基于最優(yōu)布放的有源噪聲控制方法
【專(zhuān)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(guò)在聲學(xué)分析軟件下對(duì)封閉空間內(nèi)有源噪聲控制系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真分析，對(duì)次級(jí)聲源和誤差傳聲器的布放策略進(jìn)行研究，得出有源噪聲控制系統(tǒng)中次級(jí)聲源和誤差傳聲器布放對(duì)系統(tǒng)實(shí)際降噪效果的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上確定最優(yōu)布放方案。本發(fā)明利用盡量少的次級(jí)聲源和誤差傳聲器通過(guò)合理布放其位置實(shí)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(shè)計(jì)和空間布局的影響，聲場(chǎng)環(huán)境也極為復(fù)雜的封閉空間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于最優(yōu)布放的有源噪聲控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于振、沖、噪領(lǐng)域，是一種基于最優(yōu)布放的次級(jí)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(chǎng)中確定次級(jí)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(yīng)有源降噪是通過(guò)使誤差傳聲器處聲壓最小來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)有多個(gè)誤差傳聲器存在時(shí)，其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)則是使所有誤差信號(hào)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(duì)自由聲場(chǎng)中某一確定的聲源，只要在其附近布放一定數(shù)量的次級(jí)聲源，同時(shí)在空間所有方向上，即包圍初級(jí)聲源、次級(jí)聲源的一個(gè)球面上連續(xù)布放無(wú)數(shù)個(gè)誤差傳聲器，通過(guò)自適應(yīng)控制器的調(diào)節(jié)，就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有源消聲。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，這種方法是不可行的，因?yàn)檫^(guò)多的次級(jí)聲源和誤差傳聲器一方面會(huì)使系統(tǒng)變得復(fù)雜化，運(yùn)算量急劇增加，從而影響有源噪聲控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，另一方面實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合一般也不允許布放這么多的次級(jí)聲源和誤差傳聲器。因此，能否利用盡量少的次級(jí)聲源和誤差傳聲器通過(guò)合理布放其位置實(shí)現(xiàn)降噪空間的最大化和降噪效果的是亟待解決的問(wèn)題。
[0003]尤其對(duì)于特定密閉空間內(nèi)，比如車(chē)船艙室內(nèi)，因?yàn)榭臻g極不規(guī)則，且受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和空間布局的影響，聲場(chǎng)環(huán)境也極為復(fù)雜，僅僅是把室內(nèi)聲場(chǎng)的情況較為準(zhǔn)確的描述出來(lái)也不那么容易，所以目前尚無(wú)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(jí)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(duì)封閉空間進(jìn)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(chǎng)模型的有限元計(jì)算模型；
[0007]2)將所得的封閉空間聲場(chǎng)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算，分析封閉空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性；所述的動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算包括聲場(chǎng)分布計(jì)算，所述的分析包括模態(tài)分析；
[0008]3)運(yùn)用聲學(xué)分析軟件計(jì)算封閉空間內(nèi)部聲場(chǎng)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，從而獲得封閉空間內(nèi)的聲場(chǎng)特性，獲得多種有源噪聲控制系統(tǒng)中次級(jí)聲源和誤差傳聲器的布放方案；
[0009]4)結(jié)合次級(jí)聲源和誤差傳聲器的布放原則進(jìn)一步確定最優(yōu)布放方案。
[0010]所述的次級(jí)聲源布放原則包括以下的一種或多種:
[0011]2.1、次級(jí)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(jí)聲源與次級(jí)聲源之間的距離應(yīng)大于聲波半波長(zhǎng)；
[0013]2.3、次級(jí)聲源放置在幾個(gè)主導(dǎo)聲模態(tài)的最大幅值處；
[0014]2.4、當(dāng)單獨(dú)的次級(jí)聲源不能抵消一個(gè)聲模態(tài)時(shí)，應(yīng)用多個(gè)次級(jí)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(chē)船艙室。
[0018]本發(fā)明的有益效果:利用盡量少的次級(jí)聲源和誤差傳聲器通過(guò)合理布放其位置實(shí)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(shè)計(jì)和空間布局的影響，聲場(chǎng)環(huán)境也極為復(fù)雜的封閉空間。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是封閉空間的仿真模型示意圖；
[0020]圖2 (I)是主導(dǎo)聲模態(tài)(I)云圖；
[0021]圖2 (2)是主導(dǎo)聲模態(tài)(2)云圖；
[0022]圖2 (3)是主導(dǎo)聲模態(tài)(3)云圖；
[0023]圖2 (4)是主導(dǎo)聲模態(tài)(4)云圖；
[0024]圖2 (5)是主導(dǎo)聲模態(tài)(5)云圖；
[0025]圖2 (6)是主導(dǎo)聲模態(tài)(6)云圖；
[0026]圖2 (7)是主導(dǎo)聲模態(tài)(7)云圖；
[0027]圖3是次級(jí)聲源S1單獨(dú)作用下的Eptl ；
[0028]圖4是次級(jí)聲源S2單獨(dú)作用下的Eptl ；
[0029]圖5是次級(jí)聲源S3單獨(dú)作用下的Eptl ；
[0030]圖6是次級(jí)聲源S2和S3聯(lián)合作用下的Eptl ；
[0031 ]圖7是次級(jí)聲源S4單獨(dú)作用下的Eptl ；
[0032]圖8是次級(jí)聲源S2、S3和S4聯(lián)合作用下的Eptl。
【具體實(shí)施方式】
[0033]根據(jù)三維封閉空間穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)噪聲控制的原理，假設(shè)封閉空間中的聲場(chǎng)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(gè)次級(jí)聲源，如果次級(jí)聲源數(shù)目與聲模態(tài)數(shù)相等，而且那么當(dāng)次級(jí)聲源強(qiáng)度合適時(shí)，封閉空間中聲壓處處為零。但實(shí)際情況是，聲模態(tài)數(shù)將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于次級(jí)聲源的個(gè)數(shù)，本發(fā)明中為了理論計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用的方便，選取全空間時(shí)間平均聲勢(shì)能為目標(biāo)，并且用無(wú)約束最優(yōu)化方法，合理分布次級(jí)聲源，使封閉空間中總的時(shí)間平均聲勢(shì)能達(dá)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(shè)定在50?300Hz。假設(shè)所有聲模態(tài)的阻尼比都等于0.01。空間中共有I個(gè)初級(jí)聲源P和4個(gè)次級(jí)聲源S1?S4，所有聲源在Z方向上坐標(biāo)相同。
[0035]在本發(fā)明考慮的頻率范圍內(nèi)，有7個(gè)主導(dǎo)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(duì)封閉空間進(jìn)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(chǎng)模型的有限元計(jì)算模型； 2)將所得的封閉空間聲場(chǎng)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算，分析封閉空間內(nèi)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性；所述的動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算包括聲場(chǎng)分布計(jì)算，所述的分析包括模態(tài)分析； 3)運(yùn)用聲學(xué)分析軟件計(jì)算封閉空間內(nèi)部聲場(chǎng)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，從而獲得封閉空間內(nèi)的聲場(chǎng)特性，獲得多種有源噪聲控制系統(tǒng)中次級(jí)聲源和誤差傳聲器的布放方案； 4)結(jié)合次級(jí)聲源和誤差傳聲器的布放原則進(jìn)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(jí)聲源布放原則包括以下的一種或多種: 2.1、次級(jí)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(jí)聲源與次級(jí)聲源之間的距離應(yīng)大于聲波半波長(zhǎng)； 2.3、次級(jí)聲源放置在幾個(gè)主導(dǎo)聲模態(tài)的最大幅值處； 2.4、當(dāng)單獨(dú)的次級(jí)聲源不能抵消一個(gè)聲模態(tài)時(shí)，應(yīng)用多個(gè)次級(jí)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(chē)船艙室。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104036065SQ201410116184
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江大學(xué)