[发明专利]头盔式主动抗噪系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗噪装置，特别涉及一种头盔式主动抗噪装置。

背景技术

声波是任何在弹性介质中传播着的压力振动，弹性介质可以是气体、液体或固体。噪声，广义的说，任何引起人不舒服的声音或者人们不想听到的声音都可以称为噪声；例如机器的轰鸣声，各种交通工具的马达声、鸣笛声，人的嘈杂声及各种突发的声响等。强噪声不但是引起人们的不舒服感觉，而且能够直接损害人们的听觉系统，甚至可以对心脏、循环系统和身体的其他部位产生直接的压力。当一个工人长时间暴露在强噪声环境中将会导致其永久性的失聪。当一个新建的工程会产生噪声时，根据噪声的强度不同，其不仅是在一定的某一个范围内是有害的，而且对于临近的居民也会产生影响，引起反感。因此，我们国家专门制定了《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，对不同区域的噪声强度做出明确规定。然而，在一些特定的环境，比如机场、建筑工地、迪厅甚至战场，噪声是无法避免的，如何有效地防治和控制这些噪声对处于环境中的人的影响，这个问题一直是人们致力于解决的。

对于噪声的防治和控制，根据声音的产生原因和噪声的作用机理，一般从三个方面综合考虑，即噪声源、传播途径和受音者。因为声音的本质是一种振动，是一种能量的传递，因此对于噪声从根本上就是两条途径，即从本质上降低噪声源的振动能量以及如何想法设法阻断/降低噪声能量的传递，从而使得的到达受音者听觉系统的噪声得到有效的防治和控制。对于噪声防治和控制的两条途径一般又可以分成四种方法，即振动控制中的被动控制、主动控制、混合控制和半主动控制。被动控制的特点是不需要外界能源，例如采用隔音墙的方法阻断噪声的传播途径和采用吸声材料增加房间的隔音能力都属于被动控制，被动控制的方法结构简单，可靠性较好，在实际中应用广泛。主动控制需要外界的能源，其通常由传感器、控制器、驱动器等部分，传感器检测到的噪声信号，将控制信号传给控制器，控制器应用一定的控制策略产生控制信号，并通过驱动器驱动产生次声源，次声源的声波和噪声声波相互抵消，达到消除介质振动的目的，例如高档轿车车厢内的低噪声技术就采用了主动控制，主动控制效果比较好，但投入成本较高，在大部分场合使用的经济性不高。对于主动噪声控制技术，当噪声源已知且相对固定的情况下，可采用前馈式的主动噪声控制技术；当噪声源未知或噪声特性经常改变时，则需要采用反馈式的主动噪声控制技术。混和控制即接和主动控制和被动控制技术。半主动控制被是一种需要少量外界能源的控制，其控制力仍由控制对象运动而被动产生，然而在控制过程中由外加能源改变控制对象本身的结构参数，起到调节控制力的作用。

目前对于在噪声环境下工作的受音者一般采用被动的噪声控制技术，即给受音者佩戴耳塞、耳罩或配有耳罩的头盔等护耳器。对于某些噪声环境下这种方法是经济的可取的，然而对于一些在这些工作环境下需要相互交流的受音者来说，这些类型的护耳器就很难满足要求。本发明给出一种头盔的主动抗噪系统，通过反馈式的主动抗噪技术有效降低头盔周围的噪声强度。设计的头盔主动抗噪系统可配合抗噪耳机使用，使得受音者能够在强噪声环境下得到舒适的音频环境和高质量的通讯。

发明内容

本发明的目的是为克服现有受音者噪声防护设备的不足，提供一种头盔的主动抗噪系统，通过反馈式的主动抗噪技术有效降低头盔周围的噪声强度，不但有效保护头盔佩戴者的听觉系统，而且能够为头盔佩戴者进行高质量的通讯提供可能。

    本发明的技术方案如下：一种头盔式主动抗噪系统，包括覆盖有智能材料的头盔，便携式的控制盒；所述覆盖智能材料的头盔与便携式控制盒通过电线相互连接；所述覆盖在头盔外表面的智能材料包含传感器单元和执行器单元；所述便携式控制盒，其内部主要包括信号处理单元、驱动单元、控制算法实现单元以及能源供给单元；所述覆盖在头盔表面的智能材料和便携式控制盒组成的闭环自动控制系统，基于检测的头盔周围实时的噪声情况，通过反馈式主动噪声控制算法，自动消除或大大降低头盔周围一定空间内的噪声强度。

    覆盖在头盔上的智能材料被分为五个区域进行布置，即头盔的顶部、头盔的前部、头盔的后部、头盔的左部和头盔的右部；不同区域的传感器单元和执行器单元为不同响应特征的智能材料组合。

    便携式控制盒中的控制单元为DSP芯片。智能材料为压电陶瓷和聚偏氟乙烯膜的组合。