利用波形合成技术对柴油机排气噪声实行有源控制的研究

　　柴油机的排气具有气流强、温度高、烟尘多、腐蚀性强等特点,难于直接使用传声器去获得次级声源.若利用振动传感器获得与噪声信号相干的信号作为初级声源,则一方面它们的相干性不好,另一方面很难实现宽带消声.目前国内外尚没有好的解决办法,从而严重妨碍了有源噪声控制技术对它的应用.作者通过对柴油机排气噪声的机理和特性进行研究,发现其排气噪声具有低频、周期、谐波性;把波形合成技术应用于柴油机排气噪声的控制,合成了理想的次级声源声波,进而可以实现宽带消声.

　　1　柴油机排气噪声的机理和特性

　　柴油机做功冲程终了时,气缸内的废气仍然保持一定的压力.扫气过程中,废气经排气系统产生急剧的废气压力脉冲波,对周围环境形成能量大、成分多的排气噪声.柴油机的点火基频为:

式中n—转速;z—气缸数;—冲程系数.

　　把z=4,S=2代入(1)式得实验柴油机不同转速下的基频f1及其倍频f2,f3…;将计算值列入表1.

　　图1为实测试验机(4-85)转速和排气噪声频谱的关系曲线图.

　　在此频谱图上,将实测得出的不同转速下出现峰值处的频率值列入表2.

　　比较表1和表2,可知理论计算值和实验结果基本吻合.

　　可见,柴油机排气噪声的主要成分是以柴油机点火频率为基频的低频排气噪声,周期性、谐波性强.如果能消去这些出现峰值处中心频率的噪声,则总的降噪量一定很大.实行波形合成有源控制将取得一定效果.

　　2　波形合成原理

　　根据上述分析,既然柴油机排气噪声的主要成分是以柴油机点火频率为基频的低频排气噪声,周期性、谐波性强,如果能合成这些中心频率处的谐波,并把它们转化成次级声源,就一定能实现有源消声.

　　(1)单个正弦波的合成:如果能确定正弦波Asin(ωt+）的三要素(A,ω,),自然就确定这个正弦波.振幅A、角频率ω及相差三者相互独立,角频率ω能由转速传感器输入的转速信号确定,当角频率ω确定后,根据实际的消声效果分别调整振幅A及相差的值,当此中心频率处的消声量达到最大时,确定振幅A和相差U的值.这样就合成了正弦波Asin(ωt+) .依此法再分别合成各个不同中心频率处的正弦波.

　　(2)多个正弦波叠加成一个合成波:对于管道中的各谐波可视为小振幅声波.描述小振幅声波传播规律的波动方程式从数学上讲是线性方程,这就决定了小振幅谐波满足叠加原理——多列声波同时存在时的合成声场的声压等于每个声波的声压之和.把经(1)合成后的各个不同谐波叠加后就得到次级声源的声波.