柴油发电机房主动噪声控制系统的设计

　　0　引言

　　柴油发电机在经济建设和国防建设等众多领域有着广泛的应用。但柴油发电机房内通常存在着很高电平的低频噪声,这些噪声,不但严重伤害机房内工作人员的听力系统,而且,长期工作在高噪声环境中,易使人产生疲劳,降低工作人员的注意力,使诱发事故的可能性大大提高。同时,柴油发电机房的高噪声辐射,往往使其周围的单位及居民也饱受其害。因此,从技术上消减柴油发电机房内噪声,是一项具有广阔前景的研究课题。目前,柴油发电机房内的噪声消减多采用绝缘技术、消音技术、阻尼技术和吸收技术等被动噪声控制方法[3][4]。由于被动消噪措施的体积和重量依赖于噪声波长,因此利用被动方法来消除具有很长波长的低频噪声,其物理设施是庞大而厚重。本文在系统研究主动噪声控制方法和柴油发电机房内噪声状况的基础上,提出一种利用复合主动噪声控制思想改善发电机房内噪声环境的设计方案,并给出了其算法。

　　1　发电机房内噪声状况及主动噪声控制

　　研究表明,空气动力噪声、发电机噪声和电磁噪声是柴油发电机房内噪声的主要来源。柴油发电机房内的总噪声可用下式来估计[3][4]:

式中,n为柴油机转速(rpm);P为柴油机功率(HP)。

　　由式(1)和对柴油发电机房内噪声频谱分析可见:机房内噪声的频率成分中,柴油机的燃烧频率及其谐波占了很大的份量。也就是说,柴油发电机产生的低频噪声是发电机房内噪声的最主要来源。近年来,主动噪声控制(ANC)在低频噪声抵消领域得到了广泛应用。ANC的主要思想是利用电子声学手段,在指定的空间实时产生与该空间噪声声场幅值相等、相位相反的次级声场,使之与原噪声声场叠加,以达到声场抵消、消减噪声的目的。主动噪声控制可分为前馈主动噪声控制和反馈主动噪声控制两种形式。

　　前馈主动噪声控制这一基本思想是1933年由德国人P.Lueg以专利形式提出的。以管道声场为例,其基本原理如图1所示。

　　该结构是通过在管道上游采用前置麦克风拾取噪声信号,经电处理后,馈送给管道下游的次级声源(扬声器),调整次级声源的输出,使其与下游原噪声信号的相位相反而达到噪声抵消目的。实际应用中,由于次级声源的输出在向下游传播的同时也向上游传播,向上游传播的声音被麦克风接收后,就形成了声—电—声的闭合回路,使消声系统产生“自激现象”,这一现象的存在一度制约着自动噪声控制(ANC)技术的发展。

　　反馈主动噪声控制系统是由美国RCA研究所的Olsen在1953年提出的,他将声反馈过程与控制系统中的反馈过程有机结合起来,提出了一种与P.Lueg控制思想完全不同的反馈控制结构。其基本原理如图2所示。