CN107393524A - 自适应噪声主动控制展示系统 - Google Patents
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Abstract
自适应噪声主动控制展示系统，涉及噪声主动控制技术领域，解决现有自适应噪声主动控制技术不便于直观展示，不便于人们理解和掌握，不便于人们对噪声控制效果直观地判断和感知的问题，包括展示台架、控制单元、初级声源扬声器、次级声源扬声器、误差传声器和液晶触控屏。控制单元通过控制液晶触控屏的按键或拨码开关选择控制初级声源扬声器发出单频或复合频率噪声，形成初级声场，通过误差传声器获取初级声场噪声信号，将该初级声场噪声信号与通过辨识得到的误差声通道函数进行分析处理，获得次级声源信号，由控制单元控制次级声源扬声器发声，实施自适应噪声主动控制来抵消初级声场噪声。通过观察触控屏直观地对比实施主动控制前后噪声的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种自适应噪声主动控制展示系统，具体涉及一种可以从听觉、视觉两方面形象化展示自适应噪声主动控制技术及原理的自适应噪声主动控制展示系统。
背景技术
目前，汽车车内噪声的主要成分集中在低频段，它严重影响汽车的乘坐舒适性，用户的购车取向和车型的市场竞争力。传统的被动噪声控制方法能对车内中、高频噪声进行有效控制，但对车内低频噪声控制效果差。随着声学理论、测试技术、自适应控制方法和电子技术的迅速发展，噪声主动控制(ANC)技术逐渐趋于实用，并可以很好地解决节能与新能源汽车车内低频阶次噪声、共振轰鸣声以及路噪和风噪等低频噪声的控制问题。
噪声主动控制技术的理论基础是声波的杨氏干涉理论。根据声场的线性叠加原理，当频率相同，相位差恒定的两列声波相遇时会在空间产生干涉现象，噪声主动控制就是根据两个声波相消性干涉或声辐射抑制的原理，通过次级声源产生与初级声源的声波幅值相等、相位相反的声波，使之相互抵消，从而达到降噪消声的目的。
与传统降噪技术相比，噪声主动控制技术低频噪声控制效果好，控制系统体积小、重量轻、成本低，而且能够根据所控制噪声的特性有针对性、自适应地改变控制系统特性，对不同的低频噪声实施有效控制，对汽车结构及性能的影响小，随着自适应主动控制技术研究的不断深入和迅速发展，自适应噪声主动控制技术引起了汽车行业普遍的关注和重视，并将广泛应用于汽车NVH(Noise，Vibration and Harshness)控制领域。
但由于声波的传播、叠加、干涉及相消的不可见性，给噪声主动控制(ANC)技术的直观展示、理解和掌握带来困难，自适应噪声主动控制的效果也不便于人们直观地判断和感知。
发明内容
本发明为解决现有自适应噪声主动控制技术不便于直观展示，不便于人们理解和掌握，不便于人们对噪声控制效果直观地判断和感知的问题，提供一种可以从听觉、视觉两方面形象化展示自适应噪声主动控制技术及原理的自适应噪声主动控制展示系统。
自适应噪声主动控制展示系统，包括展示台架、控制器、初级声源扬声器、次级声源扬声器、误差传声器、电源适配器和液晶触控屏；
所述控制器、初级声源扬声器、次级声源扬声器、误差传声器和液晶触控屏均机械连接安装在展示台架上；控制器分别与初级声源扬声器、次级声源扬声器、误差传声器、电源适配器和液晶触控屏电连接；
所述控制器主要包括控制单元，电源开关，拨码开关；所述控制单元包括主控模块、音频处理模块、功率放大模块和电源管理模块；
所述主控模块与音频处理模块、电源管理模块、液晶触控屏、拨码开关直接电连接，并通过音频处理模块与功率放大模块和误差传声器电连接，功率放大模块与初级声源扬声器和次级声源扬声器电连接，电源管理模块与电源开关电连接；
所述控制器通过所述液晶触控屏中对应设置的触控开关键控制初级声源扬声器发出噪声作为初级声源噪声信号，形成初级声场；同时，控制器通过误差传声器采集初级声场的噪声信号，在液晶触控屏上同时对比显示初级声源扬声器发出的初级声源噪声信号和误差传声器采集的初级声场的噪声信号；
所述控制器通过所述液晶触控屏中对应设置的触控开关键进行自适应噪声主动控制，所述主控模块通过对误差传声器采集的初级声场的噪声信号和所述主控模块中的误差声通道传递函数进行分析处理，获得次级声源参考信号，并将所述次级声源参考信号作为抵消信号发送至功率放大模块，通过所述功率放大模块驱动次级声源扬声器发声，产生次级声场；并在液晶触控屏上显示所述初级声源噪声信号和误差传声器采集的由初级声场和次级声场叠加形成的误差信号；
误差传声器采集当前声场中的误差信号发送至主控模块，主控模块通过分析误差信号并相应地调整自适应控制算法中的控制参数，计算出新的次级声源参考信号并发送到次级声源扬声器，反复循环以抵消初级声场噪声，达到系统设定的消声指标，系统稳定运行，实现自适应噪声主动控制。
本发明的有益效果：本发明所述的系统可以从听觉、视觉两方面形象化展示自适应噪声主动控制技术及原理及控制效果，通过将耳朵靠近误差传声器或观察液晶触控屏可以直观地感觉和对比实施自适应噪声主动控制前后声场内噪声的变化，有助于更好地理解和掌握噪声主动控制(ANC)技术的原理，便于对自适应噪声主动控制效果作出直观判断；该系统集初级声源噪声发出、次级声源噪声信号形成、误差信号获取、自适应噪声主动控制于同一平台，可以选择性地发出若干个设定的单频或由它们组合得到的复合频率噪声，并能够通过实施自适应噪声主动控制来抵消初级声场噪声，通过该系统能够直观地演示自适应噪声主动控制技术的整个流程及其基本原理，有利于自适应噪声主动控制技术的推广及拓展应用；该系统各部件布置位置较为灵活，台架拆装调整方便，而且可以通过写入控制程序设置并发出窄带随机噪声、伪随机噪声、白噪声信号以及录制的不同汽车噪声信号，并通过实施自适应噪声主动控制予以有源抵消，展示随机噪声的自适应噪声主动控制效果，而且演示操作便捷。
附图说明
图1自适应噪声主动控制展示系统结构示意图；
图2控制单元及外围部件连接关系示意图。
图中：1、展示台架，2、控制器，3、初级声源扬声器，4、次级声源扬声器，5、误差传声器，6、电源适配器，7、液晶触控屏，2-1、控制单元，2-2、电源开关，2-3、拨码开关，2-1-1、主控模块，2-1-2、音频处理模块，2-1-3、功率放大模块，2-1-4、电源管理模块。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，自适应噪声主动控制展示系统包括：展示台架1、控制器2、初级声源扬声器3、次级声源扬声器4、误差传声器5、电源适配器6、液晶触控屏7，展示台架1是系统中其它部件的安装基体。控制器2、初级声源扬声器3、次级声源扬声器4、误差传声器5和液晶触控屏7均以机械连接方式安装在展示台架1上；控制器2分别与初级声源扬声器3、次级声源扬声器4、误差传声器5、电源适配器6、液晶触控屏7电连接，与展示台架1机械连接。
所述控制单元2-1由主控模块2-1-1、音频处理模块2-1-2、功率放大模块2-1-3和电源管理模块2-1-4组成。主控模块2-1-1与音频处理模块2-1-2、电源管理模块2-1-4、液晶触控屏7、拨码开关2-3直接电连接，并通过音频处理模块2-1-2与功率放大模块2-1-3和误差传声器5电连接，功率放大模块2-1-3与初级声源扬声器3和次级声源扬声器4电连接，电源管理模块2-1-4与电源开关2-2电连接，拨码开关2-3中设有4个可闭合的开关键Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。
将系统电源适配器6插头端连接至220伏的交流电源插座上，打开系统电源开关2-2，接通电源，通过触摸液晶触控屏7中对应设置的触控开关键或通过分别拨动开启拨码开关2-3中的开关键Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，对应3个设定的噪声信号频率(如120Hz、160Hz和216Hz)作为组成频率成分分别送到初级声源扬声器3。通过对开关键Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ位置的组合，还可以使初级声源扬声器3发出组合频率(如120Hz+160Hz、120Hz+216Hz、160Hz+216Hz和120Hz+160Hz+216Hz)噪声信号，选择好初级声源扬声器3的频率成分以后，控制器2驱动初级声源扬声器3发声作为初级声源噪声信号，形成初级声场，同时，控制器2通过误差传声器5采集初级声场的噪声信号，在液晶触控屏7上同时对比显示初级声源扬声器3发出的初级声源噪声信号和误差传声器5采集的初级声场的噪声信号；
然后通过触摸液晶触控屏7中对应设置的触控开关键或拨动开启拨码开关2-3中开关键Ⅳ，进行自适应噪声主动控制，主控模块2-1-1将误差传声器5采集到的初级声场的噪声信号与通过辨识得到的误差声通道传递函数进行分析处理，获得次级声源参考信号，以该信号作为控制系统的抵消信号，由主控模块2-1-1通过音频处理模块2-1-2输出给功率放大模块2-1-3驱动次级声源扬声器4发声，产生次级声场，通过实施自适应噪声主动控制来抵消初级声场的噪声信号，此时液晶触控屏7可同步显示初级声源扬声器3发出的初级声源噪声信号和通过误差传声器5采集到的实施自适应主动噪声控制后声场内由初级声场和次级声场叠加形成的误差信号。
所述误差传声器5采集当前声场中的误差信号并发送至主控模块2-1-1，主控模块2-1-1通过分析误差信号并相应地调整自适应控制算法中的控制参数，计算出新的次级声源参考信号并发送到次级声源扬声器4，反复循环此过程以抵消初级声场噪声，达到系统设定的消声指标(设定的消声指标可根据实验要求不同具体设定其消声量值)，系统稳定运行，实现自适应噪声主动控制。可以通过观察触控屏直观地对比实施自适应噪声主动控制前后声场内噪声的变化。
将耳朵靠近误差传声器5，配合液晶触控屏7中对应设置的触控开关键的触摸或拨码开关2-3中开关键Ⅳ的拨动，可以从听觉上直观地对比实施自适应噪声主动控制前后声场内噪声的变化。
演示完毕后，关闭系统电源开关2-2，断掉电源。
本实施方式所述的展示台架1由欧标2020铝型材组装而成，通过调节展示台架1的安装立柱间隔适应不同尺寸的初级声源扬声器3和次级声源扬声器4。所述初级声源扬声器3和次级声源扬声器4在展示台架1上的夹角可调，且范围在0°至160°之间。所述误差传声器5布置在初级声源扬声器3和次级声源扬声器4中心连线的垂直平面内上下前后可调，且与初级声源扬声器3和次级声源扬声器4的距离范围在100mm至1000mm之间。
本实施方式所述的控制器2还用于发出窄带随机噪声、伪随机噪声、白噪声信号以及录制的不同汽车噪声信号，并通过实施自适应噪声主动控制予以有源抵消，展示随机和录制噪声的自适应噪声主动控制效果。
如上述便可较好的实现本发明。
上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实例的限制，其它任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.自适应噪声主动控制展示系统，包括展示台架(1)、控制器(2)、初级声源扬声器(3)、次级声源扬声器(4)、误差传声器(5)、电源适配器(6)和液晶触控屏(7)，其特征是；
所述控制器(2)、初级声源扬声器(3)、次级声源扬声器(4)、误差传声器(5)和液晶触控屏(7)均通过机械连接安装在展示台架(1)上；控制器(2)分别与初级声源扬声器(3)、次级声源扬声器(4)、误差传声器(5)、电源适配器(6)和液晶触控屏(7)电连接；
所述控制器(2)主要包括控制单元(2-1)，电源开关(2-2)，拨码开关(2-3)；
所述控制单元(2-1)包括主控模块(2-1-1)、音频处理模块(2-1-2)、功率放大模块(2-1-3)和电源管理模块(2-1-4)；
所述主控模块(2-1-1)与音频处理模块(2-1-2)、电源管理模块(2-1-4)、液晶触控屏(7)、拨码开关(2-3)直接电连接，并通过音频处理模块(2-1-2)与功率放大模块(2-1-3)和误差传声器(5)电连接，功率放大模块(2-1-3)与初级声源扬声器(3)和次级声源扬声器(4)电连接，电源管理模块(2-1-4)与电源开关(2-2)电连接；
所述控制器(2)通过所述液晶触控屏(7)中对应设置的触控开关键控制初级声源扬声器(3)发出噪声作为初级声源噪声信号，形成初级声场；同时，控制器(2)通过误差传声器(5)采集初级声场的噪声信号，在液晶触控屏(7)上同时对比显示初级声源扬声器(3)发出的初级声源噪声信号和误差传声器(5)采集的初级声场的噪声信号；
所述控制器(2)通过所述液晶触控屏(7)中对应设置的触控开关键进行自适应噪声主动控制，所述主控模块(2-1-1)通过对误差传声器(5)采集的初级声场的噪声信号和所述主控模块(2-1-1)中的误差声通道传递函数进行分析处理，获得次级声源参考信号，并将所述次级声源参考信号作为抵消信号发送至功率放大模块(2-1-3)，通过所述功率放大模块(2-1-3)驱动次级声源扬声器(4)发声，产生次级声场；并在液晶触控屏(7)上显示所述初级声源噪声信号和误差传声器(5)采集的由初级声场和次级声场叠加形成的误差信号；
误差传声器(5)采集当前声场中的误差信号发送至主控模块(2-1-1)，所述主控模块(2-1-1)通过分析误差信号并相应地调整自适应控制算法中的控制参数，计算出新的次级声源参考信号并发送到次级声源扬声器(4)，反复循环以抵消初级声场噪声，达到系统设定的消声指标，系统稳定运行，实现自适应噪声主动控制。
2.根据权利要求1所述的自适应噪声主动控制展示系统，其特征在于，所述主控模块(2-1-1)通过液晶触控屏(7)中对应设置的多个触控开关键控制初级声源扬声器(3)发出多个单频噪声或由所述多个单频噪声组合的复合频率噪声形成初级声场。
3.根据权利要求1所述的自适应噪声主动控制展示系统，其特征在于，所述拨码开关(2-3)包括多个可闭合的开关键，主控模块(2-1-1)通过拨码开关(2-3)中对应设置的开关键控制初级声源扬声器(3)发出多个单频噪声或由所述多个单频噪声组合的复合频率噪声形成初级声场。
4.根据权利要求1所述的自适应噪声主动控制展示系统，其特征在于，展示台架(1)由铝型材组装而成，通过调节展示台架(1)的安装立柱间隔适应不同尺寸的初级声源扬声器(3)和次级声源扬声器(4)。
5.根据权利要求1所述的自适应噪声主动控制展示系统，其特征在于，初级声源扬声器(3)和次级声源扬声器(4)在展示台架1上的夹角可调，且范围在0°至160°之间。
6.根据权利要求1所述的自适应噪声主动控制展示系统，其特征在于，所述误差传声器(5)布置在初级声源扬声器(3)和次级声源扬声器(4)中心连线的垂直平面内上下前后可调，且与初级声源扬声器(3)和次级声源扬声器(4)的距离范围在100mm至1000mm之间。
7.根据权利要求1所述的自适应噪声主动控制展示系统，其特征在于，所述控制器(2)还用于发出窄带随机噪声、伪随机噪声、白噪声信号以及录制的不同汽车噪声信号，并通过实施自适应噪声主动控制予以有源抵消。
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