轴流式通风机噪声的主动控制

　　1 前言

　　通风机噪声是现实生活和工业生产中最常见的噪声形式之一。传统的被动噪声控制(Passive NoiseControl简称PNC)主要是利用材料的反射隔离声音的传播或利用材料的多孔性和粘滞性衰减所通过的声能。对于中、高频噪声(>500Hz),这一方法较为有效。但对于低频噪声(<500Hz),由于材料的声衰减性能随着频率的降低而变差,为了获得良好的降噪效果,只有通过增加材料的厚度或质量。从而使得降噪系统趋于“庞大”,成本也随之增大,有时甚至难以实现。

　　本世纪三十年代,P1Leug提出了一种利用声干涉原理来降低噪声的新方法,即主动噪声控制(Ac-tive Noise Control简称ANC)[1]。它通过对噪声源的跟踪、识别,产生一频率相同、相位相反,并有相当幅值的抵消信号,经过放声设备输出,与原噪声干涉,从而达到控制区域内的噪声降低。该技术对于低频噪声的降低非常有效,且设备构成简单,实用性较强。在ANC技术提出后的几十年,受到相应电子技术发展的限制,其研究应用的成果非常有限。近十几年来,随着数字计算机和集成电路技术的发展,使其得到广泛的研究,已获得了一些理论和应用上的成果[2、3]。

　　为了能够在希望区域内有效地降低噪声,要求产生的抵消声场与原声场在时间和空间上匹配,以跟踪噪声源的变化并在控制区域内实现噪声的降低。本研究是通过在实验室环境,对轴流式通风机所产生噪声的测量分析,应用具有4个误差输入和2个抵消输出的简单多入多出系统,对其进行了主动控制研究,取得了一些对ANC技术实际应用十分有用的结果。

　　2 通风机噪声分析

　　通风机在旋转时,其风叶与空气相互作用而连续产生压力脉动,从而向外辐射噪声。风叶每转动一周,就通过其运动轨迹上某一点一次,在单位时间内通过的风叶愈多,则产生的压力脉冲愈多。这一系列压力脉冲可以看成一个与时间无关的直流压力和以单位时间内通过的风叶数目为基频的一系列高次压力谐波之和。当这些谐波的压力扰动足够强,且其频率在人听觉范围内时,就产生了不希望的噪声[4]。通风机噪声的频率是风叶通过频率与其高次谐波频率的合成,它由通风机的转速和风叶数目决定。

式中n--风机的转速r/min;

　　z--通风机的风叶数;

　　i--某次谐波。

　　通风机所产生噪声的强度与风叶尖端速度有关,风叶尖端速度越高,则其噪声愈强,而且谐波噪声成分增强的速度要比基频噪声大,这就使得通风机噪声具有突出的高调刺耳声音。

　　本研究是在实验室对一轴流式通风机的噪声进行分析控制。该通风机有3个风叶,额定转速为2940r/min,实测转速为2900r/min。由(1)式可计算出它的各阶频率分别为145Hz、290Hz、435Hz等。由放置于通风机正前方1.5m、离地高度1m处的声级计可测量得到其噪声信号。图1给出了该信号的功率谱图。