專利名稱：一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
有源噪聲控制(ANC)是一種噪聲控制方法，它引進(jìn)次級(jí)聲源，通過(guò)和初級(jí)噪聲源及其聲場(chǎng)相互作用，達(dá)到噪聲抑制的目的。1953年Olson和May詳細(xì)闡述了“電子吸聲器” 的原理及其應(yīng)用，通過(guò)他們?cè)S多富有預(yù)見(jiàn)性的實(shí)例可以看出，有源噪聲控制技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備從理論走向應(yīng)用。在之后的二十年里，電子電路與信號(hào)處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，大規(guī)模集成電路與數(shù)字電路以極快的速度進(jìn)入各種實(shí)際控制系統(tǒng)。同時(shí)，以Jessel，Mangiante 和Canevet為代表的一批研究者，使用惠更斯原理，論證了存在不受次級(jí)聲信號(hào)影響的聲場(chǎng)區(qū)域，從而可以實(shí)現(xiàn)無(wú)次級(jí)聲反饋的有源降噪的可能性，并定量地給出了能量吸收型次級(jí)聲源所應(yīng)具備的三極子輻射特性，通稱JMC理論。1981年Burgress首次將自適應(yīng)控制濾波理論應(yīng)用于有源噪聲控制，對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成及算法作了計(jì)算機(jī)仿真研究，提出了著名的 Filtered-XLMS算法。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于DSP技術(shù)的前饋有源控制系統(tǒng)逐漸成熟。在該技術(shù)的推動(dòng)下，1980年Kuo、1990年Franklin和1997年Astrom等人，分別在他們各自的著作中闡述數(shù)字控制器在有源噪聲控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。雖然數(shù)字有源控制系統(tǒng)的研究已蓬勃發(fā)展，模擬有源控制系統(tǒng)，特別是模擬反饋有源控制系統(tǒng)以其低延遲、低成本、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際工程中被廣泛應(yīng)用。單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)由一個(gè)誤差傳聲器、一個(gè)次級(jí)聲源以及一路控制電路組成?？刂齐娐吠ㄟ^(guò)對(duì)誤差傳聲器處的噪聲信號(hào)反相、濾波，使次級(jí)聲源輻射的聲場(chǎng)與初級(jí)噪聲聲場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生降噪效果?？刂葡到y(tǒng)所用的控制電路可以是模擬或數(shù)字的，其中模擬電路應(yīng)用較多。模擬反饋有源噪聲控制系統(tǒng)有多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合，如單通道系統(tǒng)應(yīng)用于有源抗噪聲耳罩中，雙通道系統(tǒng)應(yīng)用于有源頭靠系統(tǒng)中，多路單通道系統(tǒng)組合起來(lái)應(yīng)用于道路噪聲屏障系統(tǒng)以及虛擬聲屏障系統(tǒng)中。有一些關(guān)于有源控制器的專利，如CN1664727公開(kāi)了一種多通道有源控制器，使用數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)前饋控制，可同時(shí)控制多達(dá)10個(gè)以上的通道；CN101887718A公開(kāi)了一種反饋有源噪聲控制系統(tǒng)水床效應(yīng)的改善方法，利用數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的控制器，改善水床效應(yīng)。雖然反饋有源噪聲控制系統(tǒng)已有較多研究與應(yīng)用，但并未涉及控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，即包含揚(yáng)聲器單元、揚(yáng)聲器箱體、控制電路的一體化設(shè)計(jì)。一體化設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于聲學(xué)和電路的統(tǒng)籌考慮和優(yōu)化。本發(fā)明提出了一種一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于一體化的集成系統(tǒng)，控制效果良好且穩(wěn)定，控制系統(tǒng)外觀美觀，系統(tǒng)參數(shù)和性能靈活可調(diào)，可根據(jù)不同場(chǎng)合優(yōu)化調(diào)節(jié)。
三、發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種一 體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由揚(yáng)聲器單元、揚(yáng)聲器箱體、誤差傳聲器、傳聲器前置放大電路、可變?cè)鲆婵刂齐娐?、二階RC反饋控制電路、功率放大電路以及直流供電電源組成；該系統(tǒng)所有組成部分一體化集成在揚(yáng)聲器箱體內(nèi)，無(wú)分離元件。該系統(tǒng)的誤差傳聲器接收外界噪聲信號(hào)，經(jīng)傳聲器前置放大電路與可變?cè)鲆婵刂齐娐穼⑿盘?hào)放大后傳遞給二階RC控制電路，二階RC控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)經(jīng)由功率放大電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器單元，在誤差傳聲器處產(chǎn)生等幅反相的聲音信號(hào)，消除誤差傳聲器處的噪
聲信號(hào)。該系統(tǒng)的二階RC控制電路為模擬反饋控制電路，可以根據(jù)不同揚(yáng)聲器單元、不同揚(yáng)聲器箱體結(jié)構(gòu)和不同傳聲器優(yōu)化電路參數(shù)和性能，優(yōu)化過(guò)程通過(guò)調(diào)節(jié)電路的電位器阻值實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)的揚(yáng)聲器單元與揚(yáng)聲器箱體構(gòu)成該系統(tǒng)的控制源，揚(yáng)聲器單元的標(biāo)稱諧振頻率不大于80Hz。該系統(tǒng)的揚(yáng)聲器箱體為正六棱柱形，可在較小體積下有較大聲容，揚(yáng)聲器單元與箱體構(gòu)成的音箱的諧振頻率不大于140Hz。該系統(tǒng)的誤差傳聲器安裝于揚(yáng)聲器頂端的六棱臺(tái)上，距離揚(yáng)聲器聲中心8cm。該系統(tǒng)的所有電路，包括傳聲器前置放大電路、可變?cè)鲆骐娐贰⒍ARC反饋控制電路和功率放大電路，集成在一塊電路板上。本發(fā)明的有益效果是(1)整個(gè)反饋有源噪聲控制系統(tǒng)是一體化的集成系統(tǒng)，控制效果良好且穩(wěn)定；(2)控制系統(tǒng)外觀美觀；(3)系統(tǒng)參數(shù)和性能靈活可調(diào)，可根據(jù)不同場(chǎng)合優(yōu)化調(diào)節(jié)。
四

為方便理解和實(shí)施本發(fā)明，可參照附圖描述示例性的優(yōu)選實(shí)施例子，其中圖1是一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)的示意圖。圖2是反饋式有源噪聲控制原理框圖。圖3是二階模擬RC控制電路圖。圖4是實(shí)測(cè)獲得的誤差傳聲器處降噪效果圖(FFT測(cè)量)圖5是實(shí)測(cè)獲得的誤差傳聲器處降噪效果圖(SSR掃頻測(cè)量)
五具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)由揚(yáng)聲器單元2、揚(yáng)聲器箱體3、 誤差傳聲器1、電路部分4 (包含傳聲器前置放大電路、可變?cè)鲆婵刂齐娐?、二階RC反饋控制電路、功率放大電路)以及直流供電電源5組成。該系統(tǒng)所有組成部分一體化集成在揚(yáng)聲器箱體內(nèi)，無(wú)分離元件。其中，誤差傳聲器1安裝于揚(yáng)聲器箱體頂端的六棱臺(tái)6上。本例中，揚(yáng)聲器箱體3為針對(duì)特殊低頻響應(yīng)要求設(shè)計(jì)的正六棱柱封閉式揚(yáng)聲器， 高20. 36cm，棱邊長(zhǎng)9. 50cm ；揚(yáng)聲器箱體3頂端設(shè)計(jì)六棱臺(tái)形防塵罩，它另有固定誤差傳聲器1的作用，棱臺(tái)下邊長(zhǎng)與棱柱箱體等同，上邊長(zhǎng)為4cm，棱臺(tái)高14. 03cm。揚(yáng)聲器箱體3中包含一個(gè)5英寸低音揚(yáng)聲器單元2，開(kāi)關(guān)供電電源5和集成反饋式有源控制電路4。
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)在于揚(yáng)聲器單元2、揚(yáng)聲器箱體3、電路部分4中反饋控制電路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)包括以下三個(gè)步驟A.模擬反饋電路的設(shè)計(jì)圖2為反饋有源噪聲控制系統(tǒng)的原理框圖，其中G(S)是反饋控制電路(此處即二階RC電路)的傳遞函數(shù)，K是放大器(此處即可變?cè)鲆婵刂齐娐?增益，C(S)是次級(jí)通道 (該通道包含功率放大電路、次級(jí)源、次級(jí)源到傳聲器的聲學(xué)路徑、傳聲器放大電路)傳遞函數(shù)，s表示拉普拉斯算子，u(t)是控制信號(hào)，d(t)是外部噪聲，e(t)是在誤差傳聲器處外部噪聲和控制聲疊加得到的信號(hào)，t表示時(shí)間?？刂坪笳`差傳聲器處噪聲信號(hào)為
權(quán)利要求
1.一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由揚(yáng)聲器單元、揚(yáng)聲器箱體、誤差傳聲器、傳聲器前置放大電路、可變?cè)鲆婵刂齐娐?、二階RC反饋控制電路、功率放大電路以及直流供電電源組成；該系統(tǒng)所有組成部分一體化集成在揚(yáng)聲器箱體內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于誤差傳聲器接收外界噪聲信號(hào)，經(jīng)傳聲器前置放大電路與可變?cè)鲆婵刂齐娐穼⑿盘?hào)放大后傳遞給二階RC控制電路，二階RC控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)經(jīng)由功率放大電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器單元，在誤差傳聲器處產(chǎn)生等幅反相的聲音信號(hào)，消除誤差傳聲器處的噪聲信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于二階RC控制電路為模擬反饋控制電路，可以根據(jù)不同揚(yáng)聲器單元、不同揚(yáng)聲器箱體結(jié)構(gòu)和不同傳聲器優(yōu)化電路參數(shù)和性能，優(yōu)化過(guò)程通過(guò)調(diào)節(jié)電路的電位器阻值實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于揚(yáng)聲器單元與揚(yáng)聲器箱體構(gòu)成該系統(tǒng)的控制源，揚(yáng)聲器單元的標(biāo)稱諧振頻率不大于80Hz。
5.如權(quán)利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于揚(yáng)聲器箱體為正六棱柱形，可在較小體積下有較大聲容，揚(yáng)聲器單元與箱體構(gòu)成的音箱的諧振頻率不大于140Hz。
6.如權(quán)利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于誤差傳聲器安裝于揚(yáng)聲器箱體頂端的六棱臺(tái)上。
7.如權(quán)利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)的所有電路，包括傳聲器前置放大電路、可變?cè)鲆骐娐?、二階RC反饋控制電路和功率放大電路，集成在一塊電路板上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種一體式設(shè)計(jì)的單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)。該一體式單通道反饋有源噪聲控制系統(tǒng)主要由傳聲器、電路系統(tǒng)(包括傳聲器前置放大電路、可變?cè)鲆婵刂齐娐贰⒍ARC控制電路和功率放大電路幾個(gè)部分)、揚(yáng)聲器單元、揚(yáng)聲器箱體和電源組成。本發(fā)明解決了反饋有源噪聲控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)問(wèn)題，包括其中的控制電路設(shè)計(jì)、濾波器參數(shù)估計(jì)和揚(yáng)聲器箱體設(shè)計(jì)。本發(fā)明具有控制效果良好且穩(wěn)定，控制系統(tǒng)外觀美觀，系統(tǒng)參數(shù)和性能靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G10K11/178GK102332260SQ201110141199
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者浦宏杰, 邱小軍, 鄒海山 申請(qǐng)人:南京大學(xué)