用于便携式计算机的主动风扇噪音控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于便携式计算机的主动风扇噪音控制系统，包括：残差噪音采集单元，用于采集特定空间位置声音信号，由便携式计算机内置单声道麦克风和该机算计内置声卡的模拟/数字转换器构成；消噪反馈控制单元，用于根据残差噪音信号采集单元的输出信号实时产生抵消信号驱动噪音抵消单元，由该计算机自身的中央处理器构成；噪音抵消单元，用于输出抵消声波，在特定空间范围与该计算机散热风扇的噪音声波相消干涉，由该计算机内置声卡的数字/模拟转换器、该计算机内置立体声扬声器，包括左声道扬声器和右声道扬声器构成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络通讯
，具体涉及一种主动噪音控制系统，消除便携式计算机的风扇噪音。
技术介绍
如图1所示，便携式计算机一般采用风扇散热，操作距离不超过lm，因此风扇噪音经常干扰计算机使用，如音乐播放和语音通话，并对使用者造成噪音污染。风扇噪音包含三个主要成分:扇叶厚度噪音(周期性单谐波噪音，频率与风扇转速相同)；稳态气动力学噪音(周期性多谐波噪音，频率为风扇转速的整数倍)；非稳态气动力学随机噪音(非周期宽带噪音)。另一方面，风扇转速一般随计算机负载的增大而提高，而风扇噪音受转速控制。因此从统计信号处理的角度来看，便携式计算机的风扇噪音是一个非稳态的包含周期成份的随机信号。此外，便携式计算机一般包含一个内置单声道麦克风(通常位于屏幕上方正中)和一对内置立体声扬声器(通常位于键盘上方左右两端)，并且配置外接麦克风和扬声器端口。主动噪音控制(Active Noise Control, ANC)技术可以在一定的空间范围内降低这种非稳态且包含周期成分的风扇噪音，其基本原理是产生一个与风扇噪音幅度相同，相位相反的信号(抵消信号)与噪音完全抵消。产生这个抵消信号需要一个或多个麦克风实时采集噪音信号，以及一个或多个扬声器(抵消源)输出抵消信号。声波在空间的传播存在与路径相关的幅度衰减和相位变化，噪音源到一个空间特定位置的传输函数与抵消源到同一位置的传输函数一般不同，而采集噪音的麦克风可以处于另外一个空间位置，因此采集的信号需要经过一个与整体声学环境相关滤波器滤波再驱动扬声器产生抵消信号。采用主动噪音控制技术的主动降噪耳机可以衰减环境噪音，包括便携式计算机的风扇噪音。但是主动降噪耳机是便携式计算机之外的设备，通常需要单独购买；主动降噪耳机是有源设备，一般需要单独的电源供给，当电源耗尽，降噪甚至音频播放停止工作；此外，长时间佩戴耳机有可能造成使用者不适。`采用主动噪音控制技术的独立系统也可以衰减风扇噪音。但是独立的主动噪音控制系统需要配置麦克风，扬声器，以及相应的电子线路和控制系统，适用于结构相对松散并且空间较大的台式计算机主机箱，而不适用于结构紧凑的便携式计算机。此外，即便可以为便携式计算机引入独立的主动噪音控制系统，便携式计算机的便携性和电池使用时间都可能降低。因此现有的技术都不能在不增加成本，不降低便携性的前提下解决便携式计算机风扇噪音的主动控制问题。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是，利用便携式计算机内置的单声道麦克风与立体声扬声器，以及该计算机自身的中央处理器，在特定空间范围内消弱该计算机散热风扇的噪曰 本专利技术的技术方案为一种用于便携式计算机的主动风扇噪音控制系统，包括以下单元:残差噪音采集单元，包括便携式计算机内置单声道麦克风和该便携式计算机内置声卡的模拟/数字转换器，内置单声道麦克风的采集声音信号输入模拟/数字转换器，模拟/数字转换器转换所得离散的数字声压信号输入消噪反馈控制单元；消噪反馈控制单元，包括便携式计算机自身的中央处理器，中央处理器根据残差噪音采集单元输入的数字声压信号实时产生左路数字抵消信号和右路数字抵消信号，左路数字抵消信号和右路数字抵消信号输入噪音抵消单元；噪音抵消单元，包括便携式计算机内置声卡的左路数字/模拟转换器、右路数字/模拟转换器和该便携式计算机内置立体声扬声器，所述内置立体声扬声器包括左声道扬声器和右声道扬声器；消噪反馈控制单元输出的左路数字抵消信号输入左路数字/模拟转换器转换为左路模拟抵消信号，消噪反馈控制单元输出的右路数字抵消信号输入右路数字/模拟转换器转换为右路模拟抵消信号；左路模拟抵消信号和右路模拟抵消信号分别驱动便携式计算机的左声道扬声器和右声道扬声器，输出与散热风扇的噪音声波相消干涉的抵消声波。而且，所述中央处理器根据残差噪音采集单元输入的数字声压信号实时产生左路数字抵消信号和右路数字抵消信号，实现方式如下， a)左路数字抵消信号L经过左路径滤波器1 (z) =a+a z—1+…+a z_k得到左消噪信号Sjn]，Sl =L *a 其中，a, a,…，a为滤波器系数，k为滤波器的阶数，a 为hL(z)对应的冲击函数；右路数字抵消信号R经过右路径滤波器hK (z) =b +b *z - W…+b ζ ι得到右消噪信号SKSl =R *b 其中，b, b,…，b为滤波器系数，q为滤波器的阶数，b 为hK(z)对应的冲击函数；b)左消噪信号SJn]和右消噪信号SK与噪音信号SF叠加得到残差信号r,r =Sl +Se +Sf c)噪音测量信号兄来自残差噪音采集单元的单声道麦克风所得麦克风信号m与左预测信号SJn]和右预测信号SK的差，并包含实际的噪音信号SF和测量误差V ，如下式，<SF = m - SL - SR = 5> + vd)以噪音测量信号見为输入，输出左路数字抵消信号L;以噪音测量信号&为输入，输出右路数字抵消信号R;使残差信号r的平均能量E )2]极小化。本专利技术的技术优势在于无需附加设备且在一定程度上削弱或消除便携式计算机散热风扇的噪音，实现方便，成本低廉。附图说明图1是现有技术的便携式计算机声音相关设备示意图；图2是本专利技术实施例的系统连接关系示意图；图3是本专利技术实施例的主动噪音控制逻辑结构示意图；图4是本专利技术实施例的便携式计算机散热风扇幅频图。具体实施例方式结合附图，提供本专利技术实施例具体描述如下。本专利技术实施例提供了一种在特定空间范围消弱便携式计算机散热风扇噪音的主动噪音控制系统，根据该计算机内置单声道麦克风采集的残差噪音信号，利用该计算机中央处理器实时生成抵消信号，驱动该计算机内置立体声扬声器在特定空间范围与该机算计散热风扇噪音相消干涉，达到在特定空间位置消弱该计算机散热风扇噪音的目的。—种基于便携式计算机内置麦克风和扬声器的主动风扇噪音控制系统，如图2所示，包括:(I)残差噪音采集单元，用于采集特定空间位置声音信号，包括便携式计算机内置单声道麦克风和该机算计内置声卡的模拟/数字转换器。如图2中，实施例的便携式计算机内置的单声道麦克风作为残差麦克风201，采集麦克风所处空间位置P处的一路声压信号m(t)，这里t表示时间。时刻t麦克风所处空间位置P处，噪音源202 (散热风扇)发出的噪音声波Sf (t，P)与左声道扬声器发出的抵消声波&匕？)和右声道扬声器发出的抵消声波SK(t，P)相消干涉的残差信号为r(t)。所述声压信号m(t)即为所述残差信号r(t)以及麦克风测量噪音V (t)之和:m(t) =r (t) +v (t) =Sf(t, p) +Sl(t, p) +Se (t, p) +v (t)(I)所述声压信号m(t)经过便携式计算机内置声卡的模拟/数字转换器203 (Analogto Digital Converter, A/D,即ADC)转换为离散的数字声压信号M,这里n表示采样点序号。根据常用数字音频采样规范，采样率可以设置为8kHz、11.025kHz、16kHz、22.05kHz、32kHz,44.lkHz、48kHz，采样精度可以设置为8比特、12比特、16比特、24比特。所述数字声压信号m可通过直接存储器读取(Direct Memory Access, DMA)方式传送到便本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于便携式计算机的主动风扇噪音控制系统，其特征在于：包括以下单元，残差噪音采集单元，包括便携式计算机内置单声道麦克风和该便携式计算机内置声卡的模拟/数字转换器，内置单声道麦克风的采集声音信号输入模拟/数字转换器，模拟/数字转换器转换所得离散的数字声压信号输入消噪反馈控制单元；消噪反馈控制单元，包括便携式计算机自身的中央处理器，中央处理器根据残差噪音采集单元输入的数字声压信号实时产生左路数字抵消信号和右路数字抵消信号，左路数字抵消信号和右路数字抵消信号输入噪音抵消单元；噪音抵消单元，包括便携式计算机内置声卡的左路数字/模拟转换器、右路数字/模拟转换器和该便携式计算机内置立体声扬声器，所述内置立体声扬声器包括左声道扬声器和右声道扬声器；消噪反馈控制单元输出的左路数字抵消信号输入左路数字/模拟转换器转换为左路模拟抵消信号，消噪反馈控制单元输出的右路数字抵消信号输入右路数字/模拟转换器转换为右路模拟抵消信号；左路模拟抵消信号和右路模拟抵消信号分别驱动便携式计算机的左声道扬声器和右声道扬声器，输出与散热风扇的噪音声波相消干涉的抵消声波。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴钊，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：