管道有源消声的关键问题及解决方法的研究

　　前　言

　　有源噪声控制,其实质是声波的抵消干涉。理想的管道有源噪声控制如图1,控制系统只要实现延时和反相即可达到理想的降噪效果,但由于系统的非理想响应,更由于次源声反馈(传声器同时能接收到来自初源的信号和来自次源的信号)的影响,当用传声器检测到的信号经反相和延时驱动次源发声时,一方面,在下游初源引起的噪声可能要抵消一部分;而另一方面,又再生出由声反馈引起的新的噪声,使系统极不稳定,常产生"啸叫",下面从传递函数的角度分析二者的存在对消声效果的影响,并就其解决方法进行研究。

　　1　系统分析

　　1.1　不计入声反馈及系统非理想特性

　　系统仅由延时和反相两环节组成,传递函数框图如图2所示,系统的传递函数为

(1)

式中:ω为信号角频率,S=b/c,c:声速,b为传声器至次级源的距离。从理论上分析,在不计入声反馈及系统非理想特性的情况下上述系统能实现理想的降噪效果。

　　1.2　不计入声反馈但计入系统的非理想特性

　　由于系统非理想特性的客观存在,实际上图2所示系统难以取得理想的降噪效果,计入系统非理想特性后系统的传递函数框图如图3所示,系统的传递函数为

(2)

式中:VT(jω)为系统(传声器,扬声器等)的传递函数,属系统的频响特性,可由测试得到

　　1.3　计入声反馈及系统的非理想特性

　　由于传声器不仅能检测到来自初源的信号,而且能检测到来自次源的信号(声反馈),因此,此时的系统传递函数框图如图4所示,图中前向通路中的e^-jXS为控制系统实现的延时环节的传递函数,而反馈回路中的e^-jXS为声延时环节的传递函数,系统的传递函数为

　　1.4　引入修正环节,消除次源声反馈及系统的非理想响应的影响

　　显然,由于声反馈及系统非理想特性的影响,V(jω)一般不等于V' (jω),也不等于V' ' (jω),所以图4及图3所示系统难以取得好的降噪效果,现在,在前向回路中引进一修正环节,设其传递函数为U(jω),此时的系统传递函数框图如图五所示,控制系统的传递函数为

　　要消除次源声反馈及系统的非理想响应的影响,应使式(1)中的V(jω)和式(4)中的VE(jω)满足下式

(5)

(6)

式(6)即为引进的修正环节的传递函数,故为达到良好的降噪效果,整个控制系统的传递函数应为

　　2　结束语

　　2.1　理想的管道有源降噪系统只需实现延时和反相即能达到较好的降噪效果。