基于最優(yōu)布放的有源噪聲控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于最優(yōu)布放的有源噪聲控制方法。本發(fā)明通過在聲學分析軟件下對封閉空間內(nèi)有源噪聲控制系統(tǒng)進行建模與仿真分析，對次級聲源和誤差傳聲器的布放策略進行研究，得出有源噪聲控制系統(tǒng)中次級聲源和誤差傳聲器布放對系統(tǒng)實際降噪效果的影響規(guī)律，并在此基礎上確定最優(yōu)布放方案。本發(fā)明利用盡量少的次級聲源和誤差傳聲器通過合理布放其位置實現(xiàn)降噪空間的最大化和降噪效果，尤其適用于空間極不規(guī)則，且受結(jié)構(gòu)設計和空間布局的影響，聲場環(huán)境也極為復雜的封閉空間。
【專利說明】基于最優(yōu)布放的有源噪聲控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于振、沖、噪領域，是一種基于最優(yōu)布放的次級聲源和誤差傳聲器的有源噪聲控制系統(tǒng)，用于封閉空間聲場中確定次級聲源和誤差傳聲器的最優(yōu)布放方案。
【背景技術(shù)】
[0002]自適應有源降噪是通過使誤差傳聲器處聲壓最小來實現(xiàn)的，當有多個誤差傳聲器存在時，其實現(xiàn)準則是使所有誤差信號的均方值的和最小，也就是各誤差傳聲器處聲壓的均方值之和為最小，因此對自由聲場中某一確定的聲源，只要在其附近布放一定數(shù)量的次級聲源，同時在空間所有方向上，即包圍初級聲源、次級聲源的一個球面上連續(xù)布放無數(shù)個誤差傳聲器，通過自適應控制器的調(diào)節(jié)，就可實現(xiàn)系統(tǒng)的有源消聲。但在實際工程應用中，這種方法是不可行的，因為過多的次級聲源和誤差傳聲器一方面會使系統(tǒng)變得復雜化，運算量急劇增加，從而影響有源噪聲控制系統(tǒng)的實時性，另一方面實際的應用場合一般也不允許布放這么多的次級聲源和誤差傳聲器。因此，能否利用盡量少的次級聲源和誤差傳聲器通過合理布放其位置實現(xiàn)降噪空間的最大化和降噪效果的是亟待解決的問題。
[0003]尤其對于特定密閉空間內(nèi)，比如車船艙室內(nèi)，因為空間極不規(guī)則，且受結(jié)構(gòu)設計和空間布局的影響，聲場環(huán)境也極為復雜，僅僅是把室內(nèi)聲場的情況較為準確的描述出來也不那么容易，所以目前尚無好的系統(tǒng)降噪方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于最優(yōu)布放的次級聲源和誤差傳聲器的有源噪聲控制方法。
[0005]一種基于最優(yōu)布放的有源噪聲控制方法，包含以下步驟:
[0006]I)對封閉空間進行建模，并離散化為有限數(shù)量的具有質(zhì)量和彈性的單元，建立封閉空間聲場模型的有限元計算模型；
[0007]2)將所得的封閉空間聲場模型進行結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應計算，分析封閉空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)響應特性；所述的動態(tài)響應計算包括聲場分布計算，所述的分析包括模態(tài)分析；
[0008]3)運用聲學分析軟件計算封閉空間內(nèi)部聲場，并對計算結(jié)果進行分析，從而獲得封閉空間內(nèi)的聲場特性，獲得多種有源噪聲控制系統(tǒng)中次級聲源和誤差傳聲器的布放方案；
[0009]4)結(jié)合次級聲源和誤差傳聲器的布放原則進一步確定最優(yōu)布放方案。
[0010]所述的次級聲源布放原則包括以下的一種或多種:
[0011]2.1、次級聲源不能放置在聲模態(tài)節(jié)線上或靠近聲模態(tài)節(jié)線；
[0012]2.2、初級聲源與次級聲源之間的距離應大于聲波半波長；
[0013]2.3、次級聲源放置在幾個主導聲模態(tài)的最大幅值處；
[0014]2.4、當單獨的次級聲源不能抵消一個聲模態(tài)時，應用多個次級聲源聯(lián)合作用。
[0015]所述的誤差傳聲器的布放原則包括:[0016]3.1、布放在聲模態(tài)反節(jié)面處。
[0017]所述的封閉空間為車船艙室。
[0018]本發(fā)明的有益效果:利用盡量少的次級聲源和誤差傳聲器通過合理布放其位置實現(xiàn)降噪空間的最大化和降噪效果，尤其適用于空間極不規(guī)則，且受結(jié)構(gòu)設計和空間布局的影響，聲場環(huán)境也極為復雜的封閉空間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是封閉空間的仿真模型示意圖；
[0020]圖2 (I)是主導聲模態(tài)(I)云圖；
[0021]圖2 (2)是主導聲模態(tài)(2)云圖；
[0022]圖2 (3)是主導聲模態(tài)(3)云圖；
[0023]圖2 (4)是主導聲模態(tài)(4)云圖；
[0024]圖2 (5)是主導聲模態(tài)(5)云圖；
[0025]圖2 (6)是主導聲模態(tài)(6)云圖；
[0026]圖2 (7)是主導聲模態(tài)(7)云圖；
[0027]圖3是次級聲源S1單獨作用下的Eptl ；
[0028]圖4是次級聲源S2單獨作用下的Eptl ；
[0029]圖5是次級聲源S3單獨作用下的Eptl ；
[0030]圖6是次級聲源S2和S3聯(lián)合作用下的Eptl ；
[0031 ]圖7是次級聲源S4單獨作用下的Eptl ；
[0032]圖8是次級聲源S2、S3和S4聯(lián)合作用下的Eptl。
【具體實施方式】
[0033]根據(jù)三維封閉空間穩(wěn)態(tài)聲場噪聲控制的原理，假設封閉空間中的聲場可以由一系列聲模態(tài)疊加表示，為抑制空間噪聲，引入多個次級聲源，如果次級聲源數(shù)目與聲模態(tài)數(shù)相等，而且那么當次級聲源強度合適時，封閉空間中聲壓處處為零。但實際情況是，聲模態(tài)數(shù)將會遠遠大于次級聲源的個數(shù)，本發(fā)明中為了理論計算與實際應用的方便，選取全空間時間平均聲勢能為目標，并且用無約束最優(yōu)化方法，合理分布次級聲源，使封閉空間中總的時間平均聲勢能達到最小。
[0034]矩形封閉空間仿真模型示意圖如圖1所示。有源控制噪聲頻率范圍設定在50?300Hz。假設所有聲模態(tài)的阻尼比都等于0.01?？臻g中共有I個初級聲源P和4個次級聲源S1?S4，所有聲源在Z方向上坐標相同。
[0035]在本發(fā)明考慮的頻率范圍內(nèi)，有7個主導聲模態(tài)，它們模態(tài)序數(shù)和特征頻率如表I所示。
[0036]表I模態(tài)序數(shù)和特征頻率
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種基于最優(yōu)布放的有源噪聲控制方法，其特征在于，包含以下步驟: 1)對封閉空間進行建模，并離散化為有限數(shù)量的具有質(zhì)量和彈性的單元，建立封閉空間聲場模型的有限元計算模型； 2)將所得的封閉空間聲場模型進行結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應計算，分析封閉空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)響應特性；所述的動態(tài)響應計算包括聲場分布計算，所述的分析包括模態(tài)分析； 3)運用聲學分析軟件計算封閉空間內(nèi)部聲場，并對計算結(jié)果進行分析，從而獲得封閉空間內(nèi)的聲場特性，獲得多種有源噪聲控制系統(tǒng)中次級聲源和誤差傳聲器的布放方案； 4)結(jié)合次級聲源和誤差傳聲器的布放原則進一步確定最優(yōu)布放方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的次級聲源布放原則包括以下的一種或多種: 2.1、次級聲源不能放置在聲模態(tài)節(jié)線上或靠近聲模態(tài)節(jié)線； 2.2、初級聲源與次級聲源之間的距離應大于聲波半波長； 2.3、次級聲源放置在幾個主導聲模態(tài)的最大幅值處； 2.4、當單獨的次級聲源不能抵消一個聲模態(tài)時，應用多個次級聲源聯(lián)合作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的誤差傳聲器的布放原則包括: 3.1、布放在聲模態(tài)反節(jié)面處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的封閉空間為車船艙室。
【文檔編號】G06F17/50GK104036065SQ201410116184
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】王友釗, 黃靜, 楊益民 申請人:浙江大學