有源软边界声屏障

摘要

本发明公开了一种有源软边界声屏障，它包括：无源声屏障、次级声源阵列、误差传感器阵列和控制器，次级声源阵列安装在无源声屏障的顶部，误差传感器阵列分布在次级声源附近区域。本发明中，误差传感器的摆放位置与现有的有源软边界声屏障不同，其最优位置通过在数值模拟和实验中改变误差传感器的布放位置而得到。本发明的误差传感器的布放位置可以使得有源软边界声屏障在噪声远场具有良好的降噪效果。

权利要求

1.一种有源软边界声屏障，包括无源声屏障、次级声源阵列、误差传感器阵列和控制器，其特征在于，次级声源阵列安装在无源声屏障的顶部，误差传感器阵列分布在次级声源正上方的区域，并且误差传感器阵列与次级声源阵列之间的距离为0-20厘米；次级声源阵列中的次级声源均匀地安装在无源声屏障的顶部，次级声源为扬声器；误差传感器阵列中每个误差传感器的位置分别与次级声源阵列中每个次级声源的位置相对应且两者的声中心分别在两条平行线上；控制器用于调整次级扬声器的输出。

2.如权利要求1所述的有源软边界声屏障，其特征在于，误差传感器为误差麦克风。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种噪声屏障，尤其涉及一种有源噪声屏障。

二、背景技术

在噪声环境中消除噪声，得到安静区域，通常采用隔声材料做成的声屏障进行降噪。然而传统的声屏障，即无源声屏障在实际使用中有一定限制，它在低频段降噪效果不佳。有源噪声控制技术主要应用在低频范围，将其运用在无源声屏障上，成为有源声屏障。现有的有源声屏障技术一般将误差麦克风摆放在屏障顶部边界的附近，通过控制器控制次级扬声器阵列的输出，使误差麦克风阵列处的声压幅值平方和最小，从而达到降噪目的，这种最小化边界声压的有源声屏障称为有源软边界声屏障。这里存在如何优化误差传感器在次级声源附近该如何摆放的问题，通过优化误差传感器在次级声源附近的位置，可以提高有源软边界声屏障的降噪效果。关于有源软边界声屏障中误差传感器的位置该如何布放，目前还没有在其他的文献中有过介绍。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的目的是提供一种通过优化有源软边界声屏障中误差传感器的布放位置，提高有源软边界声屏障在远场处的降噪效果的有源软边界噪声屏障。

2、技术方案：为了达到上述的发明目的，本发明的有源软边界声屏障包括：无源声屏障、次级声源阵列、误差传感器阵列和控制器，次级声源阵列安装在无源声屏障的顶部，误差传感器阵列分布在次级声源附近区域，一般误差传感器与次级声源之间距离为20厘米以内，经试验得到最佳的距离为8厘米；次级声源阵列中的次级声源均匀地分布在无源声屏障的顶部；误差传感器阵列中每个误差传感器的位置分别与次级声源阵列中每个次级声源的位置相对应且两者的声中心分别在两条平行线上；误差传感器采用误差麦克风；次级声源采用扬声器；控制器采用自适应算法以调整次级扬声器阵列的输出，以使误差传感器阵列处的声压幅值平方之和最小。

本发明中，误差传感器的摆放位置与现有的有源软边界声屏障不同，其最优位置通过在数值模拟和实验中改变误差传感器的布放位置而得到，评价标准是使得远场处的噪声可以得到最大的降低。对于次级布放在声屏障顶部的有源软边界声屏障，当误差传感器布放在次级声源附近时，正上方得到的降噪效果是最好的；同时当误差传感器布放在次级声源正上方时，误差传感器与次级声源间的距离存在一个最优值使得有源软边界声屏障在远场的降噪效果最好。

3、有益效果：本发明的误差传感器的布放位置可以使得有源软边界声屏障在噪声远场具有良好的降噪效果。

四、附图说明

图1是本发明的阵列结构示意图；

图2是本发明原理框图；

图3是三种次级声源和误差传感器之间位置的示意图；

图4是误差传感器三种位置的有源声屏障在远场的新增插入损失的比较示意图；

图5是误差传感器与次级声源间距离变化时在远场新增插入损失变化的数值模拟和实验结果图。

五、具体实施方式

如图1所示，本实施例的有源软边界声屏障包括无源声屏障、次级声源阵列、误差传感器阵列和控制器，次级声源阵列包括16个次级扬声器，误差传感器阵列包括16个误差传感器，次级扬声器均匀地分布在无源声屏障的顶部，误差传感器阵列分布在次级声源上方的附近区域并且其中每个误差传感器的位置与每个次级声源一一对应；控制器采用自适应算法以调整次级扬声器阵列的输出，以使误差传感器阵列处的声强绝对值之和最小。16个次级扬声器以等间距rc排列在无源声屏障顶部，其中，rc必须小于最高控制频率的二分之一波长；16个误差传感器以等间距re排列在次级扬声器(声屏障顶部)附近，且两者的声中心分别在两条平行线上，其中，rc＝re。如图2所示，误差传感器阵列处的声压pe包含两部分，一是噪声源产生的声压pp，二是次级声源产生的声压HVS，其中VS为次级扬声器的驱动，H为次级声源到误差传感器的声压传递函数，因此pe＝pp+HVS；为使pe幅值平方和最小，即peHpe最小，简化得：

$J=p_e^H{p}_e{=(p_p+{\mathrm{HV}}_S)}^H(p_p+{\mathrm{HV}}_S)=V_S^{H}A{V}_S+V_S^{H}b+b^H{V}_S+c---\left(1\right)$

其中

A＝HHH，b＝HHpp，$c=p_p^H{p}_p$

衡量本发明性能的参数为ΔIL，即被控制区域内观测点在控制前后声压平方的比值

ΔIL＝10log10[|p0(ri)|2/|pf(ri)|2]    (2)

其中ri为观测点坐标位置，被控制区域即为声屏障的远场，p0与pf分别为控制前后远场观测点处的声压。

本实施例所述的经过误差传感器位置优化的有源软边界声屏障与现有的误差传感器处于其他位置的有源软边界声屏障的比较，例如与误差传感器布放在次级声源正前方和正后方比较，结果如图3所示。本实施例中屏障高度为1.22m，次级声源布放在屏障顶部，即也是1.22m，误差传感器在三种位置的布放中距次级声源的距离均为0.08m。三种位置分别为：误差传感器位于次级扬声器的正上方、误差传感器位于次级扬声器的正前方和误差传感器位于次级扬声器的正后方，在125Hz、160Hz、200Hz和250Hz下发现误差传感器布放在次级声源正上方时，有源软边界声屏障在远场的降噪效果最好。观测点选择在距地面高度0.1m和0.5m的2条屏障中轴线上的各3个点，坐标分别为测点1(4，0，0.1)、测点2(5，0，0.1)、测点3(6，0，0.1)、测点4(4，0，0.5)、测点5(5，0，0.5)和测点6(6，0，0.5)。图4所示为160Hz时有源软边界声屏障在误差传感器的三种布放位置在远场的新增插入损失的比较，可以得出误差传感器在次级声源的正上方时降噪效果最好。

得出误差传感器布放的最佳位置后，改变误差传感器与次级声源间的距离，发现误差传感器与次级声源之间存在一个最优值使得有源软边界声屏障在远场处可以得到最大的降噪量。

图5给出了160Hz时，在六个观测点观测到的误差传感器在次级声源正上方时有源软边界声屏障中有源噪声控制系统引入的新增插入损失的实验和数值模拟结果的比较，从中可以发现这个最优距离的存在，其中在本例中这个最优距离的值是0.08m。