反馈的主动噪声控制技术在双层板结构中的应用

　　0 引 言

　　在针对双层板结构中声传播的主动噪声控制方法应用中,目前采用的是前馈的结构即用参考信号传感器拾取原始噪声信号,另一误差信号传感器拾取误差信号,次级源扬声器根据主动控制算法输出的信号产生次级声场以达到与原始声场相互抵消的作用[1,2]。在本文中将在双层板结构的空腔中直接采用反馈的自适应主动噪声控制方法,以求达到控制低频噪声传播的目的。研究这种控制方法有很大实际应用意义。因为反馈的主动控制结构没有参考信号传感器,这样整个装置都处在封闭空腔中因而外界对于控制系统的影响将减到最小,同样对于原有结构的改动也相对较小。同时由于结构上的精简也导致成本的下降。通过本次实验证明了反馈的自适应主动噪声控制技术在双层板结构中应用的可行性。

　　1 反馈的自适应主动噪声控制系统结构

　　如图1所示的反馈的自适应主动噪声控制系统框图,z域的原始噪声信号可表示为:

其中,E(z)是从误差信号传感器得来的信号,Y(z)是由自适应滤波器产生的次级信号。

　　这里E(z)和Y(z)都能由反馈的主动噪声控制系统得到。假如二次通道函数S(z)也能被测到且用S(z)估计,S(z)S(z),则可以估计原始噪声d(n)。利用下式作为参考信号x(n):

其中的次级信号y(n)经过了二次通道估计S(z)的滤波再与e(n)产生参考信号。

　　采用FXLMS算法的反馈的自适应主动噪声控制系统如图2。其中S(z)同样是用来补偿二次通道。参考信号x(n)用作对于d(n)的估计,可用下式表示:

其中,Sm,m=0,1,,,M-1是用于估计二次通道的M阶FIR滤波器S(z)的系数。对于二次通道函数的估计可以采用离线法或在线法。

其中,wl(n),l=0,1,,,L-1是W(z)在时刻n时的系数,L是FIR滤波器W(z)的阶数。滤波器系数的更新采用FXLMS算法:

　　2 实验分析

　　2.1实验装置

　　为了验证反馈的自适应主动噪声控制在双层板结构中应用的可行性和效果,特在实验室条件下进行实验研究。主要的实验装置是一个具有双层板结构的箱体。双层板结构部分由两块平行的1.5mm厚的铝板组成,尺寸为1140×730mm。为了避免空气声和结构声的侧面泄漏,双层板结构被很好地密封。整个实验装置置于一半消声室内。整个实验仪器的布置基本上可分为三大部分:噪声源发生装置、主动噪声控制系统、噪声评测系统。整个实验装置如图3。

　　整个反馈的自适应主动噪声控制程序的运行流程基本上可分为两个阶段:对于二次通道函数的估计和实时的主动噪声控制运行过程。第一阶段对于二次通道函数的估计,以程序内部产生的白噪声信号作为训练样本。S(z)是估计二次通道函数的FIR滤波器传递函数,通过LMS算法来调整滤波器的系数,从而使e(n)最小。最终的S(z)将用于实时的主动噪声控制运行过程。其中的二次通道主要包括D/A转换,信号重构滤波器,功率放大器,扬声器,误差信号传感器,前置放大器,防失真滤波器和A/D转换。程序的运行是基于PC机的TMS320C30开发仿真系统ATD-C30-B。控制算法的参数如自适应滤波器FIR的阶数和调整步长在实验过程中作相应的调整。