一种自适应调频半主动噪声控制装置的制作方法

专利名称：一种自适应调频半主动噪声控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种封闭空间(舱室)噪声控制技术，特别是一种基于点积 控制算法的自适应调频半主动噪声控制装置。
(二)
背景技术：
室内或舱室噪声作为一个重要的环境污染，越来越受到人们的重视。室内或 舱室噪声控制在军事和民用领域都是一项非常重要的工作。利用亥姆霍兹共振器 吸声是一项应用广泛的吸声降噪技术，由于它结构简单，又能有效的控制频率变 化范围较小的噪声，所以亥姆霍兹共振器已成为实施噪声控制的重要手段。然而， 传统的亥姆霍兹共振器的吸声频率是在设计之初就确定的，不能随激扰频率和系 统特性的变化而改变，因此，当噪声源或声场激励频率发生改变时，其吸声性能 就会大大降低，甚至起不到吸声的作用。参数可调的亥姆霍兹共振器属于半主动 吸声技术范畴，其具有控制系统相对简单、成本较低、运行可靠等优点，较主动 吸声技术更便于工程实际应用，得到了广泛的研究。通过改变吸声器的参数，颈 部面积、颈部长度和共振腔体积等来调节共振器的吸声频率和吸声特性，使吸声 器的工程实际应用前景较大。
然而，半主动噪声控制技术的关键环节是半主动控制算法，即通过什么的控 制方法和控制律设计能够实现吸声器参数的在线调节。没有半主动控制算法，便 不能达到半主动控制的目的，只能通过手动调节。
(三)

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现吸声器吸声频率的自动调节，从而实现 空间噪声的半主动控制等的一种自适应调频半主动噪声控制装置。 本发明的目的是这样实现的
本发明的自适应调频半主动噪声控制装置的组成包括在封闭系统1中上安 装的半主动吸振器-亥姆霍兹共振器2，在封闭声场1中设置第一传声器3、第二 传声器4，第一传声器3测取其亥姆霍兹共振器内部声压信号、第二传声器4测 取亥姆霍兹共振器开口处声压信号，第一传声器3和第二传声器4的输出连接带通滤波器5，带通滤波器5的输出连接DSP控制器6， DSP控制器6控制步进电 机驱动器7，步进电机驱动器7控制步进电机9，步进电机驱动器7还与直流电 源8相连。
与现有技术相比，本发明的优点在于-
首先，本发明可以自动监测封闭空间的声压信号的变化，通过判断点积值的 大小来控制步进电机的转动而调整吸声器的共振频率，使得吸声器的共振频率始 终与激扰频率保持一致,使吸声器的控制效果始终处于最佳。
其次，本发明所采用的控制器为DSP，其卓越的运算速度使得本发明中的半 主动控制系统反应时间迅速，能快速捕捉激扰信号变化和快速改变半主动吸声器 的工作状态，故半主动控制系统的系统反应时间较短，能够及时追踪到激扰频率， 从而使吸声器发挥最佳的效果。
综上所述，本发明提供了一种自适应调频半主动噪声控制方法，且能够进行 实时的调整，能够满足对于追踪激扰频率的要求，使用本发明后的吸声器的整体 性能都能得到有效地提高。
(四)


图1是本发明的半主动吸声器自适应控制系统的示意图2是本发明半主动吸声器自适应控制系统流程图3(a)-图3(c) 242Hz激励时封闭空间内半主动噪声控制效果，其中
图3(a)封闭空间内半主动吸声器开口处的声压幅值控制曲线、
图3(b)吸声器开口直径的变化曲线、
图3(c)点积值变化曲线；
图4 212Hz激励时封闭空间内半主动噪声控制效果，其中 图4(a)封闭空间内半主动吸声器开口处的声压幅值控制曲线、 图4(b)吸声器开口直径的变化曲线、 图4(c)点积值变化曲线.
(五)
具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
结合图l，自适应调频半主动噪声控制装置的组成包括作为被控制的封闭 声场l;传声器3、传声器4、带通滤波器5、 DSP控制器6、步进电机驱动器7、直流电源8、步进电机9和半主动吸振器2构成了半主动噪声控制系统。封闭系 统1中上安装了半主动吸振器-亥姆霍兹共振器2，并被传声器3测取其亥姆霍 兹共振器内部声压信号，而传声器4测取亥姆霍兹共振器开口处声压信号，两个 信号同时通过带通滤波器5中，由滤波器5中输出的信号接入DSP控制器6中。 DSP控制器6中的控制程序根据输入的两个信号，对这两个信号进行点积处 理，判断累加点积值的大小，运算后输出相应的脉冲控制信号给步进电机驱动器 7，从而驱动步进电机9运转。步进电机9通过相应的执行机构改变亥姆霍兹共 振器2的开口面积，从而改变亥姆霍兹共振器2的共振频率，使之趋于激扰频率。 结合图2，下面对本发明中的点积算法的实现进行详细地说明 封闭声场1中的激扰频率发生变化，使得处于其中的半主动吸声器-亥姆霍 兹共振器2的吸声效果减弱。点积算法对亥姆霍兹共振器2丌口处和内部两个声 压信号先进行归一化处理，并且在整个周期内乘积相累加。DSP控制器6根据累 加点积值的大小向步进电机驱动器7发出相应的脉冲控制信号。
1) 当累加点积值大于零时，DSP控制器6向步进电机驱动器7发出正向转 向脉冲以及相应的行进脉冲信号，步进电机9正转，通过相应的执行机构使亥姆 霍兹共振器2的颈部开口面积变小，从而减低亥姆霍兹共振器2的共振频率。
2) 当累加点积值小于零时，DSP控制器6向步进电机驱动器7发出反向转 向脉冲以及相应的行进脉冲信号，步进电机9反转，通过相应的执行机构使亥姆 霍兹共振器2的颈部开口面积变大，从而使亥姆霍兹共振器2的共振频率增大。
3) 当累加点积值趋于零时，DSP控制器6不向步进电机驱动器7发出转向 脉冲以及相应的行进脉冲信号，步进电机9停转，亥姆霍兹共振器2的颈部开口 面积和共振频率保持不变。
当累加点积值趋于零时，亥姆霍兹共振器2的共振频率不变，说明其共振频 率趋向于激扰频率，整个半主动噪声控制系统准确的追踪到激扰频率的变化。
通过一实例来验证本发明的半主动噪声控制方法的有效性。实验中所用封闭 空间尺寸长丄产0.82m,宽丄2-0.72m，高丄^0.6m。 H.R.采用有机玻璃制成。 H.R.的腔体为一段有机玻璃管，外径为90mm，内径为80mm，长度为200mm。 整个H.R.与声腔的体积比约为0.28。/。。242Hz和212Hz为该封闭空间的固有频率， 因此，实验主要针对这两个频率激励时的声场进行噪声控制。图3和图4分别为242Hz和212Hz激励时封闭空间内半主动噪声控制效果。 由图3可以看出，声压点积值曲线趋于O，达到了预期值，H.R.开口的直径由原 始的36mm，经过自适应调节最后的开口直径调整为23.3mm。经计算，H.R.的 共振频率由279Hz，调整为246.1Hz，基本接近242Hz的激励频率。由图4可以 看出，声压点积值曲线趋于O，达到了预期值，11.11.开口的直径由原始的36111111， 经过自适应调节，最后的开口直径调整为17.2mm。经计算，H.R.的共振频率由 279Hz，调整为209.7Hz，基本接近212Hz的激励频率。从而验证了本发明半主 动噪声控制方法的有效性。
权利要求
1、一种自适应调频半主动噪声控制装置，其特征是其组成包括在封闭系统[1]中上安装的半主动吸振器-亥姆霍兹共振器[2]，在封闭声场[1]中设置第一传声器[3]、第二传声器[4]，第一传声器[3]测取其亥姆霍兹共振器内部声压信号、第二传声器[4]测取亥姆霍兹共振器开口处声压信号，第一传声器[3]和第二传声器[4]的输出连接带通滤波器[5]，带通滤波器[5]的输出连接DSP控制器[6]，DSP控制器[6]控制步进电机驱动器[7]，步进电机驱动器[7]控制步进电机[9]，步进电机驱动器[7]还与直流电源[8]相连。
全文摘要
本发明提供的是一种自适应调频半主动噪声控制装置。包括作为被控制的封闭声场1；传声器3、传声器4、带通滤波器5、DSP控制器6、步进电机驱动器7、直流电源8、步进电机9和半主动吸振器2构成了半主动噪声控制系统。封闭系统1中上安装了半主动吸振器-亥姆霍兹共振器2，并被传声器3测取其亥姆霍兹共振器内部声压信号，而传声器4测取亥姆霍兹共振器开口处声压信号，两个信号同时通过带通滤波器5中，由滤波器5中输出的信号接入DSP控制器6中。本发明能够进行实时的调整，能够满足对于追踪激扰频率的要求，使用本发明后的吸声器的整体性能都能得到有效地提高。
文档编号G10K11/00GK101540167SQ20091007170
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者刘志刚, 叶黎明, 李玩幽, 杨铁军, 靳国永 申请人:哈尔滨工程大学