[0001] 本发明涉及低频噪音消除技术领域，具体地，涉及一种离体式低频噪音消除方法、系统、介质及设备。

[0002] 对于低频噪音，用户可以直接戴ANC主动降噪耳机，这种方案可以消除几乎大部分的低频噪音。但是，在用户躺在床上的时候，以及睡觉的时候，除非用户正躺着不左右翻动，不然，耳机会对用户的耳朵产生压迫产生不适感。

[0003] 主动降噪ANC的原理，就是用麦克风去采集环境噪音，然后根据采集到的噪音，由扬声器来发出和噪音的相位相反的声波来和噪音互相抵消。主要分为两种，前反馈式的麦克风在噪音到达扬声器之前就先采集到噪音，即采集的是原始噪音；后反馈式的麦克风在噪音到达扬声器之后再采集到噪音，即采集的是经过消除之后的噪音(理想情况下这时候采集到的声波应该就没有噪音)。

[0004] 方案的抽象化是：设备紧贴人耳，麦克风和扬声器彼此紧贴着安置；麦克风收集噪音，扬声器发出和噪音相反的声波。

[0005] 然而用户有时能听到滋滋声，尤其是在夜深人静的时候，尤为的明显。这种滋滋声是一种低频噪音，原因可能是，交流电路中所用的变压器，日光灯的镇流器，电冰箱的压缩机，交流接触器，电度表，电流互感器，空气开关，等，凡是有铁芯的电气设备，都会有轻微的交流吱吱声。这是交变电流产生交变磁场导致铁芯发生磁致伸缩。铁芯越紧密声音越小，但是不会完全没有。只有纯粹的直流电池供电的纯电阻用电器电路是不会有吱吱声的。低频噪音，传播距离远，穿透力强，且不会随距离远近而产生明显变化。对生理的直接影响比高频噪音强的多，对人的健康尤其是婴幼儿的健康，危害尤为明显。因此，我们亟需一种离体式低频噪音消除方法。

[0006] 专利文献CN110675852A公开了一种主动式汽车低频噪音消除装置及其使用方法，包括电源，所述电源连接控制器，所述控制器分别连接噪音抵抗发生器、频谱分析模块，通过设置的一号车轮振动模块、二号车轮振动模块、三号车轮振动模块、四号车轮振动模块、发动机振动模块，可以在控制器的控制下，将单位脉冲响应通过傅里叶变换，求得频率响应，输出信号变成输入信号与系统频率特征单纯的积，这样的时间范围与频率范围的各个系统的输入输出关系和特征，并通过傅里叶变换和傅里叶逆变换进行相互变换，得到具体的消减频率，控制四个车轮与发动机的低频噪音进行振动抵消噪音，通过本检测装置及噪音抵抗发生器可进行检测车体上的噪音。然而该专利无法完全解决目前存在的技术问题，也无法满足本发明的需求。

[0036] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0037] 实施例1

[0038] 本发明提供了一种离体式低频噪音消除方法，包括：

[0039] 步骤1：使用传感器检测人耳的实时信息；

[0040] 步骤2：根据传感器检测到的人耳的实时信息，决策启动距离人耳最近的麦克风，从而收集低频噪音信息；

[0041] 步骤3：根据收集到的低频噪音信息，结合启动的麦克风和待启动的扬声器之间的距离，计算出用来消噪的声波的状态；

[0042] 当检测到两个或多个人的人耳时，分别启动两个或多个对应的最近的麦克风，然后根据声波相控阵列的原理，启动两个或多个扬声器，每个扬声器发送出相控阵列算法计算出来的实时声波，使得每个启动的麦克风处，噪音消除。

[0043] 所述步骤1包括：通过安置于枕头或床垫的微型压力传感器来感应人耳的实时信息，或者通过摄像头拍摄影像并计算人耳的实时信息。

[0044] 所述步骤3包括：用来消噪的声波的状态为麦克风收集到的噪音的相反声波加上距离产生的相位差，相位差为这两者之间的距离/波长；若麦克风和扬声器彼此紧贴安置，则认为两者之间的距离为0。

[0045] 检测人耳位置和启动的麦克风间的距离，距离越近，越允许消除频率更高的噪音。

[0046] 创新点：第一，是密集排列麦克风然后检测人耳位置，根据人耳位置启动麦克风；第二，是把麦克风和扬声器分离开来；第三，第一点中检测出来的人耳位置和启动的麦克风间的距离，距离越近，越允许消除频率更高的噪音(因为频率越高，波长越短，越要求设备离人耳更近)。

[0047] 可能的产品形态，之一：在枕头的内部密集排列小型麦克风，在枕头的枕面安装微型压力传感器，在枕头里面安装扬声器；当人枕在枕头上的时候，通过压力传感器的输出，判断出人耳所在的位置，然后启动距离此位置最近的麦克风，来收集低频噪音；然后，选择某一扬声器，此选中的扬声器和选中的麦克风距离为d，则把麦克风采集到的低频噪音的相反声波，叠加距离d所产生的相位差，所计算出来的消噪声波，用选中的扬声器来发出此消噪声波。

[0048] 如图1，为主动降噪的理想状态图。其中，带加号+符号的线条代表原始噪音，带小圆形o符号的线条代表为了噪音消除而生成的相反相位的声波，带小方形符号的线条代表原始噪音和消噪声波相加之后，得到的结果声波。

[0049] 如图2，为本实施例中所描述的最差状态图。其中，带加号+符号的线条代表原始噪音，带小圆形o符号的线条代表为了噪音消除而生成的相反相位的声波，带小方形符号的线条代表原始噪音和消噪声波相加之后，得到的结果声波。

[0050] 如图3，在最差的情况下，即，麦克风比人耳晚一个distance获取到噪音，同时，麦克风比人耳早一个distance获取到扬声器发出的反向声波(距离distance一般大约30cm)，这样原始噪音和反向声波的相位差就是2×distance/波长。可以从图2中看到，哪怕是最差的情况下，依然可以降低原本噪音的幅度到50％左右。噪音传播到人耳需要跨过距离a，传播到麦克风需要跨过距离(a+b)，消噪声源的反向声波，传播到麦克风需要跨过距离b，传播到人耳需要跨过距离(b+d)。然后消噪声源的反向声波，又是依据麦克风获取到的噪音声波来产生的，所以，麦克风和人耳的相位差是[(a+d)‑b]‑[a‑(d+b)]＝2d。

[0051] 检测人耳的位置和位姿的具体实现过程：1.使用压力传感器来检测时，根据压力传感器的数据，即，微型压力传感器集群的数据信息，来拟合人耳的压面模型(正躺着压在压力传感器集群上得到的数据，和侧枕着压在压力传感器集群上得到的数据，是不同的)，从而根据拟合出来的结果，得出人耳的位置和姿态；2.使用摄像头来检测时，根据目前市面通行的深度学习人耳检测模型，可以直接得出人耳检测结果(输出值为人耳的坐标和朝向)，进而得出人耳的位置和姿态。

[0052] 传感器坐标系映射到麦克风坐标系的过程：

[0053] 以微型压力传感器集群为例，如图4所示，在安装压力传感器集群和麦克风集群和消噪扬声器时，进行预标定，即记录下，紧贴着压力传感器的麦克风，所贴近的压力传感器的位置，以及每个麦克风和扬声器之间的距离。

[0054] 以摄像头传感器为例，相机坐标系转换到麦克风坐标系，是通过额外检测枕头在图像中的位置和朝向，然后把人耳的坐标和朝向，叠加到枕头的坐标系里面去。同样的，在安装麦克风集群和消噪扬声器时，进行预标定，记录下麦克风是在安装枕头的什么位置上。

[0055] 消噪声波的阵列控制实现过程：包括不限于如下几种情况：

[0056] 为了方便说明，下列的噪音波形用sin函数来代表，但同时也允许其他形式的噪音函数和其他更加复杂的噪音，其原理是一样的。

[0057] a.单一噪音源，单一消噪目标点(即，麦克风，而此麦克风也是离人耳最近的麦克风)，单一消噪声源扬声器；

[0058] 如图5，假设麦克风接收到的噪音波形为f＝sinX，则为了使得消噪目标点处噪音消除，扬声器所发出的消噪波形应该为f＝‑sin(X+b/L)，L为波长；

[0059] b.两个噪音源，单一消噪目标点，单一消噪声源扬声器；

[0060] 如图6，假设麦克风接收到的噪音波形，来自噪音源1和噪音源2分别为f1＝sinX和f2＝Asin(X+t)，则为了使得消噪目标点处噪音消除，扬声器所发出的消噪波形应该为f＝‑sin(X+b/L)‑Asin(X+t‑b/L)，L为波长

[0061] c.单一噪音源，两个消噪目标点，两个消噪声源扬声器；

[0062] 如图7，假设麦克风接收到的噪音波形，麦克风1和麦克风2分别为f1＝sinX和f2＝sin(X+t)，t的值可以通过对麦克风1和2接受到的噪音的分析(波形相同，相位有差别；相位的差就来自于a1和a2之间的距离差)得出。(麦克风)消噪目标点1和2处噪音消除，假设扬声器1的波形为f＝sinY，扬声器2的波形为f＝Asin(Y+dt)，则可得到方程组，sinX＝‑sin(Y+b1/L)‑Asin(Y+dt+c1/L)，和sin(X+t)＝‑sin(Y+b2/L)‑Asin(Y+dt+c2/L)，b1b2c1c2的值已知，通过解方程组，即可消掉X和Y，得出可行的消噪声波的波形。

[0063] 其他更加复杂的，多个噪音源多个麦克风多个消噪声源的场景，也可以使用的类似的方法。

[0064] 本发明还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的离体式低频噪音消除方法的步骤。

[0065] 本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的离体式低频噪音消除方法的步骤。

[0066] 实施例2

[0067] 本发明还提供一种离体式低频噪音消除系统，所述离体式低频噪音消除系统可以通过执行所述离体式低频噪音消除方法的流程步骤予以实现，即本领域技术人员可以将所述离体式低频噪音消除方法理解为所述离体式低频噪音消除系统的优选实施方式。

[0068] 根据本发明提供的离体式低频噪音消除系统，包括：模块M1：使用传感器检测人耳的实时信息；模块M2：根据传感器检测到的人耳的实时信息，决策启动距离人耳最近的麦克风，从而收集低频噪音信息；模块M3：根据收集到的低频噪音信息，结合启动的麦克风和待启动的扬声器之间的距离，计算出用来消噪的声波的状态；当检测到两个或多个人的人耳时，分别启动两个或多个对应的最近的麦克风，然后根据声波相控阵列的原理，启动两个或多个扬声器，每个扬声器发送出相控阵列算法计算出来的实时声波，使得每个启动的麦克风处，噪音消除。

[0069] 所述模块M1包括：通过安置于枕头或床垫的微型压力传感器来感应人耳的实时信息，或者通过摄像头拍摄影像并计算人耳的实时信息。

[0070] 所述模块M3包括：用来消噪的声波的状态为麦克风收集到的噪音的相反声波加上距离产生的相位差，相位差为这两者之间的距离/波长；若麦克风和扬声器彼此紧贴安置，则认为两者之间的距离为0。

[0071] 检测人耳位置和启动的麦克风间的距离，距离越近，越允许消除频率更高的噪音。

[0072] 本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

[0073] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。