CN105139861A - 一种用于工业噪声治理的有源降噪方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工业噪声治理的有源降噪方法及装置，旨在提供一种噪音处理效果高，成本低的用于工业噪声治理的有源降噪方法及装置。用于工业噪声治理的有源降噪方法包括以下步骤：（1）实测采样建模；（2）工厂个性化调制；（3）简洁化现场应用；（4）信息化远程服务。用于工业噪声治理的有源降噪方法装置包括管状的隔声本体，通过支架沿隔声本体轴线安装于隔声本体内的次级声源防护罩，两个通过固定座相背安装于次级声源防护罩内的次级扬声器，装有如权利要求1所述的个性化调制次声波声码及模态切换编程的控制器，以及两个分别安装于次级声源防护罩两端的导流透声防护罩；控制器位于隔声本体外部且通过连接线与次级扬声器电性连接。

Description

一种用于工业噪声治理的有源降噪方法及装置

技术领域

本发明涉及噪声治理技术领域，尤其是涉及一种用于工业噪声治理的有源降噪方法及装置。

背景技术

与无源降噪（即被动降噪）相比，有源降噪（即主动降噪）是噪声治理最具发展前景的技术。这项技术建立在反相声波干涉相消这一基本物理原理上。其应用起点可追溯至1933年德国物理学家PauLueg获得首个专利时。历经八十多年的历程，许多人为此作出了巨大努力，现世界上已有数以百计的专著、论文、近百个由各国授予的专利。然而，这项技术的应用尤其在民用领域是罕见的。深究其因，认为有三个主因：

1、在极高商业价值的驱动下，有源降噪技术受到了较严密的技术封锁。即使在互联网信息充分覆盖的现在，也难觅一篇有新价值有源降噪的文献和资料。

2、声波具有影响因素多，即个性化强，随机多变的特征。因此，试图用一种方法就可全面解决问题的技术目标和“普遍适用”的价值判定标准，使有源降噪技术的发展遭遇了更多的困难，而致进展滞缓。

3、有源降噪技术是一项较复杂的高难技术。高端及特殊用途的取向及传统生产制造型的思维模式，使有源降噪装置组成很复杂，价格非常昂贵。而致它几乎丧失市场竞争力，丢掉了公众市场。进而严重减弱了公众研制这类产品的驱动力。

综合分析，认为要使有源降噪技术为公众市场所用，必须从多角度、多层面进行突破创新，尤其需要一种综合性的创新。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种噪音处理效果高，成本低的用于工业噪声治理的有源降噪方法，与此同时，本发明还提供了一种结构简单的用于工业噪声治理的有源降噪装置。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于工业噪声治理的有源降噪方法，其包括以下步骤：

（1）实测采样建模：声波个性特征强，普遍存在即使型号完全相同的产品及相同应用条件下其声频谱仍不一样情况；采用实际测试的方式对呈有限种变化的稳定噪声作不同模态声频采样，作为拟消减噪声的个性声标本；

（2）工厂个性化调制：采用滤波选频软件对采集到的多状态个性声标本分别作数据分析和处理，确定各状态个性声标本特征频谱，建立消减个性声标本噪声调制次声波基本模型；在专门配制的设备群上，逐一依个性声标本对次声波作个性化调制，包括馈声调制，并作多模态合成处理，最终制成声码定制模块；采用反馈智控软件及控制器对已制成的多模态声码作频域、时域、相位配对编程，以满足工况切换时智能选取最佳匹配模态，以期获取最大降噪值；相位智能跟踪器，可依后馈声级作相位定域范围内相位精细自动跟踪调节，避免相差偏移影响；将制成的个性化调制次声波声码及模态切换编程装入已标准化生产的有源降噪装置中，物理检验后送按标准建立的检测室中做声学检定，合格后出厂；

（3）简洁化现场应用：制成并检验合格的有源降噪装置运抵现场，按预定方案安装完毕后，依业主工况分模态投运并低排气噪声监测；

（4）信息化远程服务：有源降噪装置检验合格出厂并安装调试正常投运后，大宗重要用户通过互联网可上传运行状态数据，以利及时解决运行异常问题；一般客户可按需与各区域分设的技术服务主机联网，作状态远程检测及维护处理。

一种用于工业噪声治理的有源降噪装置，其包括管状的隔声本体，通过支架沿隔声本体轴线安装于隔声本体内的次级声源防护罩，两个通过固定座相背安装于次级声源防护罩内的次级扬声器，装有如上所述的个性化调制次声波声码及模态切换编程的控制器，以及两个分别安装于次级声源防护罩两端的导流透声防护罩；所述控制器位于隔声本体外部且通过连接线与次级扬声器电性连接。

优选的是，所述控制器与次级扬声器的连接线上套装有线缆防护管。

本发明基于现代技术和应用需要，本方法将有源降噪治理对象暂定为：呈有限种稳定变化的噪声，特别是噪声占比较多的排气噪声。例如，仅是有限种工况变化的风机、气泵、发电机、空调机、发动机、空压机、真空泵等的排气噪声。不追求对任意状态、随机变化的噪声作治理，使技术难度大幅下降，利于技术产品可尽快进入公众市场。

本发明从技术思想，市场定位，设计方式，制造形式，服务模式都进行了创新，为有源降噪装置简洁化，实用化，公众化探索了一条新路，主要体现在：

①产品结构明显简化

机械部分，大量删减了用于阻性和抗性的消声结构。仅保留了必要的次级声源的支撑、防护罩、隔声层。

控部分：用后馈方式替代传统的前馈方式，即以最终排出的噪声响度值为控制信号，实测采样建模替代了对高深复杂数学建模，运算的过度依赖，并使实用次声波模型更贴近真实工况；离线工厂化数据分析、处理、特征声频选定，个性化调制波的制作等得以从容、有序、精准地进行，而得以取得最佳效果，彻底解决了“对一个极复杂信号要实时响应”的高难度问题，这是一个重大的突破；降噪所用个性化调制声波按模态编程，用自创的相位跟踪软件及控制器完成智能模态切换和定域内相位纠偏，解决了工况及个性调制次声波的自动匹配及定域内噪声波可能产生的相位漂移问题。通过上述措施省却了大部分电气装置，仅剩下后馈声级检测、智能模块切换及相位纠偏控制、次声波发生器三个部组件。

②产品经济性显著提升

基于前述原因，按本发明设计制造的有源降噪装置由于省去了大量复杂昂贵的电气装置，简化了机械结构，使用于现场的产品组成大为简化。经计算，其机械和电气物理组件的制造成本甚至低于有的无源降噪产品的制造成本。例如：按相同风速、相同通流面积、相同插入损失（降噪值dB(A)值）比较，用本方法制造的有源降噪装置的机械和电气固定组件的成本比无源阻性（最常见的多片式阻性消声器）的成本要低15%-20%左右。这来自于无源消声器多出的机械组件的成本与有源降噪装置增加的电气装置成本的比较。可见，这有效解决了有源降噪装置成本居高不下的问题。

当然，按本发明所述方式，在实测采样建模、个性化调制声码模块、检定测试至出厂安调都存在成本支出。但是，在完成这种服务生产型体制后，软件、模块及调制工作将是一种有序化的生产流程、其固定成本不高、而利润空间将很大，并有足够的弹性。这将极大的提高市场竞争力，使更多用户用得起，更多厂商愿生产、经营。

③使用简单方便

按传统观念配置的有源降噪设备构成复杂、操作也很复杂、需要具有相当专业知识的人员进行。采用本发明方法制造的有源降噪装置，因结构简单、模块化、智能化、操作十分方便。对操作人员无特别技术技能要求，只需进行简短培训即可。

④降噪和节能双收益

由于按本方法制造的有源降噪装置去除了很多机械部件构成的降噪声学结构，在有气体流动工况时，流阻可显著下降。而流阻下降又将使风机、空压机、发动机等原动机的无功损耗减少，而节约能源消耗。经计算，以风机为例，若流量Q=10000m³/h，流阻ΔP减少100Pa，约可节能7%左右。当流量更大时，节能率还会增加，通常节能率可达10%-15%。

本发明充分注意到了互联网高度发达的现代社会，互联网的重要地位和作用。由于本发明的技术路线始终与数字化相关，因而具备了进行良好信息化远程服务的充要条件。这将使有源降噪技术和产品实现由传统的生产制造型向服务制造型的转变，形成一种更具发展潜能的工作模式，得到更好的市场拓展和效益递增的预期。

①产品远程服务

在度过新产品上市困难时期后，依据不断充实的对噪声采样、分析、建模、调制、测评的数据库，可逐步开展远程指导噪声采样工作。主要措施为：a.对重大、量多用户采用专业人员到现场亲自采样；对零星、小量的客户采用远程指导采样；对特异声源作特别采样。b.将新采集样本与数据库作对比，完成新数据采集输入或新采样本可信度甄别或修正等。完成用户订制前期工作。

有源降噪装置检验合格出厂并安装调试正常投运后，大宗重要用户通过互联网可上传运行状态数据，以利及时解决运行异常问题；一般客户可按需与各区域分设的技术服务主机联网，作状态远程检测及维护处理。使问题得到有效解决。

采用远程服务方式，可使用户得到及时的服务；可使厂商服务成本大为减少；可使产品应用量倍增。

②创新工作模式

本发明的诸多创新点得益于服务制造型的理念。噪声鲜明的个性化特征与订制化生产有很好的吻合性。所提供的产品和技术服务具有实施远程沟通交流、信息交换、数据处理、远程监控、远程服务等良好条件。这需要一种创新的工作模式。

噪声治理是一个涉及面广、技术难度极大的重大课题。要全面有效治理各类噪声还有漫长的历史道路要走，还有数不清的疑难高峰要攀越。本发明所提出的方法，旨在针对有相当应用市场，而其噪声又具有限种变化的稳定噪声用有源降噪的方式进行治理，以期实现部分突破，为公众市场提供一种有实效、用得起的有源降噪装置，为社会文明进步、经济发展，做一点实事。创新的工作模式是建立在这个基础上的。并且，随技术突破和市场拓展，工作模式也将作必要的调整。

创新的工作模式是：

主持研发，集中调制，分散协作；

订制生产，配销兼有，远程服务。

——主持研发：主导公司在始终把握研发的主动权的同时，吸纳或与相关专家、单位进行研发合作。

——集中调制：个性化调制次声波声码及模态编程是最重要的技术环节，理当集中进行。

——分散协作：机械组件、硬件模块、电气元件等都可由多家厂商提供和专门制作。

——订制生产：不论营销渠道如何，都坚持为用户提供订制化的有源降噪装置。

——配销兼有：为主机厂配套、经销商营销、重大工程应用三个方向都进行。

——远程服务：以技术中心为支撑，利用互联网创建通畅的技术、营销、支持、服务、推广、宣传的电子平台。实现高效宽域的运作。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）本发明通过实测采样建模，应用现场不需进行复杂的数模计算处理，且减少了理论与实际的误差。取消了有源降噪装置中前馈信号采集等装置，使产品配置减少，成本下降。专门配置的精良声频采样设备的性能、精度一定比固定在降噪产品的同功能设备好很多。因之，采集到的噪声更准确，更利于有源降噪反相波的调制及更好的降噪效果的获得。采用了对初级和次级声波作离线工厂化从容、有序、精准分析处理、制备、调制、核验的方式；采用了供给现场使用的有源降噪装置结构组成尽量简化可靠的方式；采用了订制化生产和远程营销、服务、技术支持的方式，形成了机电产品新的工作模式。

（2）本发明不追求对任意状态、随机变化的噪声作治理，使技术难度大幅下降，利于技术产品可尽快进入公众市场，对有源降噪这项在噪声治理领域属共性关键技术走向公众市场创新了一条道路，具有以下优点：可以大量精简了用于现场的有源降噪装置的构件；可以大幅度降低了有源降噪实用产品的制造成本；可以使有源产品在一定范围得到公众的使用；这个创新方法极有可能催生一个新的产业，也将有助于一些相关产品的革新，当然也会吸引更多的人才进行更深入的科研、创新。总之，这个方法具有较重大的经济、技术意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理示意图。

图2为图本发明有源降噪方法实施例的流程图。

图3为本发明有源降噪方法实施例的设备构造示意图。

图4为本发明有源降噪装置的结构示意图。

图5为图4中A-A的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图4-5所示用于工业噪声治理的有源降噪装置，其包括管状的隔声本体1，通过支架2沿隔声本体1轴线安装于隔声本体1内的次级声源防护罩5，两个通过固定座7相背安装于次级声源防护罩5内的次级扬声器4，装有个性化调制次声波声码及模态切换编程的控制器10，以及两个分别安装于次级声源防护罩5两端的导流透声防护罩3；所述控制器10位于隔声本体1外部且通过连接线6与次级扬声器4电性连接。

其中，所述控制器10与次级扬声器4的连接线6上套装有线缆防护管11。

具体实施例

如图1-3所示，以用于工业除尘系统的风机噪声治理为例说明本发明的方法：

按生产需要，生产中最多有N台生产设备21，最少一台生产设备21运行。系统管系22、除尘器23、风机24、有源降噪装置25及排气口26经设计满足多工况生产运行需要。依生产状况，风机24存在有限N种工况，即有N种噪声频谱，但在同工况时，其噪声是较稳定的。排气口测得噪声即排气噪声，包含了系统内各种噪声的组合叠加、干涉等复杂过程的噪声波的合成结果。

一、实测采样建模

这是本方法第一个环节。在风机排气口恰当位置用经标定合格的声级计、频谱仪及创新的初级噪声采样器，对排气噪声进行采样，分别取得不同工况下的噪声样本，并注意到将来安装消声器的条件。噪声样本中包括：噪声值dB(A)、噪声频谱、工况切换时噪声值及频谱变化，对背景噪声、次声波、超声波等的过滤，噪声数字化数据存储。

二、工厂化个性调节

这是本方法的第二个环节，也是最重要、最复杂的环节。噪声样本送到工厂后，按图2所示的流程完成个性化次声波调制，至有源降噪装置产品出厂。本环节所使用的装备、仪器、硬件都是公众市场易采购的，使用付费云计算、数据库，提升了效率，能力。

三、简洁化现场应用

这是本方法的第三个环节。制成并检验合格的有源降噪装置运抵现场，按预定方案安装完毕后，依业主工况分模态投运并低排气噪声监测。与传统的消声器不同，本有源降噪装置安装后应接通电源，设计为DC24V，电流依消声器通流面积或应用组合模块多少决定，其启停可与风机联锁。配装在有源降噪装置上的通讯模块，支持消声器运行模态和对应降噪数据的远程传输及实时监控。一经调试正常投入后，即呈自动运行状态。本案例的除尘系统工况只要是在工艺规定的方式下运行，都可获得预期的降噪效果，而不须人为作任何调节。通常，降噪效果将由业主或第三方检测判定。

四、信息化远程服务

这是本方法的第四个环节。有源降噪装置投运后，从用户角度看至少有两方面的事项需与厂商沟通：

1、对有源降噪装置使用效果的评价、意见、诉求；

2、进一步扩大应用的愿望和要求。

由于本有源降噪装置具备了远程数据采集和监控的功能，可以较及时、全面地掌握了已应用产品的实况，从而使供需双方的沟通交流，协商更加贴近实际，更易达成共识。

从厂商角度看，也有至少两方面的好处：

1、本环节的工作关联到第一环节的工作，某种程度上是第一环节的基础。于是形成了一个以用户为中心的服务生产型循环模式，这对提高工作效率，扩大用户等都很有益。

2、现场源源不断的实测数据汇集整理后，对进一步的研发、创新将有重大的价值。

就本实施案例而言，采用有源降噪装置后，除使系统排气噪声达标外，由于阻力比传统消声器阻力低，从而可以获得10%左右的节电效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于工业噪声治理的有源降噪方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）实测采样建模：声波个性特征强，普遍存在即使型号完全相同的产品及相同应用条件下其声频谱仍不一样情况；采用实际测试的方式对呈有限种变化的稳定噪声作不同模态声频采样，作为拟消减噪声的个性声标本；

（2）工厂个性化调制：采用滤波选频软件对采集到的多状态个性声标本分别作数据分析和处理，确定各状态个性声标本特征频谱，建立消减个性声标本噪声调制次声波基本模型；在专门配制的设备群上，逐一依个性声标本对次声波作个性化调制，包括馈声调制，并作多模态合成处理，最终制成声码定制模块；采用反馈智控软件及控制器对已制成的多模态声码作频域、时域、相位配对编程，以满足工况切换时智能选取最佳匹配模态，以期获取最大降噪值；相位智能跟踪器，可依后馈声级作相位定域范围内相位精细自动跟踪调节，避免相差偏移影响；将制成的个性化调制次声波声码及模态切换编程装入已标准化生产的有源降噪分类产品中，物理检验后送按标准建立的检测室中做声学检定，合格后出厂；

（3）简洁化现场应用：制成并检验合格的有源降噪装置运抵现场，按预定方案安装完毕后，依业主工况分模态投运并低排气噪声监测；

（4）信息化远程服务：有源降噪装置检验合格出厂并安装调试正常投运后，大宗重要用户通过互联网可上传运行状态数据，以利及时解决运行异常问题；一般客户可按需与各区域分设的技术服务主机联网，作状态远程检测及维护处理。

2.一种用于工业噪声治理的有源降噪装置，其特征在于：包括管状的隔声本体，通过支架沿隔声本体轴线安装于隔声本体内的次级声源防护罩，两个通过固定座相背安装于次级声源防护罩内的次级扬声器，装有如权利要求1所述的个性化调制次声波声码及模态切换编程的控制器，以及两个分别安装于次级声源防护罩两端的导流透声防护罩；所述控制器位于隔声本体外部且通过连接线与次级扬声器电性连接。

3.根据权利要求2所述用于工业噪声治理的有源降噪装置，其特征在于：所述控制器与次级扬声器的连接线上套装有线缆防护管。