有源消声技术与应用
- 格式:docx
- 大小:21.76 KB
- 文档页数:4
有源消声技术与应用述评
有源消声技术是指通过电子设备和算法来对噪声进行实时的反向干扰,从而达到消除噪声的效果。
这种技术已经在各个领域得到广泛应用,比如汽车、航空、电子通讯等。
有源消声技术的优点在于可以实现精确的噪声消除,并且对于复杂的噪声环境也能够有效应对。
同时,有源消声技术还可以在不改变原有声音质量的情况下进行消声,因此在保持声音质量的要求较高的场合具有很大的优势。
在汽车行业中,有源消声技术可以有效地降低车内的噪声,提高车辆的舒适性和安静性,同时还可以减少车辆的振动和噪音对车内设备和乘客的影响。
在航空领域,有源消声技术可以减少发动机和机翼产生的噪声,有效地提高飞机的飞行质量和乘客的舒适度。
在电子通讯领域,有源消声技术可以用于手机和耳机等设备中,消除环境噪声对通信质量的影响,提供更好的通信体验。
总之,有源消声技术在各个领域的应用都有很大的潜力和广阔的市场前景。
未来,随着技术的不断发展和创新,有源消声技术将会在更多的领域得到应用和推广,为人们带来更加安静、舒适的生活和工作环境。
- 1 -。
消声原理的应用范围是什么1. 概述消声原理是指利用特定的技术手段,通过改变声波传播的路径或者改变声波的传播特性,从而减少或消除噪音的方法。
消声技术在各个领域都有广泛的应用,下面将介绍消声原理在不同领域的具体应用范围。
2. 汽车行业•车内噪音控制:消声原理可以应用于汽车内部空间,通过改进车身隔音材料、优化发动机、底盘和供电系统的设计,以及采用主动和被动消声技术,降低车内噪音,提升乘坐舒适度。
•发动机噪音控制:消声原理可以应用于汽车发动机的设计和制造,通过改进燃烧系统、降低机械噪音和振动,以及采用降噪罩等设备,减少发动机噪音,提高驾驶体验。
3. 建筑行业•建筑隔音:消声原理可以应用于建筑物的外围墙体、门窗、屋顶和地板的设计和施工,通过使用隔音材料、隔音层和隔音结构来减少外界噪音对室内的干扰,提供一个安静的工作和居住环境。
•建筑声学设计:消声原理可以应用于建筑物内部的声学设计,通过合理布置吸声材料、减震装置和隔声设备,为人们提供舒适、安静的音乐厅、办公室和会议室等场所。
4. 工业行业•厂房噪音控制:消声原理可以应用于工厂的噪音控制,通过改进生产设备的设计和维护,采用吸声材料、隔音设备和降噪罩等措施,降低生产过程中产生的噪音,保护工人的听力和健康。
•工业设备噪音控制:消声原理可以应用于工业设备的噪音控制,通过改进设备本身的结构和运行方式,减少机械噪声和振动,采用降噪罩、隔音屏和减震设备等手段,降低设备运行时产生的噪音污染。
5. 航空航天行业•飞机噪音控制:消声原理可以应用于飞机的噪音控制,通过改进飞机的气动外形设计、发动机的结构和喷口配置,以及采用吸音涂层和吸音材料等措施,减少飞机在起飞、降落和飞行过程中产生的噪音,降低对机组和乘客的影响。
•航天器噪音控制:消声原理可以应用于航天器的噪音控制,通过改进发射火箭的外形设计、提高发动机的燃烧效率和降低振动,以及采用减震装置和隔音材料等手段,减少航天器发射和飞行过程中产生的噪音,确保航天任务的顺利进行。
用声音还可以削弱声音呢
拿一个音叉,把它敲响后,在耳边慢慢转动,听!它发出来的声音时强时弱。
为什么时强时弱呢?
这和音叉的两个叉股有关系。
两个叉股就是两个声源,它们发出了疏密相间的声波。
假如甲声源传来的疏波和乙声源传来的密波恰好同时到达某点,那么这一点的空气就会安静无波,在这里也就听不到声音了。
当然这两个声波的频率和振幅必须相同,相位必须相反,才会以声消声。
根据这个原理,科学家正在研究“反噪声术”。
他们先在一个长方形的管道中做实验:在管道里安了两只喇叭,一只用来产生噪声,另一只用来产生反噪声,试验结果是管道内的噪声几乎减弱到听不到的程度。
后来,科学家又用话筒把涡轮机发出的噪声接收下来,送入扩大机中进行放大和倒相,再用喇叭播出反噪声,结果使涡轮机的噪声减弱了10分贝。
科学家还惊异地发现,在噪声与反噪声相遇的地方,会造成一块“闹中取静”的安静地带。
尽管四周一片喧哗,但在这一小块地方却是寂静无声的。
目前能造出来的安静地带的空间还很小,大约2只有立方米左右,可以容纳一位同学在里边静心读书,以声消声的“反噪声术”在实验中虽然有了令人鼓舞的结果,但要付诸实用还要跨越许多障碍。
这就有待于人们去进一步探索、研究与发现。
噪音的利用现在当今社会中无形的“四大杀手”,一直被人憎恶。
它们分别是:水污染、大气污染、噪音污染、固体废弃物污染。
噪音俨然成为了大家深痛欲绝的对象。
可是,噪音不仅仅是破坏了地球生态平衡的罪魁祸首之一,它还可以造福人类。
除了书上所说的“噪音除草”,噪音在生活中还有很多应用。
事例一——有源消声我们通常所采用的三种降噪措施,即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪,都是消极被动的.为了积极主动地消除噪声,人们发明了“有源消声”这一技术.它的原理是:所有的声音都由一定的频谱组成,如果可以找到一种声音,其频谱与所要消除的噪声完全一样,只是相位刚好相反(相差180°),就可以将这噪声完全抵消掉.关键就在于如何得到那抵消噪声的声音.实际采用的办法是:从噪声源本身着手,设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来.由此看来,有源消声这一技术实际上是“以毒攻毒”.事例二——噪声诊病美妙、悦耳的音乐能治病,这已为大家所熟知.但噪声怎么能用于诊病呢?最近,科学家制成一种激光听力诊断装置,它由光源、噪声发生器和电脑测试器三部分组成.使用时,它先由微型噪声发生器产生微弱短促的噪声,振动耳膜,然后微型电脑就会根据回声,把耳膜功能的数据显示出来,供医生诊断.它测试迅速,不会损伤耳膜,没有痛感,特别适合儿童使用.此外,还可以用噪声测温法来探测人体的病灶.事例三——利用噪声发电噪声是一种能量的污染,比如噪声达到160 dB的喷气式飞机,其声功率约为10000 W;噪声达140 dB的大型鼓风机,其声功率约为100 W。
“聚沙可成塔”,这自然引起新能源开发者的兴趣。
科学家发现人造铌酸锂具有在高频高温下将声能转变成电能的特殊功能。
科学家还发现,当声波遇到屏障时,声能会转化为电能,英国的学者就是根据这一原理,设计制造了鼓膜式声波接收器,将接收器与能够增大声能、集聚能量的共鸣器连接,当从共鸣器来的声能作用于声电转换器时,就能发出电来.看来,利用环境噪声发电已指日可待。
消声原理的应用有哪些方法1. 声吸音材料的应用•声吸音材料是一种能够吸收声波能量的材料,通过表面的多孔结构和材料本身对声波的阻尼作用,将声波能量转化为热能而吸收掉。
常见的声吸音材料有海绵材料、玻璃纤维、岩棉等。
•在建筑、汽车、船舶等领域中,使用声吸音材料可以有效降低噪音水平,改善环境舒适度。
常见的应用包括车内静音处理、机房隔音处理、音乐录音室的声学处理等。
2. 消声器的应用•消声器是一种能够将噪音转化为其他形式能量并减弱声波传播的装置。
它通过声学设计和材料的选择,使声波经过消声器时发生阻尼和散射,从而降低噪音水平。
常见的消声器包括汽车排气消声器、空调消声器、风扇消声器等。
•在工业生产和生活环境中,消声器被广泛应用于减少设备噪音、改善室内声环境。
例如,在工厂中,使用消声器可以降低机械运转产生的噪音,保护工人的听力健康;在办公室中,使用消声器可以减少空调、风扇等设备产生的噪音,提供一个安静的工作环境。
3. 声屏障的应用•声屏障是一种能够阻挡声波传播的障碍物,通过反射、散射等作用减少噪音的传播,保护周围环境免受噪音干扰。
常见的声屏障材料有混凝土、玻璃、金属板等。
•在城市交通、工业园区等地方,声屏障被广泛应用于降低噪音污染。
例如,在高速公路旁设置声屏障可以减少车辆噪音对周围居民的影响;在工业园区内,使用声屏障可以降低设备和机械产生的噪音,提供一个相对安静的工作环境。
4. 声波消隐技术的应用•声波消隐技术是一项利用声波传播特性来掩盖或屏蔽敏感信息的技术。
通过对声波的控制,在特定频率和方向上产生干扰,使敏感信息无法被窃听或检测到。
这项技术在军事、保密通信等领域中应用广泛。
•声波消隐技术可以有效保护关键信息的安全,防止敌方窃取或破坏。
例如,在军事通信中,使用特殊的设备和技术,将敏感信息通过声波传递,只有具备相应设备和解码技术的人才能够获取信息,增加信息的保密性。
5. 噪音控制技术的应用•噪音控制技术是一种将声音限制在合理水平内的技术,通过声音分析、控制和处理,减少噪音对人体健康和环境的影响。
有源降噪耳机技术及现状1.主动降噪耳机技术原理随着电子产品消费市场的不断发展,日常生活中越来越多的人们使用耳机聆听高质量的音乐。
然而,城市的噪声污染越来越严重,在室外使用普通耳机耳塞,只能提高音量来盖过噪声,这样一来不但不能享受美妙的音乐,对自己的听力也有很大的影响,你也许很快就会感到听觉疲劳。
此时,如果想静静地享受音乐世界,那么降噪耳机可能成为最佳选择。
在降噪耳机领域,被动式噪音控制(Passive Noise Control, PNC)及主动式噪音控制(Active Noise Control, ANC)是目前最主要的两种噪音消除方式。
且一般的噪音消除方式也是采用被动式降噪,例如市售的耳塞、耳罩…等。
其原理是利用外部硬质材料与内部的填充材料,以隔离与吸收噪音的原理,阻当外界的噪音进入耳朵,尤其对高频噪音的降噪效果更是明显,这也是现在噪音抑制最常使用的方法。
然而,這种降噪方式虽然实现容易,但对800Hz或更低频率的低频噪音而言,若要应用这种被动式减噪,需要负担大量的设备成本以及材料重量,此时被动式降噪方式则失去了实际上的效益,并且被动式降噪的方式,在抑制噪音的同时,也会阻隔使用者谈话的声音,这也是被动式的主要缺点之一。
而ANC原理是使用一套降噪控制处理电路,进行适应性运算,来输出与欲消除的噪音相位相反,頻率与能量相同的声波,以达到消音的目的;与PNC不同的是,ANC是以波形的重叠原理为基础。
即由噪音与抑制声波相结合,来造成破坏性的干涉而产生声波能量相消的效果,若抑制波的波形与欲消音的声波振幅、频率相同,且反相时,则会得到消音效果,如图1所示。
(原始噪音信号)(消音信号)(消音后信号)图1 主动消噪原理示意图耳机主动降噪的基本概念并不复杂,但如何实现高品质的降噪效果却并不简单,特别是滤波电路的设计及生产过程控制更加关键。
当前的耳机主动降噪技术主要有前馈式和反馈式两种方式。
在前馈式系统(如图2)中,采样麦克风位于耳机外部或耳机罩开口处,以直接采集耳机外部的噪音信号,经过ANC处理电路后,从喇叭中播放出适当幅度的反相噪声,用以抵消进入到耳罩内的噪音,其最主要的特点是噪音的消除回路是开环的;而在反馈式系统(如图3)中,麦克风位于耳机内部喇叭的前面或附近,麦克风采集耳罩内部的噪音信号,再经过ANC电路组成的闭环负反馈回路,推动喇叭产生反向噪声信号以抵消耳罩内部的噪声,由于反馈式主动降噪系统的噪音检测麦克风在耳罩的内部,通过闭环回路反馈自动调节,因此这种方式更加精确反馈耳朵附近的噪声,降噪的效果也相对要比前馈式的更好,但结构、电路及调试工作相对要复杂些。
消声原理的应用1. 概述消声原理是指通过吸音、隔音、降噪等方式来减少声音传播的原理。
消声技术在日常生活和工业领域中有着广泛的应用。
本文将介绍一些消声原理的应用。
2. 建筑和室内环境•建筑隔音:消声技术被广泛应用于建筑中,可用于减少楼内和楼间声音的传播,改善住宅、办公室、酒店、医院等场所的室内环境。
•会议室和录音棚:在会议室和录音棚中使用消声材料可以减少外界噪音的干扰,提高语音的清晰度和音质。
•音乐厅和剧院:消声技术可以减少音乐厅和剧院中的回声,保持音乐和人声的良好传输,提高听众的听觉体验。
3. 交通工具和载具•汽车隔音:安装消声材料可以降低汽车引擎、轮胎和行驶过程中的噪音,提高驾驶的舒适性。
•飞机隔音:消声技术可以减少飞机内部引擎和空气动力学噪音,为乘客提供安静的航行环境。
•火车隔音:安装消声材料可以降低火车行进时的轮轨噪音,改善乘客的旅行体验。
4. 工业和制造业•工厂和车间:在工厂和车间中使用消声设备和隔音隔热材料可以减少机器和设备产生的噪音,改善工人的工作环境。
•发电厂和工程项目:消声技术可以减少发电厂和工程项目中的机械、风力和水力设备的噪音,减少对附近居民的干扰和污染。
•制造业:在制造业中使用消声技术可以降低机器的噪音,提高工人的工作效率和舒适性。
5. 电子设备•计算机和服务器:消声技术可以减少计算机和服务器产生的风扇噪音,提高办公环境的安静程度。
•家用电器:在家用电器中使用消声材料可以降低洗衣机、吸尘器、冰箱等电器的噪音,提高居家环境的舒适性。
•通信设备:消声技术可用于减少通信设备的电磁干扰和噪音,提高通信质量。
6. 医疗和科研领域•医院和诊所:消声技术可以减少医院和诊所内的机器噪音和走廊上的人声噪音,提供安静的治疗环境。
•实验室:在实验室中使用消声设备可以减少实验仪器和设备产生的噪音,保证实验结果的准确性。
•科学研究:消声技术可以在声学研究中用于减少实验室和野外环境中的杂音,提高实验的可靠性和数据的准确性。
消声器分类及应用消声器是一种用来减少噪音的装置或设备,常见于各种机械设备、汽车、枪械等。
消声器的作用是通过减少噪音的传播,使其声音减弱到可以接受的水平,从而减少噪音对人们的干扰。
根据用途和原理的不同,消声器可以分为几种不同的分类。
下面将从不同的角度来对消声器进行分类并介绍其应用:一、根据原理的不同1. 吸声式消声器吸声式消声器利用吸声材料吸收声音能量,从而达到减少声音传播的目的。
这种类型的消声器常用于汽车发动机、空调设备、风机等,可以有效地减少这些设备产生的噪音。
2. 反射式消声器反射式消声器利用反射板或隔音板将噪音反射或折射使之减弱,达到减少噪音传播的目的。
这种类型的消声器常用于隧道、地铁、机场等需要减少环境噪音的场所。
3. 涡流噪声消声器涡流噪声消声器通过改变气流的流动状态,利用涡流的形成和消散来减少噪声的传播。
这种类型的消声器常用于空调、通风设备等,可以有效地减少风噪声。
二、根据用途的不同1. 汽车消声器汽车消声器是汽车排气系统中的一个重要部件,其主要作用是减少发动机排气产生的噪音。
汽车消声器通过吸声材料和反射板的结构,有效地减少了汽车发动机排气噪音,使汽车行驶时噪音水平得到有效控制。
2. 枪械消声器枪械消声器是一种用于减少枪声的装置,其主要作用是通过消除枪口高速气体流的过程中所产生的爆炸声和喷射声,来减轻射击时的噪音。
枪械消声器广泛应用于军事、警察、狩猎等领域,可以有效地减少枪声对人的伤害,并提高作战、射击的隐蔽性。
3. 工业设备消声器工业设备消声器主要用于减少各种机械设备产生的噪音。
例如,空调设备、风机、发电机等工业设备在运行时会产生较大的噪音,通过安装消声器可以有效地降低这些设备的噪音水平,保护员工的听力,并减少对周边环境的噪音影响。
4. 动力机车消声器动力机车消声器是用于减少火车机车排气和其他噪音的装置,在火车运行过程中起到减少噪音的作用。
通过消声器的有效运用,可以在保证火车正常运行的同时,减少火车行驶时所产生的噪音对周边环境和乘客的影响。
以声消声的原理以及应用1. 前言声音是我们日常生活中不可或缺的一部分,但有时我们希望能够避免一些噪音,或者在特定场景中进行声音的控制。
以声消声(Active Noise Control,ANC)技术通过采取特殊的方法对噪音进行处理,能够在消除噪音的同时保留或放大特定的声音。
本文将介绍以声消声的原理及其应用。
2. 以声消声的原理以声消声技术主要基于相位反转原理,即通过发出与噪音相反的声波来进行干扰和消除。
具体来说,以声消声的原理可以概括为以下几个步骤:2.1 传感器与控制器首先,通过传感器采集噪音信号,这个传感器可以是麦克风、传声器等。
这些传感器可以精确地捕捉到噪音的特征和信息。
然后,将传感器采集到的噪音信号传输给控制器进行处理。
2.2 信号处理控制器接收到传感器采集到的噪音信号后,会对其进行数字信号处理。
这个处理过程通常包括滤波、时域分析、频域分析等。
通过对噪音信号的处理,可以获得噪音的频谱信息。
2.3 生成反向声波基于对噪音信号频谱信息的分析,控制器可以生成一个与噪音相反的声波。
这个声波也可以被称为“反向声波”或“抗噪声”。
反向声波的生成需要考虑到声音传播距离、速度、相位等因素。
2.4 合成抗噪声将反向声波与原始噪音信号进行合成,生成的结果是一个抵消噪音的信号。
通过适当调整反向声波的振幅、相位和时间延迟等参数,可以达到最佳的消声效果。
3. 以声消声的应用以声消声技术在许多领域有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景:3.1 降低环境噪音以声消声技术可以用于降低环境噪音,例如在室内空调、汽车发动机、飞机客舱等地方。
通过在这些设备中加入以声消声系统,可以有效减少噪音对人们的干扰和影响,提供更加舒适的环境。
3.2 增强通信质量在通信系统中,噪音会对信号的传输和接收造成干扰,影响通信质量。
以声消声技术可以在通信设备中应用,通过消除背景噪音,提升通信信号的清晰度和可靠性。
3.3 音频处理以声消声技术还可以用于音频处理领域。
有源消声器工作原理
有源消声器是一种用于降低噪音的装置,它的工作原理涉及声学和电子技术。
有源消声器利用麦克风来捕捉环境中的噪音,然后利用电子电路产生与噪音相位相反的声波,通过扬声器发出这些反向声波,以抵消原始噪音。
从声学角度来看,噪音是由声波产生的振动引起的,有源消声器利用相位干涉原理来抵消这些振动。
当噪音通过麦克风被捕捉到时,电子电路会分析噪音的频率和振幅,并生成一个与之相位相反的声波信号。
这个反向声波信号通过扬声器发出,与原始噪音相遇时会发生干涉,使它们彼此抵消,从而降低了噪音水平。
从电子技术角度来看,有源消声器的电子电路是至关重要的。
它通常包括麦克风、声音处理单元和扬声器。
麦克风用于捕捉环境中的噪音,声音处理单元则根据麦克风捕捉到的信号生成相位相反的声波信号,最后通过扬声器发出。
这些电子元件需要精确的设计和调节,以确保反向声波与原始噪音能够有效地相遇并抵消。
总的来说,有源消声器通过利用声学和电子技术,利用相位干
涉原理来抵消环境中的噪音。
它是一种高效的噪音控制装置,广泛应用于航空舱、汽车内部和工业设施等需要降噪的场合。
有源消声技术基本原理
嘿,朋友们!今天咱就来聊聊有源消声技术的基本原理。
想象一下,你正在一个非常吵闹的地方,比如施工现场,那噪音简直能把人逼疯,对吧?这时候要是有一种魔法能把这讨厌的噪音给消灭掉,那该多好呀!哎,有源消声技术就差不多像是这样一种魔法呢!
它的原理其实不难理解。
简单来说,就是利用声波的特性来对抗噪音。
比如说你有个大喊大叫的朋友,这时候你也发出跟他一样但反着来的声音,是不是就能把他的声音给抵消掉一些啦?有源消声技术就是这么个道理。
就好比,吵闹的噪音是敌军,而我们的系统就像是派出了精锐部队去对抗它们。
再举个例子,好比你在音乐厅里,音响发出很震撼的声音,但你却感觉不到吵,这也是类似的原理呀。
它的过程就像是一场精彩的“战斗”。
首先,系统会检测到噪音,这就像是侦察兵发现了敌人;然后呢,迅速计算出应对的声波,这好比指挥官下达作战指令;最后,发出对抗的声波,把噪音给打败啦,哇塞,是不是超厉害的呀!
你说这多神奇呀,能用这样的技术来解决让人头疼的噪音问题。
利用它,我们可以让原本喧闹的环境变得安静许多。
比如说在飞机上,如果有了这个技术,旅途不就会更舒服了吗?
在我看来呀,有源消声技术真的是一项非常了不起的发明,给我们的生活带来了这么多的便利和舒适,真希望它能越来越完善,在更多的地方发挥作用,让我们都能享受安静美好的世界!。
消声技术原理
消声技术原理是一种利用声学原理,通过改变声波传播的路径和干扰声波传播的方法来降低噪声的技术。
它主要包括吸声、隔声和消声三种技术。
吸声技术是通过在声源和接收器之间增加吸声材料,使声波在经过吸声材料时被吸收,从而减少噪声的传播。
吸声材料的选择和布置方式对吸声效果有着重要的影响。
隔声技术则是通过在声源和接收器之间设置隔离层,使声波无法穿透,从而达到隔音的效果。
隔离层的材料和厚度对隔声效果有着重要的影响。
消声技术则是通过在声源和接收器之间增加消声装置,使声波在传播过程中受到干扰和抵消,从而减少噪声的传播。
消声装置根据声波的特点不同可以分为被动消声和主动消声两种。
被动消声是指利用隔声材料、吸声材料等被动方式来抵消噪声,而主动消声则是利用电子器件来对声波进行干扰和抵消。
消声技术在现代工业生产和生活中得到了广泛的应用,如机器设备、交通工具、建筑物等方面。
通过消声技术的应用,可以有效地降低噪声对人们的生活和健康造成的影响。
- 1 -。
有源降噪技术简介有源抗噪是一种电子新技术,它是采用----反相信号来消除噪声声能,通过噪声的镜像抵制原始噪声并使之不进入人耳。
关于电子抗噪的文章最早发表在25年前的AES杂志。
那时研究人员采用电子抗噪技术来消除传统的窗式空调器的噪声,用了很多电路,花费不菲。
尽管最终是有所收获,但其结果最多也只不过是实验室里的“宠物”而已。
如今,有了功率大得多,价格也便宜得多的数字符信号处理芯片,它们可用于处理相应的抗噪信号。
严格地说,将有源抗噪看成是使噪声得到衰减则更为恰当,因为抗噪信号不可能完全消除噪声。
有源抗噪是电子产品研制中一个值得深入探讨的课题,越来越引起世人的重视。
当初,电子科技工作者主要是采用诸如无源静噪器之类的宽带宽抗噪技术来抗噪。
通称为无源抗噪,无源抗噪的方法包括在声管中附加吸声材料的和改变汽车消声器障板及声管的声学阻抗。
但是,用无源抗噪的方法要使空调器在低频衰减10dB噪声是非常困难的,它需要许多非常严密的措施以使风扇对整个系统扇风,当风扇的负荷加大时,风扇的噪声也就越大。
因此,无源抗噪难于达到预期的目的。
相比之下,有源抗噪是较可取的一种抗噪方法。
比如说,电影院和工厂都有空调设备,频率在250Hz时,稳定共振高于环境噪声级10dB,有源抗噪可以衰减那种峰值信号,明显地改善噪声频谱------噪声更为均匀地散布在所有频率之中。
1989年.Digusonr公司研制出一种以DSP为基础的电子抗噪处理器,主要用于降低空调管,烟管,燃烧管等管子的噪声,有人试图将这种处理器用于解决室内声学问题,如录音室之间的混响过渡,声泄以及其它声学问题。
然而,由于诸多原因,使得有源抗噪这种技术难以实现。
首先,处理器并不是恰好在实时时间里工作,噪声出现和重复的时间至少应持续零点几秒才能使处理器防止误触发。
处理器需要一反馈时间以扩大噪声信号,如果处理器发生误触发,便会产生一种寄生信号,这种信号可能比现行环境噪声更具破坏性。
廨繽顧器件与ffi用p[P a o1^剧減A i P i p O f e f f l g t e c B珍-因为共振吸声结构的吸声频谱是将共振频率作为 中心,从而形成吸收峰。
如果电磁噪声和共振频率 相差较大,共振吸声结构的吸声系数相对较低,其 吸收频带有所缩减,吸声效果不是很好[3]。
(2)先进噪声防治措施德国物理学家Rlueg通过两列相干声波的混合 可以出现干涉这物理现象,提出了有源消声这一概 念,为电磁噪声的防治提供了新的方向。
有源消声 主要是指人工添加一列和噪声声波幅值同等但是 相位相反的声波,通过声波之间的相消性实现噪声 的控制与消除。
因此,技术人员可以将有源消声技 术应用于电磁噪声污染的防治中。
和传统的噪声 防治措施相比,有源消声技术所用的操作系统更为 便捷,对电磁噪声的防治效果更为理想。
比如,在 某电力企业中,电力变压器在运行过程中会产生电 磁噪声,对电力企业的工作人员造成了严重的危害,该企业的技术人员通过有源消声技术对电磁噪 声进行了控制,技术人员首先对变压器的电磁噪声 频谱进行了分析,然后根据变压器的电磁噪声设计 了有源噪声控制系统。
具体的设计流程如下:1)系统的结构及算法,技术选用选择前馈控制 系统算法,应用F ffi滤波器进行递归估计和调整,对系统进行前馈补偿优化;2)反馈补偿分析,通过 内部采集传感器和前馈补偿器之间的信息传递,实 现声音的补偿;3)检测传感器的优化布放,对变压 器电磁噪声的传播速度进行分析,得出检测传感器的合理布放方案。
技术人员在应用该有源噪声控制系统进行变压器电磁噪声的控制时,该有源噪声控制系统可以有效采集初级声源信号以及误差信 号,能够将变压器产生的电磁噪声从55 d B降低到 32 dB,有效防治了变压器产生的电磁噪声。
因此,企业在进行电磁噪声污染的防治时,也可以采用有源消声技术,结合电气设备的实际运行状况,进行 有源噪声控制系统的设计,实现电磁噪声的有效控制。
有源消声技术与应用述评1引言噪声污染是城市化进程中必须面对的严峻问题之一。
针对噪声污染的消声技术不断发展,在吸声材料、声学建筑设计、噪声控制设备等方面得到广泛应用,且效果显著。
其中有源消声技术作为一种消音新技术,具有快速响应、高效节能、空间广阔等特点,已经得到广泛应用和发展。
2有源消声技术的发展有源消声技术是传统被动消声技术的进一步发展,其基本原理是通过在噪声源和接受点之间增加一个产生反相声波干扰的声源,使得两个声波相消,达到消声的效果。
这种技术发展比较晚,至20世纪90年代才逐渐成熟。
20世纪90年代以来,有源消声技术开始有了广泛的应用。
在军事领域,有源噪声控制技术一直是军方的重点研究方向之一,应用于舰船、战斗机、潜艇等装备的噪声控制及消声设计。
在民用领域,有源消声技术逐渐应用于汽车、飞机、工厂、办公室等场所,成为一种新型消声技术。
3有源消声技术的原理有源消声技术是利用人工产生的反向声波干扰源,制造一个干涉效应,以达到消声效果,并且可根据噪声的频率、强度、波形等属性掌握反向声波的要求,使反向声波能够达到最佳干涉效应。
因此有源消声技术主要分为两类,一类是全频带消声技术,另一类是自适应消声技术。
全频带有源消声技术是在整个频率范围内对噪声进行消声处理,适用于频率范围比较宽的噪声源,如燃气轮机、涡轮发动机等噪声源。
而自适应有源消声技术是根据噪声源特点进行局部处理,对单一或少数噪声源进行消声控制,适用于需要局部消音的机器设备或工厂设备等。
4有源消声技术的应用目前,有源消声技术的应用范围越来越广,具体应用如下:4.1声学舱有源消声技术应用于飞机、船舶、汽车等载体内部的声学舱中,能够有效降低声学舱内的噪声水平,提高舱内环境品质,保证乘客的健康和安全。
此外,在这些舱内还可配置互动型消音设备,能够实现噪声源对来自反向声波的响应,从而进一步降低噪声水平。
4.2工业设备在工业设备方面,有源消声技术也是十分实用的。
例如,燃气轮机、船用主机等噪声较大的设备,在安放时可以直接配置有源消声装置,有效控制噪声水平,保证一定环境品质。
有源消声技术与应用摘要:近十几年来,有源消声技术成为噪声控制领域一个多学科交叉、渗透、延伸的研究热点,它以其体积小、重量轻、低频消声效果好等优点获得普遍的关注。
本文简述有源消声的基本原理,对有源消声理论研究、实现技术、产品应用三个方面的国内外研究现状、进展和难点进行了详细的阐述和分析,较为完整地展示了当前该研究领域的全貌,最后进一步分析了有源消声走向工程化过程中存在的一些主要问题,提出了有源消声技术的几个重点发展方向。
关键词:噪声控制;有源消声;降噪;自适应控制噪声作为环境污染的第三大公害,一直困扰着人们。
研究[1]表明,噪声在50~60dB 范围,会使人感觉烦恼,在60~65dB ,会使烦恼度大大增加,在65dB 以上,则人体健康有可能受到危害。
对于厂矿企业的工作人员,应保证不超过85dB。
噪声影响人们的身心健康、损伤听力及相关的系统、降低工作效率,严重的甚至造成安全事故。
因此,人们探索出“多管齐下”的噪声综合治理方法[2][3]:首先是从声源着手,改进结构设计,减少声源发出的噪声等级,这是最为有效的方法,但有时由于技术、成本等方面的限制,还不能从根本上杜绝噪声源;其次是隔声、吸声等被动消除噪声的方法(也称为无源法),它对高频噪声的消声效果很好,但是对低频噪声效果不明显,而且消声装置体积庞大,安装维护困难;其三是有源消声技术,它对低频噪声效果很好,相对被动消声方法而言,还具有系统小、重量轻、控制易等优点,随着现代控制技术的发展和控制芯片成本的下降,有源消声的实现也越来越容易,已成为噪声控制的一个研究热点。
有源消声[3]也称有源降噪、有源噪声控制、有源噪声抵消、有源声衰减,英文名称也有多种,含义相差不大。
目前学术界用得最多的还是有源消声(ANC)这一说法。
就是根据两个声波相消性干涉或声辐射抑制的原理,通过抵消声源(次级声源)产生与被抵消声源(初级声源)的声波大小相等、相位相反的声波辐射,相互抵消,从而达到降低噪声的目的[2]。
有源消声的概念是由德国人PaulLueg 提出,1934年申请专利,1936年撰文阐明其基本原理,但是由于电子技术等方面的限制,制造不出所需的电子控制系统,因此该技术长期得不到发展,直到60年代末,随着电子技术的发展,ANC的研究才又重新兴起。
有源消声的研究主要分为有源消声的理论研究、实现技术和产品应用三部分。
下面本文将就这三个方面的国内外研究现状和难点分别进行述评。
一.有源消声理论研究有源消声理论研究可以大致分为四个方面:有源消声机理的研究、管道有源消声的理论研究、空间有源消声的理论研究、次级声源和传声器的最优化研究。
有源消声的机理研究随着有源消声研究的发展,对有源消声机理的认识要求也越来越迫切,希望以此从声场理论方面对有源消声给予指导,另外消声效果的进一步提高,也有待于人们对有源消声机理的更为深刻的理解。
一般认为存在三种消声机制:声辐射抑制机制、声能量吸收机制、抗性能量存储机制。
不过除了能量吸收机制在管道有源消声中得到验证之外,其余两种机制在学术界尚未统一认识[4]。
管道中的噪声控制,以往主要采用阻性和抗性消声器的方法:阻性消声器对低频噪声效果很差;随着噪声频率的降低,抗性消声器的体积变得庞大,造价随之增加。
管道中安装了上述两种消声器后,会产生一定的阻力,引起压力损失,影响出力和供风,给风机增加额外的负载,反而使风机的噪声升高。
有源消声在低频段性能优越,以很小的体积就可以获得很好的消声效果,而且不会造成气流的压力损失。
这是ANC率先在管道中得到应用的一个重要原因,另外一个原因就是在管道中,一般均假设初级噪声频率小于管道截止频率,则初级声场就是平面波声场,因而声场分析就大大简化了。
文献[3]从理论上研究了管道有源消声的原理,得出结论:当初级声源和次级声源由无限远处逐步靠近时,能量机制逐渐以空间转移的形式向多极子场过渡,对于单次级声源管道有源消声,当次级声源为单指向性声源时,消声机制主要表现为对次级声源能量的吸收。
文献[5]、[6]对管道有源消声的理论分析模型作了详细的探讨,建立了气流管道有源消声器声学性能分析的理论模型,该理论模型对气流管道的有源消声器的设计具有指导作用。
二.有源消声实现技术有源消声研究的最终落脚点在应用,因此ANC 实现技术的研究是ANC 研究领域的重点,其中的核心内容是有源消声控制器的自适应控制算法。
目前ANC系统实现结构主要分为基于模拟电路的简易ANC系统、基于微机的通用ANC系统。
这二种结构形式各有特点。
2.1基于模拟电路的有源消声控制器早期的有源消声控制器是由模拟电路来完成信号处理任务,它通过求取声学通道传递函数,建立数学模型,然后依据经典控制理论,采用低阶模拟电路进行控制[8]。
模拟电路有源消声控制器的优点是成本低、体积较小,但是模拟电路系统的不足很明显:消声效果和性能受限制,系统运行不稳定,易受多种环境因素干扰而产生自激啸叫,控制算法和参数较为固定,不易灵活更改,控制性能受电路阶数限制,提高阶数会导致系统体积增大;另外系统缺乏跟踪能力,自适应系统由于稳定性问题阻碍了它的进一步实用。
2.2基于微机的有源消声控制器通用微机有源消声是一种既经济又有效的途径。
微机控制技术的优点在于可以方便、灵活地实现初步的自适应功能,对参数不断地进行动态调整,维持系统的最佳消声状态,适用于有源消声的实验研究和实际应用中对便携性要求不高的场合。
文献[9]、[10]在空间有源消声中取得了较好的效果,运用LMS算法、模糊控制算法、神经网络算法进行消声控制,取得的单频噪声消声量最高达40dB窄带噪声最高消声量可达25dB;文献[6]运用PID 算法进行控制,分别采用单次级声源和双次级声源系统在消声室中进行实验,取得了单频噪声30dB左右、1/3倍频程噪声20dB左右的消声效果。
三.有源消声应用及产品有源消声经过近20 年的发展,在有源消声耳机、管道有源消声、局部空间有源消声等领域成功应用,国内外陆续有相应的专利和产品问世。
3.1有源消声耳机与耳罩有源消声耳机与耳罩可以应用于很多场合,如发动机实验室和生产车间、飞机驾驶舱和客舱、火车驾驶室和乘客车厢、坦克驾驶舱、工厂厂矿、高噪声环境中的无线对讲通讯系统及其他存在连续低频噪声的场合。
有源消声耳罩可以看作是有源消声技术在空间一个点上的应用,是空间有源消声的一种简单化模型,目前最有可能产品化。
国外对有源消声耳罩的研究已经比较完善,目前已有较为成熟的产品出售[11],国内在该领域虽取得了一定的研究成果、申请了发明专利,但还没有真正进行产品的实用化推广。
有源消声耳机控制器有模拟式和数字式两大类型,其中模拟式控制器具有体积小、成本低、实现易等特点,但是同时也存在稳定性欠佳、不易调节、适应性较差等不足。
目前国内有源消声耳罩控制器主要采用模拟电路。
清华大学张耿等人[8]以频率特性函数和传递函数为基础,采用二阶模拟电路实现前馈加反馈的有源消声复合控制器,该结构已获国家专利。
3.2管道有源消声实例管道有源消声可以应用于建筑物供热管道、通风管道、空调管道、烟囱或其它大型管网中的消声,也可以应用于汽车、摩托车排气管道的消声。
许多汽车制造厂家正在研究车用排气管道的有源消声器,虽然目前造价高于传统消声器,但是它不会增加排气阻力,可省油5% ,还能减少废气的排放量。
这对于今后新型汽车的环保要求无疑是非常有吸引力的。
另外,空气压缩机、泵中管道的有源消声研究已经较为成熟,正在陆续投入使用。
国内关于该领域的研究起于80 年代初,采用基于数字信号处理系统的自适应滤波器,可以在很宽的频率范围实现较为复杂的相频和幅频特性,而且即使管道系统的一些物理参数发生变化,滤波器的参数会自适应调整,以保证管道下游的消声效果最好。
四.有源消声技术存在的问题和发展方向有源消声技术虽然在声学理论、实现技术和方法等方面取得了长足进步,并且随着数字信号处理器和现代控制算法的进步,其研究与应用在深度和广度上日益发展,但仍存在诸多难点有待解决:(1)空间有源消声:从总的情况来看,三维空间有源消声的研究仍处于实验室阶段,几乎没有成功的实际应用实例,这主要是由于以下一些问题尚待解决:(a)空间有源消声的机理研究不够深入彻底,例如消声过程的能量转化机理等;(b)空间消声的基本单元及其消声的空间特性,尚缺乏满足实际应用要求的简单、有效的消声结构;(c)复杂的外界环境条件对消声效果的影响,这些外界条件包括声学环境、物理条件、声学器件特性等,而且目前的自适应控制算法尚未在实际应用中很好地解决该问题。
(2)时变噪声信号的控制:现在空间有源消声的实验报道大多数是针对单频或窄带噪声信号,一旦初级声源是非线性、时变信号,其自适应控制算法就不能保证消声系统的稳定性和较好的消声量,往往造成控制系统不能收敛,引起啸叫,所以针对实际应用中常常出现的时变噪声信号,如何有效地进行控制是空间有源消声走向实用的一个重要问题。
(3)产品实用工程化中的稳定性问题:目前有源消声实用化程度较高的产品是有源消声耳机和管道有源消声设备,但是都在不同程度上存在稳定性问题,在受到一些意外的环境干扰时,产品常常不能正常工作,影响了产品的进一步推广。
例如国外的开放式有源消声耳机,当声级过高时有可能造成信号过载;而且在高声级的低频噪声环境中会出现明显的“挤压”现象。
五.结语虽然有源消声技术还存在上述问题和困难,但是有理由相信,人们对高品质生活的不懈追求和日益进步的科技水平最终会克服这些技术障碍,带给人们一个更加宁静、舒适的新世纪。
参考文献:[1]Eropean Commission.Green paper—Future Noise PoIicy[J],NII,1997,5(2):77 - 98. [2]Eriksson.L J.Recent trends in the devoIopment of active sound and vibration controI systems[A],Proc.Noise - Con’1994:271 - 278.[3]陈克安,马远良. 噪声源有源噪声控制—原理、算法及实现[M]. 西安:西北工业大学出版社,1993.[4]冯津伟,沙家正. 空间有源消声的声能量流研究[J]. 声学学报,1996,21(5). [5]MunjaI M L,Eriksson L J.An anaIyticaI,one - dimensionaI,standing - wave modeI of a Iinear active noise controI system in a duct[J]. JournaI of AcousticaI Society of America,1988,84.[6]季振林,沙家正. 气流管道有源消声器声学性能分析[J]. 南京大学学报,1995,31(4).[7]冯津伟,杜学超等. 空间有源消声的微机控制[J]. 应用声学,1997,16(2).徐永成等:有源消声技术与应用述评123[8]朱彦武,连小珉等. 复合式新型有源消声耳罩[P]. 中国专利94204976.4.[9]徐永成,陈循等. 基于微机控制实现的自适应有源消声[J]. 国防科技大学学报,1996,18(2).[10]温熙森,陈循,徐永成等. 基于模糊策略的有源消声技术研究[J]. 振动工程学报,1997,10(1).[11]GMMT.Active noise - reduction headsets for fighting vehicles[J]. Noise & Vibration Worldwide,1994,(2).。