有源消声技术与应用述评
有源消声技术与应用述评
有源消声技术与应用述评
有源消声技术是指通过电子设备和算法来对噪声进行实时的反向干扰，从而达到消除噪声的效果。
这种技术已经在各个领域得到广泛应用，比如汽车、航空、电子通讯等。
有源消声技术的优点在于可以实现精确的噪声消除，并且对于复杂的噪声环境也能够有效应对。
同时，有源消声技术还可以在不改变原有声音质量的情况下进行消声，因此在保持声音质量的要求较高的场合具有很大的优势。
在汽车行业中，有源消声技术可以有效地降低车内的噪声，提高车辆的舒适性和安静性，同时还可以减少车辆的振动和噪音对车内设备和乘客的影响。
在航空领域，有源消声技术可以减少发动机和机翼产生的噪声，有效地提高飞机的飞行质量和乘客的舒适度。
在电子通讯领域，有源消声技术可以用于手机和耳机等设备中，消除环境噪声对通信质量的影响，提供更好的通信体验。
总之，有源消声技术在各个领域的应用都有很大的潜力和广阔的市场前景。
未来，随着技术的不断发展和创新，有源消声技术将会在更多的领域得到应用和推广，为人们带来更加安静、舒适的生活和工作环境。
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有源噪音控制技术在耳机中的应用
有源噪音控制技术在耳机中的应用随着科技的不断进步，耳机已经成为了人们日常生活中必不可少的配件之一。
然而，使用耳机的同时也带来了一些问题，其中之一就是噪音影响。
为了解决耳机使用过程中产生的噪音问题，科技界引入了有源噪音控制技术。
本文将探讨有源噪音控制技术在耳机中的应用，并讨论其优势和未来发展的趋势。
一、有源噪音控制技术简介有源噪音控制技术是一种使用反向信号来抵消噪音的方法。
它通过内置的麦克风和数字信号处理器（DSP）实时地监测环境中的噪音，并生成相应的反向信号来减小或消除噪音。
这种技术可以应用于各种设备，包括耳机、喇叭和汽车音响系统等。
二、1. 降低环境噪音的影响在城市生活中，噪音污染已经成为一个普遍存在的问题。
当人们使用耳机时，环境噪音会对音乐和通话质量产生负面影响。
有源噪音控制技术可以减少环境噪音的干扰，让用户更好地享受音乐或通话，提高听觉体验。
2. 提高通话质量通话过程中的背景噪音会干扰双方的交流效果。
有源噪音控制技术可以通过实时监测环境噪音，并根据麦克风捕获到的声音生成相应的反向信号，抵消环境噪音的影响，从而提高通话质量。
3. 保护听力健康长时间使用高音量的耳机可能对听力造成损害。
有源噪音控制技术可以在降低噪音干扰的同时，提高音频质量，使用户能够以较低的音量享受更清晰的声音。
这为用户提供了更好的听觉保护，减少了听力损伤的风险。
三、有源噪音控制技术的优势1. 实时性有源噪音控制技术可以实时监测环境噪音，并立即生成相应的反向信号。
这种实时性使得用户能够在使用耳机时立刻感受到噪音的减少，享受更好的音频效果。
2. 自适应性有源噪音控制技术具备自适应的特点，它可以根据不同的环境噪音对其进行抵消或消除。
无论是嘈杂的城市交通声还是飞机上的引擎噪音，它都能够提供有效的噪音控制解决方案。
3. 可调节性有源噪音控制技术通常可以根据用户的个人需求进行调节。
用户可以根据环境条件和个人喜好自由调节噪音控制的程度，从而达到最佳的听觉体验。
消声原理的应用范围是什么
消声原理的应用范围是什么1. 概述消声原理是指利用特定的技术手段，通过改变声波传播的路径或者改变声波的传播特性，从而减少或消除噪音的方法。
消声技术在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍消声原理在不同领域的具体应用范围。
2. 汽车行业•车内噪音控制：消声原理可以应用于汽车内部空间，通过改进车身隔音材料、优化发动机、底盘和供电系统的设计，以及采用主动和被动消声技术，降低车内噪音，提升乘坐舒适度。
•发动机噪音控制：消声原理可以应用于汽车发动机的设计和制造，通过改进燃烧系统、降低机械噪音和振动，以及采用降噪罩等设备，减少发动机噪音，提高驾驶体验。
3. 建筑行业•建筑隔音：消声原理可以应用于建筑物的外围墙体、门窗、屋顶和地板的设计和施工，通过使用隔音材料、隔音层和隔音结构来减少外界噪音对室内的干扰，提供一个安静的工作和居住环境。
•建筑声学设计：消声原理可以应用于建筑物内部的声学设计，通过合理布置吸声材料、减震装置和隔声设备，为人们提供舒适、安静的音乐厅、办公室和会议室等场所。
4. 工业行业•厂房噪音控制：消声原理可以应用于工厂的噪音控制，通过改进生产设备的设计和维护，采用吸声材料、隔音设备和降噪罩等措施，降低生产过程中产生的噪音，保护工人的听力和健康。
•工业设备噪音控制：消声原理可以应用于工业设备的噪音控制，通过改进设备本身的结构和运行方式，减少机械噪声和振动，采用降噪罩、隔音屏和减震设备等手段，降低设备运行时产生的噪音污染。
5. 航空航天行业•飞机噪音控制：消声原理可以应用于飞机的噪音控制，通过改进飞机的气动外形设计、发动机的结构和喷口配置，以及采用吸音涂层和吸音材料等措施，减少飞机在起飞、降落和飞行过程中产生的噪音，降低对机组和乘客的影响。
•航天器噪音控制：消声原理可以应用于航天器的噪音控制，通过改进发射火箭的外形设计、提高发动机的燃烧效率和降低振动，以及采用减震装置和隔音材料等手段，减少航天器发射和飞行过程中产生的噪音，确保航天任务的顺利进行。
有源消声技术与应用
有源消声技术与应用摘要：近十几年来，有源消声技术成为噪声控制领域一个多学科交叉、渗透、延伸的研究热点，它以其体积小、重量轻、低频消声效果好等优点获得普遍的关注。
本文简述有源消声的基本原理，对有源消声理论研究、实现技术、产品应用三个方面的国内外研究现状、进展和难点进行了详细的阐述和分析，较为完整地展示了当前该研究领域的全貌，最后进一步分析了有源消声走向工程化过程中存在的一些主要问题，提出了有源消声技术的几个重点发展方向。
关键词：噪声控制；有源消声；降噪；自适应控制噪声作为环境污染的第三大公害，一直困扰着人们。
研究[1]表明，噪声在50~60dB 范围，会使人感觉烦恼，在60~65dB ，会使烦恼度大大增加，在65dB 以上，则人体健康有可能受到危害。
对于厂矿企业的工作人员，应保证不超过85dB。
噪声影响人们的身心健康、损伤听力及相关的系统、降低工作效率，严重的甚至造成安全事故。
因此，人们探索出“多管齐下”的噪声综合治理方法[2][3]：首先是从声源着手，改进结构设计，减少声源发出的噪声等级，这是最为有效的方法，但有时由于技术、成本等方面的限制，还不能从根本上杜绝噪声源；其次是隔声、吸声等被动消除噪声的方法（也称为无源法），它对高频噪声的消声效果很好，但是对低频噪声效果不明显，而且消声装置体积庞大，安装维护困难；其三是有源消声技术，它对低频噪声效果很好，相对被动消声方法而言，还具有系统小、重量轻、控制易等优点，随着现代控制技术的发展和控制芯片成本的下降，有源消声的实现也越来越容易，已成为噪声控制的一个研究热点。
有源消声[3]也称有源降噪、有源噪声控制、有源噪声抵消、有源声衰减，英文名称也有多种，含义相差不大。
目前学术界用得最多的还是有源消声（ANC）这一说法。
就是根据两个声波相消性干涉或声辐射抑制的原理，通过抵消声源（次级声源）产生与被抵消声源（初级声源）的声波大小相等、相位相反的声波辐射，相互抵消，从而达到降低噪声的目的[2]。
新型消音材料的研究与应用
新型消音材料的研究与应用随着现代工业的不断发展和人们生活水平的提高，城市噪音污染的问题日益引人关注。
尤其是在城市交通中，汽车、飞机、火车等交通工具所产生的巨大噪音，已经成为影响居民生活和健康的严重问题。
因此，在噪声治理和控制方面，发展新型消音材料具有重要意义。
一、新型消音材料的类型消音材料是指一种能够吸收、反射或衰减声音能量的材料。
根据其作用原理可分为三种类型：1. 吸声材料吸声材料指的是能吸收声波能量，将声音转化为热能或其他形式能量的材料。
常用的吸声材料有泡沫塑料、绒布、纤维板等。
这些材料具有孔隙结构，可以使声波在材料内部不断地反复反射、折射和散射，从而减弱声波的传播和能量。
2. 反射材料反射材料是指能反射声波的能量，减少声波的传播和能量损失的材料。
常用的反射材料有金属板、石墨等。
这些材料由于具有较大的密度和硬度，能够反射声波并避免声波的穿透，从而减轻噪音的污染。
3. 隔音材料隔音材料指的是能够阻断声波的传播，使其不能穿透材料，减少声波的能量损失的材料。
常用的隔音材料有密封橡胶、钢筋混凝土板、玻璃钢板等。
这些材料具有较大的密度和强度，能够有效地遮断噪声，从而达到吸音和隔音的双重效果。
二、新型消音材料的研究和发展在当前的消音材料领域内，研究和开发新型高效消音材料是一个热门领域。
近年来，随着科学技术的进步，新型消音材料已经逐渐涌现出来，并取得了一系列有关科技成果。
1. 复合材料复合材料是由两种或多种材料按照一定比例混合制成的材料。
复合材料具有吸声、反射、耐高温、耐腐蚀等多种性能，已被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等领域。
其中，高分子基复合材料和纳米复合材料是近年来研究和开发的主要方向。
2. 节能消声材料节能消声材料是一种绿色环保的新型消音材料。
与传统消声材料相比，它的优点是既具有吸声、反射、隔音等传统消声材料的功能，同时又能够有效地减少对环境和生态的污染。
目前，节能消声材料主要包括石墨烯及其复合材料、复合材料泡沫陶瓷等。
有源消声技术
用声音还可以削弱声音呢
拿一个音叉，把它敲响后，在耳边慢慢转动，听!它发出来的声音时强时弱。
为什么时强时弱呢？
这和音叉的两个叉股有关系。
两个叉股就是两个声源，它们发出了疏密相间的声波。
假如甲声源传来的疏波和乙声源传来的密波恰好同时到达某点，那么这一点的空气就会安静无波，在这里也就听不到声音了。
当然这两个声波的频率和振幅必须相同，相位必须相反，才会以声消声。
根据这个原理，科学家正在研究“反噪声术”。
他们先在一个长方形的管道中做实验：在管道里安了两只喇叭，一只用来产生噪声，另一只用来产生反噪声，试验结果是管道内的噪声几乎减弱到听不到的程度。
后来，科学家又用话筒把涡轮机发出的噪声接收下来，送入扩大机中进行放大和倒相，再用喇叭播出反噪声，结果使涡轮机的噪声减弱了10分贝。
科学家还惊异地发现，在噪声与反噪声相遇的地方，会造成一块“闹中取静”的安静地带。
尽管四周一片喧哗，但在这一小块地方却是寂静无声的。
目前能造出来的安静地带的空间还很小，大约2只有立方米左右，可以容纳一位同学在里边静心读书，以声消声的“反噪声术”在实验中虽然有了令人鼓舞的结果，但要付诸实用还要跨越许多障碍。
这就有待于人们去进一步探索、研究与发现。
有源降噪耳机技术及现状
有源降噪耳机技术及现状1.主动降噪耳机技术原理随着电子产品消费市场的不断发展，日常生活中越来越多的人们使用耳机聆听高质量的音乐。
然而，城市的噪声污染越来越严重，在室外使用普通耳机耳塞，只能提高音量来盖过噪声，这样一来不但不能享受美妙的音乐，对自己的听力也有很大的影响，你也许很快就会感到听觉疲劳。
此时，如果想静静地享受音乐世界，那么降噪耳机可能成为最佳选择。
在降噪耳机领域，被动式噪音控制(Passive Noise Control, PNC)及主动式噪音控制(Active Noise Control, ANC)是目前最主要的两种噪音消除方式。
且一般的噪音消除方式也是采用被动式降噪，例如市售的耳塞、耳罩…等。
其原理是利用外部硬质材料与内部的填充材料，以隔离与吸收噪音的原理，阻当外界的噪音进入耳朵，尤其对高频噪音的降噪效果更是明显，这也是现在噪音抑制最常使用的方法。
然而，這种降噪方式虽然实现容易，但对800Hz或更低频率的低频噪音而言，若要应用这种被动式减噪，需要负担大量的设备成本以及材料重量，此时被动式降噪方式则失去了实际上的效益，并且被动式降噪的方式，在抑制噪音的同时，也会阻隔使用者谈话的声音，这也是被动式的主要缺点之一。
而ANC原理是使用一套降噪控制处理电路，进行适应性运算，来输出与欲消除的噪音相位相反，頻率与能量相同的声波，以达到消音的目的；与PNC不同的是，ANC是以波形的重叠原理为基础。
即由噪音与抑制声波相结合，来造成破坏性的干涉而产生声波能量相消的效果，若抑制波的波形与欲消音的声波振幅、频率相同，且反相时，则会得到消音效果，如图1所示。
（原始噪音信号）（消音信号）（消音后信号）图1 主动消噪原理示意图耳机主动降噪的基本概念并不复杂，但如何实现高品质的降噪效果却并不简单，特别是滤波电路的设计及生产过程控制更加关键。
当前的耳机主动降噪技术主要有前馈式和反馈式两种方式。
在前馈式系统（如图2）中，采样麦克风位于耳机外部或耳机罩开口处，以直接采集耳机外部的噪音信号，经过ANC处理电路后，从喇叭中播放出适当幅度的反相噪声，用以抵消进入到耳罩内的噪音，其最主要的特点是噪音的消除回路是开环的；而在反馈式系统（如图3）中，麦克风位于耳机内部喇叭的前面或附近，麦克风采集耳罩内部的噪音信号，再经过ANC电路组成的闭环负反馈回路，推动喇叭产生反向噪声信号以抵消耳罩内部的噪声，由于反馈式主动降噪系统的噪音检测麦克风在耳罩的内部，通过闭环回路反馈自动调节，因此这种方式更加精确反馈耳朵附近的噪声，降噪的效果也相对要比前馈式的更好，但结构、电路及调试工作相对要复杂些。
消声原理的应用有哪些内容
消声原理的应用1. 概述消声原理是指通过吸音、隔音、降噪等方式来减少声音传播的原理。
消声技术在日常生活和工业领域中有着广泛的应用。
本文将介绍一些消声原理的应用。
2. 建筑和室内环境•建筑隔音：消声技术被广泛应用于建筑中，可用于减少楼内和楼间声音的传播，改善住宅、办公室、酒店、医院等场所的室内环境。
•会议室和录音棚：在会议室和录音棚中使用消声材料可以减少外界噪音的干扰，提高语音的清晰度和音质。
•音乐厅和剧院：消声技术可以减少音乐厅和剧院中的回声，保持音乐和人声的良好传输，提高听众的听觉体验。
3. 交通工具和载具•汽车隔音：安装消声材料可以降低汽车引擎、轮胎和行驶过程中的噪音，提高驾驶的舒适性。
•飞机隔音：消声技术可以减少飞机内部引擎和空气动力学噪音，为乘客提供安静的航行环境。
•火车隔音：安装消声材料可以降低火车行进时的轮轨噪音，改善乘客的旅行体验。
4. 工业和制造业•工厂和车间：在工厂和车间中使用消声设备和隔音隔热材料可以减少机器和设备产生的噪音，改善工人的工作环境。
•发电厂和工程项目：消声技术可以减少发电厂和工程项目中的机械、风力和水力设备的噪音，减少对附近居民的干扰和污染。
•制造业：在制造业中使用消声技术可以降低机器的噪音，提高工人的工作效率和舒适性。
5. 电子设备•计算机和服务器：消声技术可以减少计算机和服务器产生的风扇噪音，提高办公环境的安静程度。
•家用电器：在家用电器中使用消声材料可以降低洗衣机、吸尘器、冰箱等电器的噪音，提高居家环境的舒适性。
•通信设备：消声技术可用于减少通信设备的电磁干扰和噪音，提高通信质量。
6. 医疗和科研领域•医院和诊所：消声技术可以减少医院和诊所内的机器噪音和走廊上的人声噪音，提供安静的治疗环境。
•实验室：在实验室中使用消声设备可以减少实验仪器和设备产生的噪音，保证实验结果的准确性。
•科学研究：消声技术可以在声学研究中用于减少实验室和野外环境中的杂音，提高实验的可靠性和数据的准确性。
发动机排气噪声有源消声技术研究
气噪声低频成 分 的治 理。清华 大学与 日本 交 通部合 作， 采用该方法对 卡车在加 速工 况下的发动机排气进
行 了有 源 消 声研 究 ， 发 动 机 转 速 １ ０ 在 ０～２４ ０／ ｎ ２ ０ ｒｍｉ 范 围加 速 时取 得 了 ３～１ ｄ 的 消声 效 果 。 Ａ Ｃ技 术 ０Ｂ Ｎ 较 无 源 消声 有 更 大 的灵 活 性 ， 着 电子 技 术 的不 断 提 随
电控 消声 目的 ， 已成 为 近 年来 发 动机 排 气 噪 声 治 理 领 域 备 受 关 注 的 一 个 热 点 。为 此 ， 要 研 究 了有 源 消 声 技 它 主 术 在发 动 机排 气 降 噪 方 面 的应 用 ， 对 其 进 行 了 模 拟 实验 。结 果表 明 ， 源 消声 技 术 具 有 明显 的降 噪效 果 。 并 有 关 键 词 ：有 源 消 声 ；发 动 机排 气 降噪 ；Ｌ ＭＳ算 法 ；数 字信 号处 理
１ 有 源消声控 制 系统硬 件设计
１ １ 系统 硬 件 整体 设 计 ．
利用 Ｔ ３０ Ｃ ４ ２ Ｄ Ｐ和 Ａ ８ Ｓ １单 片 机 组 ＭＳ２ Ｖ ５ ０ Ｓ Ｔ９ ５
成双处理器 系统实现对数据 的采集和运算 。Ｄ Ｐ完成 Ｓ 自适应 控制算 法 ， 片机 处理来 自 Ｅ Ｕ等非 声学 参 单 Ｃ 数， 判断出最佳的消声算法 、 参数及 工作模式等 ， 控 并 制其他芯片 ， 使系统处于最佳控制效果 。音频 编码 芯
参考信号 。如英 国 Ｅｓ ｓ ｘ大 学 的 Ｃ ａｌ ｅ ｈｐ ｎ等人 提 出根 ｉ
据发动机转 速 同步脉 冲信号 和误 差传感 器传 来 的发
动 机 排气 管 下 游 残余 噪 声 信 号 ， 过 数 字 滤 波 和 频 道 通
消声材料的研究与应用
消声材料的研究随着人类生活质量的逐步提高，噪音污染的问题随之显现出来，它已同空气污染、水污染一起成为社会三大公害之一。
噪声，作为破坏人们工作和生活环境质量的罪魁祸首，不仅能够严重危害人的听觉系统，使人疲倦、耳聋，而且还会加速建筑物、机械结构的老化，影响设备及仪表的精度和使用寿命；在某些军事领域，噪声更加被看作是作战双方共同的敌人，它不仅降低己方作战武器或装备的使用性能，还会将己方暴露在敌方的攻击范围之内，从而造成重大的军事损失或挫败。
鉴于此，控制噪声已成为人类的当务之急，对吸声降噪材料的研究已是世界各国科技工作者的重要研究方向之一。
降噪材料的分类及其降噪机理噪声的控制分为三种途径：在声源处降低噪声幅值；在声波传播途径中阻隔、吸收声能；在声音接收点采取保护措施，减少噪声影响。
在这三种途径中，都离不开声功能材料的利用。
声功能材料在传统意义上分为隔声材料和吸声材料两类。
吸声和隔声是两个不同的概念，其降噪的机理和方法存在差别。
1、隔声材料的降噪机理与发展趋势隔声材料是靠材料的密实性、坚实性，使声波在隔声结构上反射，要求透过的声能越小越好。
常用的传统隔声材料为均质单层材料，单层材料的隔声性能遵循质量定律，即隔声量随其面密度的增加而增加。
所以传统隔声材料所要求的是厚而重，这就造成要得到良好的隔声效果，结构就必然笨重的现象。
根据质量定律，频率降低一半，传递损失要降低6dB；而要提高隔声效果时，质量增加一倍，传递损失增加6dB嘲。
在这一定律支配下，若要显著地提高隔声能力，单靠增加隔层的质量，例如增加墙的厚度，显然不能行之有效，有时甚至是不可能的，如航空器上的隔声结构。
这时解决的途径主要是采用双层以至多层隔声结构。
隔声材料的发展趋势是采用复合材料，近几年发展起来的主要有Fc(硅酸钙板)复合板，褶皱芯层隔声结构和蜂窝夹层结构。
在建筑中已经广泛利用的FC(硅酸钙板)轻质复合墙板是由硅酸钙板作为面层，两面层间加入阻尼或吸声材料构成的。
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( 国防科技大学机电工程与自动 化学院 , 湖南 长沙 410073) 摘 要 : 近十几年来 , 有源消声技术成为噪声控制 领域一个多 学科交叉、渗 透、延伸的 研究热 点 , 它
以其 体积小、重量轻、低频消声效果好等优点获得普遍的 关注。本文简 述有源消声 的基本原 理 , 对有源 消 声理 论研究、实现技术、产品应用三个方面的国内外研究 现状、进展和 难点进行了 详细的阐 述和分 析 , 较 为完 整地展示了当前该研究领域的全貌 , 最后进一步分析了 有源消声走 向工程化 过程中存在 的一些主 要问 题 , 提出了有源消声技术的几个重点发展方向。 关键词 : 噪声控制 ; 有源消声 ; 降噪 ; 自适应控制 中图分类号 : TB535 文献标识码 : A
噪声作为环境污染的第三大公害, 一直困扰着人们。研究[ 1] 表明, 噪声在 55~ 60 dB 范围 , 会使 人感觉烦恼, 在 60~ 65 dB, 会使烦恼度大大增加 , 在 65 dB 以上 , 则人体健康有可能受到危害。对 于厂矿企业的工作人员, 应保证不超过 85 dB。噪声影响人们的身心健康、损伤听力及相关的系统、 降低工作效率 , 严重 的甚 至造 成安 全 事故。因此 , 人们 探 索出
国 第 23 卷 第 2 期
防
科
技
大
学
学
报 Vol 23 No 2 2001
JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITY OF DEFENSE TECHNOLOGY
文章编号 : 1001 2486 ( 2001) 02 0119 06
有源消声技术与应用述评
徐永成, 温熙森, 陈 循, 温激鸿
Abstract: During the recent decade, the active noise control technology has becoming a hotspot of the noise controlling field , which is the extend and intercross of several subjects Its ability of eliminating low frequency noise, light weight and compactness have been fully understood Firstly this paper simply introduce its theory Then the actuality and nodus of its theory research, implementation technique and product at home and abroad are elaborated in full Finally some problem of its practicability are analyzed further and sev eral major developing directions are presented Key words: noise control; active noise control; noise reduction; adaptive control
收稿日期 : 2000 09 11 作者简介 : 徐永成 ( 1972 ) , 男 , 讲师 , 博士。
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国 防科技大学学报
2001 年第 2 期
着电子技术的发展, ANC 的研究才又重新兴起。 有源消声的研究主要分为有源消声的理论研究、实现技术和产品应用三部分。下面本文将就这三 个方面的国内外研究现状和难点分别进行述评。
An Overview on Active Noise Control Technology and Application
XU Yong cheng, WEN Xi sen, CHEN Xun, WEN Ji hong
( College of Mechatronics Engineering and Automation, Natinal Univ Of Def ense Technology, Changsha 410073, China)
[ 1] [ 2] [ 3]
多 管 齐下
的 噪声 综 合治 理方
法 : 首先是从声源着手, 改进结构设计, 减少声源发出的噪声等级, 这是最为有效的方法 , 但 有时由于技术、成本等方面的限制 , 还不能从根本上杜绝噪声源; 其次是隔声、吸声等被动消除噪声 的方法 ( 也称为无源法, Passive Method) , 它对高频噪声的消声效果很好 , 但是对低频噪声效果不明 显, 而且消声装置体积庞大, 安装维护困难 ; 其三是有源消声技术 , 它对低频噪声效果很好 , 相对被 动消声方法而言 , 还具有系统小、重量轻、控制易等优点 , 随着现代控制技术的发展和控制芯片成本 的下降, 有源消声的实现也越来越容易 , 已成为噪声控制的一个研究热点。 有源消声[ 2] [ 3] 也称有源降噪、有源噪声控制、有源噪声抵消、有源声衰减 , 英文名称也有多种, 含义相差不大。目前学术界用得最多的还是有源消声 ( Active Noise Control, ANC) 这一说法。ANC 就 是根据两个声波相消性干涉或声辐射抑制的原理 , 通过抵消声源 ( 次级声源) 产生与被抵消声源 ( 初 级声源) 的声波大小相等、相位相反的声波辐射 , 相互抵消, 从而达到降低噪声的目的 [ 2] 。有源消声 的概念是由德国人 Paul Lueg 提出 , 1934 年申请专利 , 1936 年撰文阐明其基本原理 , 但是由于电子技 术等方面的限制 , 制造不出所需的电子控制系统 , 因此该技术长期得不到发展 , 直到 60 年代末, 随
2
有源消声实现技术
有源消声研究的最终落脚点在应用 , 因此 ANC 实现技术的研究是 ANC 研究领域的重点, 其中的 核心内容是有源消声控制器的自适应控制算法。目前 ANC 系统实现结构主要分为基于模拟电路的简 易 ANC 系统、基于微机的通用 ANC 系统、基于微处理器的 ANC 应用系统三种。这三种结构形式各有 特点。 2 1 有源消声自适应控制算法研究 自适应滤波技术使得消声系统能够连续不断地跟踪噪声源及环境参数的变化, 自动选取控制参 数, 从而保证最佳工作状态 , 由此构成自适应有源消声 ( Adaptive Act ive Noise Control, AANC) 系统, AANC 系统的关键 在于其控制算法 , 最为常用的 是 LMS 、FLMS 、RLS 、滤波 - U、多误 差 LMS 等算 法[ 2] [ 3] [ 23] [ 24] 。LMS 算法被广泛应用, 它的优点是简单易行 , 但也存在一些不足: 采用常数步长, 因 而收敛较慢, 当初级噪声为有色噪声时 , 算法的收敛性较差; 由于收敛较慢, 宽带消声效果差, 难以 跟踪时变噪声。为此提出了很多改进型[ 3] [ 14] 。另外, 文献 [ 15] 运用 PID 算法进行控制, 在消声室中 取得了单频噪声 30 dB 左右、1/ 3 倍频程噪声 20 dB 左右的消声效果; 候宏等 将神经网络 BP 算法应 用于有源消声, 并给出该算法的递推公式, 取得了较好的消声效果 , 稳定性也大为增强。 2 2 基于模拟电路的有源消声控制器 早期的有源消声控制器是由模拟电路来完成信号处理任务 , 它通过求取声学通道传递函数, 建立 数学模型 , 然后依据经典控制理论, 采用低阶模拟电路进行控制 [ 17] 。模拟电路有源消声控制器的优 点是成本低、体积较小, 但是模拟电路系统的不足很明显: 消声效果和性能受限制, 系统运行不稳 定, 易受多种环境因素干扰而产生自激啸叫 , 控制算法和参数较为固定, 不易灵活更改 , 控制性能受 电路阶数限制, 提高阶数会导致系统体积增大; 另外系统缺乏跟踪能力, 自适应系统由于稳定性问题 阻碍了它的进一步实用。 2 3 基于微机的有源消声控制器 通用微机有源消声是一种既经济又有效的途径。微机控制技术的优点在于可以方便、灵活地实现 初步的自适应功能, 对参数不断地进行动态调整 , 维持系统的最佳消声状态, 适用于有源消声的实验 研究和实际应用中对便携性要求不高的场合。文献 [ 18] 、[ 19] 在空间有源消声中取得了较好的效果, 运用 LMS 算法、模糊控制算法、神经网络算法进行消声控制, 取得的单频噪声消声量最高达 40 dB, 窄带噪声最高消声量可达 25 dB; 文献[ 15] 运用 PID 算法进行控制 , 分别采用单次级声源和双次级声 源系统在消声室中进行实验, 取得了单频噪声 30 dB 左右、1/ 3 倍频程噪声 20 dB 左右的消声效果。 2 4 基于微处理器的有源消声控制器 通用微机控制实现有源消声虽然有诸多优点 , 例如通用性好、便于灵活升级等等, 但是要想方便 实现有源消声多种多样的实际应用 , 基于微机的有源消声系统未免过于庞大 , 诸如 TMS 、DSP 等微处 理芯片计算速度、存储容量、接口控制等方面的功能越来越强 , 为有源消声系统在体积更小的微处理
随着噪声频率的降低 , 抗性消声器的体积变得庞大, 造价随之增加。管道中安装了上述两种消声器 后, 会产生一定的阻力, 引起压力损失 , 影响出力和供风 , 给风机增加额外的负载 , 反而使风机的噪 声升高。有源消声在低频段性能优越, 以很小的体积就可以获得很好的消声效果, 而且不会造成气流 的压力损失。这是 ANC 率先在管道中得到应用的一个重要原因 , 另外一个原因就是在管道中 , 一般 均假设初级噪声频率小于管道截止频率 , 则初级声场就是平面波声场 , 因而声场分析就大大简化了。 文献 [ 3] 从理论上研究了管道有源消声的原理, 得出结论: 当初级声源和次级声源由无限远处逐步 靠近时, 能量机制逐渐以空间转移的形式向多极子场过渡 , 对于单次级声源管道有源消声, 当次级声 源为单指向性声源时 , 消声机制主要表现为对次级声源能量的吸收。文献 [ 7] 、[ 8] 对管道有源消声 的理论分析模型作了详细的探讨, 建立了气流管道有源消声器声学性能分析的理论模型 , 该理论模型 对气流管道的有源消声器的设计具有指导作用。 1 3 空间有源消声理论研究 目前 , 对于管道有源消声认识较为深入 , 但在三维空间, 特别是封闭空间 , 由于空间声场环境的 复杂性和控制难度的增大 , 有源消声尚存在一些困难。因此很多学者对各种空间有源消声的声场环境 进行理论分析, 假设传声器、噪声源、次级声源的声学特性 , 以声学分析的方法对空间 ANC 的实现 进行理论指导。 目前国内外该领域的研究非常活跃。Nelson [ 9] 等从声压和辐射功率的角度讨论了单极子和偶极子 在平面波声场中的吸收情况, 但对于高阶一维多极子源和高阶高维多极子源没有进行分析; 文献 [ 10] 根据声学波动理论, 提出了封闭空间内对单极子声源的局部有源消声方法 , 认为次级声源与误差传声