次级声源优化布放的局部空间有源降噪

针对区域有源降噪问题,为获得更优降噪效果,根据实际次级通路传递函数,提出次级声源优化布放的有源控制系统并详细比较了两种次级声源优化布放算法与次级声源均匀布放的实际降噪效果。应用的第一种次级声源优化算法是l2范数约束的约束匹配追踪算法,第二种次级声源优化算法是l1范数约束的稀疏正则化方法。在全消声室中利用扬声器线阵进行多通道有源降噪实验研究,实验结果表明,在200~1000 Hz,次级声源优化布放的控制系统的平均降噪量比次级声源均匀布放的控制系统的平均降噪量多5 dB左右;在1100~1900 Hz,次级声源优化布放的控制系统的平均降噪量比次级声源均匀布放的控制系统的平均降噪量多11~13 dB左右,次级声源优化布放的控制系统的降噪量分布更加均匀且次级声源输出能量更小。此外,两种优化算法中,稀疏正则化方法的降噪效果更佳。     

局部空间自适应宽带有源消声

本文提出一个局部空间自适应宽带有源消声系统,该系统能实现有源消声所要求的任意带宽噪声在局部空间衰减,能自动补偿背景噪声及消声装置中不可控参数及噪声源变化对消声效果的影响.自适应滤波由TMS 32010数字信号处理器采用NLMS算法多路并行处理完成.实验结果表明:对普通房间中的单次级源布置方式,在主次级源前方1m,±30°扇面区域内,该系统对20—600Hz内的宽带噪声抵消,取得的最大降噪量在25dB(A)以上.     

有源声学结构降噪的物理机制分析

有源声学结构是近年来提出的降低结构低频声辐射的有效方案,对其降噪中的物理机制进行分析将为系统优化设计、次级源和误差传感器布放及控制目标选取等关键问题提供直接指导。文中在最小辐射声功率条件下,从控制前后初、次级结构的辐射声功率变化以及声场中声强的分布来阐述降噪中的物理机制,研究结果表明:降噪中的能量转换分为能量抑制、能量吸收及能量反吸收三种机制;对于近场声强分布,有源控制效果主要通过声强幅度抑制和声强方向调整两种机制体现,部分区域的声能量在控制前向远场传递,控制后则流向声源。     

弹性结构封闭空间有源消声

本文研究了外力激励弹性结构条件下封闭空间有源消声问题。首先根据声弹性理论，提出分步代入法求解初、次级声场，然后以矩形空间为例，研究了不同介质条件下有源消声规律。结果表明：对于弹性结构封闭空间有源消声，当结构一声腔耦合较弱时，次级声源基本上只能抵消声腔模态；当结构一声腔耦合较强时，次级声源不仅能抵消声腔模态，而且对抵消与声腔模态耦合良好的结构模态辐射声也有作用。最后，以有限长圆柱封闭空间为模型，完成了结构受点力激励，腔内为空气介质和水介质条件下的单次级声源有源消声实验。验证了理论结果。     

充液管路系统流体声与结构声的复合有源控制

采用基于谐频自适应控制算法的有源消声与消振系统对充液管路系统突出的低频线谱噪声进行有源控制实验研究.建立了泵水循环管路实验系统,在管路中安装有源消声器对流体声进行控制,在管路出口障板上采用8×8通道有源消振系统控制结构声辐射。开展的低频线谱噪声与振动有源控制实验结果表明,在50~200 Hz频带内,通过结合有源噪声与振动控制可在多数频点取得10 dB以上的降噪效果。针对该实验系统,通过分别控制流体声和结构声分析了两者的贡献.实验结果验证了有源消声与消振系统具有较好的降噪性能,各频点处流体声与结构声占比情况不同,需要综合控制流体声与结构声才可以取得显著的降噪效果。      

多声源的自由场有源声吸收

本文利用声源辐射阻抗讨论了三维空间有源声吸收问题．推导出适用于任意初级声场条件下的多次级源最优复强度的一般表达式，并通过分析声源辐射阻抗的变化规律阐明了声吸收的机理．在此基础上，以两个点源在平面波声场中的声吸收为例，详细讨论了次级源吸收功率与两源位置的变化关系，并给出消声区域分布规律．最后在半消声室中获得了良好的实验效果，验证了所得结论．     

参量阵扬声器在管道噪声控制中的研究*

为了解决管道有源噪声控制中声反馈造成的系统复杂度和计算量的增加,文中引入参量阵扬声器作为次级声源,利用其强指向性减小控制系统的声反馈。为了验证该方法可行性,本文分别在直管和L管中,对600 Hz单频噪声和频率范围为500 Hz~1000 Hz的窄带噪声进行了管道有源噪声控制,同时测量了参量阵扬声器的管内声场和降噪范围。结果表明,参量阵扬声器声反馈小,在没有声反馈补偿的条件下对单频噪声的降噪效果基本达到了声反馈补偿条件下普通扬声器的降噪效果,对窄带噪声的降噪效果稍差。此外,通过测量管道声场和降噪量,确定了参量阵扬声器的降噪区域为误差传感器下游整个管道,降噪面积为管道整个截面。这说明参量阵扬声器作为次级声源降低了系统的复杂度和算法的计算量,并取得了较好的降噪效果。     

虚拟声屏障在变压器低频降噪中的实验研究

针对开口房间内的变压器,在开口处布放若干扬声器和误差传声器构成虚拟声屏障,实验研究了虚拟声屏障对通过开口向外辐射的低频线谱噪声的控制效果。将15个次级源近似均匀分布在面积为2 m′ 2.7 m的开口面上,左右间距约58.5 cm、上下间距45-65 cm,15个误差传声器分别位于对应的次级源正前方1 m,系统采用自适应谐波降噪算法。结果表明：虚拟声屏障系统在误差点100 Hz、200 Hz和300 Hz的平均降噪量分别达到12.7 dB、19.9 dB和22.2 dB,虚拟声屏障对100 Hz、200 Hz、300 Hz线谱噪声的控制效果与单层封闭窗户相当,且内部合成参考信号,无需外接参考传声器。采用虚拟声屏障对开口房间内的变压器降噪的好处是实现室内外的自然通风,便于变压器的散热。     

有源声屏障中误差传感器的位置优化

有源声屏障利用有源控制系统提高声屏障低频段的降噪效果。有源控制系统中误差传感器的位置对整个系统的降噪效果有较大的影响。通过数值模拟和实验研究误差传感器的位置优化问题,得出了有源控制系统中误差传感器摆放位置的两条结论:(1)所介绍的三种摆放中,误差传感器的位置在次级声源的正上方时,有源控制系统在屏障后方声影区引入的新增插入损失最好,特别是对于距离屏障较远的区域;(2)当误差传感器的位置在次级声源的正上方时,误差传感器与次级声源间的距离存在一个最优距离使得屏障后方声影区的衍射声得到最好的降低。     

用于开口声辐射控制的虚拟声屏障实现 方法及机理研究*

建筑物通常留有开口以便人员物料的进出及室内的自然通风采光,但这些开口也是噪声传播的途径。传统被动噪声控制方法需要将开口封闭,且对低频噪声的控制效果不好,故引入有源噪声控制技术降低室内声源通过开口的声辐射。基于惠更斯原理,均布开口的次级源和误差传声器构成的平面型虚拟声屏障可以实现对开口声辐射的有效控制,数值仿真和实验已证明其有效性。将次级源安装在开口边界更有利于保留开口的功能且方便实际安装,但这样的单层边界虚拟声屏障降噪效果存在上限,仅能在低频段实现全局控制。和单层边界次级源相比,双层边界次级源可显著提高降噪量和有效降噪频率上限。该文回顾了开口声辐射有源控制的相关工作,并讨论了未来可能的研究方向。     

基于平面声源进行结构声辐射有源控制的实验研究

采用分布式平面声源作为次级声源,对振动钢板的声辐射进行了抵消实验,验证了以往研究中的一系列关键理论。实验研究结果表明:一个平面声源可以控制钢板奇-奇模态的声辐射,两个平面源可以控制结构偶-奇或奇-偶模态的声辐射,同时也可以控制结构奇-奇模态的声辐射;平面声源的面积和布放位置对降噪效果有重要影响,采用单个平面声源控制时,平面声源面积越大,控制效果越好;基于近场声压的误差传感策略是有效可行的,实际中,将近场测量面的声功率作为有源控制的目标函数与总声功率作为目标函数是一致的;控制后远场声压和声强都得到有效降低,部分区域的声能向声源流动,近场声压及声强分布也发生显著变化。     

An experimental study of swinbanks' method of active attenuation of sound in ducts

The concept of attenuating sound propagating down a duct by means of an antiphase copy of the sound was first put forward forty years ago, but to date no practical system has been produced. The principal problem is to introduce the antiphase signal in such a way that it propagates only in the direction of propagation of the original sound and to ensure that this property can be maintained over a useful frequency range.A suitable arrangement of secondary sound sources has recently been proposed by Swinbanks and this paper describes experiments carried out in an attempt to realise a practical system.A unidirectional array of secondary sources has been successfully constructed around a rectangular duct, using loudspeaker drive units and electronic delays. Sound propagating in the direction of these sources was sampled and a control signal applied to the sources which in turn acted to significantly reduce the amplitude of the sound. Pure tones at frequencies around 150 Hz have been attenuated by more than 50 dB but results with band-limited noise have been less successful. Further work is suggested which should result in a device having significant advantages over conventional splitter silencers, at low frequencies.     

轻卡进气管的结构优化及其声学性能

为有效降低轻卡进气管的噪声，首先通过原始进气管的噪声实验，测试得出噪声的主要贡献频率，结合管道的布置情况，进行了消声器(谐振腔)的设计，进而完成对进气管的优化设计；通过专业声学分析软件LMS Virtual.lab对优化前后的进气管进行声学性能的模拟研究，得出了谐振腔对声场的具体影响；通过噪声实验，分析出加装谐振腔的进气管相比于原始进气管的降噪效果。研究结果表明：在所研究的进气管噪声的主要贡献频率下(即125 Hz、180 Hz、465 Hz、640 Hz)，加装谐振腔后，传递损失均能得到有效增加；在怠速工况和加速工况下，优化后的进气管噪声值均能满足限定值。因此，通过添加谐振腔来优化进气管可以达到了较好的降噪效果。该研究可为汽车进气管降噪元件的优化设计提供一定的指导。     

Secondary actuation and error sensing for active acoustic structure

A typical approach to active control of sound radiation or transmission from vibrating structures involves active structural acoustic control (ASAC) and active noise control (ANC), which introduce respectively force input and compacted sound source to apply on or be close to the vibrating structure. However, for the ASAC approach, arrangement for secondary force and error sensor is heavily dependent upon the properties of the primary structure and acoustical space; for the ANC approach, a large number of compacted secondary sources are required. Hence, in this paper, based on distributed secondary sound source and near-field error sensor, active acoustic structure is proposed to construct adaptive or smart structure as a versatile module or element for controlling sound radiation or transmission at low frequencies. First, a theoretical model based on a minimization of the total sound radiation from the primary and secondary panel is established, after which, taking into consideration the relationship between the vibration modes pattern and sound radiation characteristics for secondary panels, optimal arrangement for the secondary panels is examined in detail. Finally, a near-field pressure-based error sensing approach is presented, based on two kinds of object function, and active control of sound radiation is performed.     

A compound secondary source for active noise radiation control

Based on the analysis of active noise control system with multi-channel monopole secondary sources, a kind of compound secondary source is proposed in this paper. The proposed compound secondary source consists of two closely located monopole sources with their distance much smaller than a wavelength. The characteristics of the compound source are analyzed, and the performances of the active noise control system with the compound secondary sources on the monopole primary sound field and sound radiated by a plate are investigated both numerically and experimentally. It has been found that the proposed compound secondary sources control system can provide higher noise reduction for free field noise radiation control with the same number of control channels. It is shown that the better performance in noise reduction of the compound secondary sources control system is mainly due to the directivity of the secondary sources where the energy radiation pattern of the compound sources is similar to that of the primary sources.     

封闭空间声场重构的多层等效源法

对于封闭空间内的多途反射声,传统的等效声源法将其等效为距离边界一定距离的单层等效声源体进行声场重构,然而等效源与边界的距离选取依据不确定。因此,为获得等效声源配置的最优距离,在等效声源法(ESM)的基础上构建多层等效声源,提出一种适用于封闭环境声场重构的多层等效声源法(MESM),并依据等效声源的空间分布的稀疏性来获得等效声源强度信息。首先给出多层等效源法的理论依据,其次通过数值计算以及实验测试两种方式对比验证了所提方法。数值结果表明:MESM相比于ESM可在600 Hz以上频段获得低5~10 dB左右的重构误差,但是200 Hz以下的低频重构误差会增加5 dB左右。实验结果表明:MESM可比ESM获得更低的重构误差。文章最后基于数值计算研究了所提方法的主要影响因素。研究表明:虽然MESM会比ESM耗费2倍的计算时间,但在整体频率范围内,MESM可在ESM基础上提升600 Hz以上的重构性能。另外,等效声源的层数和层内数目的改变不会影响声场重构性能,而当传声器数目较多、阵列位置随机、空间边界的吸声系数不是很大时,MESM可获得比ESM更低重构误差,特别是600 Hz以上的中频段区间。      

基于脉冲声分离的刚性球散射声控制

提出了一种基于脉冲声的三维空间中刚性球散射声分离方法,并利用前馈、固定系数控制方式对分离出的散射声进行有源控制,抑制散射声强度,实现了刚性球散射体在观测点处“声学不可见”。该方法利用脉冲信号作为初级噪声,通过有无刚性球时传声器采集脉冲信号的差值确定散射声大小,实现散射声与声源直达声的分离。对分离出的散射声进行多通道有源控制以验证该文所提分离方法及控制系统的有效性。实验结果表明,700~1000 Hz范围内,有源控制开启后,双通道散射声的平均降噪量大于5 dB,多通道散射声的平均降噪量大于8 dB,且误差传声器处采集的残余声场与无刚性球时采集的初级声场信号波形基本一致,实现了刚性球散射体在误差传声器处“声学不可见”。此外,参考传声器布放位置的选取问题也在该文做了详细讨论。     

复杂声学环境中人耳附近空间有源降噪研究综述

复杂声学环境中人耳附近空间降噪是有源噪声控制研究的重要课题,目前采用的主要方法为有源降噪头靠(AHR)和虚拟声屏障(VSB).本文简述AHR与VSB的发展历史和研究现状,介绍其物理原理和设计方法,评述其在实际应用中的优缺点,讨论了目前存在的问题与未来相关的研究方向.已有理论、数值仿真和实验研究验证了相关技术在人耳附近空间产生静区的可行性. AHR系统需要较少控制源,系统相对简单易实现,但静区范围较小,结合虚拟传声器技术和人头跟踪技术后可实现随人头移动的静区,降噪频率可达中高频; VSB产生的静区范围较大,但控制源个数较多,系统复杂和成本高,可通过代价函数和控制源优化,以及主被动混合控制技术来提高有效降噪频率范围和减少控制源个数.     

Binaural active noise control using parametric array loudspeakers

This paper reports the binaural active noise control (ANC) system developed to deal with factory noise. The control points are located in the vicinity of the left and right ears of a worker sitting along the production line. Due to the complicated safety requirements in the factory, secondary sources and error microphones are not allowed to be placed near the worker. Therefore, the proposed ANC system employs the feedforward structure and adopts the parametric array loudspeakers (PALs) as the secondary sources. The PAL is a type of directional loudspeaker that generates a much narrower sound field as compared to the conventional loudspeaker. Once the proposed ANC system has been trained offline, the error microphones can be removed. The performance of the binaural ANC system is successfully demonstrated based on a digital signal processor (DSP) implementation.