一种微型室内降噪音电子设备

1.本发明属于降噪治理技术领域，具体涉及一种微型室内降噪音电子设备。


背景技术：

2.噪声是指发声体做无规则振动时发出的声音。声音由物体的振动产生，以波的形式在一定的介质(如固体、液体、气体)中进行传播。通常所说的噪声污染是指人为造成的。从生理学观点来看，凡是干扰人们休息、学习和工作以及对你所要听的声音产生干扰的声音，即不需要的声音，统称为噪声。当噪声对人及周围环境造成不良影响时，就形成噪声污染。产业革命以来，各种机械设备的创造和使用，给人类带来了繁荣和进步，但同时也产生了越来越多而且越来越强的噪声。噪声不但会对听力造成损伤，还能诱发多种致癌致命的疾病，也对人们的生活、工作有所干扰。
3.降噪治理方面大致可分为主动降噪和被动降噪两种。被动降噪多是增加隔声材料，达到降噪效果。方法虽然原理简单，降噪成本低，但效果略为逊色，且由于使用了高密度的隔声材料，佩戴耳机的舒适度有所下降。而封闭的耳罩式耳机所采用的海绵则是兼具了隔声和吸声两种降噪手段，但因为密封性较低，也无法中和噪声，达到安静的聆听效果。这也就会让用户在佩戴耳机时，不由自主地提高音量来掩蔽噪声。被动降噪的优势是降噪空间大，对于高频信号的隔绝效果好，但对于小空间的低频噪声而言，降噪效果则会大打折扣。主动降噪多是利用反相位声波中抵消噪音声波，但是目前的主动降噪设备不够灵活，不能及时的根据噪音频段进行调节，在降噪方面具有一定的局限性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种微型室内降噪音电子设备，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种微型室内降噪音电子设备，包括信号处理系统以及搭载在所述信号处理系统上的：用于捕捉到原噪音引起的振动，将其转化成信号后传送给主动降噪电路并进行处理的震动传感器；用于根据原噪音声波发出反相位声波的有源降噪系统；用于根据原噪音声波的频段控制反相位声波的频段的声学系统；
7.所述主动降噪电路包括预放大电路、相位反向电路及信号叠加放大电路，所述预放大电路、相位反向电路及信号叠加放大电路之间相连接。
8.优选的，所述预放大电路是一个运放电路，并不对音频做反向处理，预放大的增益由r8和r6的比值决定，通过改变这两个电阻值可以控制音频信号的幅度，这个信号将被送入相位反转电路。
9.优选的，所述相位反转电路通过改变电压极性来改变信号相位，通过改变电阻r12和r10的比值，来改变运放电路的幅值。
10.优选的，所述信号叠加放大电路将被反转的噪音信号将和反相位声波信号叠加在
一起输出给扬声器，叠加后的信号的增益由r19和r15的比值控制。
11.优选的，所述有源降噪系统包括收集噪音信号的噪声传感器、收集误差信号的误差传感器、信号处理器及扬声器；所述噪声传感器、误差传感器及扬声器均与信号处理器相连接。
12.优选的，所述有源降噪系统还包括微型控制计算机，所述微型控制计算机通过命令输出口和高速数据传输与信号处理器相连接；所述信号处理器依次通过数/模转换器、平滑滤波器、功率放大器与控制信号连接，所述噪音信号和误差信号均通过前置放大器、防折叠滤波器、数/模转换器与信号处理器相连接。
13.优选的，所述声学系统包括信号发生器、功率放大器、换能器、传声器及示波器；所述信号发生器通过dsp系统、功率放大器与换能器相连接，所述换能器通过传声器、信号采集设备与示波器连接。
14.优选的，还包括用于安装信号处理系统的壳体，所述壳体中连接有集成电路板及电源，所述震动传感器、主动降噪电路、源降噪系统及声学系统均设置在所述集成电路板上，且所述壳体背侧连接有用于将其固定在室内的吸盘。
15.优选的，所述壳体的内侧开设有用于连接震动传感器的安装孔，所述安装孔的外部安装有橡胶盖，所述震动传感器为在所述橡胶盖的内部。
16.本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种微型室内降噪音电子设备，与现有技术相比，具有以下优点：
17.本发明中通过设置信号处理系统以及搭载在所述信号处理系统上的震动传感器、有源降噪系统、声学系统，可有有效的捕捉到原噪音引起的振动，将其转化成信号后传送给主动降噪电路并进行处理，根据原噪音声波发出反相位声波，一定的空间内，当电子设备贴到窗户或墙上的时候，窗户等平面就如同耳机的振膜一样，把周围的噪声震动反馈给设备，接着设备做出反应，产生出与噪音相反的相位频率，从而起到降噪功能，当外界噪声变大时，设备效果也会增强，外界噪声变小时，它也会相应调整到合适的程度来控制噪音。
附图说明
18.图1为本发明信号处理系统的结构示意图；
19.图2为本发明的主动降噪电路图；
20.图3为本发明的预放大电路图；
21.图4为本发明的相位反向电路图；
22.图5为本发明的信号叠加放大电路图；
23.图6为本发明的有源降噪系统的原理图；
24.图7为本发明的有源降噪系统的框图；
25.图8为本发明的数字信号处理器的电路图
26.图9为本发明的声学系统框图；
27.图10为本发明微型室内降噪音电子设备的结构示意图。
28.图中：1、壳体；2、集成电路板；3、吸盘；4、安装孔；5、橡胶盖。
具体实施方式
29.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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
30.本发明实施例中提供了一种微型室内降噪音电子设备，如图1所示的，包括信号处理系统以及搭载在所述信号处理系统上的：用于捕捉到原噪音引起的振动，将其转化成信号后传送给主动降噪电路并进行处理的震动传感器；用于根据原噪音声波发出反相位声波的有源降噪系统；用于根据原噪音声波的频段控制反相位声波的频段的声学系统；
31.如图2-图5所示的，所述主动降噪电路包括预放大电路、相位反向电路及信号叠加放大电路，所述预放大电路、相位反向电路及信号叠加放大电路之间相连接。所述预放大电路是一个运放电路，并不对音频做反向处理，预放大的增益由r8和r6的比值决定，通过改变这两个电阻值可以控制音频信号的幅度，这个信号将被送入相位反转电路。所述相位反转电路通过改变电压极性来改变信号相位，通过改变电阻r12和r10的比值，来改变运放电路的幅值。所述信号叠加放大电路将被反转的噪音信号将和反相位声波信号叠加在一起输出给扬声器，叠加后的信号的增益由r19和r15的比值控制。
32.如图6和图7所示的，所述有源降噪系统包括收集噪音信号的噪声传感器、收集误差信号的误差传感器、信号处理器及扬声器；所述噪声传感器、误差传感器及扬声器均与信号处理器相连接。
33.所述有源降噪系统还包括微型控制计算机，所述微型控制计算机通过命令输出口和高速数据传输与信号处理器相连接；所述信号处理器依次通过数/模转换器、平滑滤波器、功率放大器与控制信号连接，所述噪音信号和误差信号均通过前置放大器、防折叠滤波器、数/模转换器与信号处理器相连接。
34.有源噪声控制是根据2个声波相消性干涉或声波辐射抑制的原理，通过人为地制造1个控制声源(次级声源)，使其发出的声音与原来的噪声源(初级声源)辐射噪声大小相等、相位相反，使两者作用结果互相抵消，从而达到降噪的目的。有源噪声控制是根据2个声波相消性干涉或声波辐射抑制的原理，通过人为地制造1个控制声源(次级声源)，使其发出的声音与原来的噪声源(初级声源)辐射噪声大小相等、相位相反，使两者作用结果互相抵消，从而达到降噪的目的。
35.系统中数字信号处理器选用ad公司的16位定点的adsp-2111芯片，其核心结构如图8所示，特点如下：
36.(1)adsp-2111芯片采用哈佛结构，片内有6条总线(1条程序总线、2条数据总线、2条地址总线和1条dma总线)，这种分离的程序总线和数据总线，可允许同时获取指令字(来自程序存储器)和操作数(来自数据存储器)，而互不干扰。这样可以在1个周期内同时准备好指令和数据，对于数字信号处理中的许多运算，要比一般的单片机速度快得多，这对于实时性要求非常高的噪声控制来说，是非常必要的。
37.(2)adsp-2111采用流水线操作，以减少指令的执行时间。执行一条指令要通过取指令、译码、取操作数和执行几个阶段，流水线操作使4条不同的指令处于激活状态，这极大
地提高了运算速度，体现了dsp的优越性能。同时，其内部含有硬件乘法/累加器，从硬件上实现了乘法器和累加器的并行工作，可在单指令周期内完成1次乘法并将运行乘积求和的运算。
38.(3)adsp-2111是带有主机接口hip(host interface port)的芯片，能较方便地与pc机接口。hip为并行i/o口，允许adsp-2111做主机存储器映像的外设，其操作速度与adsp-2111的总线速度相似，主机对dsp程序的加载及与dsp之间的数据通信均通过hip接口来完成。
39.adsp-2111芯片的外围电路
40.(1)滤波器的设计
41.由于存在声反馈，检测传声器采用电容式的单指向性传声器mic1和mic2来拾取噪声信号和误差信号，信号经过三极管放大后，进行滤波处理。在a/d变换前，需要设置1个模拟滤波器(即图2中的防折叠滤波器)进行预滤波以限制信号带宽，去掉高于1/2抽样频率以上的高频分量，防止频谱混叠现象的发生。本系统中的噪声为低频噪声，所以防折叠滤波器为低通滤波器；在d/a变换后，常接1个模拟低通滤波器(即图2中的平滑滤波器)来抑制高频分量，使阶梯状波形变成平滑的模拟信号输出。本系统中的防折叠滤波器和平滑滤波器均选用开关电容滤波器icmf-10，内藏2个二阶滤波器，通过外部提供的时钟脉冲及外接电阻，即可实现高通、低通、带通、带阻和全通等滤波器的功能，通用性较强，本系统应用其低通特性。
42.(2)数-模转换的设计
43.采用ad1848音频接口芯片。它具有双路高性能的adc和dac，均由adsp-2111直接控制，采样频率分布于5.5khz～48khz之间，可以满足有源降噪系统的要求。功率放大器采用低频功率放大器ta7240ap，产生的控制信号驱动扬声器，完成有源降噪的过程。
44.如图9所示的，所述声学系统包括信号发生器、功率放大器、换能器、传声器及示波器；所述信号发生器通过dsp系统、功率放大器与换能器相连接，所述换能器通过传声器、信号采集设备与示波器连接。
45.声频定向系统自解调信号测试大体流程为:由信号发生器产生正弦输入信号输入信号经dsp系统调用各种算法进行信号处理后输出到功率放大器进行功率放大；放大后的信号经换能器转换为超声波信号向空气中发射；该超声波在空气中传播的过程中自解调产生高指向性可听声；传声器将自解调可听声信号的声压转换为电信号输入信号采集设备；由示波器、动态信号分析仪或电脑显示、采集由声压转换成的电信号，并储存该信号；将示波器的信号导入电脑中直接通过音频信号处理软件对该测试信号进行分析。
46.如图10所示的，为了方便将降噪音电子设备安装在玻璃、或者车窗上，在本实施例中设置用于安装信号处理系统的壳体1，所述壳体1中连接有集成电路板2及电源，所述震动传感器、主动降噪电路、源降噪系统及声学系统均设置在所述集成电路板2上，且所述壳体1背侧连接有用于将其固定在室内的吸盘3。所述壳体1的内侧开设有用于连接震动传感器的安装孔4，所述安装孔4的外部安装有橡胶盖5，所述震动传感器为在所述橡胶盖5的内部。
47.在安装降噪音电子设备时，通过吸盘3吸附在玻璃、或者车窗上，橡胶盖5会压缩可以紧贴在玻璃、或者车窗上，利于震动传感器接收振动，可有有效的捕捉到原噪音引起的振动，将其转化成信号后传送给主动降噪电路并进行处理，根据原噪音声波发出反相位声波，
一定的空间内，当电子设备贴到窗户或墙上的时候，窗户等平面就如同耳机的振膜一样，把周围的噪声震动反馈给设备，接着设备做出反应，产生出与噪音相反的相位频率，从而起到降噪功能，当外界噪声变大时，设备效果也会增强，外界噪声变小时，它也会相应调整到合适的程度来控制噪音。
48.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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保护范围之内。