主被動結合鼾噪聲控制系統的製作方法

2023-05-28 06:31:46

主被動結合鼾噪聲控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明公布了一種主被動結合鼾噪聲控制系統。它包括無源屏障、兩個誤差傳聲器、兩個次級源和控制器，誤差傳聲器位於非打鼾者兩側，且其布放位置不影響人頭轉動，次級揚聲器朝向非打鼾者一側且嵌入無源聲屏障沿屏障縱向排列。與有源降噪耳罩和有源床頭比，本發明將主被動結合且誤差傳聲器遠離人耳，使得該屏障既可在較寬頻帶範圍內降低鼾噪聲，又不影響非打鼾者人頭轉動。
【專利說明】主被動結合鼾噪聲控制系統
一、【技術領域】
[0001]本發明涉及主、被動結合噪聲控制，提出了一種聲屏障和有源降噪相結合鼾噪聲控制系統。
二、【背景技術】
[0002]睡覺打鼾是日常生活中一種常見現象，很多人受到打鼾的影響而不能很好的休息，以至於影響第二天的工作、生活和學習。鼾噪聲可以高達90?IOOdB,長期處於這樣的高噪聲環境中會造成床伴噪聲性聽力損失(S.R.Chakravarthy,G.M.Sardesai,A.K.ff.Tan,M.Fitzpatrick, Noise-1nduced hearing loss in snorers and their bed partners，J.0tolaryngology, 2003,141-145)。鼾噪聲有較寬的頻譜範圍，雖然僅從數值上看低頻較高，但是由於人耳對高頻更敏感，因此中、高頻噪聲同樣給人帶來煩惱。被動隔聲可減小中、高頻噪聲，有源降噪可有效減小低頻噪聲。
[0003]目前有多款有源耳罩(主、被動結合)可減小非打鼾者聽到的鼾噪聲，但長時間佩戴耳罩會使人覺得不舒服，而且耳罩也隔絕了其它如煤氣報警信號或火警信號等，這會給佩戴者帶來安全隱患。
[0004]因此人們考慮使用放置在靠近打鼾者或非打鼾者的有源裝置來抵消非打鼾者聽到的鼾噪聲。1993年Raviv等提出自適應鼾抵消系統(US54447)，用靠近打鼾者的揚聲器作為次級源抵消鼾噪聲。此後有多個發明均提出採用在床頭附近布置次級源以減小初級鼾噪聲，如Enzmann等提出的減小鼾噪聲的有源電子降噪系統和方法(US5844996)，皇家飛利浦電子股份有限公司的R.M.阿爾茨、P.S.布伊等曾先後提出的聲抵消聲的方法和裝置(中國發明專利 CN201080018890.9 和 CN201080034924.3) ,B.P.Sebastian 等也有類似的發明，該發明建議在打鼾者處放置至少一個參考信號傳遞給控制器，在受鼾噪聲幹擾的人一側放置至少一個誤差傳聲器和次級源揚聲器對來發出抵消噪聲和接收殘餘誤差(US2012163626)。
[0005]除此之外，S.R.Chakravarthy等在床頭安裝兩個揚聲器作為次級源來減小鼻幹噪聲，在300Hz以下非打鼾者左、右耳平均降噪量可達到5?10dB(S.R.Chakravarthy,
S.M.Kuo, Application of Active Noise Control for Reducing Snore，ICASSP2006，305-308)o
[0006]由上述可知，目前次級源遠離人耳的非耳罩式鼾噪聲降噪裝置，僅採用了在低頻有較大降噪尺寸範圍的有源降噪，但這類系統無法對鼾聲中的中高頻率成分實施有效降噪，因此，本發明提出採用屏障隔離和有源降噪相結合，在寬的頻帶範圍內降低鼾噪聲。
三、
【發明內容】

[0007]1、發明目的:將被動隔聲和有源降噪結合，實現鼾噪聲寬帶降噪；非打鼾者雙耳處均有一定的降噪量；次級源和誤差傳聲器遠離人耳，在保證降噪量足夠的前提下，保證非打鼾者睡眠舒適性、不影響其轉頭和聽到其它可聽聲。
[0008]2、技術方案:為實現上述目的，本發明提出一種聲屏障隔聲和有源降噪結合的鼾噪聲控制系統。次級源與聲屏障集成一體，結構緊湊，擺放在打鼾者和非打鼾者之間或在非打鼾者兩側布置；誤差傳聲器儘量遠離人耳，可減小其對人頭活動的影響；左、右耳附近各有一誤差傳聲器，實現雙通道降噪。
[0009]該系統主要包括兩大部分:屏障和有源降噪系統。主要步驟如下:
[0010](I)記錄鼾噪聲並計算其頻譜。採用聲學測試儀器記錄待控制鼾噪聲，通常鼾噪聲在時域上表現一定的周期性，在吸氣階段打鼾，在呼氣階段噪聲級接近背景噪聲，遠小於打鼾噪聲，因此僅對吸氣階段即打鼾階段進行傅立葉變換得到其頻譜。
[0011](2)確定屏障降噪下限頻率。根據(I)所得頻譜圖，選定噪聲峰值下降IOdB對應的頻帶為降噪頻帶。為了保證非打鼾者可轉頭，誤差傳聲器距雙耳間距最小為6.5cm，根據IOdB 靜區半徑最大為 0.1 倍波長(P.Joseph, S.J.Elliot, P.A.Nelson, Near filed zonesof quiet, J.Sound Vib.，1994，605-627.)，則此時有源降噪最高頻率為520Hz。因此，屏障降噪下限不應超過520Hz。
[0012](3)確定屏障依據三維尺寸。根據屏障下限頻率確定屏障長、寬和高三維尺寸。利用數值仿真，建立屏障、床頭、床板等聲場簡化模型，計算不同高度、長度、厚度屏障雙耳插入損失，根據插入損失應大於等於IOdB的原則確定屏障尺寸。屏障尺寸要適當，尺寸過大會佔用睡眠者空間和產生壓迫感，尺寸過小，屏障放置不穩。
[0013](4)確定次級源、誤差傳聲器和屏障位置。有源降噪系統為多通道，誤差傳聲器與雙耳連線平行於床頭，與近側耳間距由不應超過屏障降噪下限頻率的0.1倍波長且不小於
(2)中所提距離。次級源應與屏障配對使用，或放置在打鼾者和非打鼾者之間，或置於非打鼾者人頭兩側。若採用前饋控制，參考信號儘量靠近鼾聲源部位，保證信號純淨度。
[0014](5)搭建屏障和有源控制系統。根據屏障尺寸製作屏障，並將次級揚聲器嵌入屏障內，選用通道數與設計匹配的控制器，在選定位置布置誤差傳聲器。操作控制器，可實現有源降噪。在系統搭建過程中需注意:
[0015](A)穩定的控制器，使用該控制器，在理想參考信號情況下，有源控制後誤差傳聲器處可降低到背景噪聲級；能保證在長時間(整個睡眠時間段)內降噪量穩定。
[0016](B)次級源應在較寬的頻帶範圍內有平直的頻響特性；
[0017](C)屏障應選用厚重材料，保證其有足夠的隔聲量，使得傳遞到人耳處的聲波主要為衍射聲；屏障應緊貼床頭放置，兩者之間縫隙應儘量小，減小縫隙漏聲。為了改善屏障視覺感受，可在屏障裸露麵包覆絨布，內襯海綿等環保吸聲材料，經吸聲處理的屏障，對高頻鼻幹噪聲有一定的吸聲效果。
[0018]若有源控制未開，則僅屏障起降噪作用，主要降低中、高頻噪聲；若有源控制打開，則屏障和有源控制同時起作用，在較寬頻帶範圍有較好降噪效果。
[0019]3、有益效果:本發明提出了一種屏障和有源控制結合鼾噪聲控制系統，該系統以聲屏障降噪原理和局部有源降噪理論為基礎設計該系統降噪性能。跟以往鼾降噪系統比，其顯著優勢在於:(I)將屏障降噪和有源降噪結合起來，使得降噪帶寬明顯增加；(2)誤差傳聲器遠離雙耳，非鼾噪聲者頭部可自由轉動；(3)將次級源揚聲器和屏障集成一體，結構緊湊，方便實用。
四、【專利附圖】

【附圖說明】[0020]圖1是屏障和有源降噪系統布置。
[0021]圖2是數值仿真計算所得1/3倍頻程屏障插入損失。
[0022]圖3是非打鼾者平躺時左耳降噪無屏障、有屏障、屏障和有源控制時域圖。
[0023]圖4是非打鼾者平躺時左耳降噪無屏障、有屏障、屏障和有源控制1/3倍頻帶頻譜圖(對應圖3所示時域圖中第二個吸氣階段)。
[0024]圖5是非打鼾者平躺時右耳降噪無屏障、有屏障、屏障和有源控制時域圖。
[0025]圖6是非打鼾者平躺時右耳降噪無屏障、有屏障、屏障和有源控制1/3倍頻帶頻譜圖(對應圖5所示時域圖中第二個吸氣階段)。
五、【具體實施方式】
[0026]下面以某鼾噪聲為控制對象，對屏障和兩通道前饋有源降噪系統為例對該系統【具體實施方式】做詳細說明。床寬1.8m，打鼾者和非打鼾者分別位於床的左右兩側，兩頭中心間距為床半寬。屏障放置在打鼾者和非打鼾者之間，其縱向中心線與床縱向中心線重合。兩個次級源集成在屏障內部，兩個誤差傳聲器分別位於非打鼾者人頭兩側。設計目標為非打鼾者平躺時雙耳處 降噪量至少為IOdB (打鼾階段)。
[0027](I)打鼾者和非 打鼾者均平躺，在非打鼾者雙耳處記錄該鼾噪聲時域信號，採樣頻率65536Hz。鼾噪聲時域範圍近似為周期函數，在吸氣階段打鼾，呼氣階段接近背景噪聲，遠小於吸氣階段，因此截取第二個吸氣段噪聲進行FFT分析，得到其頻譜圖，該鼾噪聲有兩個明顯的峰值，對應頻率分別為174Hz和587Hz。鼾噪聲時域和頻域圖分別見圖3和圖4。第一個峰值下降IOdB對應的頻帶為134Hz~235Hz (第一頻帶)，第二個峰值下降IOdB對應的頻帶為429Hz~644Hz (第二頻帶)。確定第二頻帶主要由屏障降噪,第一頻帶實施有源降噪。
[0028](2)根據⑴確定的頻帶降噪範圍，設計屏障尺寸。屏障單側放置在打鼾者和非打鼾者之間，通過COMSOL有限元軟體建立聲場模型，屏障為剛性屏，床頭和床板為無限大剛性屏。以500Hz為計算頻率，調整屏障高度、長度和厚度，得到雙耳處屏障插入損失，以左、右耳降噪量≥IOdB為限，選定屏障長X高X厚=0.5mX0.3mX0.15m。仿真計算中該屏障左、右耳插入損失頻譜見圖2。在第二頻帶所包含的400Hz和500Hz中心頻率1/3倍頻帶左、右耳處屏障插入損失均高於10dB。
[0029](3)在擴散聲場中，單通道局部有源降噪最大靜區為0.1倍波長。對於非擴散聲場，可參考該值。第一頻帶最高頻率對應的波長為1.4m。確定左、右誤差傳聲器距左、右耳距離為0.12m。為保證雙耳均有一定降噪，採用兩個次級源，兩個次級源位於屏障內，沿屏障縱向排列，間距0.2m。打鼾者、非打鼾者、屏障、次級源和誤差傳聲器相對位置如圖1所示。
[0030](4)為保證屏障有足夠隔聲量，用高密板製作密實屏障，僅留嵌入次級揚聲器的空間。為使屏障美觀，在屏障外罩一層厚布。所選次級揚聲器在所降噪頻帶範圍有較平直的響應，放置在屏障內。採用商業有源控制器(如TIGER II)，對於單頻信號，該控制器在誤差傳聲器處可降低到背景噪聲值。雙耳處鼾噪聲降噪前、後聲壓級和頻譜如圖3~6所示。
【權利要求】
1.一種主被動結合鼾噪聲控制系統，包括一個無源聲屏障、2隻誤差傳聲器、2隻次級揚聲器和一個有源噪聲控制器，其特徵在於，誤差傳聲器位於非打軒者兩側，且其布放位置不應影響人頭轉動，次級揚聲器朝向非打鼾者一側且嵌入無源聲屏障沿屏障縱向排列。
2.如權利要求1所述的主被動結合鼾噪聲控制系統，其特徵在於無源聲屏障長0.5m、寬0.15m、高0.3m,屏障由厚布包裹，內襯海綿類吸聲材料。
3.如權利要求1所述的主被動結合鼾噪聲控制系統，其特徵在於無源聲屏障縱向垂直於床頭平放在床上，一端面緊貼床頭，安裝在非打鼾者和打鼾者之間。
4.如權利要求1所述的主被動結合鼻f噪聲控制系統，其特徵在於次級揚聲器朝向非打鼾者一側且嵌入無源聲屏障沿屏障縱向排列，間距為0.2m。
5.如權利要求1所述的主被動結合鼻f噪聲控制系統，其特徵在於各個誤差傳聲器的布放不影響非打鼾者頭轉動，其與各自近側耳間距為0.12m。
【文檔編號】G10K11/16GK103943102SQ201410143257
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】張曉排, 邱小軍 申請人:南京大學