《物理性污染控制》課件第二章 第七節(jié) 有源噪聲控制08-11-17

1、第二章 噪聲污染及其控制第二章 噪聲污染及其控制第一節(jié) 概述第二節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié) 噪聲的評價和標準第四節(jié) 噪聲控制技術(shù)吸聲第五節(jié) 噪聲控制技術(shù)隔聲第六節(jié) 噪聲控制技術(shù)消聲 第七節(jié) 噪聲控制技術(shù)有源噪聲控制簡介 第七節(jié) 噪聲控制技術(shù) 有源噪聲控制簡介概 述 一三有源噪聲控制的工程應(yīng)用 有源噪聲控制系統(tǒng) 二 （一）有源噪聲控制原理（二）自適應(yīng)有源噪聲控制概述 一 （一）有源噪聲控制原理有源噪聲控制（ANC）技術(shù)：在指定區(qū)域內(nèi)人為地產(chǎn)生一個次級聲信號，通過次級聲源產(chǎn)生與初始聲源的聲波大小相等，相位相反的聲波輻射，二者相互抵消，達到降噪的目的。作用：消除低頻噪聲。 與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的噪聲大多以

2、低頻噪聲為 主，如空調(diào)、冰箱的噪聲，有源噪聲控制技術(shù)給出了 一種新的解決辦法。 基本原理：根據(jù)兩列聲波相消性干涉或聲輻射抑制的原理，在管道上游布置的前置傳聲器拾取噪聲信號，經(jīng)電信號處理饋送給管道下游的次級聲源，調(diào)整次級聲源的輸出使得在下游與原噪聲信號相位相反而實現(xiàn)“靜區(qū)”的目的。 圖2-49 有源噪聲控制示意圖 控制依據(jù)：電信號處理速度遠遠大于聲傳播的速度，電信號處理過程可以實現(xiàn)十分精確的反相位聲壓的控制。問題點：次級聲源在向下游聲場輻射的同時也向上游傳播，被上游傳聲器所接收,形成聲-電-聲的閉合回路，引起消聲系統(tǒng)出現(xiàn)“自激現(xiàn)象”，即聲反饋過程。因此，ANC技術(shù)的發(fā)展一度受到制約。改進方法：1

3、953年，美國的H.Olson創(chuàng)造性地將聲反饋過程同控制系統(tǒng)中的反饋過程有機地結(jié)合起來, 運用負反饋控制方法設(shè)計了有源消聲裝置，在對聲場信息未知的情況下(即無需前置傳聲器)來實現(xiàn)有源消聲控制過程（圖2-50）。采用反饋控制結(jié)構(gòu),無需獲得待抵消噪聲的先驗知識，并且將聲反饋環(huán)節(jié)作為整個ANC系統(tǒng)的一部分加以控制，從而更符合實際聲場狀況。到目前為止，有源噪聲控制大都沿用前饋控制與反饋控制兩種基本思想。 圖2-50 H. Olson的電子吸聲結(jié)構(gòu)原理圖 （一）有源噪聲控制原理（二）自適應(yīng)有源噪聲控制概述 一 （二）自適應(yīng)有源噪聲控制基本原理：在控制中采用自適應(yīng)方法，以自動調(diào)節(jié)次級聲信號，確保次級聲信號

4、能有效地抵消初始聲信號，提高消聲效果，達到降噪目的 有源噪聲控制系統(tǒng)中包括多個次級聲源和誤差傳感器，這種控制器的傳遞函數(shù)十分復(fù)雜，用模擬電路難以實現(xiàn)。因此采用自適應(yīng)有源噪聲控制方法。圖2-51 自適應(yīng)有源噪聲控制原理圖由初始聲源S發(fā)出的噪聲傳播到點E，同時，M1傳感器檢測初始聲源，送入自適應(yīng)控制器，經(jīng)功放由揚聲器P，即次級聲源發(fā)出，傳播到點E和初始聲源疊加，由M2傳感器監(jiān)測殘余噪聲送入自適應(yīng)控制器，經(jīng)特定的自適應(yīng)算法進行控制，使點E的殘余信號最小。由此可見，自適應(yīng)控制器的輸出輸入信號、誤差信號的獲取都不是直接的，而是通過揚聲器和傳感器，如麥克風等聲器件輸出和拾取的。第七節(jié) 噪聲控制技術(shù) 有源噪

5、聲控制簡介概 述 一三有源噪聲控制的工程應(yīng)用 有源噪聲控制系統(tǒng) 二有源噪聲控制系統(tǒng) 二有源噪聲 控制系統(tǒng)的組成 構(gòu)造簡單，成本低廉，只能完成傳遞函數(shù)簡單的單通道控制器，系統(tǒng)特性不能適應(yīng)環(huán)境的變化。 控制器部分 電聲部分 ：模擬電路： 數(shù)字電路： 由數(shù)字信號處理器完成特定算法，通常是自適應(yīng)性的，適合完成多通道和時變環(huán)境下的有源噪聲控制，可靠性好，但價格較高，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 主要包括次級聲源（電聲器件、振動作動器）、參考傳感器（對前饋控制方式而言）、誤差傳感器。 有源噪聲控制系統(tǒng)的分類方法達數(shù)十種之多，涉及的分類因素也很復(fù)雜，詳見表2-22所示。 有源噪聲控制系統(tǒng)的分類：控制方式次級聲源類型誤差傳

6、感策略自適應(yīng)前饋模擬單通道分布式聲控制聲傳感遠場近場非自適應(yīng)反饋數(shù)字多通道集中式力控制結(jié)構(gòu)傳感位移速度加速度表2-22 有源噪聲控制系統(tǒng)的分類 表2-20中，每一列任選一項，從左到右排列，就構(gòu)成了一種典型的有源噪聲控制系統(tǒng)。 在實際中下列系統(tǒng)的分類要特別注意 多數(shù)情況下，多通道系統(tǒng)對擴大消聲空間，提高降噪量是必需的；隨通道數(shù)增多，控制器算法復(fù)雜程度大幅度增加，對保持系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性都十分不利。 單通道系統(tǒng) 和多通道系統(tǒng) 模擬系統(tǒng) 和數(shù)字系統(tǒng) 優(yōu)點：可完成特定算法，自適應(yīng)性，適合多通 道和時變環(huán)境，可靠性好。缺點：價格相對較高，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。模擬電路數(shù)字電路優(yōu)點：構(gòu)造簡單，成本低廉 缺點：僅

7、適應(yīng)傳遞函數(shù)簡單的單通道控制器 系統(tǒng)特性不能適應(yīng)環(huán)境的變化。 （一）優(yōu)點：整個系統(tǒng)由誤差傳感器同時檢測參考 信號和誤差信號。缺點：穩(wěn)定性較低，無法得到參考信號。 前饋控制系統(tǒng)和后饋控制系統(tǒng) 前饋濾波器誤差傳感器優(yōu)點：穩(wěn)定性好，一般情況都采用前饋系統(tǒng)。 （二）（三）一個次級聲源一個誤差傳感器多個次級聲源多個誤差傳感器第七節(jié) 有源噪聲控制簡介概 述 一三有源噪聲控制的工程應(yīng)用 有源噪聲控制系統(tǒng) 二三有源噪聲控制的工程應(yīng)用1.管道中的有源控制 結(jié)構(gòu)和振動分離的有源控制4.結(jié)構(gòu)振動控制的消聲3.封閉區(qū)域的有源控制2.汽車中的有源控制5.有源噪聲控制技術(shù)在低頻范圍、軟件可行性及成本等方面有著無源控制技術(shù)無可比擬的優(yōu)越性，已成為噪聲控制界的一個研究熱點。隨著有源降噪技術(shù)的日趨成熟，一些工程設(shè)計也取得了良好的效果。20世紀70年代后，一些理論技術(shù)已逐步實用化并轉(zhuǎn)換為商品，如管道有源消聲器和有源降噪耳罩等。美國DIGSONIX公司的管道有源消聲系統(tǒng)，在4