基于近场声压传感的结构声辐射有源控制

为了解决有源声学结构中误差信息的传感问题,提出利用近场声压估算结构声辐功率的方法。首先推导了基于近场声压的声辐射功率计算公式,然后针对单频和宽带辐射噪声,提出了不同的有源控制目标函数,推粤了相应的计算有源控制效果的公式,并借助计算机仿真研究了影响有源控制效果的各种因素。最后探讨了实际条件下实现有源控制误差信息传感的各种方法。结果表明:有限阶声压辐射模态和近场均方声压都可以作为自适应声学结构的目标函数。     

用于三层有源隔声结构误差传感的压电传感薄膜阵列及其优化设计

基于平面声源的三层有源隔声结构系统易于实现且具有良好的低频隔声性能,实现该系统需解决的关键问题是误差信号的检测.本文将压电传感薄膜聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)阵列检测简支梁辐射模态的理论拓展到二维结构, 并应用到三层隔声结构实现误差传感的优化设计.根据三层结构中特殊的能量传输规律, 对误差传感方案中目标函数的选取、PVDF数目确定以及传感系统优化等问题进行深入分析.研究表明, 由于辐射板能量主要集中在有限个振动模态上, 只需将少数经固定系数加权的PVDF薄膜输出电流求和即可获得前三阶辐射模态幅值.辐射模态幅值的检测值与理论值符合良好, 保证传感精度的同时有效简化了系统. 关键词： 三层有源隔声结构 误差传感策略 压电传感薄膜阵列 辐射模态     

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。     

基于分布式体积速度传感的结构声辐射有源控制实验研究

以简支矩形薄板为研究对象,首先在波数域内对结构振动体积速度与辐射声功率的关系进行分析,推导出反映结构模态对体积速度贡献规律的数学表达式。在此基础上,结合PVDF (Polyvinylidene Fluoride)压电薄膜的电荷输出方程,利用三角函数的正交性,给出一种方法来设计体积速度传感器,并针对具体模型进行了结构体积速度测量实验。结果表明,所设计的分布式体积速度传感器具有较好的传感精度。在此基础上,利用所设计的传感器进行了结构声辐射有源控制实验研究,分别针对单频和带宽信号激励情况下的有源控制实验取得了满意的控制效果,从而验证了本文PVDF体积速度传感器设计方法的正确性以及通过PVDF膜传感结构声辐射并作为误差传感器进行有源控制的有效性。      

基于声辐射模态的有源结构声传入及其辐射控制

从辐射模态的概念和角度研究利用结构误差传感方法对弹性封闭空间结构声辐射进行传感和有源控制。首先分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系。通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射传感和有源控制模型,并提出了通过传感器阵列测量结构表面有限点的振速分布和设计特定的辐射模态空间滤波器来获得控制所需的误差信号。在此基础上对封闭空间结构声辐射有源控制和误差传感策略进行了深入的理论和数值仿真分析,重点讨论了传感器的数量和布放对辐射模态传感及其有源控制效果的影响。结果表明:辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;利用结构传感技术传感封闭空间的辐射模态时测点不足或空间采样不足将可能产生较严重的模态泄漏问题,使得不希望的结构模态泄露进所测的辐射模态当中来。在低频范围内,一般只需传感并最小化前三阶有效辐射模态声势能,在更低频和空间声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样。      

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。     

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。     

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。     

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。     

双层板腔结构声传输及其有源控制研究

利用子系统模态综合方法,结合阻抗-导纳矩阵法,建立了双层板腔结构向自由空间声传输及其在入射板PZT控制、辐射板PZT控制,和腔中次级声源作动等多种控制策略下,系统物理模型的统一的分析模型,导出了系统模态响应及最优次级源强度的统一的阻抗-导纳矩阵表达式。该模型表达式各部分物理意义清晰、明确,便于进行系统耦合理论、有源控制及其机理的分析和数值研究。然后,在此基础上对双层板腔结构声传输有源控制进行了全面深入的数值计算和分析研究,重点探讨了控制方法策略及系统参数对有源控制效果的影响及其对应的控制机理。结果表明:入射板PZT作动辐射声功率最小控制策略是通过入射板、声腔和辐射板三个子系统的模态抑制或重组达到消声的目的,涉及多种复杂控制机理,对入射板、辐射板和声腔模态均有效,但对入射板模态更有效;在低频段声腔(0,0,0)模态在系统耦合响应中起主导作用,因此利用腔中次级声源作动能获得较理想的控制效果,是一种较好的控制策略;由于声腔模态与结构模态间复杂的耦合关系,使得某些频率处腔中声势能一定程度上的降低并不一定导致系统声传输损失的增加,因此,腔中声势能最小控制策略不一定能够获得理想的声传输控制效果。