[發明專利]一種基于主動降噪技術的脈沖噪聲和沖擊波防護裝置

在審

• 申請號: 201510059957.8
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104768102A
• 公開（公告）日: 2015-07-08
• 發明（設計）人: 張俊斌
• 申請（專利權）人: 張俊斌;徐酉亮;馬力
• 主分類號: H04R3/00
• 分類號: H04R3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于主動降噪技術領域，具體地說，涉及一種基于主動降噪技術的脈沖噪聲和沖擊波防護裝置。

背景技術

軍隊及部分軍工企業、重工業單位作業人員長期在高溫、低溫、有害氣體、電磁輻射、脈沖噪聲和沖擊波等有害環境下作業，其中脈沖噪聲和沖擊波對人體危害猶為嚴重，經過測試，常規武器射擊時脈沖噪聲和沖擊波峰值一般超過180dB，由其引發的爆震性耳聾是軍隊常見職業病之一，且由于脈沖噪聲和沖擊波的影響，軍隊及部分重工業單位從業人員心肺血管系統、呼吸系統及視力與嗅覺均有不同程度的損傷。

由于國內缺乏有效脈沖噪聲和沖擊波防護裝置，從業人員長期處于無防護保護或單純靠“堵耳朵”進行抗噪的低水平防護模式，經聽力檢測，部分行業人員聽力損傷嚴重，軍隊某團級單位爆震性耳聾發生率達15.8％，部分人員存在語言交流障礙，心血管及呼吸系統疾病發病率高，職業傷殘率較高。

現有技術一的技術方案

石家莊軍械學院利用小波降噪技術研制了一款無線通訊降噪耳罩，在200dB穩態噪聲環境條件下，語音通話效果較好。

現有技術一的缺點

(1)該方法一般用于穩態噪聲降噪；

(2)對應噪聲頻段較窄，不能覆蓋絕大多數武器裝備射擊時的噪聲頻段范圍。

現有技術二的技術方案

武漢科技學院在保留語音信號的基礎上通過數字信號處理技術過濾噪聲，采用減譜法增強語音信號的方法對噪聲頻譜進行降低，在簡單實現實時信號處理的基礎上快速降低穩態噪聲頻率，同時又不會造成語音信號部分頻譜的損失。

現有技術二的缺點

(1)該方法一般用于穩態噪聲降噪；

(2)該方法降噪量較少，不能滿足軍隊射擊時降噪要求。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種基于主動降噪技術的脈沖噪聲和沖擊波防護裝置，ANC：Active?Noise?Cancellation，主動噪聲抵消。該裝置可以確保高噪聲環境下人員的身心健康，有效降低故障和事故發生率，確保工作質量和安全。其技術方案如下：

一種基于主動降噪技術的脈沖噪聲和沖擊波防護裝置，包括FPGA模塊、DSP噪音處理模塊、AD采樣模塊、DA輸出模塊、音頻信號預處理模塊、音頻輸出信號放大模塊、DDR內存模塊、電源模塊、復位模塊。

優選地，信號預處理模塊包括音頻信號低通濾波器、反混疊濾波器，音頻輸出信號放大模塊為揚聲器驅動電路。

本發明的有益效果：聲音信號在被麥克風采集之后，經過低通濾波和反混疊濾波，僅保留了人耳能感知頻段的音頻數據，經過500KHz高速AD采樣得到音頻數據送至內存，DSP讀取音頻數據則以15KHz的頻率讀取(下采樣)。DSP對采集來的音頻數據的處理核心算法為最小均方誤差算法，保證了對初級聲源信號的有效預測和擬合，并將擬合后的數據以15KHz的頻率輸出至DDR內存，由FPGA做DA轉換并輸出至音頻輸出信號放大模塊，作為最后揚聲器輸出的次級聲源，與初級聲源抵消達到主動降噪效果。

本發明特有的音頻信號預處理保證了最終采集和處理的音頻數據為人耳能感知的音頻頻段，且考慮到應用場合主要噪聲頻段集中在低頻段(5KHz左右)，濾除了不必要關心的頻段信號。本發明中，FPGA負責AD和DA轉換，將DSP徹底解放，大大提高了算法執行效率，降低了程序執行時間，從另一方面保證了低延遲，降低了由于音頻信號擬合不準確帶來的降噪誤差。

附圖說明

圖1是基于主動降噪技術的脈沖噪聲和沖擊波防護裝置圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明的技術方案作進一步詳細地說明。

參照圖1，本發明包括1、FPGA模塊11、AD采樣模塊12、DA輸出模塊2、DSP噪音處理模塊3、DDR內存模塊4、復位模塊5、電源模塊6、信號預處理模塊7、音頻輸出信號放大模塊。

聲音信號在被麥克風采集之后，經過低通濾波和反混疊濾波，僅保留了人耳能感知頻段的音頻數據，經過500KHz高速AD采樣得到音頻數據送至內存，DSP讀取音頻數據則以15KHz的頻率讀取(下采樣)。DSP對采集來的音頻數據的處理核心算法為最小均方誤差算法，保證了對初級聲源信號的有效預測和擬合，并將擬合后的數據以15KHz的頻率輸出至DDR內存，由FPGA做DA轉換并輸出至音頻輸出信號放大模塊，作為最后揚聲器輸出的次級聲源，與初級聲源抵消達到主動降噪效果。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，本發明的保護范圍不限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發明的保護范圍內。