三维闭空间主动噪声控制的实验研究

　　0 引 言

　　主动噪声控制(ANC)对降低低频噪声干扰是一种十分有效的方法,而传统的吸声、隔声方法在这个频段往往是低效的或难于实现。近十几年来,随着相关的电子、计算机和数字信号处理等技术的发展,主动噪声控制技术的研究取得了较大的进展,尤其是对简单的一维声扬场环境,已逐渐从实验室研究走向工业实用。但三维声场的主动控制研究和应用还有许多工作要做。

　　噪声主动控制利用声干涉原理,通过人为产生的抵消声场与原始声场反相叠加,达到使原始声音降低的目的[1]。有效地降低控制区域的声音,要求原始声场和抵消声场在时间和空间有良好的匹配特性。在简单的一维声场,如管道内,声波以平面波传输,利用单一的次级声源就能完全抵消管道下游的声音。但是,当声场是复杂的三维球面声场时,由于其声模态的阻尼较高且密度随频率的立方增加,其匹配关系的满足要困难得多。理论上,为了获得良好的降噪效果,次级声源的数目应与声模态相同。但实际上这几乎是不可能实现的,同时独立地控制某一声模态也必然会激起其它的声模态。工程上采用的方法是:在封闭声场内,基于其声模态阻尼和密度,在多个离散点布放误差传声器和次级扬声器阵列,通过调整次级声源使误差传声器输出的平方和最小,从而逼近理想的控制效果[2]。

　　本文在一封闭房间通过实验研究三维声场的主动控制特性。应用一多通道自适应控制系统,对由多阶谐频信号激励产生的噪声场进行控制实验和分析。

　　1 实验系统^[3]

　　该系统包括16个误差传感器系统,自适应控制器,8个抵消扬声器及用于产生主声场的信号发生器和主扬声器组成。

　　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,信号发生器分别为正弦发生器和磁带机及其功率放大器。

　　控制器是一实时自适应数字信号处理系统。该系统执行噪声抵消的信号滤波,以及自适应滤波器权系数的刷新等任务。它由管理系统的主控计算机;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四个主要部分组成。

　　系统的工作过程是这样的:信号发生器将噪声信号输入主扬声器在实验房间产生一原始声场。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,完成对与原噪声有关的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。