CN100495533C - 声强有源声屏障 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声强有源声屏障，它包括无源声屏障、误差麦克流阵列、次级扬声器阵列和控制器，为了保证降噪效果，误差麦克流阵列应当位于观测点一侧且靠近无源声屏障的顶部排列，其中误差麦克流与无源声屏障之间的距离是通过定义次级扬声器阵列和声屏障的坐标来计算得到。本发明的声强有源声屏障在噪声的低频段具有比传统有源声屏障更好的降噪效果。

Description

声强有源声屏障

一、技术领域

本发明涉及一种声屏障，尤其涉及一种有源声屏障。

二、背景技术

在噪声环境中消除噪声，得到安静区域，通常的方法是采用隔声材料做成的声屏障进行降噪。然而传统的声屏障，即无源声屏障有一定限制，它在低频段降噪效果不佳。有源噪声控制技术主要应用在低频范围，将其运用在无源声屏障上，成为有源声屏障。现有的有源声屏障技术直接将误差麦克风摆放在需要降噪的区域，即声屏障的远场，通过控制器控制次级扬声器阵列的输出，使误差麦克风阵列处的声压幅值平方和最小，从而达到降噪目的。但这种方法在实际应用中并不可行，例如，不可能在高速公路旁的居民区内布放很多误差麦克风，而且这种情况下误差麦克风与次级扬声器距离过大，自然环境的变化会对它们产生不同的影响，将造成降噪效果的不稳定。也有的有源声屏障技术采用麦克风阵列来拾取声屏障近场的声压信号，通过控制器控制次级扬声器阵列的输出，使声屏障近场处的声压幅值平方和最小，进而达到远场降噪的目的，如图5所示，但这种方法的降噪效果仍然不理想。

随着新技术的发展，麦克流作为一种可以同时测量声压和质点速度的新器件，可以更全面地拾取声场信息，因此在近几年被广泛应用。

三、发明内容

1、发明目的；本发明的目的是提供一种在低频段降噪效果比传统有源声屏障更好的声强有源声屏障。

2、技术方案：为了达到上述的发明目的，本发明的声强有源声屏障包括无源声屏障、误差麦克流阵列、次级扬声器阵列和控制器，为了保证降噪效果，误差麦克流阵列应当位于观测点一侧且靠近无源声屏障的顶部排列，其中次级扬声器与无源声屏障之间的距离是通过定义次级扬声器阵列和声屏障的坐标来计算得到；次级扬声器阵列应当位于噪声源一侧且靠近无源声屏障的底部排列；误差麦克流阵列中的误差麦克流和次级扬声器阵列中的次级扬声器应当均匀分布；每一对误差麦克流和次级扬声器在y轴上的坐标相同。误差麦克流和次级扬声器的个数根据实际需要确定。

控制器采用自适应算法调整次级扬声器阵列的输出，以使误差麦克流阵列处的声强绝对值之和最小。

本发明的原理是：本发明通过控制无源声屏障近场处的声强来降低远场处的声压，从而在无源声屏障的基础上达到额外降噪，与一般的基于拾取声压信息作为误差信号的有源声屏障相比，可以在噪声的低频段得到更好的降噪效果；并且误差麦克流和次级扬声器阵列的摆放位置在实际应用中是可行的。本发明的声强有源声屏障的性能受误差麦克流个数、间距，次级扬声器个数、间距和噪声信号频率的影响。误差麦克流和次级扬声器数量越多、间距越小，控制范围越大，降噪效果越好；噪声频率越高，降噪效果越差。

3、有益效果：本发明的声强有源声屏障在噪声的低频段具有比传统有源声屏障更好的降噪效果。

四、附图说明

图1是本发明的阵列结构示意图；

图2是本发明的原理框图；

图3是200Hz时本发明的声强有源声屏障和传统有源声屏障降噪效果的比较示意图；

图4是传统有源声屏障的结构示意图；

图5是传统有源声屏障的原理框图。

五、具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例的声强有源声屏障包括无源声屏障、误差麦克流阵列、次级扬声器阵列和控制器；误差麦克流阵列、次级扬声器阵列固定在无源声屏障上，误差麦克流阵列分布在无源声屏障的近场区域，即位于观测点一侧且靠近无源声屏障的顶部，它包括3个误差麦克流，每相邻的两个误差麦克流之间的距离为r_e，且均在水平方向上距离声屏障d_e，高度h_e等于声屏障的高度h，其中，r_e必须小于最高控制频率的二分之一波长；次级扬声器阵列分布在噪声源一侧且靠近无源声屏障的底部，它包括3个次级扬声器，每相邻的两个次级扬声器之间的距离为r_c，且均在水平方向上距离声屏障d_c，高度h_c远小于声屏障的高度h，其中r_c＝r_e，并且每一对误差麦克流和次级扬声器在y轴上的坐标相同。

误差麦克流阵列处的声压p_e包含两部分，一是噪声源产生的声压p_p，二是次级扬声器产生的声压H_pV，其中V为次级扬声器的驱动，H_p为次级扬声器到误差麦克流的声压传递函数，因此p_e＝p_p+H_pV；误差麦克流阵列处的质点速度v_e包含两部分，一是噪声源产生的质点速度v_p，二是次级扬声器产生的质点速度H_vV，H_v为次级扬声器到误差麦克流的质点速度传递函数，因此v_e＝v_p+H_vV。有源控制的作用是使误差麦克流阵列处声强 $I=\frac{1}{2}\mathrm{Re}(p_e\×v_e^{*})$ 的绝对值之和最小，也就是使

$J=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|\frac{1}{2}\mathrm{Re}\{[p_p\left(n\right)+\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_p(m,n)V\left(m\right)]\×[v_p\left(n\right)+\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{H}_v(m,n)V\left(m\right)]*\}\right|---\left(1\right)$

最小。上述的N为误差麦克流和次级扬声器的个数，p_p(n)和v_p(n)为噪声源在第n个误差麦克流处的声压和质点速度，H_p(m，n)和H_v(m，n)为第m个次级扬声器在第n个误差麦克流处的声压和质点速度的传递函数，V(m)为第m个次级扬声器的驱动。

通过实时测量噪声源在误差麦克流处的声压和质点速度，以及从次级扬声器到误差麦克流的声压和质点速度的传递函数，经过控制器计算，可得到次级扬声器阵列的输出V(m)，以使误差麦克流阵列处的声强绝对值之和最小。

衡量本发明性能的参数为NR，即被控制区域内观测点在控制前后声压平方的比值

NR＝10log₁₀[|p₀(r_i)|²/|p_f(r_i)|²]     (2)

其中r_i为观测点坐标位置，被控制区域即为声屏障的远场，p₀与p_f分别为控制前后远场观测点处的声压。

本实施例中的含有3个误差麦克流、3个次级扬声器的声强有源声屏障，在d_e＝0.1m，h_e＝h＝1.22m，以及d_c＝0.15m，h_c＝0.15m，r_c＝r_e＝0.5m时，在125Hz、160Hz、200Hz和250Hz下获得了比传统有源声屏障更好的降噪效果。图3为200Hz时声强有源声屏障和传统有源声屏障降噪效果的比较，观测点均在y＝0平面上，且z＝0.8m。图中有3条传统有源声屏障降噪曲线，分别为误差麦克风处于声屏障顶部、顶部以上0.1m、噪声源一侧且靠近声屏障顶部；误差麦克风处于观测点一侧且靠近声屏障顶部时，传统有源声屏障的控制效果很差，甚至NR为负值，故未在图中给出。

另外，根据实际需要，误差麦克流和次级扬声器可以是除3个以外的多个，也在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1、一种声强有源声屏障，包括无源声屏障、误差麦克流阵列、次级扬声器阵列和控制器，其特征在于，误差麦克流阵列中的误差麦克流均匀地分布在观测点一侧且靠近无源声屏障的顶部，次级扬声器阵列中的次级扬声器均匀地分布在噪声源一侧且靠近无源声屏障的底部，每一对误差麦克流和次级扬声器在垂直于观测点与噪声源连线的轴上的坐标相同；控制器控制次级扬声器阵列的输出，以使误差麦克流阵列处的声强绝对值之和最小。

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