VC++与MATLAB相结合的噪声主动控制方法

　　随着工业的发展,噪声环境越来越恶化,噪声控制变得愈来愈重要。传统方法是采用消声、吸声、隔振的处理方法,但是这种控制方法对于类似飞机机舱这种密闭舱室是不适用的。因此从技术上消除噪声,改善工作环境一直是具有广阔发展前景的研究方向。随着现代计算机技术和数字信号处理技术的飞速发展以及智能材料的出现,噪声的主动控制技术就应运而生,代替了被动噪声控制方法。本文针对飞机机舱的噪声主动控制,采用VC++与MATLAB相结合的软件设计方法[1],利用VC++强大的图形界面编程能力[2]以及MATLAB丰富的函数资源[3],使得信号的处理简洁、快速,得到了较好的噪声控制效果。

　　1　噪声主动控制的系统设计

　　文中的噪声主动控制技术主要是使用智能材料(压电材料)作为传感器和致动器,并集传感器和致动器与一体,通过产生一个与原信号相位相反、幅值相同的次级信号[4]来驱动致动器以达到降噪的目的。

　　1.1　系统组成

　　文中用一个带有一面柔性墙的三维闭合空间模拟飞机的机舱、轮船的客舱和车辆的舱室,对三维闭合空间的辐射噪声进行控制[5],系统组成见图1[6]。

　　图中的三维闭合空间是由一面铝板和五面丙烯酸材料组成的,铝板四周由夹钳固定,在铝板的对角线位置上粘贴了一片压电陶瓷(PZT)和一片压电薄膜(PVDF)。压电陶瓷是作为致动器来驱动铝板的振动,而压电薄膜则用做传感器来检测铝板的振动。在三维空间的上方有一个扬声器,它是作为噪声源信号存在的。当扬声器发出信号时,激励铝板振动,铝板的振动引起噪声辐射进闭合空间内部,在铝板中央的传感器也用来检测铝板的振动,但它的信号经电荷放大器后进入分析仪,主要是用来比较控制前后铝板的振动情况。

　　1.2　控制方法

　　扬声器发出的噪声信号引起铝板的振动,继而通过铝板的振动辐射进三维闭合空间,因此控制闭合空间内部的辐射噪声可转化为控制铝板的振动。由于压电陶瓷和压电薄膜具有压电效应,所以当扬声器信号引起铝板的振动时,压电薄膜把振动的机械能转化为电能,输出的电荷经过电荷放大器和A/D转换后,进入计算机做信号处理,得到一个与此信号幅值相同、相位相反的信号,此经D/A转换和功率放大器放大后加到作为致动器的压电陶瓷上。由于逆压电效应的存在,压电陶瓷把电能转换为机械能引起铝板的振动,此振动的振幅和原振动的振幅大小相等,而相位相反,两者引起的振动相抵消,达到控制铝板振动的目的继而控制闭合空间内部的噪声。而铝板中央的传感器是用来检测铝板振动的控制情况,它的信号经电荷放大器输出后直接进入动态信号分析仪,对它的频谱进行分析,通过控制前后频谱的不同来观察控制效果。