概述。

跟着现代。工业。化进程的加快，噪声污染已上升为一个严峻的环境问题，和水污染、空气污染、固体废弃物污染一同被称为当今的四大污染，引起了全球的重视。能够说日常日子中简直到处都充满着噪声，特别像现在家庭中的各种家用电器如空调、洗衣机、冰箱等作业时都会发生噪声污染;工厂中的一些工业设备， 如切割机、通风管道、压缩机、发。电机。等在作业时也会发生很多的工业噪声。

这些设备与人们的日子休戚相关，所发生的噪声也已严峻损害到人们的健康。洗衣机的噪声通常在 42~70dB，空谐和冰箱在 34~50dB，而工业噪声遍及都超越 90dB，最高可达 130dB。研讨标明，人耳最高能够接受 70dB的声响，超越50dB的噪声就会影响人的正常歇息，长时刻睡眠缺乏会导致人体正常的生理机能呈现问题;若噪声到达 70dB会影响人们之间的沟通，并使人呈现躁动不安心情，下降作业功率;长时刻身处 90dB以上的噪声环境找那个会损害听力，并致使心脑血管等一系列疾病的发生;100dB左右的噪声会使人头痛，严峻时会引发暂时性耳聋;当噪声高达 140dB就会引起人的眼球振荡，导致视觉含糊，呼吸加快，血压升高，说话才干也遭到影响。因而，对噪声污染的管理是一个急需处理的问题。

一般来说，处理噪声问题会从噪声的源头、传达途径和接收者三个方面下手。从原理上来分，进行噪声操控的办法首要包含无源(被迫)操控(PassiveNoiseControl，PNC)和有源(自动)操控[1] (。Ac。ti。ve Noise Control，ANC)两种。

无源操控是用声学办法来完成降噪意图，其机理是运用声学资料或声学结构特性，经过吸声处理、隔声处理、运用消声器、阻隔振荡等办法使声波在传输过程中彼此作用耗费声能来下降噪声，可是该办法仅在下降中、高频噪声时作用比较好，对低频段噪声按捺作用不抱负，而且完成起来体积巨大、价格昂贵。可是现在大多数家用电器和。机械。设备所发生的噪声都会集在低频段，且频率越低，声波波长越长， 穿透才干也越强，更易对人体形成损害。此刻有源操控的呈现能够很好地将以上问题处理。

有源噪声操控是将声学和。电子。设备彼此配合，依据声波彼此抵消干与原理，针对初始噪声，发生一个与其起伏相同、相位相反的次级噪声，两列声波在空间中相互叠加来下降噪声。由此可知，完成有源操控的中心技术是对次级噪声起伏和相位的调理[ 2-3] ，其间心思维如图 1-1 声波抵消图所示。与无源操控比较，该办法能很好地下下降频段噪声，而且完成简略、体积小、易于设备。

图 1-1 声波抵消图(空间中某点的压强随时刻改动图)。

首要立异点。

低本钱的非触摸式宽带大规模自动降噪：以座椅为载体，嵌入噪声操控单元、。机器视觉。单元和运动操控单元，既避免了触摸式降噪(降噪耳机)简单导致出汗、乃至损害听力的缺点，又避免了依据多扬声器的阵列降噪体系的高本钱。以极低的本钱满意了个人歇息时的降噪需求。

体系架构。

1.降噪处理单元硬件规划。

降噪处理单元中心为一个单核。 ARM。Cortex-M7。微操控器。，组成硬件还包含自适应声响收集电路，扬声器。驱动电路。和滤波电路，如图 2-4 为它们的硬件组成框图。

图 2-4 硬件组成框图。

1.1。 传感器。前置扩大。电路规划。

传感器在 ANC体系中用来收集初级噪声和剩余噪声，其自身的特性直接影响 ANC。算法。的计算精度，进一步影响体系的降噪作用。在本次规划中考虑到需求在空间内收集噪声。信号。，为了便利设备和调整方位，选用了。电容。式咪头，该话筒指向性为心形指向，频响规模为 40Hz~18kHz，正好契合体系对低频信号的频响安稳度，输出阻抗为 600Ω，灵敏度为-40dB±2dB，可接受的最大声压级为115dB，收集间隔远，具有 20~50cm的参阅拾音间隔。

本体系运用话筒来收集噪声以完成声电转化功用，可是由话筒收集转化的电信号比较弱小，通常在 mV级水平，为了避免幅值太小而导致 A/D采样位数的改动不大，需求将弱小的电信号扩大到必定电平来得到适宜的电压，供后续电路运用。因为本次收集的是语音信号，频响规模较宽，而扩大电路在对有用信号进行扩大的时分也会将噪声扩大，因而该电路在规划时要确保自身噪声尽可能小， 输入阻抗满意大，输出阻抗满意小，才干够使信号在传输过程中失真较小，以确保信号的安稳性。本次规划选用。 AD。823构成两级扩大电路，一方面因为 AD823是高功能低噪声双。运算扩大器。，有杰出的输出驱动才干和很高的小信号带宽，能够适用于各种。音频。扩大范畴;另一方面因为 AD823能够选用 3.0V~36V的单电源。供电。，当供电电压为 3.3V时，能够与降噪处理单元中心的供电电压共同，这样不只能够下降。芯片。功耗，还能削减电压路数。详细的电路规划如图 2-5 所示。

图 2-5 前置扩大电路。

该电路中 AD823选用+3.3V单电源供电，因而由稳压电路为其供电。其间R2和 R6构成榜首级反比较例扩大，扩大倍数为 5.1 倍，R1和 RP7构成第二级反比较例扩大，扩大倍数为 50 倍，这样整个电路就会有 255 倍的扩大区间，彻底满意体系要求，能够经过调整滑动变阻器 RP7来改动扩大倍数，以得到试验时所需的电压。此外团队还规划了另一种自适应扩大电路，以适用于不同噪声巨细环境，如附录 I 所示。

1.2 功率扩大电路规划。

功率扩大器。在ANC体系中用来对。操控器。输出的信号进行扩大以驱动次级扬声器宣布次级噪声。它的挑选要求其功率要和扬声器匹配，匹配时功放的功率要大于扬声器的功率。功放的阻抗也要和扬声器相匹配，当功放的额外输出阻抗与扬声器的额外输入阻抗相共一起，二者才干完成最佳匹配。如图2-6 为TDA7377的电路图。

图 2-6 功放电路。

TDA7377是选用了新技术的AB类音响。扩大器。。能够运用双桥接输出到两个喇叭上，或许非桥接四单端输出到四个喇叭。专业的彻底互补输出结构和内部固定增益确保了在大功率下输出不失真，而且周边原件十分少，简化了电路。

经ANC算法处理输出的次级信号需经过D/A转化后衔接至功放以驱动次级扬声器在差错传感器规模内发生次级噪声。但因为D/A输出遭到体系采样率的约束，其输出的。模仿。信号会引进高频搅扰以及声器宣布的声响中还存在高频搅扰会影响到终究的降噪作用，此刻需求经过一个滑润。滤波器。来滤除高频噪声。而本电路规划原理图如图2-7 所示。由线性稳压源供电，运用两级低噪声、高增益单片式运算扩大器TL082构成四阶滤波器，其间榜首级中R1和C4、R2和 C1构成一个二阶滤波器，相同第二级中R3和 C2、R4和 C5构成另一个二阶滤波器。

图 2-7。 DAC。输出滤波器电路。

2.降噪处理单元软件规划。

图 2-8 为体系软件结构框图。体系先进行初始化，然后履行进行次级通道辨识，辨识完毕后进行主程序，用差错信号判别是否对噪声进行抵消。

在实践应用时，还需求依据操控器运算才干与实践降噪需求，预设一个体系采样率，每次采样完成后，运用。 CPU。将采样成果归一化，再将归一化的采样值送入算法函数，运算成果去归一化送入 DAC。软件初始化流程如图 2-8(a)所示， 中止处理(降噪)如图 2-8(b)所示。

在本项目中，体系采样率为 28.6 kHz，4 个次级通道阶数均为 128，2 个主通道阶数为 320，软件运用基 16 的 FIR运算的作循环，并运用翻滚贮存办法提高体系运转功率。

综上，除。 ADC。、DAC，屏幕显现，按键处理，内存读写等其它时刻开支外， 体系每秒所进行的浮点乘加运算超越 28.6 k * (128 * 4 + 320 * 2 * 3) = 69 M次。

图 2-8 软件流程。

规划演示。

1. 次级通道离线辨识。

首要进行次级通道离线辨识试验，然后别离选用单频、多频和实践噪声进行降噪试验，评价降噪设备的降噪作用，并经过声压计实时监测环境噪声水平。

次级通道的辨识将影响到全体体系的收敛作用，本著作是运用带限白噪声进行辨识。

试验条件：封闭噪声源，降噪处理单元发生带限白噪声作为主信号，主信号经过D/A转化和功率扩大驱动次级扬声器发声，用传感器收集该噪声作为参阅信号，两路信号一起送入降噪处理单元内部并调用LMS算法经滤波处理发生输出信号，参阅信号与输出信号的差值便是差错信号，经LMS算法调理后体系很快收敛，用。示波器。观察到差错信号减小了大约10 倍，如图5-1 所示。

图 5-1 次级通道离线辨识剩余差错。

使一位试验者坐于设备有试验降噪器的座椅上，翻开降噪器并进入辨识形式，等候体系收敛后，可由计算机串口取得降噪器 4 个 128 阶的次级通道系数。

如图 6 所示，红、绿、蓝、紫四色线条，别离代表了四个次级通道模型，图中横坐标为模型阶次，纵坐标为该阶次对应的权系数。

图 5-2 次级通道建模成果。

运用。 MATLAB。自带的 FREQZ函数对次级通道系数进行剖析，可取得次级通道频域特性。图 5-3 展现了其间一个次级通道模型的频域特性，其它次级通道模型特性与此相似。

图 5-3 次级通道模型S11(z)频域特性由图 5-2 可知，次级通道阶数约为 100 阶，预设的模型阶数(128)能够满意试验要求。在图 5-3 中幅频特性曲线，以-3 dB线作为通带截止频率，可见降噪器仅能对 180Hz-1200Hz的主滤波器输出做出呼应， 即降噪器的降噪规模在180Hz-1200Hz内。依据降噪器体系组成可知，频响下限首要由扬声器功能决议， 频响上限首要由 DAC输出衔接的低通滑润滤波器决议。

2.人为噪声降噪成果。

测验人为噪声降噪作用的办法为：经过桌面版 Audio Sweep Gen软件与3.5mm音频口衔接外置低声音响，发生 200 - 800Hz递加的正弦单频、双频信号以及 40 - 100Hz方波噪声作为噪声源，进行降噪测验。

人为噪声中，正弦噪声能够查验降噪器的根本降噪才干，经过声压计观测到的单双频测验部分成果如表 1 所示。

表 5-1 正弦噪声降噪成果。

差错传感器在一次单频测验中的降噪作用如图 5-4 所示，图中，黄色波形是参阅传感器收集到的信号，青色波形是左差错传感器收集到的信号，降噪器在图中的中心点翻开。由图可见体系在发动后 150ms内即到达降噪作用。

图 5-4 单频降噪测验波形方波噪声的谐波重量能够掩盖整个音频规模，经过方波能够测验体系对宽带噪声的降噪才干。如图 5-5 为 100Hz的方波噪声频谱。

图 5-5 100Hz 方波噪声频谱。

图 5-6 为了一次测验中差错传感器旁的剩余噪声频谱，由图份额计算可知降噪器能够明显下降方波噪声中的低频噪声。一起也可看出，本不在降噪器降噪规模的高频噪声也得到了下降，这标明玻璃窗自身关于中高频噪声有必定的阻隔才干。

图 5-6 100Hz 方波剩余噪声频谱。

方波噪声的部分降噪成果如表 5-2 所示，由表可知降噪器关于方波噪声的降噪量在 2.7 ~ 7dB之间。比起正弦噪声，方波噪声降噪量大幅下降的首要原因为： 体系呼应规模决议了其关于低于 180Hz的低频重量和高于 1200Hz高频重量降噪才干有限，增大体系呼应规模需求运用固有频率满意低的扬声器与运算满意快的。处理器。。

表 5-2 方波噪声降噪成果。

3. 实践噪声降噪成果。

降噪器关于机械旋转噪声与轿车鸣笛声的降噪成果如表 3 所示，由表可知降噪器关于几种实践噪声的降噪量在 5 ~ 10dB之间。表 3 实践噪声降噪成果。

降噪器在轿车鸣笛声降噪试验过程中波形如图 5-7 所示。图中，黄色波形是参阅传感器收集到的信号，青色波形是左差错传感器收集到的信号。

图 5-7 鸣笛声降噪测验波形。

经过以上试验发现，本次所规划的三维空间降噪设备能够下降日子中机械设备所发生的低频噪声。虽然在有些高频重量处功率增大，但这部分功率密度较小，不会影响整个体系的降噪作用;因为日子中的噪声成分愈加杂乱，降噪作用没有单频和多频好，缺乏 10dB，但相同能够验证该体系规划的合理性和有效性。在本次试验的基础上，还需求更多的研讨空间中声场环境，而且对 ANC算法提出更高的要求。

内容来源：https://artdesignphuong.com/app-1/vin 99,https://chatbotjud-hml.saude.mg.gov.br/app-1/rico-777-plataforma

(责任编辑：生活)