SU1642512A1 - Устройство дл активного подавлени шума - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроакустике и может быть использовано дл  активного подавлени  звукового пол , создаваемого источниками шума. Целью изобретени   вл етс  расширение пространственной области активного подавлени  шума. Введены дополнительные каналы компенсации , излучатели которых образуют распределенный источник компенсирующего акустического сигнала. При перемещении объекта с закрепленным микрофоном блоки подстройки фазы и амплитуды последовательно обеспечивают выбор параметров фа- зовращателей и усилителей каналов компенсации из услови  обеспечени  минимума сигнала микрофона. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроакустической технике и может быть использовано дл  активного подавлени  звукового пол , создаваемого источниками шума.

Цель изобретени  - расширение пространственной области активного подавлени  шума.

На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - структурна  схема блока индикации минимума; на фиг. 3 - эпюры напр жений, по сн ющие работу устройства .

В состав устройства вход т блок управлени  фазовращател ми (БУФВ), блок управлени  регулируемыми усилител ми (БУРУ), устройство подстройки фазы (УПФ), устройство подстройки амплитуды (УПА), регулируемый фазовращатель (ФВ), регулируемый усилитель (РУ).

Устройство содержит микрофон 1, выход которого через усилитель 2 и фильтр 3 параллельно подключен к п каналам компенсации шума, каждый из которых состоит

из последовательно соединенных регулируемого фазовращател  4, регулируемого усилител  5, усилител  мощности 6 и излучател  ЗЕ ука 7, микрофон 8 ошибки компенсации , соединенный через последовательно подключенные усилитель 9, фильтр 10 и детектор 11 к первому входу блока 12 индикации минимума, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 однопо- л рных импульсов, а выход - с входами 1

устройства УПФ1, УПФ2УПФП, 14-16 и

УПА1.УПА2УПАП, 17, 18, 19, вход щих соответственно в блоки БУФН и БУРУ, и соединенных в пределах указанных блоков последовательно, так что информационный выход III каждого УПФ (УПА) соединен с информационным входом II последующего УПФ (УПА), информационный выход III устройства УПФп соединен через двухпозици- онный ключ с входом К триггера 20 выбора корректируемого параметра, у которого вход J соединен с информационным выходом III устройства УПАП 19, пр мой выход Ё

О

4 Ю СП

ю

с информационным входом II устройства УПА1 17, а инверсный выход - через трех- входовуга схему ИЛИ 21 с информационными входом И устройства УПФ1 14 при этом выходы IV устройств УПФ1, УПФ2,.-.,УПФп и УПАч, УПА2,...УПАП соединены соответственно с управл ющими входами регулируемых фазовращателей 4-1, 4-2, ..., 4-п и с управл ющими входами регулируемых усилителей 5-1, 5-25-п, второй вход схемы

ИЛ И 21 соединен с вторым выходом двухпо- зиционного ключа, третий вход - с устройством внешнего запуска (не показано).

Каждое устройство подстройки фазы УПФ и амплитуды УПА выполнено по схеме содержащей последовательно соединенные схему И 22, первую двухвходовую схему ИЛИ 23, первый счетный триггер 24, управл емый ключ 25 и интегратор 26, а также второй счетный триггер 27, вторую двухвходовую схему ИЛИ 28, триггер типа JK 29. двухпороговый компаратор 30, одновибра- тор 31, причем первый вход схемы И 22 подключены к выходу блока 12 индикации минимума, второй вход этой схемы - к выходу JK-триггера 29, подключенного также к управл емому ключу 25, а выход этой схемы - к первому входу первой схемы ИЛИ 23 и входу второго счетного триггера 27, выход которого подключен к первому входу второй схемы ИЛИ 28, выход которой подключен к входу К JK-триггера 29, выход интегратора 26 через двухпороговый компаратор 30 и одновибратор31 подключен к установочному входу второго счетного триггера 27 и одновременно к вторым входам первой схемы ИЛИ 23 и второй схемы ИЛИ 28, вход J триггера 29  вл етс  информационным входом И, его выход - информационным выходом III, первый вход схемы И 22 - входом I, выход интегратора 26 - выходом IV устройств УПФ и УПА. Информационный выход 111 УПФ соединен с входом двухпозицион- ного ключа 32.

На фиг. 1 приведены также устройство 33 сигнализации работоспособности устройства дл  подавлени  шума, представл ющие собой последовательно соединенные интегратор, накопительный конденсатор которого шунтирован управл емым ключом , приводимым в действие сигналами с . выхода блока 12, индикации минимума, и пороговый элемент, к выходу которого подключена лампа 34 сигнализации работоспособности , и телеметрический канал св зи, осуществл емый с помощью передатчика 35 и приемника 36.

Блок 12 индикации минимума (фиг. 2) содержит два канала прохождени  сигнала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных устройств 37 и 38 выборки и хранени  и управл емых ключей 39 и 40 соответственно, а также инвертор 41, схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43 и компаратор 44, выход которого  вл етс  выходом блока 12, при этом выход генератора 13 од- нопол рных импульсов подключен к управл ющему входу устройства 37 выборки и хранени  и одновременно через инвертор

0 41 к управл ющему входу устройства 38 выборки и хранени , входу одновибратора 42 и второму входу схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которой соединен с управл ющими входами ключей 39 и 40, а первый вход

5 - с выходом одновибратора 42, входы устройств 37 и 38 выборки и хранени  объединены и подключены к выходу детектора 11. Диаграмма в соответствующих точках схемы приведена на фиг. 26.

0 Алгоритм работы предусматривает сравнение величины сигнала с выхода детектора 11, вз того в предыдущий момент времени и хранимого в устройстве 37, с величиной такого же сигнала, выбираемого в

5 текущий момент времени с помощью устройства 38, причем превышение вторым сигналом первого приводит к срабатыванию компаратора 44 и по влению на его выходе сигнала в виде положительного им0 пульса.

Устройство работает следующим образом .

Исходное звуковое поле воспринимаетс  микрофоном 1 и преобразуетс  в элект5 рический сигнал, который через усилитель 2 и фильтр 3 поступает одновременно на входы п каналов компенсации шума и проходит в каждом i-м канале с входа 4-i ФВ через ФВ, РУ5-1, усилитель мощности б-i на излу0 чатель звука 7-1. Излучатели звука 7-1, 7-2, ..., 7-п создают компенсирующее акустическое поле, которое взаимодействует с исходным звуковым полем, распростран ющимс  от микрофона 1 в область расположе5 ни  микрофона 8 ошибки компенсации шума, в результате чего обеспечиваетс  пространственна  область активного подавлени  шума. Суммарное звуковое поле от сложени  исходного и компенсирующего

0 звуковых полей воспринимаетс  микрофоном 8 ошибки компенсации и преобразуетс  в электрический сигнал, который через усилитель 9, фильтр 10 и детектор 11 поступает на первый вход блока 12 индикации

5 минимума, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 однопол рных импульсов . Выход блока 12 индикации минимума , вырабатывающего сигналы достижени  минимума с помощью каждого i-ro канала компенсации шума, соединен с входами 1 устройств УПФ1, УПФ2УПФП (14,

15,...16) и УПА1, УПА2УПАп (17,1819),

вход щих соответственно в блоки БУФН и БУРУ и соединенных в пределах указанных блоков последовательно, так что сигнал с информационного выхода III каждого УПФ (УПА) поступает на информационный вход II последующего УПФ (УПА) с выхода IV устройств УПФ и УПА подаетс  на управл ющие входы устройств ФВ и РУ. При этом может быть выбрана произвольна  пара устройств УЛФ и УПА дл  работы с каждой парой последовательно соединенных устройств ФА и РУ, вход щей в канал компенсации шума.

Перед запуском устройства в работу в момент времени Т0 осуществл етс  начальна  установка триггеров, вход щих в УПФ и УПА, при этом счетный триггер 24 устанавливаетс  в 1, счетный триггер 27 - в О, Л(-триггер29 -в О, выход триггера выбора корректируемого параметра 20 до момента времени То может быть установлен в произвольное состо ние, непосредственно перед То устанавливаетс  . Начальные напр жени  ифв н, ирун. интеграторов 26 всех УПФ и УПА устанавливаютс  при запуске.

Импульс запуска Пуск от внешнего устройства приходит на третий вход схемы ИЛИ 21, выход которой соединен с входом J триггера 29 УПФь в результате чего триггер устанавливаетс  в состо ние 1, подава  разрешающий сигнал на схему совпадени  И 22 и ключ 25, через который начинает поступать ток зар да интегратора 26, представл ющего в простейшем случае интегрирующую цепочку RS-типа, с выхода триггера 24.

На фиг. За приведена диаграмма сигналов в соответствующих точках схемы УПФ1. Пороговые напр жени  Uni и Un2, определ емые диапазоном возможного изменени  выходного сигнала на выходе интегратора 26, устанавливаютс  дл  компаратора 30 до запуска устройства подавлени  шума. Выходное напр жение интегратора 26, увепи- чива сь от значени  , поступает на управл ющий вход ФВ 4-1, вследствие чего измен ютс  фазовые соотношени  в соответствующем канале компенсации шума. Если суммарное звуковое поле, воспринимаемое микрофоном 8 ошибки компенсации, уменьшаетс , то с выхода блока 13 индикации минимума сигнал на первый вход схемы И 22 не поступает, а если увеличиваетс , то блок 12 вырабатывает на своем выходе положительный импульс, который, проход  через схему И 22 и первую схему ИЛИ 23, заставл ет сработать триггер 24 и установитьс  в состо ние О. Происходит реверс

работы интегратора 26, и при уменьшении напр жени  на его выходе до величины меньшей Uni срабатывает компаратор 30. Положительный перепад напр жени  на его 5 выходе заставл ет сработать одновибратор 31, вырабатывающий импульс дл  установки триггера 29 в О и дл  переключени  триггера 24. Данный импульс проходит на вход К триггера 29 через второй вход схемы

0 ИЛИ 28 и одновременно на счетный вход триггера 24 через второй вход схемы ИЛИ 23. При этом триггер 24 вновь устанавливаетс  в состо ние 1. Импульс с выхода од- новибратора 31 поступает также на вход

5 управлени  R триггера 27, устанавлива  его в О. Отрицательный перепад напр жени  с выхода триггера 29 запускает УПФ2 по входу II, тем самым обеспечива  регулирование второго канала компенсации шума,

0 состо щего из последовательно соединенных ФВ 4-2, РУ 5-2, усилител  6-2 мощности и излучател  7-2 звука (указанна  последовательность сигналов обозначена на фиг. За пунктирной линией).

5 Уменьшающеес  выходное напр жение детектора 11, свидетельствующее об уменьшении величины суммарного звукового пол  в области установки микрофона 8, проходит минимум, достижимый с помощью

0 первого канала компенсации шума и в близи которого(по фиг За)оказалось до запуска УПФ1 выходное напр жение детектора 11, и затем начинает увеличиватьс  При этом блок 12 индикации минимума вырабатывает

5 на своем выходе первый импульс, который проходит через схемы И 22 и ИЛИ 23 и заставл ет сработать по своему заднему фронту триггер 27, устанавливающийс  в 1, и триггер 24, устанавливающийс  в О.

0 Интегратор 26 реверсируетс , и напр жение на его выходе ифв1 начинаетуменьшать- с . При этом ФВт 4-1 возвращает первый канал компенсации шума к уже пройденным фазовым соотношени м между его выходом

5 и входом В результате выходное напр жение детектора 11 вновь уменьшаетс , проходит минимум и начинает увеличиватьс , привод  к формированию на выходе блока 12 индикации минимума второго импульса,

0 переключающего триггеры 24 и 27 в исходное состо ние. Перепад напр жени  с выхода триггера 27 проходит через схему ИЛИ 28 на К-вход триггера 29, устанавлива  его в О. При этом схема И 22 закрываетс  по

5 второму входу, управл ющий ключ 25 размыкаетс , перевод  интегратор 26 в режим запоминани , а отрицательный фронте выхода триггера 29 запускает УПФ2 по входу II, как указывалось выше (последователь- ность сигналов приведена на фиг За).

Блоки БУФВ и БУРУработаютв режимеразде- лени  во времени. Фазова  подстройка излучателей 7-1....7-П считаетс  оконченной, когда на выходе триггера 29, вход щего в УПФц, формируетс  отрицательный перепад напр жени , проход щий через двухпо- зиционный переключатель 32 на вход К триггера 20 выбора корректируемого параметра и устанавливающий его в состо ние О. С выхода триггера 20, предварительно установленного в состо ние 1, отрицательный перепад напр жени  поступает на вход УПАч, вход щий в БУРУ. Начинаетс  амплитудна  подстройка каналов компенса- ции шума, оканчивающа с  формированием отрицательного перепада напр жени  на выходе триггера 29, вход щего в УПАП, поступающего на вход J триггера 20. Триггер 20 устанавливаетс  в состо ние 1, а на его инверсном выходе формируетс  перепад напр жени , запускающий через схему ИЛИ 21 устройство УПФ1 по входу II. Начинаетс  процесс фазовой подстройки каналов компенсации шума и т. д.

В позиции В двухпозиционного пере- ключател  32 осуществл етс  только фазова  подстройка каналов компенсации шума. Эго необходимо в случае, когда объект, на котором закреплен микрофон 8 ошибки компенсации , быстро мен ет свое положение в пространство. При этом обеспечиваетс  необходимое быстродействие системы адаптивного регулировани  при допустимой потере точности компенсации исходного звукового пол .

На фиг, 36 сплошной линией приведена диаграмма импульсов, соответствующа  I- му циклу регулировани  i-ro УПФ или УПА, когда выходное напр жение детектора 11 уменьшаетс , а минимум с помощью УПФ или УПА дл  данного канала компенсации не достигаетс . В результате напр жение детектора становитс  менее Urn, что приводит к срабатыванию компаратора 30 и одно- вибратора 31, устанавливающего триггер 27 в О, а также триггеры 24 и 29 через соответствующие схемы ИЛИ 23 и ИЛИ 28 - в состо ни  1 и О соответственно.

Таким образом, цикл работы УПФ, а также УПА завершаетс  переключением триггера 29 из состо ни  1 в исходное состо ние О, которое осуществл етс  вторым импульсом с выхода блока 12 индикации минимума либо при его отсутствии, импульсом с выхода одновибратора 31. Дл  обеспечени  работоспособности системы адаптивного регулировани  необходимо, чтобы при выполнении 1-го цикла работы каждым УПФ или УПА удовлетвор лось следующее условие относительно минимального интервала времени tui по влени  первого импульса на выходе блока 12 индикации минимума (см. фиг. За):

tu1 t 1+ Т 2 Тр+ Г3.8- 11 - Г 3,12+ AT

При tKTp,

где т р - врем  распространени  сигнала от блока излучателей 7-1, ... 7-п до микрофона 8 ошибки компенсации;

0тз, в-11 - врем  задержки распространени  сигнала с выхода микрофона 8 до выхода детектора 11, имеющего усредн ющий фильтр;

тз, 12 - врем  задержки по влени  сиг5 нала на выходе блока 12;

Ат- врем  на минимальное изменение фазовых соотношений в соответствующем канале компенсации шума, определ емое чувствительностью измерительного тракта,

0 составленного из микрофона 8 и блоков 9- 12,

Дл  увеличени  точности и быстродействи  системы адаптивного регулировани 

5 необходимо увеличивать частоту генератора 13 однопол рных импульсов и, следовательно , уменьшать длительность импульсов на выходе блока 12, что ограничиваетс  быстродействием элементов, вход щих в блок

0 12, а также УПФ и УПА,

Алгоритм работы каждого УПФ или УПА на i-м цикле оаботы определ етс  (Ы)-м циклом.

На фиг. Зв приведены характерные тра5 ектории регулировани  в плоскости ифв (Upy) и ид, где UA - напр жение на выходе детектора 11. Если в (1-1)-м цикле работы напр жение 11Д уменьшаетс  при увеличении напр жени  ифв (Upy), которое, достиг0 нув верхнего порога срабатывани  компаратора 30 вызвало срабатывание последнего и, следовательно, одно- вибратора 31 (см. фиг. 36, пунктирна  лини ), устанавливающего через схемы

5 ИЛИ 23 и ИЛИ 28 триггеры 24 и 29 в состо ние О, что определ ет в дальнейшем начальную точку Hi i-ro цикла работы, дл  которого заранее установлено новое значение верхнего порога срабатывани 

0 Un2c, то траектори  движени  системы регулировани  в плоскости сигналов ифв (Upy) и ид в i-м-цикле работы УПФ или УПА соответствует траектории II. Если же (1-1)-й цикл работы данного УПФ или УПА

5 завершаетс  приходом второго импульса с выхода блока 12 индикации минимума, определ ющего , например, ту же начальную точку Hi дл  i-ro цикла работы, то траектори  системы регулировани  в i-м цикле работы УПФ или УПА соответствует траектории I. На фиг. Зв указаны также соответствующие сигналы в точках измерени  траекторий движени  I и II (точки А, В и А .

в1).

Устройство 33 сигнализации работоспособности , на вход которого поступают импульсы с выхода блока 12 индикации минимума, информирует оператора о том, находитс  ли микрофон 8 ошибки компенсации в пределах пространственной области подавлени  шума или нет. Посто нна  времени вход щего в устройство сигнализации интегратора выбираетс  равной сумме посто нных времени интегратора 26 всех УПФ (или УПА), так что отсутствие импульсов с выхода блока 12 в течение цикла работы БУФВ (или БУРУ) приводит к загоранию лампы 34 сигнализации неработоспособности . При зтом под неработоспособностью подразумеваетс  невозможность с помощью установленного в данном месте набора излучателей 7-17-п обеспечить

подавление шума в области, в которой оказалс  микрофон 8 ошибки компенсации. Устройство дл  подавлени  шума переходит в указанный выше режим пассивного регулировани  фазы и амплитуды до возвращени  микрофона 8 ошибки компенсации в пределы пространственной области активного подавлени  шума.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  активного подавлени  шума, содержащее последовательно соединенные микрофон, усилитель, фильтр и канал компенсации, состо щий из последовательно соединенных регулируемого фазовращател , регулируемого усилител , усилител  мощности и излучател  звука, а также блок индикации минимума, генератор импульсов и последовательно соединенные микрофон ошибки компенсации, усилитель, фильтр и детектор, отличающеес  тем, что, с целью расширени  пространственной области активного подавлени  шума, в устройство введены п дополнительных каналов компенсации, блок управлени  фазовращател ми , содержащий п последовательно соединенных блоков подстройки фазы, блоки управлени  регулируемыми усилител ми, содержащий п последовательно соединенных блоков подстройки амплитуды, триггер

   выбора корректируемого параметра, двух- позицмонный ключ режима подавлени  шума и трехвходова  схема ИЛИ, причем первый блока индикации минимума со- 5 единен с выходом детектора, второй вход- с выходом генератора импульсов, выход блока индикации минимума подключен одновременно к первому входу каждого блока подстройки фазы и блока подстройки амп- 0 литуды, выход блока управлени  фазовращател миподключенчерез двухпозиционный ключ к К-входу триггера выбора корректируемого параметра, инверсный выход которого подключен через схе- 5 му ИЛИ к второму входу первого блока подстройки фазы, выход блока управлени  регулируемыми усилител ми подключен к входу 1 триггера выбора корректируемого параметра, пр мой выход которого подклю0 чен к второму входу первого блока подстройки амплитуды, второй выход двухпозиционного ключа подключен к второму входу схемы ИЛИ, третий вход которой соединен с клеммой пуска, вторые

   5 входы каждой пары блоков подстройки фазы и подстройки амплитуды подключег ны к входам управлени  соответствующих регулируемых фазовращателей и регулируемых усилителей каналов компенсации.

   0
2. 2. Устройство по п. 1,отличающеес  тем, что каждый блок подстройки фазы и амплитуды содержит последовательно соединенные схему И, первую схему ИЛИ, первый счетный триггер, управл емый ключ

   5 и интегратор, последовательно соединенные второй счетный триггер, вторую схему ИЛИ и третий триггер, а также двухпорого- вый компаратор и одновибратор, причем первый вход схемы И соединен с выходом

   0 третьего триггера и с входом управл емого ключа, выход схемы И соединен с входом второго счетного триггера, выход интегратора через последовательно соединенные двухпороговый компаратор и одновибратор

   5 подключен к установочному входу второго счетного триггера и к вторым входам первой и второй схем ИЛИ, при этом первым входом блока подстройки фазы и подстройки амплитуды  вл етс  второй вход схемы И,

   0 вторым входом - второй вход третьего триггера , выходом - выход интегратора, информационным выходом - выход третьего триггера.

   L D«

   О)

   .Ј.

   Ю СЛ

   Ю

   /7yCX

   К блокам уг.раЬлени  ФВ и РУ

   д ггш-гита - U-1tjljUJL n Вш

   Вых. ком

   42 У/ Врем  перехода процессов ус-За выборки и хрвм. 38

   Вых.комп. (Вых.12) 4

   п . I

   тн ип,