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CN106328116B - 一种机器人室内噪声控制系统 - Google Patents

一种机器人室内噪声控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机器人室内噪声控制系统，机器人室内噪声控制系统的控制单元可根据采集单元采集到的所述噪声信号进行处理获取控制信号，使所述次级声源根据控制信号输出与所述噪声源的声波幅度相同，且声波相位相反的所述声音信号，使同一分贝区间内的声音信号与噪声信号二者叠加后相互抵消，从而达到消除室内低频噪声的效果。

Description

一种机器人室内噪声控制系统
技术领域
本发明涉及声音领域，尤其涉及一种机器人对室内的低频噪声控制系统。
背景技术
噪声污染是一个全世界都十分关注的环境问题，过量的环境噪声对人的生理和心理健康都会造成一定的影响；高噪声环境会对人们的听力和身体健康造成严重的损害；而一般噪声则会对人们日常工作与生活造成一定的影响。据统计，噪声污染对全球范围内约70％以上的城市居民造成不同程度的危害。而作为发展中国家，中国噪声污染对人民的影响更为突出。以家用电器为主要噪声源的室内低频噪声已经成为不可忽视的噪声源。实际监测表明：家用电冰箱为35～50分贝，洗衣机为50～70分贝，电风扇为55～70分贝，吸尘器为60～80分贝，家庭影院可以达到60～80分贝。由于现代人的生活和工作时间大多数是在室内度过，室内噪声污染会影响到人的心理状况，导致听觉、神经系统及内分泌系统出现病变，持续的室内噪声会对人们的日常生活造成较大的危害。
传统降噪技术的主要方法包括吸声处理、隔音处理和使用消声器。吸声处理包括使用吸声材料或吸声结构来吸取声能，从而降低噪声强度。但吸声材料主要指多孔吸声材料，其吸声系数随声波频率增加而增大，达到极大值后略降再回升，到高频时起伏变化就不再明显；中低频的吸声还随着多孔材料的厚度增加而增加，但厚度对高频声波的吸收不显著。隔声处理主要包括隔声罩和隔声屏两种，隔声罩的隔声性能总体遵循质量控制规律，但在应用上需要更多地考虑通风、散热、耐蚀、耐热、设备维修等问题。消声处理中的抗性消声器能够较好地降低低频噪声，但它的消声频段窄，并且随消声频率的下降而使体积变得庞大起来。而复合消声器虽然消声量和消声频带都比较理性，但其体积过大，且使用寿命在高温、蒸汽侵蚀和高速气流冲击下减短。
发明内容
针对现有的降噪技术存在的上述问题，现提供一种旨在实现降低室内的低频噪声，体积小，降噪效率高，便于使用的机器人室内噪声控制系统。
具体技术方案如下：
一种机器人室内噪声控制系统，应用于复数个噪声源的环境中，用于消除所述噪声源发射的噪声信号，所述机器人室内噪声控制系统包括：
复数个次级声源，复数个所述次级声源按输出声音信号的分贝区间的不同分为多个音频类别，所述分贝区间与所述音频类别一一对应；
一采集单元，用于采集所述声音信号和所述噪声信号；
一识别单元，连接所述采集单元，所述识别单元预设有多个所述分贝区间，用以将所述噪声信号的分贝分别与多个所述分贝区间进行匹配，以获取与所述噪声信号匹配的所述分贝区间对应的所述音频类别，并输出所述噪声信号和所述声音信号；
一控制单元，分别连接所述识别单元和所述次级声源，用于根据每个所述噪声信号的方向和频率进行处理获取相应的控制信号，并将所述控制信号发送至与所述噪声信号匹配的所述分贝区间对应的所述音频类别的所述次级声源，使所述次级声源输出与所述噪声源的声波幅度相同，且声波相位相反的所述声音信号。
优选的，所述采集单元采用多通道信号采集器。
优选的，所述多通道信号采集器用于将采集到的多路所述声音信号和多路所述噪声信号分别同步转换为声音数字信号和噪声数字信号，并采用DMA中断的方式将所述声音数字信号的声波相位和所述噪声数字信号的声波相位同步发送至所述控制单元。
优选的，所述多通道信号采集器包括第一阵列麦克风，所述第一阵列麦克风用于采集所述噪声信号。
优选的，所述多通道信号采集器包括第二阵列麦克风，所述第二阵列麦克风用于采集所述声音信号。
优选的，还包括：
一多路信号传输单元，分别连接所述控制单元和所述识别单元，用于将所述识别单元识别后的所述声音信号和所述噪声信号发送至所述控制单元。
优选的，所述多路信号传输单元采用USB多路麦克风信号传输器，用于将所述声音信号和所述噪声信号封装成数据报文并通过USB协议将所述数据报文发送至所述控制单元。
上述技术方案的有益效果：
在本技术方案中，机器人室内噪声控制系统的控制单元可根据采集单元采集到的所述噪声信号进行处理获取控制信号，使所述次级声源根据控制信号输出与所述噪声源的声波幅度相同，且声波相位相反的所述声音信号，使同一分贝区间内的声音信号与噪声信号二者叠加后相互抵消，从而达到消除室内低频噪声的效果。
附图说明
图1为本发明所述机器人室内噪声控制系统的一种实施例的模块图。
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作出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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，一种机器人室内噪声控制系统，应用于复数个噪声源1的环境中，用于消除噪声源1发射的噪声信号，机器人室内噪声控制系统包括：
复数个次级声源6，复数个次级声源6按输出声音信号的分贝区间的不同分为多个音频类别，分贝区间与音频类别一一对应；
一采集单元2，用于采集声音信号和噪声信号；
一识别单元3，连接采集单元2，识别单元3预设有多个分贝区间，用以将噪声信号的分贝分别与多个分贝区间进行匹配，以获取与噪声信号匹配的分贝区间对应的音频类别，并输出噪声信号和声音信号；
一控制单元5，分别连接识别单元3和次级声源6，用于根据每个噪声信号的方向和频率进行处理获取相应的控制信号，并将控制信号发送至与噪声信号匹配的分贝区间对应的音频类别的次级声源6，使次级声源6输出与噪声源1的声波幅度相同，且声波相位相反的声音信号。
在本实施例中，控制单元5可根据采集单元2采集到的噪声信号进行处理获取控制信号，使次级声源6根据控制信号输出与噪声源1的声波幅度相同，且声波相位相反的声音信号，使同一分贝区间内的声音信号与噪声信号二者叠加后相互抵消，从而达到消除室内低频噪声的效果。从而实现降低用户室内环境中的低频噪声，为用户营造一个安静的室内生活环境的目的。
在优选的实施例中，采集单元2采用多通道信号采集器。
进一步地，采集单元2可以是FPGA多通道麦克风阵列信号采集器。
在优选的实施例中，多通道信号采集器包括第一阵列麦克风，第一阵列麦克风用于采集噪声信号。
在本实施例中，第一阵列麦克风相当于初级噪声源传声器，可安放在可能形成噪声源1的方向，接收各个方向的噪声源1发出的噪声信号。
在优选的实施例中，多通道信号采集器还可包括第二阵列麦克风，第二阵列麦克风用于采集声音信号。
进一步地，多通道信号采集器可包括多路阵列麦克风。
在本实施例中，第二阵列麦克风相当于误差传声器，设置于次级声源6附近，用于接收次级声源6发出的声波信号作为降噪误差动态值，控制单元5根据反馈的降噪误差动态值对输出的控制信号进行相应的调整。
在优选的实施例中，多通道信号采集器用于将采集到的多路声音信号和多路噪声信号分别同步转换为声音数字信号和噪声数字信号，并采用DMA中断的方式将声音数字信号的声波相位和噪声数字信号的声波相位同步发送至控制单元5。
在本实施例中，多通道信号采集器可用于实现对多路阵列麦克风中各路麦克风信号的相位同步采集，采用多路ADC来同步将多路阵列麦克风信号转换为数字信号，通过DMA中断的方式实现多路阵列麦克风的相位同步。
在优选的实施例中，还可包括：
一多路信号传输单元4，分别连接控制单元5和识别单元3，用于将识别单元3识别后的声音信号和噪声信号发送至控制单元5。
在本实施例中，多路信号传输单元4通过将多通道信号采集器采集的多路信号同步发送至控制单元5。
在优选的实施例中，多路信号传输单元4采用USB多路麦克风信号传输器，用于将声音信号和噪声信号封装成数据报文并通过USB协议将数据报文发送至控制单元5。
在本实施例中，USB多路麦克风信号传输器将阵列麦克风采集到的麦克风信号封装成数据报文，并通过USB协议将数据报文传输到控制单元5，控制单元5从USB接口中解析麦克风信号来提取出噪声信号，并根据噪声信号的方向及频率实时计算出主动抵消噪声的次级声源6输出的声音信号的方向及频率，并控制次级声源6输出可实时抵消噪声信号的声音信号。
控制单元5控制次级声源6可输出包含多个不同方向的数字功放驱动扬声器向噪声源1实时发射与噪声信号的声波幅度相等、相位相反的声波，产生二者叠加抵消的效果，从而达到主动噪声动态控制的效果。
实际环境中噪声源1(初级声源)特性及声场空间中的温度、气流速度等物理参数会经常随时间发生变化。机器人室内噪声控制系统是基于两列频率相同、相位差固定的声波，叠加后会产生相加性或相消性干涉来消除噪声的原理，通过设置传递函数为自适应时变，并同时将次级声源6输出的声音信号(反馈信号)考虑在内。通过采集噪声信号和反馈信号，根据噪声信号的声压，控制次级声源6发出与噪声源1频率相反，振幅相同的抵消声波，使声音信号与噪声信号进行叠加、抵消，实现主动噪声动态控制的效果。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种机器人室内噪声控制系统，应用于复数个噪声源的环境中，用于消除所述噪声源发射的噪声信号，其特征在于，所述机器人室内噪声控制系统包括：
复数个次级声源，复数个所述次级声源按输出声音信号的分贝区间的不同分为多个音频类别，所述分贝区间与所述音频类别一一对应；
一采集单元，用于采集所述声音信号和所述噪声信号；
一识别单元，连接所述采集单元，所述识别单元预设有多个所述分贝区间，用以将所述噪声信号的分贝分别与多个所述分贝区间进行匹配，以获取与所述噪声信号匹配的所述分贝区间对应的所述音频类别，并输出所述噪声信号和所述声音信号；
一控制单元，分别连接所述识别单元和所述次级声源，用于根据每个所述噪声信号的方向和频率进行处理获取相应的控制信号，并将所述控制信号发送至与所述噪声信号匹配的所述分贝区间对应的所述音频类别的所述次级声源，使所述次级声源输出与所述噪声源的声波幅度相同，且声波相位相反的所述声音信号；
所述采集单元采用多通道信号采集器；
所述多通道信号采集器包括第一阵列麦克风，所述第一阵列麦克风作为初级噪声传声器，安放在可能形成所述噪声源的方向，用于接收各个方向的所述噪声源发出的噪声信号；
所述多通道信号采集器包括第二阵列麦克风，所述第二阵列麦克风作为误差传声器，设置于所述次级声源附近，用于接收所述次级声源发出的声波信号并作为降噪误差动态值；
所述控制单元根据反馈的所述降噪误差动态值对输出的所述控制信号进行相应的调整。
2.如权利要求1所述机器人室内噪声控制系统，其特征在于，所述多通道信号采集器用于将采集到的多路所述声音信号和多路所述噪声信号分别同步转换为声音数字信号和噪声数字信号，并采用DMA中断的方式将所述声音数字信号的声波相位和所述噪声数字信号的声波相位同步发送至所述控制单元。
3.如权利要求1所述机器人室内噪声控制系统，其特征在于，还包括：
一多路信号传输单元，分别连接所述控制单元和所述识别单元，用于将所述识别单元识别后的所述声音信号和所述噪声信号发送至所述控制单元。
4.如权利要求3所述机器人室内噪声控制系统，其特征在于，所述多路信号传输单元采用USB多路麦克风信号传输器，用于将所述声音信号和所述噪声信号封装成数据报文并通过USB协议将所述数据报文发送至所述控制单元。
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