军用运输机机舱有源消声实验系统的设计与实现

为验证有源消声技术在军用运输机机舱低频噪声消除方面的有效性,设计和实现了一套机舱有源消声实验系统。采用“激振器+舱壁板”方式实现了飞机螺旋桨对机舱诱导噪声的声源模拟,设计了基于前馈控制结构的自适应有源噪声控制系统,构建了基于FX-LMS算法的自适应消声控制器,采用监测麦克风组对舱内空间的消声效果进行监测。实验结果验证了自适应有源噪声控制技术在军用飞机舱室消声降噪领域的有效性,并表明初、次级声源间距对自适应有源消声系统的消声效果具有重要的影响。     

关于单极子次级声源管道有源降噪能量机制的理论分析

本文通过对单极子次级声源管道有源降噪中声场能量的再分布与初、次级声源的工作情况的定量分析与讨论,说明了有源降噪的三种能量机制中的多极子能量存贮机制,总是同能量转移或吸收机制中的一种同时存在的,哪一种机制起主导作用取决于初、次级声源之间的距离.     

有源抗噪声护耳器H2/H∞优化方法研究

采用固定系数滤波器和自适应滤波器相结合来实现一种有源抗噪声护耳器系统。固定系数滤波器除了降低宽带噪声,其最主要的作用在于减小次级通道的不确定性。固定系数滤波器和次级通道滤波器都采用H_2/H_∞优化方法设计得到。仿真和实验结果表明:固定系数滤波器提高了自适应算法的稳定性,护耳器系统在宽带和周期性噪声环境中都取得了比较好的降噪效果。     

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。     

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。     

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。     

基于平面声源实施结构声辐射有源控制的理论研究

研究了利用分布式平面声源对结构声辐射进行有源控制的问题。首先建立了系统的数学模型,然后推导了有源控制条件下次级声源的强度和声功率降低的计算公式。在实际应用中,次级声源参数(面积大小、安放位置、个数等)对控制效果有重要影响,本文基于有源控制的物理机理和数值仿真研究这些问题。结果表明:一般情况下,次级声源板的振动模态分布与初级结构振动模态分布不相同,因此,在低频范围内,需要至少4个分布式次级声源,方能有效地控制初级结构声辐射。     

壁面分布次级声源对管道中高阶模式声波的有源控制

针对管道中高阶模式声波的有源控制问题,探究了管道壁面布放次级声源的控制机制。首先根据管道声场模式理论和有源控制准则,推导了无限长管道内次级声源激励声场实现控制的必要条件,然后论证了次级声源沿管道壁面分布的可控性,并提出将空间分布离散化后的控制策略;最后通过数值仿真验证了沿壁面分布的有效性。结果表明,当次级声源在管道壁面的周向分布满足空间采样定律且沿轴向分布具有足够长度时,可以取得显著的有源控制效果.      

管道有源噪声控制中壁面分布次级声源的空间分布优化

为了改进管道中高阶模式声波的有源控制效果,研究了壁面分布次级声源的空间分布优化问题。首先提出管道中次级声源独立控制高阶模式声波的理论模型,然后推导次级声源在管道中各方向上空间分布对控制高阶模式声波的贡献,得到了次级声源空间分布的优化准则。通过将空间分布离散化,采用最小化管道中声能流的控制策略得到次级声源的最优驱动强度,最后通过数值仿真对比最优驱动强度时各种次级声源空间分布对控制性能的影响,验证了通过优化次级声源空间分布能显著提高控制效果。仿真结果表明,当次级声源分布于管道所有壁面且沿管道轴向分布范围较大时,高阶模式的控制效率最高。     

几种管道有源降噪器控制系统频率响应函数的确定

管道有源降噪器的控制系统根据传声器检测到的噪声信号,经过加工处理,产生激励次级声源的信号,使其产生的声波在下游与原来的噪声相抵消。控制系统应具备的频率响应函数取决于次级声源及检测传声器的配置,及其本身的频率响应。本文推导了在常用的几种不同次级声源和检测传声器配置下,所需的控制系统的频率响应函数;并介绍了一种测量传声器及扬声器在管道中的频率响应的方法。它们为控制系统的设计提供了依据。     

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.     

封闭空间自适应有源噪声控制误差传声器的最优布放

对于封闭空间有源噪声控制,本文研究了在次级声源布放确定的情况下,如何选择误差传声器的数目及位置以取得最大降噪量的问题.理论分析及仿真结果表明:误差传声器布放准则与次级声源布放准则类似.同时,本文提出误差信号内插法,以减少误差传声器数目,提高降噪量.     

有源头靠系统中次级声源和控制电路的参数优化研究

在有源头靠系统中,针对次级声源和控制电路两部分对模拟反馈有源控制系统(ANC)参数进行优化。为了达到更好的噪声抑制效果,次级声源的有效辐射频带应和待控制噪声的主要频谱相近,在使用电动扬声器作为次级声源时,其谐振频率应在要控制噪声频谱的下端。在优化控制电路参数时,根据经典控制理论提出合适的目标函数,通过差分演化算法进行优化。在有源头靠系统中,可通过适当调整两通道间距离,或将两通道间耦合纳入参数优化算法中,以保证系统稳定性和抑制"水床效应"的影响。模拟和实验表明两种方法各有利弊。在实际应用中需根据不同需要采用不同的优化方法。     

机车驾驶室中自适应有源降噪系统的研究

根据机车驾驶室中噪声特征的分析结果，提出了采用FIR滤波器的自适应有源降噪(ANNC)系统。为消除机车驾驶室中严重的背景噪声干扰影响，应用伪随机相关法对驾驶室中的噪声脉冲响应进行测量。通过数字仿真研究，对基于IMS算法的ANNC系统的关键参数进行了寻优。最后，在实际声场中建立了实时双通道ANNC系统并进行了相关的实验验证。仿真与实验的结果证明了本文提出的AANC系统的可行性和有效性。     

存在声反馈的前馈有源噪声控制系统性能分析

在一些应用场合,前馈有源噪声控制系统中次级源产生的声信号会反馈至参考传声器,影响参考信号质量和系统稳定,导致控制性能下降。引入了等效次级路径的概念,并通过等效次级路径与实际路径的相位偏差分析存在声反馈时的收敛性能。若某些频率的相位偏差大于90°,则这些频率附近将较难收敛,降噪性能下降,甚至导致系统不稳定。通过仿真和实验对单指向传声器声学方法、自适应滤波u型最小均方差(FuLMS)算法、反馈中和算法和在线建模算法共4种解决声反馈问题的方法的性能进行了比较。结果表明,4种方法都能提高存在声反馈时的前馈有源噪声控制系统的性能,有效解决声反馈引起的问题,但各有优缺点。单指向传声器方法最为方便,但低频指向性较差。FuLMS算法运算量较低,但不能保证收敛。反馈中和算法性能最好,但当系统时变时鲁棒性较差。在线建模算法不需要额外滤波器,但由于参数调节复杂,降噪性能稍差。      

降噪阵列参数对次声降噪系统性能的影响分析

次声降噪系统对提高次声监测能力具有重要作用,为分析次声降噪系统阵列结构参数变化对其降噪性能的影响规律,构建玫瑰型(rosette)管道滤波器降噪系统声电等效模型,进而利用风噪声模型和仿真数据对该模型的单进气口传递函数和系统降噪性能进行了定量分析,总结了不同阵列结构参数对该系统降噪性能的影响规律,最后对国际监测系统(International Monitoring System,IMS)玫瑰型管道滤波器的降噪性能进行了评估。仿真实验及分析结果表明:(1)进气口数量约取96,阵列尺寸约18 m,一、二级管内径取10~20 mm,一、二级合成腔体积不得超过1 L,系统能获得较好的降噪性能;(2)IMS玫瑰型管道滤波器符合最佳阵列参数设置要求;(3)满足最佳阵列参数设置的玫瑰型管道滤波器可大幅度地提高信噪比。该分析结果可为已有次声降噪系统提供性能评估,可对新的次声降噪系统设计提供参考。      

降噪阵列参数对次声降噪系统性能的影响分析

次声降噪系统对提高次声监测能力具有重要作用,为分析次声降噪系统阵列结构参数变化对其降噪性能的影响规律,构建玫瑰型(rosette)管道滤波器降噪系统声电等效模型,进而利用风噪声模型和仿真数据对该模型的单进气口传递函数和系统降噪性能进行了定量分析,总结了不同阵列结构参数对该系统降噪性能的影响规律,最后对国际监测系统(International Monitoring System,IMS)玫瑰型管道滤波器的降噪性能进行了评估。仿真实验及分析结果表明:(1)进气口数量约取96,阵列尺寸约18 m,一、二级管内径取10~20 mm,一、二级合成腔体积不得超过1 L,系统能获得较好的降噪性能;(2)IMS玫瑰型管道滤波器符合最佳阵列参数设置要求;(3)满足最佳阵列参数设置的玫瑰型管道滤波器可大幅度地提高信噪比。该分析结果可为已有次声降噪系统提供性能评估,可对新的次声降噪系统设计提供参考。     

自适应宽带有源消声

实际中存在的噪声，一般都是窄带或有色宽带噪声（简称宽带噪声），而宽带噪声更为普遍．为使宽带自适应有源消声（ＡＡＮＣ）得到实际应用，必须保证宽带ＡＡＮＣ系统具有良好的稳定性和较高的降噪量．为此，本文对ＡＡＮＣ系统稳态性能作了理论分析和数值计算，得到了系统降噪量对噪声带宽、空间声传播通道、自适应滤波器参数等的依赖关系；以自由声场远场ＡＡＮＣ为例，从声学角度对ＡＡＮＣ系统作了物理解释，从而为改进宽带ＡＡＮＣ系统性能提供理论依据．     

次级源近场和管壁弹性对充液管路有源消声性能的影响EI北大核心CSCD

建立了含次级源结构的充液直管有源消声系统数值模型,重点分析了声激励下次级源近场和管壁弹性对有源消声性能的影响。结果表明:次级源近场为非均匀声场,误差点位于该区域时部分频点控制效果较差甚至放大,而处于声场均匀区域时可使降噪量提高10 dB以上,增加误差点数量可使绝大多数频点的降噪量提高5 dB以上;管壁弹性使次级源与管壁间的耦合较强,非对称分布的次级源容易激起管壁振动,导致降噪谷值的出现,采用对称分布的次级源可显著提升控制效果;增加次级源数量能够提高系统的有源无源复合控制效果,但使得管内声场变得复杂,多次级源模型的有源消声效果随频率升高而有所降低。     

应用于有源声辐射控制的一种组合次级声源

在分析多通道单极子次级源控制系统的基础上,提出一种幅度调节型组合次级声源,这种组合源由两个单极子声源构成,单极子声源的间距远小于声波的波长。文中就组合次级源在自由场中对不同初级声源辐射噪声的控制进行理论分析和实验验证,并与同等条件下的单极子次级源控制系统的降噪性能进行了比较分析。数值计算和实验结果均表明,对于不同的初级声场,在次级通道数相同的情况下,组合次级源控制系统可以得到比单极子次级源控制系统高的降噪量。