源降噪模块的结构示意图；
26.图3为本发明的音乐播放模块的结构示意图；
27.图4为本发明的有源降噪防护装置的网络模块示意图；
28.图5为本发明有源降噪防护装置的有源降噪模块的降噪电路原理框图；
29.图6为本发明有源降噪防护装置的音乐播放模块的音乐补偿电路原理框图。
30.图中标号说明：
31.1佩戴带、2耳罩、3云服务器、4用户移动设备、5误差传声器、6参考传声器、7次级声源、8微控制器、9养护模块、10解码模块、11显示操控模块、12补偿模块、13电池、14外壳上盖、15外壳底座。
具体实施方式
32.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。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，
因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.实施例：
36.请参阅图1，一种带听觉养护功能的有源降噪防护装置，包括佩戴带1以及安装于佩戴带1两端的一对耳罩2，耳罩2内安装有有源降噪防护模块和音乐养护模块，有源降噪防护模块用于对环境噪声和耳罩内残余噪声进行降噪；音乐养护模块包括微控制器8、解码模块10、显示及操控模块11和音乐补偿模块12，用于音乐的播放进行听力养护；音乐补偿模块用于在有源降噪防护模块工作状态下，通过功率放大电路将低频音乐进行功率放大，实现对因降噪衰减的低频音乐进行补偿，播放真实音乐。
37.在上述实施例中，一对耳罩2之间可以配备佩戴带1以便将耳罩固定在耳朵上。考虑到使用的工作环境及工作安全，采用佩戴带1增加牢固性，防止耳罩2的脱落。如在头部不需要运动的作业时，也可直接佩戴耳罩2。
38.在上述实施例中，请参阅图2，有源降噪防护模块采用复合式有源降噪控制方法，包括前反馈噪声控制系统和反馈式噪声控制系统，用于对外部噪声进行降噪，播放原声音乐。具体的，有源降噪模块包括误差传声器5、参考传声器6、次级声源7、第一前置放大器、第二前置放大器、开环控制器、闭环控制器、功率放大器和加法器；
39.参考传声器6、第一前置放大器、开环控制器、加法器、功率放大器和次级声源依次连接形成前馈降噪系统，用于将环境噪声进行降噪；前馈式主要的特点是噪音的消除回路是开环的，便于保持系统的稳定性；拾音麦克风远离次级声源7在耳罩2外侧，所采集的噪音信号受受话器的影响较小，在电路实现上相对容易，系统调试方便；
40.误差传声器5、第二前置放大器、闭环控制器、加法器、功率放大器和次级声源7依次连接形成反馈降噪系统，用于将耳罩内残余噪声进行降噪；反馈式噪声控制系统通过闭环回路反馈自动调节，更加精确反馈耳朵附近的噪声，降噪的效果要比前馈式的更好，其具体的降噪电路原理框图参阅图5。
41.前置放大电路主要对参考传声器6和误差传声器5拾取的噪声信号进行放大，达到要求的幅值，并且与相移网络叠加后对拾取的噪声信号进行反相。
42.控制滤波器电路主要实现信号相移网络，具体的相移网络设计采用二阶滤波器作为闭环控制器，一阶滤波器作为开环控制器。
43.次级声源7电路需要将传声器放大电路输出的噪声信号进行功率放大来驱动次级声源扬声器，使次级声源7产生足够大的与噪声反相的信号来抵消噪声信号。
44.在上述实施例中，请参阅图3，音乐养护模块还包括养护模块9和电池13；其中，
45.微控制器8用于读取养护音乐并控制养护音乐的播放；微控制器8采用arm微控制器，是一个主控单元，对养护模块9音乐读取、音量控制、曲目切换、播放停止等功能；
46.养护模块9用于保存预先设置的养护音乐；养护模块9用于储存音乐曲目，曲目的
选择根据工作环境的需要设置认定的养护听力的曲目，也可以根据工作人员的个人喜好进行设置保存；
47.解码模块10用于解码养护音乐，使微控制器8进行播放；解码模块10是一个mp3数字音乐解码的电子模块，它通过对养护模块9内的音乐文件进行解码，并传输到arm微控制器8得以播放养护音乐；
48.显示操控模块11用于操作并显示养护音乐的播放状态；显示操控模块11用来对音乐文件进行状态显示、音量操控设置、曲目切换操控、以及音乐播放停止的操作。在非操作状态下，显示操控模块11会使液晶显示屏自动休眠，如一旦有触摸操控，会自动点亮以便操控；
49.电池13，用于听力养护模块的电源供应；
50.补偿模块12在有源降噪防护模块工作状态下，通过功率放大电路将低频音乐进行功率放大，实现对因降噪衰减的低频音乐进行补偿，播放真实音乐，使播放的音乐能完整、准确地呈现出来，其具体的音乐补偿电路原理框图参阅图6。
51.在上述实施例中，功率放大电路，是根据有源降噪防护模块在降噪过程中的声压损失决定的。其具体的音乐补偿过程如下：
52.1)确定补偿系数：
53.参考传声器6采集特定环境的噪声源，并转化成噪声数据，分析处理噪声数据，处理依据：噪声源是由若干(或无限多个)频率分量组成，需要在频域处理数据，把时域信号转换为频域信号，使用1/3倍频程把声音划分为多个频带，计算每个倍频程的声压级，使用a率系数加权来表示最后的声压作为噪声源显示，单位为d ba。其每个频带的声压计算公式为：
[0054][0055]
其a率系数公式为：
[0056][0057]
其全部频带的最后声压计算公式为：
[0058][0059]
由此可知，得到的a率系数即有源降噪的修正系数，同时也是音乐补偿的补偿系数。
[0060]
2)进行有源降噪：
[0061]
控制滤波器根据修正系数调整预设的降噪权系数，进行自适应算法进行滤波降噪；采用以下公式进行降噪：
[0062][0063]
其中：x(n)为参考信号；s(z)为误差通道；x'(n)为滤波后次级信号；y(n)为次级信号；e(n)为误差信号。
[0064]
3)进行音乐补偿
[0065]
音乐补偿模块接收补偿系数，通过功率放大电路进行功率放大的补偿系数校正，实现对因降噪衰减的低频音乐进行补偿，从而播放真实音乐。
[0066]
因为在音乐养护中，音乐的选择一般是舒缓的音乐，声压普遍较低，其低频音乐与在降噪过程中的噪声源有重合的频率，为了补偿这些降噪损失的音乐声压，需要进行补偿，才能得到真实的养护音乐。
[0067]
在上述实施例中，音乐养护模块还设有外壳，可拆卸的安装在耳罩2内；外壳设有与有源降噪防护模块电性连接的电源开关。外壳具有外壳上盖14、外壳底座15和卡扣。外壳上盖14与外壳底座15配合，将微控制器8、养护模块9、解码模块10、显示操控模块11、音乐补偿模块12、电池13装配在内部，起到模块安装。采用卡扣的形式实现在耳罩2内部的快速安装和拆卸。
[0068]
在上述实施例中，低频音乐与外部噪声、残余噪声的频率范围相同。其中低频的频率范围为100～3000hz。
[0069]
在上述实施例中，请参阅图2，次级声源7传声器与误差传声器5水平设置，设置在耳罩2内部；参考传声器6设置在耳罩2外部。
[0070]
在上述实施例中，请参阅图4，佩戴带1内还安装有处理器模块以及通讯模块，处理器模块通过通讯模块连接云服务器3和用户移动设备4，云服务器3和用户移动设备4之间通过大数据联网的方式连接，不仅可以更加科学准确的提供用户所喜欢的音乐，以及与当前噪音环境下相适配的音乐，也可以通过用户移动设备4进行自行选择和控制。
[0071]
在上述实施例中，耳罩2包括外罩、内罩以及贴合环带，且外罩、内罩及贴合环带从外至内依次安装并构成一个完整的环状结构。
[0072]
本发明通过应用电子技术和电声器件，在有源降噪防护耳罩内引入一个与原噪声声波幅值大小相等而相位相反的次级声波，使其产生的噪声与原来的噪声在一定区域内相互抵消，从而达到降低噪声的目的。实施过程中，既采用了前馈式噪声控制系统，又采用了反馈式噪声控制系统。前馈式主要的特点是噪音的消除回路是开环的，便于保持系统的稳定性；拾音麦克风远离次级声源在耳机外侧，所采集的噪音信号受受话器的影响较小，在电路实现上相对容易，系统调试方便；反馈式噪声控制系统通过闭环回路反馈自动调节，更加精确反馈耳朵附近的噪声，降噪的效果要比前馈式的更好；音乐播放模块采用成熟的mp3解码模块，由于舰船、直升机上设备通讯耳机的阻抗大、主发声音频以中频为主，因此设计了
功率放大电路、音频补偿电路对最终输出进行补偿，获得真实音乐的完善复现。
[0073]
本发明应用于舰船、直升机舱室内某些长时间处于高噪声环境的工作人员，在进行噪声防护的前提下，通过收听舒缓音乐的技术，帮助减缓噪声对其影响，进行听力养护。
[0074]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。