[发明专利]用于便携式计算机的主动风扇噪音控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及网络通讯技术领域，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。

背景技术

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1m，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。

发明内容

本发明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音。

本发明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[n]经过左路径滤波器h_L(z)=a[0]+a[1]z^-1+…+a[k]z^-k得到左消噪信号S_L[n]，

S_L[n]=L[n]*a[n]

其中，a[0],a[1],…,a[k]为滤波器系数，k为滤波器的阶数，a[n]为h_L(z)对应的冲击函数；