管道噪声有源控制研究

　　管道噪声广泛存在于工业生产的各个领域,如煤矿的风井噪声、热电厂送气和排气的管道噪声以及大型集中空调送、排风的管道噪声等.管道噪声的控制,以往主要采用阻性和抗性消声器的方法,即无源噪声控制,其降噪的机理在于声能的消耗是通过噪声声波与声学材料或声学结构的相互作用来完成.阻性消声器主要适用于中高频噪声,对于低频噪声一般采用抗性消声器的方法,但这往往存在几何尺寸的限制问题.此外,管道中安装消声器后,总会产生一定的阻力,引起压力的损失,影响风量等问题.而有源噪声控制则具有低频效果好、体积小、安装及更新容易等优越性,能弥补无源噪声控制的缺陷[1].有源噪声控制的原理是应用电子技术和电声器件,引入一个与原来噪声信号幅值大小相等而相位相反的次级声源,使其产生的噪声与原来的噪声在一定区域内互相抵消,从而达到降低噪声的目的.目前,有源噪声控制在机理研究、系统实现及工程应用等方面均取得了长足的进展,已成为国际上噪声控制的热点[2,3].本文提出了一种新的有源噪声控制系统,从理论和试验两方面进行了分析、研究,证明了其可行性和有效性.

　　1　有源控制系统的设计

　　以往,管道噪声有源控制研究所用次级声源系统主要有单极子、偶极子和多极子3种类型,其目的是利用次级声源的各种组合,产生单指向性的声源用于消除次级声源对管道上游的声反馈.由于单指向性声源的合成对单一频率的噪声比较理想,如果频率偏离中心频率,则指向性效果大受影响.所以,为了获得一定频带宽度的单指向性声源,系统必须设计性能良好的频率补偿器,否则降噪的频带较窄.同时,这些合成单指向性声源的方法对于实际管道噪声存在驻波效应的情况以及由于次级声源幅频与相频特性的差别和位置安装的误差,难以获得较好的效果[4].因而,这就限制了这些研究成果的应用.

　　为此,本文针对广泛存在的管道稳态噪声,着眼于实际应用,将电声技术中的分频、混频技术引入有源噪声控制系统,这样可根据实际消声频带的要求来设计分频段,从而可扩大消声频带宽度.对于次级声源声反馈的消除,可利用双初级传声器结合分频器电路来实现.具体系统框图如图1所示.

　　控制系统利用2个传声器安置于管道次级声源的上游,用以拾取噪声信号,作为次级声源的扬声器安置于管道壁上,声场下游有监测传声器,整个控制电路包括分频、移相、放大、混频及功放电路等部份.

　　2　声反馈的消除

　　2.1　双初级传声器系统

　　用于消除声反馈的双初级传声器系统如图2所示.