主动噪声控制技术在工业换风扇降噪中的应用

　　一、前言

　　换风扇噪声是工业生产中最常见的噪声形式之一。它主要由风叶在旋转时与周围空气相互作用而产生的,其频率是风叶通过频率与其高次谐波频率的合成,由换风扇的转速和风叶数目决定。换风扇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,这就使得换风扇噪声具有突出的高调剌耳声音。

　　传统的被动噪声控制(Passive Noise Control-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(频率大于500Hz),这一方法较为有效。但对于低频噪声(频率小于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。

　　主动噪声控制(Active Noise Control -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。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,从而获得了一些理论和实际应用的成果[2]。

　　通过在实验室环境,应用一具有4个误差输入和两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。

　　二、主动噪声控制系统

　　主动噪声控制系统是一个能根据被控声场特性调节其输出的自适应系统[3],其原理过程可用图1的框图简单表示。

　　该系统包括误差传感器系统、控制器和放声执行机构。

　　置于原声场的传声器阵列将感受到的噪声信号输入具有实时特性的处理系统,完成对参考输入信号的滤波,并输出到扬声器阵列,产生抵消声场。两声场干涉的结果再由传声器输入处理系统进行滤波器系数刷新和滤波,产生新的抵消输出。传感器系统由传声器阵列及其前置放大器构成,执行机构由扬声器及其功率放大器构成。参考输入来自于与被控声场相关的信号,注意到对于由旋转机械诱发的噪声,可以用转速信号作为参考输入信号。

　　控制器是一自适应实时数字信号处理系统。该系统执行噪声抵消的信号滤波,以及自适应滤波器系数的刷新等任务。它由对输入信号进行放大和抗混滤波的调理器;将模拟输入数字化的A/D转换器;完成自适应算法的高性能处理器;转换数字信号成模拟信号的D/A转换器以及信号重构滤波器等4个主要部分组成。