本发明涉及噪声控制技术领域，尤其涉及一种应用于多层玻璃窗的主动降噪装置。

背景技术：

随着现代社会的进步和人们生活水平的提高，噪声污染的问题日益突出，已经严重影响了人们的日常生活和身体健康。针对日常家居环境，噪声污染问题主要体现在工业噪声、建筑噪声、交通噪声、社会噪声等几个方面，而窗户则是上述噪声进入室内的主要传播途径。因此，窗户的隔声性能受到人们的高度重视。目前，具有较高隔声量的窗户一般采用两层甚至三层玻璃结构，在中高频具有较大的隔声量。但在低频段，隔声量一般遵循质量定律，即如果要进一步提高低频隔声量，则必须提升单位面积上窗户的质量。这使隔声窗的低频隔声量提升的成本和难度大大增加。因此，目前隔声窗针对大型交通工具、空调室外机发出的低频噪声的隔声量还有待进一步提高。

主动控制技术是一种有效的抑制低频噪声和振动的方法，相较于被动控制方法，其体积小、重量轻、低频效果更好，故在各种噪声和振动控制场合都开始得到应用。针对隔声窗，公开号为cn101881119a的专利公开了一种结合主动降噪系统的推拉窗结构，但主要针对的是通风状态下的隔声；公开号为cn105986745a的专利申请公开了一种在双层窗中间夹层增设噪声主动控制系统的隔声窗，但该主动控制系统必须预集成在窗户内部，不易维护。目前，还缺乏一种切实可行的主动控制方案，能够有效缓解普通用户窗户的低频隔声问题。

技术实现要素：

本发明提出一种应用于普通多层玻璃窗的主动降噪装置及相应控制方法，该应用于多层玻璃窗的主动降噪装置通过主动抑制窗户内层玻璃振动的形式来达到抑制其向室内辐射的低频噪声的效果，提升窗户整体的低频隔声量。

本发明的技术方案如下：

一种应用于多层玻璃窗的主动降噪装置，包括外壳、电磁铁、加速度传感器、处理器和永磁体；所述外壳为一底面封闭的筒状壳体，所述外壳通过一吸附装置吸附在多层玻璃窗的内层玻璃的内表面，所述电磁铁固定设置在外壳内且电磁铁的一端面紧贴内层玻璃的内表面；所述电磁铁的另一端面与所述加速度传感器固定连接；所述处理器设置在外壳内并分别与所述电磁铁和加速度传感器电连接；所述永磁体为一片状结构，所述永磁体放置于所述多层玻璃窗的外层玻璃的外表面，与窗体内电磁铁的相对设置，并受电磁铁的磁力吸附固定。

进一步的，所述电磁铁、加速度传感器和处理器均由一设置在外壳内的电池或外接电源供电。

进一步的，所述吸附装置为所述外壳开口一侧边缘向外设置的一圈圆环状吸盘，吸盘受挤压产生形变使外壳与吸盘形成的密闭空间内形成负压，使外壳与电磁铁形成的整体吸附在内层玻璃内表面。

进一步的，所述处理器为一圆环状电路板，所述处理器固定于所述电磁铁的另一端面且处理器套设在所述加速度传感器外。

进一步的，所述处理器包括顺次连接的a/d转换器、数字信号处理器、d/a转换器和功率放大器；所述数字信号处理器包括积分器、负反馈控制器、用于实现自适应控制算法的自适应控制器和正弦信号发生器；所述负反馈控制器内含一负反馈增益；所述自适应控制器内含一fir滤波器；所述积分器输入端与a/d转换器相连、其输出端与自适应控制器和负反馈控制器连接，所述自适应控制器输入端还与正弦信号发生器相连，所述自适应控制器的输出与所述负反馈控制器的输出相加后作为数字信号处理器的整体输出；所述a/d转换器的输入端与所述加速度传感器连接；所述功率放大器的输出端与所述电磁铁连接。

本发明还提供一种应用于多层玻璃窗的主动降噪装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、加速度传感器将多层玻璃窗接收到来自窗外的声波信号时产生的微小振动转换为加速度信号，并通过a/d转换器转化为数字信号发送给积分器，积分器将加速度信号转化为速度信号并分别发送给负反馈控制器和自适应控制器；

步骤二、正弦信号发生器产生一个预设频率下的正弦信号并发送给自适应控制器，自适应控制器内的fir滤波器以该信号为输入进行滤波，其输出信号作为自适应控制器的输出信号；

步骤三、所述自适应控制器中，利用正弦信号发生器产生的正弦信号以及积分器输出的速度信号，通过lms算法对所述fir滤波器的参数进行自适应调整；

步骤四、将速度信号输入负反馈控制器，其输出信号与自适应控制器的输出信号相加后形成数字信号处理器的输出信号，将该数字信号输入d/a转换器完成数模转换，并进一步通过功率放大器转化为控制电流驱动电磁铁产生交变磁场；

步骤五、在上述交变磁场作用下电磁铁与永磁体之间产生交变的作用力，在上述力作用下窗户内层玻璃的振动将得到抑制，从而减弱其向室内辐射的低频噪声，提升窗户的低频隔声量。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明应用于多层玻璃窗的主动降噪装置利用吸盘和电磁吸力安装，并可吸附在普通多层玻璃窗的任意位置，安装时无需拆解窗体，不破坏窗体结构，即装即用，方便快捷。

2、本发明中利用速度负反馈控制结合线谱自适应控制的方法抑制内层玻璃的振动，可同时抑制宽带和线谱噪声，具有更好的噪声抑制效果。

3、本发明提供的装置和控制方法稳定性强，可利用多台装置安装于同一窗户上实施控制，此时多台装置的反馈控制稳定性仍然可得到保证，从而进一步提升窗户的隔声量和隔声频带。

附图说明

图1为本发明应用于多层玻璃窗的主动降噪装置的侧剖图；

图2为本发明应用于多层玻璃窗的主动降噪装置的程序框图。

图中附图标记表示为：

1、内层玻璃；2、外层玻璃；3、永磁体；4、电磁铁；41、铁芯；42、线圈；5、加速度传感器；6、处理器；7、电池；8、外壳；9、吸盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

参见图1至图2，一种应用于多层玻璃窗的主动降噪装置，包括外壳8、电磁铁4、加速度传感器5、处理器6和永磁体3；所述外壳8为一底面封闭的筒状壳体，所述外壳8通过一吸附装置吸附在多层玻璃窗的内层玻璃1的内表面，所述电磁铁4固定设置在外壳8内且电磁铁4的一端面紧贴内层玻璃1的内表面；所述电磁铁4包括铁芯41和缠绕在铁芯41外的绕组线圈42；所述电磁铁4的另一端面与所述加速度传感器5固定连接；所述处理器6设置在外壳8内并分别与所述电磁铁4和加速度传感器5电连接；所述永磁体3为一片状结构，所述永磁体3放置于所述多层玻璃窗的外层玻璃2的外表面，与窗体内电磁铁4的相对设置，并受电磁铁4的磁力吸附固定。

进一步的，所述电磁铁4、加速度传感器5和处理器6均由一设置在外壳8内的电池7或外接电源供电。

进一步的，所述吸附装置为所述外壳8开口一侧边缘向外设置的一圈圆环状吸盘9，吸盘9受挤压产生形变使外壳8与吸盘9形成的密闭空间内形成负压，使外壳8与电磁铁4形成的整体吸附在内层玻璃1内表面。

进一步的，所述处理器6为一圆环状电路板，所述处理器6固定于所述电磁铁4的另一端面且处理器6套设在所述加速度传感器5外。

进一步的，所述处理器6包括顺次连接的a/d转换器、数字信号处理器、d/a转换器和功率放大器；所述数字信号处理器包括积分器、负反馈控制器、用于实现自适应控制算法的自适应控制器和正弦信号发生器；所述负反馈控制器内含一负反馈增益；所述自适应控制器内含一fir滤波器；所述积分器输入端与a/d转换器相连、其输出端与自适应控制器和负反馈控制器连接，所述自适应控制器输入端还与正弦信号发生器相连，所述自适应控制器的输出与所述负反馈控制器的输出相加后作为数字信号处理器的整体输出；所述a/d转换器的输入端与所述加速度传感器5连接；所述功率放大器4的输出端与所述电磁铁连接。

本发明还提供一种应用于多层玻璃窗的主动降噪装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、加速度传感器5将多层玻璃窗接收到来自窗外的声波信号时产生的微小振动转换为加速度信号，并通过a/d转换器转化为数字信号发送给积分器，积分器将加速度信号转化为速度信号并分别发送给负反馈控制器和自适应控制器；

步骤二、正弦信号发生器产生一个预设频率下的正弦信号并发送给自适应控制器，自适应控制器内的fir滤波器以该信号为输入进行滤波，其输出信号作为自适应控制器的输出信号；

步骤三、所述自适应控制器中，利用正弦信号发生器产生的正弦信号以及积分器输出的速度信号，通过lms算法对所述fir滤波器的参数进行自适应调整；

步骤四、将速度信号输入负反馈控制器，其输出信号与自适应控制器的输出信号相加后形成数字信号处理器的输出信号，将该数字信号输入d/a转换器完成数模转换，并进一步通过功率放大器转化为控制电流驱动电磁铁产生交变磁场；

步骤五、在上述交变磁场作用下电磁铁4与永磁体3之间产生交变的作用力，在上述力作用下窗户内层玻璃1的振动将得到抑制，从而减弱其向室内辐射的低频噪声，提升窗户的低频隔声量。

进一步的，在上述控制方法中，自适应控制器主要针对预设频率处的线谱进行自适应控制，提升窗户在预设线谱频率处的隔声量，主要针对空调室外机等设备发出的低频线谱噪声；而负反馈控制器的作用则主要是增加窗户在主动降噪装置安装位置的等效阻尼，进而降低透过窗户传入室内的低频宽带噪声。将二者结合后，窗户的整体低频隔声量将得到大幅度提升。

进一步的，在上述装置和控制方法工作前，用户需要对所述速度负反馈控制器的负反馈增益以及所述线谱自适应控制的频率进行设定。通过一段时间内对室内线谱噪声的频率进行测量并计算出平均值确定正弦信号发生器产生的正弦信号频率的预设值；负反馈控制器内包含的负反馈增益预设值通常为一正数，需要操作者根据实际使用效果自行调整。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。