1.本技术属于降噪技术领域，具体涉及一种建筑空间降噪方法、装置和系统。


背景技术：

2.随着城市规模的扩张、人口密度越来越大，高层高密度居住模式成为城市居民主流生活方式。个人生活习惯、文化背景、素养、职业等方面的差异，让邻里关系变得敏感而复杂，其中噪音问题最为突出。世界卫生组织及全球研究机构进行了系统调查研究，明确噪声已经成为仅次于空气污染的第二个人类健康杀手，成为当代社会严重的公共健康问题。降噪最优方式是进行构造柔性处理，从源头切断，但由于成本高、既有建筑的改造难度大等原因实施困难。
3.噪音会引发神经衰弱(neurasthenia)，严重者出现抑郁症等心理健康。与此同时，居住在楼房里的居民还会受到从楼上或邻居房间传来的噪声。例如邻居家小孩在练习钢琴、跑动或大声讲话而对四周居民而造成的噪声干扰。又例如房间外广场舞的歌声或交通噪声透过窗户传入室内。急需一种有效的建筑空间降噪方法。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种建筑空间降噪方法、装置和系统。
5.为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种建筑空间降噪方法，在所述建筑空间的维护结构的内侧表面上固定布置有多个降噪器，所述多个降噪器中的任一个降噪器均具有参考麦克风、扬声器和误差麦克风，其中，所述任一个降噪器中的参考麦克风、扬声器和误差麦克风三者到所述任一个降噪器所处维护结构的垂直距离逐步增大，所述方法包括：
6.根据各所述参考麦克风所拾取的参考噪声信号的强度信息确定正对噪声源的第一参考麦克风，选取所述第一参考麦克风周围的多个参考麦克风作为第二参考麦克风，其中，所述第一参考麦克风和所述第二参考麦克风所处降噪器构成降噪网络；
7.对于所述降噪网络中的任一个降噪器，根据所述降噪网络中全部降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号、所述任一个降噪器中误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，或者，根据所述任一个降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号、所述降噪网络中全部降噪器误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，其中，滤波结果用于供所述任一个降噪器的扬声器播放，以降低所述降噪网络中误差麦克风所拾取的残余噪声信号的平均功率。
8.为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种建筑空间降噪装置，在所述建筑空间的维护结构的内侧表面上固定布置有多个降噪器，所述多个降噪器中的任一个降噪器均具有参考麦克风、扬声器和误差麦克风，其中，所述任一个降噪器中的参考麦克风、
扬声器和误差麦克风三者到所述任一个降噪器所处维护结构的垂直距离逐步增大，所述装置包括：筛选模块，用于根据各所述参考麦克风所拾取的参考噪声信号的强度信息确定正对噪声源的第一参考麦克风，选取所述第一参考麦克风周围的多个参考麦克风作为第二参考麦克风，其中，所述第一参考麦克风和所述第二参考麦克风所处降噪器构成降噪网络；降噪模块，用于对于所述降噪网络中的任一个降噪器，根据所述降噪网络中全部降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号、所述任一个降噪器中误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，或者，根据所述任一个降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号、所述降噪网络中全部降噪器误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，其中，滤波结果用于供所述任一个降噪器的扬声器播放，以降低所述降噪网络中误差麦克风所拾取的残余噪声信号的平均功率。
9.为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种建筑空间降噪装置，在所述建筑空间的维护结构的内侧表面上固定布置有多个降噪器，所述多个降噪器中的任一个降噪器均具有参考麦克风、扬声器和误差麦克风，其中，所述任一个降噪器中的参考麦克风、扬声器和误差麦克风三者到所述任一个降噪器所处维护结构的垂直距离逐步增大，所述装置包括：存储器和处理器，所述存储器存储指令，所述处理器运行所述指令以执行前述的建筑空间降噪方法。
10.为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种建筑空间降噪系统，包括用于固定在所述建筑空间的维护结构内侧表面上的多个降噪器，所述多个降噪器中的任一个降噪器均具有参考麦克风、扬声器和误差麦克风，其中，所述任一个降噪器中的参考麦克风、扬声器和误差麦克风三者到所述任一个降噪器所处维护结构的垂直距离逐步增大，所述系统还包括前述的建筑空间降噪装置。
11.与现有技术相比，本技术的有益效果为：对于建筑空间，需要屏蔽的外界噪声被认为是以一个点或一个局部区域为起点，通过振动向四周传播。单个降噪器不能完美解决噪声向四周传播的问题，需要利用周围的降噪器组成一个区域内的降噪网络，实现在相对较大的空间区域内的良好的降噪效果。进一步，挑选出来的降噪器在进行降噪时并不是孤立的对其检测到的参考噪声信号进行抵消，而是结合彼此之间进行一定的协调，使得该降噪网络在抵消建筑空间外传递进来的噪声时，能够获得更好的降噪效果。
附图说明
12.图1是根据本技术实施例的房间降噪方法的流程示意图。
13.图2是根据本技术实施例中两次滤波的流程示意图。
14.图3是根据本技术另一实施例中两次滤波的流程示意图。
15.图4是根据本技术实施例的建筑空间降噪系统的结构示意图。
16.图5是根据本技术实施例的建筑空间降噪系统的应用场景示意图。
17.图6是根据跟申请实施例的建筑物降噪装置的结构示意图。
18.图7是根据跟申请另一实施例的建筑物降噪装置的结构示意图。
具体实施方式
19.在本技术中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中存在所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，但是并不排除存在一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
20.另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
21.下面结合附图所示的实施例对本技术作进一步说明。
22.参考图1，本技术的实施例提供一种建筑空间降噪方法。
23.建筑空间例如是一个单独的房间或者是一个大堂。以房间为例，其维护结构例如有楼层之间的楼板、房间的墙壁、窗户等。
24.具体地，参考图4和图5，在房间的维护结构的内侧表面上固定布置有多个降噪器。降噪器可以是位于房间的上层楼板的下方，也可以是位于房间侧面墙体的内侧或者房间窗户内侧。降噪器可以是等间距分布的，也可以是非等间距分布的。多个降噪器中的任一个降噪器均具有参考麦克风、扬声器和误差麦克风。其中，所述任一个降噪器中的参考麦克风、扬声器和误差麦克风三者到所述任一个降噪器所处维护结构的垂直距离逐步增大。参考麦克风、扬声器和误差麦克风三者之间最好沿垂直于所处维护结构的方向上留有一定间距，从而减少三者之间相互干扰。本技术对该间距的大小不做限定，本领域技术人员可以依据试验效果而调试。多个降噪器可以分布在单面墙体的内表面上，也可以是分布在多面墙体的内表面上。多个降噪器可以仅设置在楼板下方，也可以同时设置在楼板下方以及窗户内侧。
25.如果降噪器位于同一面封闭结构，该部分封闭结构的内侧表面整体可以是一个平面，也可以是一个曲面。
26.图4所示的实施方式中，多个降噪器在单面窗户的内侧呈行列式分布。当然，多个降噪器也可以呈菱形的分布方式、蜂窝状的分布方式、或者其他的分布方式。图5所示的实施方式中，多个降噪器设置在两层楼之间的楼板下方。降噪器固定布置在楼板上。
27.本技术对相邻降噪器之间的距离不做限定，本领域技术人员可以在成本与降噪效果之间进行权衡。
28.图1所示方法包括以下步骤。
29.步骤101、根据各参考麦克风所拾取的参考噪声信号的强度信息确定正对噪声源的第一参考麦克风，选取第一参考麦克风周围的多个参考麦克风作为第二参考麦克风，其中，所述第一参考麦克风和所述第二参考麦克风所处降噪器构成降噪网络。
30.通常，某个参考麦克风距离噪声源的中心越近，则其拾取到的参考噪声信号的强度越大。
31.基于此，例如，可以选取参考噪声信号的信号强度最大且该信号强度超出第一设定阈值的参考麦克风作为第一参考麦克风。第一设定阈值例如是3分贝，可根据经验进行设置。
32.步骤102、对于所述降噪网络中的任一个降噪器，根据所述降噪网络中全部降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号、所述任一个降噪器中误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，或者，根据所
述任一个降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号、所述降噪网络中全部降噪器误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，以降低所述降噪网络中误差麦克风所拾取的残余噪声信号的平均功率。
33.对于建筑空间，需要屏蔽的外界噪声被认为是以一个点为中心，通过振动向四周传播。单个降噪器不能完美解决噪声向四周传播的问题，需要利用周围的降噪器组成一个区域内的降噪网络，从而在相对较大的空间区域内达到良好的降噪效果。进一步，降噪网络中的任一个降噪器在进行降噪时并不是孤立的对其检测到的参考噪声信号进行抵消，而是需要进一步参照降噪网络中全部参考麦克风所检测到的参考噪声信号或者参照降噪网络中全部误差麦克风所检测到的误差噪声信号，使得该降噪网络在抵消建筑空间外传递进来的噪声时，能够获得更好的降噪效果。降噪网络所处区域的残余噪声信号的平均功率尽量小，从而使得位于建筑空间内的用户不论出于什么位置，其感受到的室外噪声都是非常小的。
34.在一些实施例中，步骤102的滤波过程中，进一步需要参考所述任一个降噪器相对于所述降噪网络的位置关系。这相当于进一步根据挑选出的降噪器(即降噪网络)彼此之间的位置关系对其中各个降噪器所承担的降噪任务进行重新分配，进一步加速残余噪声信号的平均功率降低的速度，即加速收敛。
35.参考图2，在一些实施方式中，对于所述降噪网络中任一个降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号执行两次滤波；
36.所述两次滤波的第一次滤波中，执行步骤1021、根据第一滤波器系数对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，得到第一反相噪声信号，其中，根据所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号和所述任一个降噪器中误差麦克风所拾取的残余噪声信号对所述第一滤波器系数进行更新；所述两次滤波的第二次滤波中，执行步骤1022、根据第二滤波器系数对所述第一反相噪声信号进行滤波，得到第二反相噪声信号以供所述任一个降噪器中的扬声器播放，其中，根据所述任一个降噪器中误差麦克风所拾取的残余噪声信号、由所述任一个降噪器相对于所述降噪网络的位置关系而确定的比例系数、所述降噪网络中全部降噪器中参考麦克风所述拾取的参考噪声信号对所述第二滤波器系数进行更新。
37.第一次滤波时，各降噪器是彼此独立的，可以参照现有的降噪方法生成第一反相噪声信号。
38.第二次降噪的目的是以一定空间区域内的整体平均噪声最低为目标，利用声音在传播过程中的衰减和降噪器彼此之间的距离，分别对各降噪器承担的降噪任务做对应于声音衰减的加权，做到一定空间区域内的整体消噪。例如，在一些情况中，距离噪声源中心更近的降噪器承担更大的降噪任务。
39.具体地，对于降噪网络中的第j个降噪器，所述两次滤波的第一次滤波按照如下公式进行：
40.n
anti，j
(t)＝hj(t)*xj(t)，
41.n
anti，j
(t)为对应于t时刻第j个降噪器的第一反相噪声强度值，hj(t)为第j个降噪器在t时刻的第一滤波器的滤波器系数向量，xj(t)为截止t时刻第j个降噪器的参考麦克风拾取的参考噪声向量，“*”表示卷积运算；
42.第一滤波器系数hj(t)按照如下公式进行更新：
43.hj(t+1)＝hj(t)+μ
·ej
(t)
·
xj(t)，
44.hj(t)为在t时刻第j个降噪器进行第一次滤波的滤波器系数向量，μ为学习步长，ej(t)为在t时刻第j个降噪器的误差麦克风所拾取的残余噪声强度值，xj(t)为截止t时刻第j个降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声向量，xj(t)与h(t)向量长度相同；
45.所述两次滤波的第二次滤波按照如下公式进行：
[0046][0047]nanti，j
(t)为对应t时刻第j个降噪器的第一反相噪声强度值，n
′
anti，j
(t)为t时刻第j个降噪器输出的第二反相噪声强度值，wj(t)为t时刻第j个降噪器的第二滤波器系数向量，长度为k，每个向量元素表示为w
j，k
(t)，k为系数序号；
[0048]
第二滤波器系数wj(t)按照如下公式进行更新：
[0049][0050]
wj(t)为第j个降噪器在t时刻的第二滤波器系数向量，pj为根据第j个降噪器相对于降噪网络的位置关系而确定的比例系数，μ为学习步长，ej(t)为第j个降噪器在t时刻拾取的残余噪声强度值，xk(t)为降噪网络中第k个降噪器的参考麦克风拾取的参考噪声向量，xk(t)与wj(t)向量长度相同，m为全部第一参考麦克风和第二参考麦克风的数量。
[0051]
在对第二滤波器系数进行更新时，参考的是降噪网络中全部参考麦克风所拾取的参考噪声信号向量。
[0052]
在一些简化的模型中，pj恒定为1，即不考虑降噪器的位置信息。
[0053]
而在另一者实施方式中，参考图3，对于降噪网络中的任一个降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号执行两次滤波，
[0054]
所述两次滤波的第一次滤波中，执行步骤1021a、根据第一滤波器系数对所述任一个降噪器中误差麦克风所拾取的残余噪声信号进行滤波，得到修正残余噪声信号，其中，根据所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号、由所述任一个降噪器相对于所述降噪网络的位置关系而确定的比例系数、所述降噪网络中全部降噪器的误差麦克风所处降噪器中误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述第一滤波器系数进行更新；
[0055]
所述两次滤波的第二次滤波中，执行步骤1022a、根据第二滤波器系数对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，得到反相噪声信号以供所述任一个降噪器中的扬声器播放，其中，根据所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号和所述修正噪声信号对所述第二滤波器系数进行更新。
[0056]
第一次滤波是利用声音在传播中的衰减和降噪器的距离，分别对整体平均残余噪声进行加权，目的是合理分配各降噪器处理的残余噪声。
[0057]
第二次滤波各降噪器针对各自分配的残余噪声强度，输出对应的反相噪声。
[0058]
具体地，对于降噪网络中的第j个降噪器，所述两次滤波的第一次滤波按照如下公式进行：
[0059][0060]nerr，j
(t)为t时刻第j个降噪器的误差麦克风拾取的残余噪声强度值，n
′
err，j
(t)为第j个降噪器拾取的残余噪声信号通过第一次滤波后得到修正残余噪声信号在t时刻的修
正残余噪声强度值，wj(t)为t时刻第j个降噪器的第一滤波器系数向量，长度为k，每个向量元素表示为w
j，k
(t)，k为系数序号；
[0061]
第一滤波器系数wj(t)按照如下公式进行更新：
[0062][0063]
wj(t)为第j个降噪器在t时刻的第一滤波器系数向量，pj为第j个降噪器相对于降噪网络的位置关系而确定的比例系数(在一些简化的模型中，pj恒定为1，即不考虑降噪器的位置信息)，μ为学习步长，ek(t)为降噪器k在t时刻拾取的残余噪声强度值，xj(t)为第j个降噪器的参考麦克风在t时刻拾取的参考噪声向量，xj(t)与wj(t)向量长度相同，m为全部第一参考麦克风和第二参考麦克风的数量；
[0064]
所述两次滤波的第二次滤波按照如下公式进行：
[0065]nanti，j
(t)＝hj(t)*xj(t)，
[0066]nanti，j
(t)为t时刻第j个降噪器需要播放的反相噪声强度值，hj(t)为第j个降噪器在t时刻的第二次滤波的滤波器系数向量，xj(t)为截止t时刻第j个降噪器的参考麦克风拾取的参考噪声向量，符号“*”表示卷积运算；
[0067]
第二滤波器系数hj(t)按照如下公式进行更新：
[0068]hj
(t+1)＝hj(t)+μ
·ej
(t)
·
xj(t)，
[0069]hj
(t)为第j个降噪器在t时刻的第二次滤波的滤波器系数向量，μ为学习步长，ej(t)为第j个降噪器在t时刻拾取的残余噪声强度值，xj(t)为截止t时刻第j个降噪器的参考麦克风拾取的参考噪声向量，xj(t)与h(t)向量长度相同。
[0070]
以上两种实施方式中，可以进一步根据第一参考麦克风所拾取的参考噪声信号的强度信息判断噪声源是靠近维护结构还是远离维护结构。如果噪声源远离维护结构，那么可以认为各降噪器所处空间内噪声的强度以及传播方向等的差异较小，此时pj＝1。如果噪声源靠近维护结构，那么可以认为降噪网络中各降噪器接收到的噪声是存在明显的衰减。例如，可以实测噪声源靠近维度结构时，第二参考麦克风拾取的参考噪声信号强度与第一参考麦克风拾取的参考噪声信号强度的比值作为二者位置关系对应的比例系数pj。
[0071]
如何判断噪声源距离维护结构是否足够近或者足够远有两种方法。
[0072]
方法一为当第一参考麦克风所拾取的噪声信号的强度值大于第二设定阈值时判断噪声源为足够近的噪声源。显然，第二设定阈值大于第一设定阈值。第二设定阈值例如是6分贝，可以根据经验进行设置。
[0073]
方法二为设位于中心的第一参考麦克风拾取的噪声强度为a(单位为db)，距离第一参考麦克风最远的第二参考麦克风拾取的噪声强度为b(单位为db)，如果a-b小于第三设定阈值则判定为声源远距离声源，否则判定声源为近距离声源。第三设定阈值例如是3db，可以根据经验进行设置。
[0074]
在一些实施例中，该方法还包括：根降噪网络中全部参考麦克风所拾取的参考噪声信号的信号强度更新组成降噪网络的降噪器的编号。
[0075]
当噪声源移动时，会使得参考噪声最强的位置也会发生移动，这种移动通常是一个渐变的过程，故可以从已经挑选出的麦克风中更新第一参考麦克风的编号，相应地，也就更新了第二参考麦克风的编号。
[0076]
在一些实施例中，该方法还包括：在确定出降噪网络中降噪器的编号之后，关闭其
余其余降噪器的参考麦克风。
[0077]
由于其余麦克风不需要承担降噪任务，将其关闭可以降低整个系统的功耗。当然，进一步还可以关闭这些参考麦克风所处的降噪器。
[0078]
在一些实施例中，在首次确定出第一参考麦克风之前，全部参考麦克风均处于工作状态。
[0079]
例如当系统开机后，所有的参考麦克风都需要拾取参考噪声信号，当确定出第一参考麦克风后，再将第一参考麦克风和第二参考麦克风以外的麦克风关闭。
[0080]
当然，处于降低功耗的目的，在系统开机后，或者在房间外没有足够大的噪声从而没有参考麦克风被确定为第一参考麦克风时，各个参考麦克风是分时段轮流工作的。
[0081]
基于与前述实施例相同的发明构思，参考图6，本技术的实施例还提供一种建筑空间降噪装置1。在所述建筑空间的维护结构的内侧表面上固定布置有多个降噪器，所述多个降噪器中的任一个降噪器均具有参考麦克风、扬声器和误差麦克风，其中，所述任一个降噪器中的参考麦克风、扬声器和误差麦克风三者到所述任一个降噪器所处维护结构的垂直距离逐步增大。该装置包括：筛选模块11，用于根据各参考麦克风所拾取的参考噪声信号的强度信息确定正对噪声源的第一参考麦克风，选取第一参考麦克风周围的多个参考麦克风作为第二参考麦克风，其中，所述第一参考麦克风和所述第二参考麦克风所处降噪器构成降噪网络；降噪模块12，用于对于所述降噪网络中的任一个降噪器，根据所述降噪网络中全部降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号、所述任一个降噪器中误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，或者，根据所述任一个降噪器的参考麦克风所拾取的参考噪声信号、所述降噪网络中全部降噪器误差麦克风所述拾取的残余噪声信号对所述任一个降噪器中参考麦克风所拾取的参考噪声信号进行滤波，以降低所述降噪网络中误差麦克风所拾取的残余噪声信号的平均功率。
[0082]
各模块的处理过程可以参照前述实施例的介绍，在此不做重复说明。
[0083]
参考图7，本技术的实施例还提供一种建筑空间降噪装置1。在所述建筑空间的维护结构的内侧表面上固定布置有多个降噪器，所述多个降噪器中的任一个降噪器均具有参考麦克风、扬声器和误差麦克风，其中，所述任一个降噪器中的参考麦克风、扬声器和误差麦克风三者到所述任一个降噪器所处维护结构的垂直距离逐步增大。该装置包括：存储器11a和处理器12a，存储器11a存储指令，处理器12a运行指令以执行前述的房间降噪方法。
[0084]
参考图4和图5，本技术的实施例还提供一种建筑空间降噪系统，包括：用于固定在建筑空间的维护结构的内侧表面上的多个降噪器2，多个降噪器2中的每一个均包括参考麦克风21、扬声器22和误差麦克风23，其中，所述任一个降噪器中的参考麦克风21、扬声器22和误差麦克风23三者到所述任一个降噪器2所处维护结构的垂直距离逐步增大，该系统还包括前述的建筑空间降噪装置1。
[0085]
本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0086]
本技术的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变形而不脱离本技术的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本技术权利要求及其等同技术的范围，则本技术的意图也包含这些改动和变形在内。