Устройство для подавления шума Советский патент 1981 года по МПК G10K11/00 

;54) УСТРОЙСТВО .ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ILVMA

1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при подавлении шума.

Известно устройство для подавления шума, включающее микрофон, усилитель звуковой частоты, избирательный фильтр, схему сложения, фазовращатели, линию задержки, усилитель мощности и громкоговоритель 1 .

К недостаткам этого устройства можно отнести отсутствие автоматизации подавления шума и сравнительно низкую степень его подавления.

Наиболее близким к яредлагаемому является устройство для подавления шума, содержащее соединенные датчик предварительный усилитель, первый фильтр, фазовращатель, регулятор амплитуды, усилитель мощности и грокоговоритель) а также второй фильтр четыре схемы И, блок контроля знака приращения корректируемого параметра, схему сложения, линию задержки, модулятор, генератор импульсных сигНсшо:§, выпрямитель и микрофон 123 .

Недостаток этого устройства состоит в недостаточно высокой степени подавления шума, амплитуда и фаза спектральных составляющих которого

изменяется во времени по случайному закону.

Цель изобретения - повышение степени подавления шума, амплитуда и фаза спектральных составляющих которого изменяется во по случaЯнo Iy закону.. .

Поставленная цель достигается тем, что устройство для подавления

0 шума, содержа1йее соединенные последовательно датчик., предварительный усилитель, первый фильтр, фазовращатель, регулятор амплитуды, усилитель мощности и громкоговоритель, а

5 также второй фильтр, четыре схемы И, блок контроля знака приращения корректируемого параметра, схему сложения,- линию задержки, модулятор, генератор импульсных сигналов, выпрям тель и микрофон, снабжено блоком выбора корректируемого параметра, блоком индикации минимум и двумя детекторами, причем второй вход фазовращателя подключен к выходу пер5вой схемы И, третий его вход подключен к выходу второй схемы И, второй вход регулятора амплитуды подключен к выходу третьей схемы И, третий ,его вход подключен к выходу четвертой схемы И, первые входы первой и

0

третьей схем И соединены с первым выходом блока контроля знака приращения корректируемого параметра, второй вход которого соединен с первым .входом второй и четвертой схем И, вторые входы первой и второй схем И соединены с первым выходом блока выбора корректируемого параметра, BTOJ рой выход которого соединен со вторыми входами третьей и четвертой схем И, вход блока выбора корректируемого параметра соединен с выходом блока ийдикации минимума, первый вход которого соединен со входом блока контроля знака приращения корректируемого параметра и с выходом схемы сложения,, первый вход которой соединен со вторым входом блока индикации минимума, и через линию задержки и первый детектор - с выходом модулятора и одновременно через второй детектор со вторым входом схемы сложения, первый же вход -модулятора соединен с генератором импульсных сигналов, а второй его вход через выпрямитель и второй фильтр подключен к микрофону.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1, например пьезоэлектрического типа, выход- которого через предварительный усилитель 2 и первый фильтр 3 соединен с первым входом фазовращателя 4, выход которого подключен к первому входу регулятора 5 амплитуды, а выход регулятора 5 амплитуды через усилитель 6 мощности соединен с громкоговорителем 7, второй вход фазовращателя 4 соединен с выходом первой схемы И 8, третий вход фазовращателя 4 соединен с выходом второй схемы И 9, второй вход регулятора 5 амплитуды с выходом третьей схемы И 10, третий вход регулятора 5 амплитуды соединен с выходом четвертой схемы И 11, при этом первые входы первой 8 и третьей 10 схем И соединены с первым выходом блока 12 контроля знака приращения корректируемого параметра, второй выход которого соединен с первыми входами второй 9 .и четвертой 11 схем И, вторые входы первой 8 и второй 9 схем И соединены с первым выходом блока 13 выбора корректируемого параметра, второй выход которого соедине со вторЕлми входами .третьей 10 и четвертой 11 схем И, вход блока выбора корректируемого параметра соединен с выходом блока 14 индикации минимума, первый вход которого соединен со вх®дом блока 12 контроля знака приращения и корректируемого параметра и с выходом схемы 15 сложения, первый вход которой соединен со вторым входом блока 14 индикации минимума и, через линию 16 задержки и первый детектор 17, с выходом модулятора 18,. при этом, выход модулятора 18 через, второй детектор 19 соединен также со

вторым входом схемы 15 сложения, первый вход модулятора 18 соединен с генератором 20 импульсных сигналов, втрой вход модулятора 18 через выпрямитель 21, второй фильтр 22 соединен с микрофоном 23.

Устройство работает следующим образом.

Компенсирующий сигнал, спектральный состав которого идентичен спектральному составу подавляемого шума, формируется датчиком 1, например пьезоэлементом или микрофоном.

Сигнал с выхода датчика 1 через предварительный усилитель 2, первый фильтр 3 поступает на первый вход фазовращателя 4, с выхода которого сигнал далее поступает на первый вход регулятора 5 амплитуды. С выхода регулятора 5 амплитуды сигнал через усилитель 6 мощности поступает на громкоговоритель 7. Громкоговоритель 7 возбуждает звуковые волны, которые компенсируют звуковое поле источника шума, не указанного на чертеже. Подавление шума достигается автоматической амплитудой и фазовой регулировкой компенсирующего сигнала.

В начальный момент работы устройства устанавливаются положительные уровни сигнала (постоянный сигнал) на первом выходе блока 12 контроля знака приращения корректируемого параметра и первом выходе блока 13 выбора корректируемого параметра , что позволяет формировать на выходе первой схемы И 8 разре шающий уровень сигнала. На третьем же входе фазовращателя 4, а также на втором и третьем входах регулятора 5 амплитуды отсутствуют разрешающие уровни сигнала. Формирование разрешающего уровня на соответствующем вход фазовращателя 4 и регулятора 5 амплитуды позволяет плавно изменять фазу или амплитуду компенсирующего сигнала в том или ином направлении.

Формирование разрешающего уровня сигнала на втором входе фазовращателя 4 и регулятора амплитуды позволяет изменять соответственно фазу и амплитуду компенсирующего сигнала в определенном направлении, условно назовем это направление положительным. Формирование же разрешающего уровня на третьем входе фазовращателя 4 и регулятора 5 позволяет изменять фазу и амплитуду компенсирующего сигнала в противоположном, отри, дательном, направлении.

Так как в начальный момент, работы устройства формируется разрешающий уровень только на втором входе фазовращателя 4, то производится плавное изменение фазы компенсирующего сигнала в положительном направлении. Это изменение приводит к увеличению или уменьшению амплитуды суммарного сигнала от источника шума и громкоговорителя 7, воспринимаемого микрофоном 23. Указанное изменение воспринимается также модулятором 18, на второй вход которого поступает сигнал с выхода микрофона через вто-т рой фильтр 22, выпрямитель 21. На первый же вход модулятора 18 поступа ет сигнал с генератора 20 импульсных сигналов. Генератор 20 формирует через определенное время одиночные пря моугольные двухполупериодные импульсы (один полупериод - положительный, другой - отрицательный). Это время равно времени распространения звуковой волны от громкоговорителя 7 до микрофона 23 и времени, в течение ко торого производится анализ поступившего на микрофон звукового сигнала и вьтдается соответствующий сигнал на вторые или третьи выходы фазовращателя 4- или регулятора 5 амплитуды. При формировании импульсного сигнала генератором 20 формируется сначала положит ельный полупериод, потом отрицательный. В модуляторе 18 производится моду ляция импульсного сигнала генератора 20 постоянным сигналом, поступающим с выхода выпрямителя 21 и соответствующим амплитуде суммарного сигнала, воспринимаемого микрофоном 23. При плавном изменении уровня постоянного сигнала на втором входе модулятора 18 изменяется амплитуда импульсного сигнала на выходе модулятора 18. При уменьшении уровня сигнала на выходе выпрямителя 21 амплитуда положительного полупериода одиночного импульсн го сигнала на выходе модулятора 18 больше амплитуды отрицательного полу периода, при плавном же увеличении уровня постоянного сигнала на выходе выпрямителя 21 амплитуда положительного полупериода меньше отрицательного. При прохождении уровня выходно го сигнсша выпрямителя 21 через мини MjM или максимум своего изменения амплитуды полупериодов импульсного сигнала на выходе модулятора 13 равны, сравнением полупериодов импульсного сигнала на выходе модулятора 18 можно выявить знак приращения амплитуды суммарного сигнала, воспринимаемого микрофоном 23, а также, точки максимума или минимума изменения указанной амплитуды суммарного сигнала. Выявление знака приращения амплитуды суммарного звукового сигнала, возбуждаемого источником шума и громкоговорителем 7, дает возможность определить направление .изменения фазы и амплитуды компенсирукяцего сигнала для уменьшения амплитуды суммарного сигнала. Обличить же точки минимума от точки максимума лишь сравнением положительного полупериода выходного сигнала модулятора 18 отрицательньлм невозможно. Для выявления точки минимума необходимо также зафиксировать следующие области изменения амплитуды суммарного сигнала при изменении фазы или амплитуды компенсирующего сигнала. До прохождения точки минимума (при измерении амплитуды или фазы компенсирующего сигнала) амплитуда суммарного сигнала, возбуждаемого громкоговорителем и источником шума, уменьшается. При прохождении точки минимума почти нет изменения суммарной амплитуды, после прохождения точки минимума амплитуда суммарного сигнала возрастает. Следовательно, фиксируя последовательно уменьшение суммарной амплитуды, отсутствие изменения и увеличение суммарной амплитуды, можно выявить точку минимума. Фиксация этих-областей изменения амплитуды суммарного сигнала, воспринимаемого микрофоном 23, производится в результате анализа полупериодов выходного сигнала модулятора 18: амплитуда положительного полупериода больше амплитуды отрицательного полупериода - уменьшение амплитуды суммарного сигнала, воспринимаемого микрофоном 23, амплит.уда положительного полупериода равна амплитуде отрицательного полупериода - отсутствие уменьшения (область минимума); амплитуда положительного полупериода меньше амплитуды отрицательного полупериода - увеличение амплитуды суммарного сигнала. Для сравнения положительного полу:периода выходного сигнала модулятора ,18 с отрицательным выхода модулятора 18 положительный полупериод через первый детектор 17, линию 16 задержки поступает на первый вход схемы 15 сложения, на второй вход которого поступает отрицательный полупериод с выхода модулятора через детектор 19. Линия 16 задержки необходима для того, чтобы положительный полупериод выходногосигнала модулятора 18 совпал во времени с отрицательным полупериодом того же сигнала. Эти два полупериода складываются в схеме 15 сложения. Если на выходе схемы 15 сложения фо15мируется положительный сигнал, то это означает, что амплитуда суммарного сигнала, воспринимаемого микрофоном 23, уменьшается. Если формируется отрицательный сигнал, то амплитуда суммарного сигнала увеличивается. При отсутствии .же сигна-ла на выходе схемы 15 сложения с формированием положительного и отрицательного полупериодов на первом и втором входах схемл 15 сложения амплитуда суммарного сигнала, воспринимаемого микрофоном 23, проходит через указанный максимум или минимум. Для определения соответствующего направления изменения фазы компенсирующего сигнала, позволяющего уменьшить амплитуду суммарного сигнала, с выхода схемы 15 сложения сигнал додается на вход блока 12 контроля энЗка приращения корректируемого параметра. При помощи блока контроля знака приращения корректируемого .параметра опред.еляется направление изменения фазы или Cv, гплитуды компенсирующего сигнала (в данном случае фазы), В качала работы фаза компенсирующего сигнала изменяется в положитель ном направлении. Блок 12 контроля знака приращения корректируемого паpaf Tpa запоминает направление изменения фазы компенсирующего сигнала и поступлении импульсного сигнала на его вход с выхода схемы 15 сло жения на первом или втором выходах блока 12 форг-шруется соответствующий уровень для изменения фазы компенсирующего сигнала в положительном или отрицательном направлениях. При поступлении положительного уровня импульсного сигнала (что означает уменьшение -амплитуды суммарного сигнала, воспринимаегюго микрофоном 23) на вход блока контроля знака приращения корректируемого параметра сохраняется установленный в начале работы устройства полительный уровень - сигнала на первом выходе блока 12 и производится дальнейшее изменение фазы корректируемого сигнала в положительном направлении. При поступлении отрицательного уровня импульсного сигнала (. при увеличении амплитуды суммарного сигнала, воспринимаемого микрофоном 23) в блоке 12 производится сравнение положительного уровня на его первом выходе с отр цательньм уровнем импульсного сигналар поступающего с выхода схеьФл 15 сложения. При этом формируется положителт:.ный уровень сигнала (уровни на перво:.-; и втором выходах блока 12 сох раняются до следующего прихода импул сного сигнала на его вход) на втором выходе к.нулевой уровень на первом . выходле блока 12. Положительный уровень со второго выхода поступает на первый вход второй схемы И 9, на второй вход которого поступает поло, жительный уровень сигнала с первого выхода блока 12 корректируемого параметра. При этом на выходе второй схе№-7 И 9. формируется разрешающий уровень, который позволяет изменять фазу кo meнcиpyющeгo сигнала в отрицательном направлении. На выходе же первой схемы И 8 формируется нулевой уровень сигнала, который не позволяет изменять фазу в положительном нап равлении. Изменение фазы компенсирунадего сигнала в отрицательном направлении приводит к уменьшению амплитуды суммарного сигнала, воспринимаемого мик рофоном 23. Это изменение фазы прозводится до выявления минимума ампитуды суммарного сигнала, воспроизодимого микрофоном 23. Контроль нака направления изменения фазы роизводится через каждый период ремени, равный времени формирования игналов генератором 20. Изобретение позволяет автоматически подавлять шум, амплитуда и фаза спектральных составляющих которого изменяются во времени по случайному закону. Формула изобретения Устройство для подавления шума, содержащее соединенные последовательно датчик, предварительный усилитель, первый фильтр, фазовращатель, регулятор амплитуды, усилитель мощности и громкоговоритель, а.также второй фильтр, через схемы И, блок контроля знака приращения корректируемого параметра, схему сложения, линию задержки, модулятор, генератор импульсных сигналов, выпрямитель и микрофон, отличающееся тем, что, с целью повышения степени подавления шума, амплитуда и фаза спектральных составляющих которого изменятся во времени по случайному закону, оно снабжено блоком выбора корректируемого параметра, блоком индикации минимума и двумя детекторами, причем второй вход фазовргицателя подключен к выходу первой схемы И, третий его вход подключен к выходу втсэрой схемы И, второй вход регулятора амплитуды подключен к выходу третьей схемы И, третий его вход подключен к выходу четвертой схемы И, первые входы первой и третьей схем И соединены с первым выходом блока контроля знака приращения корректируемого параметра , второй вход которого соединен с первыми входами второй и четвертой схем И, вторые входы первой и второй схем И соединены с первым выходом блока выбора корректируемого параметра, второй выход которого соединен со вторыми входами третьей и четвертой схем И, вход блока выбора корректируемого параметра соединен с выходом лока индикации минимума, первый эход которого соединен со входом блока контроля знака приращения корректируемого параметра и с выходом схемы сложения, первый вход которой соединен со вторым входом блока индикации минимума, и через линию задержки и первый детектор - с выходом модулятора и одновременно через второй детектор - со входом схемы сложения, первый же вход модулятора соединен с 17енератором импульсных сигналов, а второй его вход через выпрямитель

и второй фильтр подключен к микрофо-ну.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Ken ity Kido, Senehi Onoda. Automat I с Control of Acoustic Noise Emitted from power Transformer by Synthetic Directivity JSei Repts. Reo.nst.:Tohokyc Univ,, B; Elec. 5 Commun . 1971, 23, 3-4, 97,-llG (прототип).