CN114464154A - 一种有源阵列式复合消声器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源阵列式复合消声器，包括阵列式消声器和有源消声系统，所述阵列式消声器包括若干个阵列分布的消声柱，所述有源消声系统包括控制器、邻近阵列式消声器入口的参考传感器、嵌入所述消声柱内部的次级扬声器、邻近阵列式消声器出口的误差传感器，所述阵列式消声器和有源消声系统通过分段或非分段复合方式集成在一起。本发明通过有源消声技术与传统阵列式消声器复合，突破传统被动消声器对低频噪声控制效果差的局限，有效提高消声器的低频消声量，实现宽频消声。

Description

一种有源阵列式复合消声器
技术领域
本发明属于噪声污染防治领域，具体涉及一种有源阵列式复合消声器。
背景技术
近年来，噪声扰民投诉数量居高不下，在各环境污染要素中位列第二。根据噪声的发声机理，可分为气流噪声、机械噪声以及电磁噪声三大类，其中气流噪声的被动控制措施是安装消声器。
消声器可分为阻性消声器、抗性消声器以及阻抗复合式消声器，其中阻性消声器适用于中高频消声；抗性消声器适用于中低频消声，但其气流阻力和体积均较大；阻抗复合式消声器适用于宽频消声，也存在着气流阻力大的问题。阵列式消声器是近年来一种非常有潜力的新型消声器，例如公告号为CN207690491U的专利说明书中公开了一种新型阵列式消声器，所述新型阵列式消声器包括消声器壳体和多个消声柱，所述消声器壳体两端的开口处平行安装有多根支撑杆，所述多个消声柱呈阵列排布设置在消声器壳体内部，所述消声柱两端固定在支撑杆上，所述消声柱包括消声柱壳体、吸声层以及防水层，所述消声柱壳体两端通过导流帽封堵，所述导流帽连接至支撑杆，所述吸声层填充在消声柱壳体内部，所述防水层包裹在吸声层外部。阵列式消声器相对于片式消声器，其有效通风面积大，适用于大风量通风系统，且中高频段消声性能较好。
有源消声技术通过生成一列与初级噪声(待消除的噪声)幅值相同但相位相反的次级声，利用声波相消干涉，实现低频消声。例如公告号为CN104749903B的专利说明书中公开了一种有源消声装置，包括：第一扬声器，用于产生与初级噪声发生干涉的次级噪声；误差传感器，用于检测发生干涉后的剩余噪声作为剩余噪声信号；控制单元，用于收集所述剩余噪声信号，并相应地控制所述第一扬声器发出次级噪声；标准传感器，用于检测所述初级噪声；以及第二扬声器，所述第二扬声器发出的第一补偿噪声用于消除所述次级噪声对所述标准传感器的干扰。因此，将有源消声技术与阵列式消声器复合能有效提高消声器的低频消声量，实现宽频消声。
目前，有源消声技术广泛应用于单气流通道的消声，在彼此不连通(即相互独立)的多个气流通道领域也开始有应用，但在彼此连通的多个气流通道(如阵列式消声器的气流通道)中还未见应用报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有源阵列式复合消声器，实现气流噪声的宽频消声。
一种有源阵列式复合消声器，包括阵列式消声器和有源消声系统，所述阵列式消声器包括若干个阵列分布的消声柱，所述有源消声系统包括控制器、邻近阵列式消声器入口的参考传感器、嵌入所述消声柱内部的次级扬声器、邻近阵列式消声器出口的误差传感器，所述阵列式消声器和有源消声系统通过分段或非分段复合方式集成在一起。其中，控制器优选采用多通道有源自适应控制器。
本方案将有源消声技术与传统阵列式消声器复合，突破传统被动消声器对低频噪声控制效果差的局限，有效提高消声器的低频消声量，实现宽频消声。
作为优选，当所述阵列式消声器和有源消声系统采用分段复合方式集成时，所述次级扬声器嵌入所述消声柱末端，次级扬声器的喇叭口朝向消声器的出口端。
作为优选，所述阵列式消声器的消声柱末端安装有导流头，所述次级扬声器嵌入至所述导流头内。
作为优选，当所述阵列式消声器和有源消声系统采用非分段复合方式集成时，所述次级扬声器嵌入所述消声柱中段或后段的侧面，次级扬声器的喇叭口与所在消声柱的侧面平齐。
作为优选，阵列分布的所述消声柱划分出若干个基本消声单元，每个所述基本消声单元中安装一套独立的有源消声系统。
由于有源消声系统中自适应控制算法复杂度随通道数的增加呈几何级数增加，且算法的稳定性和鲁棒性会下降，因此在许可条件下应尽可能减少有源消声系统的通道数。为此，将所述阵列式消声器的m×n个消声柱划分为Int(m/a)×Int(n/b)个基本消声单元(Int表示取括号中数的整数)，每个基本消声单元含有a×b个消声柱，每个基本消声单元中安装一套独立的有源消声系统。上述基本消声单元的划分，可有效降低有源消声系统的通道数，提高自适应控制系统的稳定性和鲁棒性。
作为优选，每个所述基本消声单元内安装的次级扬声器数量少于基本消声单元中的消声柱数量，且次级扬声器数量为偶数，形成次级扬声器阵列，向所在基本消声单元范围内定向发射次级声。通过调整次级扬声器数量、间距等参数，可调控次级扬声器阵列在基本消声单元内产生的次级声能的分布范围。
作为优选，每个所述基本消声单元中参考传感器布置在基本消声单元内距消声器的入口10～30cm处；每个所述基本消声单元中误差传感器布置在基本消声单元内距消声器的出口10～30cm处。
上述设置能够降低在消声器的气流入口和出口断面，由于气流流速、流向剧烈变化产生的湍流噪声的影响，提高有源消声系统的稳定性。
参考传感器在接收初级噪声的同时会拾取次级扬声器产生的声音，形成次级声反馈。为减少次级声反馈，作为优选，每个所述基本消声单元的次级扬声器以位于基本消声单元中心的纵向断面为镜面镜像布置。
次级扬声器距离参考传感器较近时，次级声反馈现象较为严重。当初级噪声为单频声时，次级扬声器与误差传感器间距为有源消声频率的3倍半波长或5倍半波长时，有源消声效果最佳。因此，次级扬声器阵列的布置应远离参考传感器布置，同时需要注意与误差传感器的间距，优选布置在距误差传感器1m处。需要说明的是，所述次级扬声器阵列、误差传感器的间距存在一个最佳值，一般通过调试确定。
本发明的工作原理为：所述阵列式消声器被划分为若干个基本消声单元，每个基本消声单元具有一套独立的有源消声系统。所述参考传感器位于基本消声单元内距消声器入口断面一定距离处，用于采集初级噪声，并将初级噪声传递给多通道有源自适应控制器，控制所述次级扬声器阵列定向发声。误差传感器位于基本消声单元内距消声器出口断面一定距离处，用于采集误差信号，并将误差信号反馈给多通道有源自适应控制器。所述多通道有源自适应控制器基于接收到的误差信号，对所述次级扬声器阵列的输出进行调控。需要注意的是，所述多通道有源自适应控制器在进行多通道自适应计算时，应考虑初级噪声在未复合有源消声技术的阵列式消声器中的衰减情况。
本发明的有益效果：
将有源消声技术与传统阵列式消声器复合，突破传统被动消声器对低频噪声控制效果差的局限，有效提高消声器的低频消声量，实现宽频消声；将有源阵列式复合消声器划分为若干个基本消声单元，每个基本消声单元间气流通道彼此连通，通过调整扬声器数量、间距等，可定向调控扬声器阵列在基本消声单元内产生的次级声能的分布范围，有效控制不同消声单元间次级声的影响。
附图说明
图1为本发明有源阵列式复合消声器的主视图；
图2为实施例1的有源阵列式复合消声器的结构示意图；
图3为图2A-A向剖视图；
图4为实施例2的有源阵列式复合消声器的结构示意图；
图5为图4B-B向剖视图。
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做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。
实施例1
参见图1、图2和图3，本实施例为分段复合的有源阵列式复合消声器，包括阵列式消声器和有源消声系统两部分，其中阵列式消声器包括m×n个消声柱1，被划分为若干个基本消声单元2，有源消声系统包括控制器3、邻近阵列式消声器入口断面的参考传感器4、嵌入阵列式消声器消声柱末端的次级扬声器5、邻近阵列式消声器出口断面的误差传感器6。
本实施例中，阵列式消声器中的7×7个消声柱1被划分为9个2×2的基本消声单元2，每个基本消声单元2中安装一套独立的有源消声系统。剩余的13个消声柱1由于无法构成2×2的基本消声单元，不安装有源消声系统。每套独立的有源消声系统中参考传感器4位于基本消声单元内距消声器入口断面10cm处，误差传感器6位于基本消声单元内距消声器出口断面10cm处。次级扬声器5嵌入阵列式消声器消声柱1的末端，次级扬声器5喇叭口朝向阵列式消声器出口端。控制器3固定在消声柱1内部，参考传感器4和误差传感器6固定在基本消声单元2内部。
实施例2
参见图1、图4和图5，本实施例为非分段复合的有源阵列式复合消声器，包括阵列式消声器和有源消声系统两部分，其中阵列式消声器包括m×n个消声柱1，被划分为若干个基本消声单元2，有源消声系统包括控制器3、邻近阵列式消声器入口断面的参考传感器4、嵌入阵列式消声器消声柱中段或后段侧面的次级扬声器5、邻近阵列式消声器出口断面的误差传感器6。
本实施例中，阵列式消声器中的7×7个消声柱1被划分为9个2×2的基本消声单元2，每个基本消声单元2中安装一套独立的有源消声系统。剩余的13个消声柱1由于无法构成2×2的基本消声单元，不安装有源消声系统。每套独立的有源消声系统中参考传感器4位于基本消声单元内距消声器入口断面10cm处，误差传感器6位于基本消声单元内距消声器出口断面10cm处。次级扬声器5嵌入阵列式消声器消声柱1中段或后段的侧面，且次级扬声器5相向布置，次级扬声器5喇叭口面对面设置。控制器3固定在消声柱1内部，参考传感器4和误差传感器6固定在基本消声单元2内部。
在上述2例实施例中，进入消声器的初级噪声均由参考传感器4拾取，并传输给控制器3。消声器出口端的误差信号由误差传感器6拾取，并反馈给控制器3。控制器3基于接收到的初级噪声信号以及误差信号进行多通道自适应计算，实时调控次级扬声器5阵列的输出。有源消声系统与阵列式消声器复合可有效提高消声器的低频消声量，实现宽频消声。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (8)

1.一种有源阵列式复合消声器，其特征在于，包括阵列式消声器和有源消声系统，所述阵列式消声器包括若干个阵列分布的消声柱，所述有源消声系统包括控制器、邻近阵列式消声器入口的参考传感器、嵌入所述消声柱内部的次级扬声器、邻近阵列式消声器出口的误差传感器，所述阵列式消声器和有源消声系统通过分段或非分段复合方式集成在一起。
2.根据权利要求1所述的有源阵列式复合消声器，其特征在于，当所述阵列式消声器和有源消声系统采用分段复合方式集成时，所述次级扬声器嵌入所述消声柱末端，次级扬声器的喇叭口朝向消声器的出口端。
3.根据权利要求2所述的有源阵列式复合消声器，其特征在于，所述阵列式消声器的消声柱末端安装有导流头，所述次级扬声器嵌入至所述导流头内。
4.根据权利要求1所述的有源阵列式复合消声器，其特征在于，当所述阵列式消声器和有源消声系统采用非分段复合方式集成时，所述次级扬声器嵌入所述消声柱中段或后段的侧面，次级扬声器的喇叭口与所在消声柱的侧面平齐。
5.根据权利要求1-4任一所述的有源阵列式复合消声器，其特征在于，阵列分布的所述消声柱划分出若干个基本消声单元，每个所述基本消声单元中安装一套独立的有源消声系统。
6.根据权利要求5所述的有源阵列式复合消声器，其特征在于，每个所述基本消声单元内安装的次级扬声器数量少于基本消声单元中的消声柱数量，且次级扬声器数量为偶数，形成次级扬声器阵列。
7.根据权利要求5所述的有源阵列式复合消声器，其特征在于，每个所述基本消声单元中参考传感器布置在基本消声单元内距消声器的入口10～30cm处；每个所述基本消声单元中误差传感器布置在基本消声单元内距消声器的出口10～30cm处。
8.根据权利要求5所述的有源阵列式复合消声器，其特征在于，每个所述基本消声单元的次级扬声器以位于基本消声单元中心的纵向断面为镜面镜像布置。
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