机动车辆室内复合主动噪声控制系统的设计

　　坦克、汽车等车辆的舱室内通常都存在着较高的噪声,这些噪声的存在,不仅严重危害工作人员的听力系统,削弱语音通信的可懂性,而且长期工作在噪声环境中,易使人产生疲劳,降低乘员的注意力,使诱发危险事故的可能性大大提高。因此,从技术上消除车辆室内噪声,改善乘员的工作环境是一项具有远阔应用前景的研究课题。本文在系统研究主动噪声控制技术和机动车辆内噪声来源的基础上,提出利用复合主动噪声控制思想改善车辆室内噪声环境的设计方案,并给出了该方案的实现算法。

　　1 机动车辆室内噪声来源及主动噪声控制

　　研究表明:发动机噪声、进气噪声和传动系噪声是机动车辆室内噪声的主要来源。对车内噪声进行频谱分析可见:车内噪声的频率成分中,发动机的燃烧频率及其各次谐波占了很大的分量。也就是说,发动机产生的低频周期噪声是机动车辆室内噪声的最主要来源。

　　近年来,主动噪声控制在低频噪声抵消领域中得到了广泛应用。主动噪声控制(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、相位相反的二次声场,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以专利的形式提出的,以管道声场为例,其基本原理如图1。

　　该结构是通过在管道上游采用前置麦克风拾取噪声信号,经电信号处理后,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的目的。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上游麦克风接收后,就形成了声--电--声的闭合回路,使消声系统产生“自激现象”,它的存在一度制约着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,他将声反馈过程同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。

　　在该结构中忽略了参考输入的作用,而是将检差麦克风信号通过具有特定幅值、相位传递特性的放大器处理后,直接驱动二次声源发声。

　　在三维声密封区和三维声场的主动噪声控制中,往往由于声场过于复杂,仅仅依靠使用单对二次声源、检差麦克风对无法达到令人满意的消声效果。在这种情况下,应采用多通道主动噪声控制系统来获得对三维声场的有效控制。具体地说就是利用多个二次声源来产生二次声场,利用多个检差麦克风来拾取残余噪声信号。同时,由于噪声源和环境因素是时变的,而控制系统通常又是受环境因素影响的,为了能跟踪噪声源和环境因素的变化,实时调节次级声信号,确保次级声信号有效地抵消噪声信号,通常采用自适应技术来完成系统控制。现在三维空间有源噪声抵消几乎全部采用自适应噪声抵消技术。