第二章 第七节 有源噪声控制08-11-17

1、第二章 噪声污染及其控制第一节 概述第二节 声学基础第三节 噪声的评价和标准第四节 噪声控制技术吸声第五节 噪声控制技术隔声第六节 噪声控制技术消声 第七节 有源噪声控制简介 第七节 有源噪声控制简介概 述 一一三三有源噪声控制的工程应用 有源噪声控制系统 二二n n （一）有源噪声控制原理（一）有源噪声控制原理（二）自适应有源噪声控制（二）自适应有源噪声控制概述 一一n （一）有源噪声控制原理（一）有源噪声控制原理n有源噪声控制（ANC）技术：在指定区域内人为地产生一个次级声信号，通过次级声源产生与初始声源的声波大小相等，相位相反的声波辐射，二者相互抵消，达到降噪的目的。n作用：消除低频噪声

2、。 与人们日常生活密切相关的噪声大多以低频噪声为 主，如空调、冰箱的噪声，有源噪声控制技术给出了 一种新的解决办法。n基本原理：根据两列声波相消性干涉或声辐射抑制的原理，在管道上游布置的前置传声器拾取噪声信号，经电信号处理馈送给管道下游的次级声源，调整次级声源的输出使得在下游与原噪声信号相位相反而实现“静区”的目的。图图2-492-49 有源噪声控制示意图有源噪声控制示意图 n控制依据：电信号处理速度远远大于声传播的速度，电信号处理过程可以实现十分精确的反相位声压的控制。n问题点：次级声源在向下游声场辐射的同时也向上游传播，被上游传声器所接收,形成声-电-声的闭合回路，引起消声系统出现“自激现

3、象”，即声反馈过程。因此，ANC技术的发展一度受到制约。n改进方法：1953年，美国的H.Olson创造性地将声反馈过程同控制系统中的反馈过程有机地结合起来, 运用负反馈控制方法设计了有源消声装置，在对声场信息未知的情况下(即无需前置传声器)来实现有源消声控制过程（图2-50）。n采用反馈控制结构,无需获得待抵消噪声的先验知识，并且将声反馈环节作为整个ANC系统的一部分加以控制，从而更符合实际声场状况。n到目前为止，有源噪声控制大都沿用前馈控制与反馈控制两种基本思想。图图2-50 H. Olson2-50 H. Olson的电子吸声结构原理图的电子吸声结构原理图 n n （一）有源噪声控制原理

4、（一）有源噪声控制原理（二）自适应有源噪声控制（二）自适应有源噪声控制概述 一一n （二）自适应有源噪声控制（二）自适应有源噪声控制n基本原理：在控制中采用自适应方法，以自动调节次级声信号，确保次级声信号能有效地抵消初始声信号，提高消声效果，达到降噪目的。 有源噪声控制系统中包括多个次级声源和误差传感有源噪声控制系统中包括多个次级声源和误差传感器，这种控制器的传递函数十分复杂，用模拟电路难以器，这种控制器的传递函数十分复杂，用模拟电路难以实现。因此采用实现。因此采用自适应有源噪声控制方法。自适应有源噪声控制方法。图图2-51 2-51 自适应有源噪声控制原理图自适应有源噪声控制原理图n由初始声

5、源S发出的噪声传播到点E，同时，M1传感器检测初始声源，送入自适应控制器，经功放由扬声器P，即次级声源发出，传播到点E和初始声源叠加，由M2传感器监测残余噪声送入自适应控制器，经特定的自适应算法进行控制，使点E的残余信号最小。n由此可见，自适应控制器的输出输入信号、误差信号的获取都不是直接的，而是通过扬声器和传感器，如麦克风等声器件输出和拾取的。第七节 有源噪声控制简介概 述 一一三三有源噪声控制的工程应用 有源噪声控制系统 二二有源噪声控制系统 二二有源噪声 控制系统的组成 构造简单，成本低廉，只能完成传递构造简单，成本低廉，只能完成传递函数简单的单通道控制器，系统特性函数简单的单通道控制器

6、，系统特性不能适应环境的变化。不能适应环境的变化。 控制器部分 电声部分 ：模拟电路： 数字电路： 由数字信号处理器完成特定算法，通由数字信号处理器完成特定算法，通常是自适应性的，适合完成多通道和常是自适应性的，适合完成多通道和时变环境下的有源噪声控制，可靠性时变环境下的有源噪声控制，可靠性好，但价格较高，电路结构复杂。好，但价格较高，电路结构复杂。 主要包括次级声源（电声器件、振动作动器）、主要包括次级声源（电声器件、振动作动器）、参考传感器（对前馈控制方式而言）、参考传感器（对前馈控制方式而言）、误差传感器。误差传感器。 有源噪声控制系统的分类方法达数十种之多，有源噪声控制系统的分类方法达

7、数十种之多，涉及的分类因素也很复杂，详见表涉及的分类因素也很复杂，详见表2-222-22所示。所示。 有源噪声控制系统的分类：控制方式次级声源类型误差传感策略自适应前馈模拟单通道分布式声控制声传感远场近场非自适应反馈数字多通道集中式力控制结构传感位移速度加速度表表2-22 2-22 有源噪声控制系统的分类有源噪声控制系统的分类 表表2-222-22中，每一列任选一项，从左到右排列，就构成了一中，每一列任选一项，从左到右排列，就构成了一种典型的有源噪声控制系统。种典型的有源噪声控制系统。 在实际中下列系统的分类要特别注意在实际中下列系统的分类要特别注意多数情况下，多通道系统对扩大消声空间，多数情

8、况下，多通道系统对扩大消声空间，提高降噪量是必需的；提高降噪量是必需的；随通道数增多，控制器算法复杂程度大幅度随通道数增多，控制器算法复杂程度大幅度增加，对保持系统的实时性和稳定性都十分增加，对保持系统的实时性和稳定性都十分不利不利 单通道系统单通道系统 和多通道系统和多通道系统 模拟系统模拟系统 和数字系统和数字系统 优点：可完成特定算法，自适应性，适合多通优点：可完成特定算法，自适应性，适合多通 道和时变环境，可靠性好。道和时变环境，可靠性好。缺点：价格相对较高，电路结构复杂。缺点：价格相对较高，电路结构复杂。模拟电路模拟电路数字电路数字电路优点：构造简单，成本低廉优点：构造简单，成本低廉

9、 缺点：仅适应传递函数简单的单通道控制器缺点：仅适应传递函数简单的单通道控制器 系统特性不能适应环境的变化系统特性不能适应环境的变化 （一）（一）优点：整个系统由误差传感器同时检测参考优点：整个系统由误差传感器同时检测参考 信号和误差信号。信号和误差信号。缺点：稳定性较低，无法得到参考信号缺点：稳定性较低，无法得到参考信号 前馈控制系统前馈控制系统和反馈控制系统和反馈控制系统 前馈滤波器前馈滤波器误差传感器误差传感器优点：优点：稳定性好，一般情况都采用前馈系统。稳定性好，一般情况都采用前馈系统。 （二）（二）（三）（三）一个次级声源一个次级声源一个误差传感器一个误差传感器多个次级声源多个次级声

10、源多个误差传感器多个误差传感器第七节 有源噪声控制简介概 述 一一三三有源噪声控制的工程应用 有源噪声控制系统 二二三三有源噪声控制的工程应用管道中的有源控制管道中的有源控制 结构和振动分离的有源控制结构和振动分离的有源控制结构振动控制的消声结构振动控制的消声封闭区域的有源控制封闭区域的有源控制汽车中的有源控制汽车中的有源控制n有源噪声控制技术在有源噪声控制技术在低频范围低频范围、软件可行性软件可行性及及成本成本等方面有着无源控制技术无可比拟的优越性，已成为等方面有着无源控制技术无可比拟的优越性，已成为噪声控制界的一个噪声控制界的一个研究热点研究热点。n随着有源降噪技术的日趋成熟，一些工程设计也取随着有源降噪技术的日趋成熟，一些工程设计也取得了良好的效果。得了良好的效果。n2020世纪世纪7070年代后，一些理论技术已逐步实用化并转年代后，一些理论技术已逐步实用化并转换为商品，如换为商品，如管道有源消声器管道有源消声器和和有源降噪耳罩有源降噪耳罩等。等。n美国美国DIGSONIXDIGSONIX公司的管道有源消声系统，在公司的管道有源消声系统，在4040150Hz150Hz范围内消声量为范围内消声