[发明专利]基于反射声压平方和最小的主动消声系统及其吸声方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消声技术，具体地说是一种基于反射声压平方和最小的主动消声系统及其吸声方法。

背景技术

20世纪60年代，主动消声引起了学者的极大兴趣。主动消声是指用次级声源产生的声波对初级声源产生的噪声进行抵消性干涉，以使指定空间实时产生与噪声源在该处噪声幅值相等而相位相反的二次声与主噪声叠加，使被研究的空间局域内的噪声声压值达到期望的控制目标，最终达到消减噪声的目的。但是由于当时电子技术等方面的限制，制造不出所需的电子控制系统，因此该技术长期得不到发展，直到20世纪60年代末，随着电子技术的发展，主动消声的研究才重新兴起。目前的研究热点是用结构声辐射来抵消入射声波的能量，从而提高吸声效果，而且取得了许多研究成果，有的研究成果已经应用于实际中。它的基本原理是：当声波入射到平板上时，布置于平板上的传感器检测出声波的信号，传感器将检测得到的信号传输到控制滤波器，控制滤波器发出控制信号到动作器。假定板结构为弹性板，当弹性板上没有次级力源作用时，板上方空间中的声场包括三个部分：入射声波                                                ；假定该弹性板为刚性板时产生的几何反射声波和有界弹性板的声辐射，即：

                      （1）

当次级力源作用时，弹性板产生的辐射声压为。这样，总的声压为：

。     （2）  

同理，当弹性板上没有次级力源作用时，板上方空间中的声速包括三个部分：入射声波产生的声速；假定该弹性板为刚性板时产生的几何反射声速和有界弹性板的声辐射声速，即：

                            （3）

当次级力源作用时，弹性板产生的辐射声速为。这样，总的声速为：

         （4） 

因此，当有次级力源作用时，弹性板的总的声功率为：

                                  （5）

要达到主动消声的目的，就是要使弹性板总的声功率最小，即控制目标为：

                               （6）

在声功率最小的条件下，用一定的算法求得加在简支平板上的次级力源的强度，就可以达到主动消声的目的。

发明内容

本发明旨在解决上述问题的不足，提供一种基于反射声压平方和最小的主动消声系统及其吸声方法，用结构声辐射来抵消入射声波，从而提高吸声效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于反射声压平方和最小的主动消声系统，包括由信号发生器、功率放大器和扬声器依次连接组成的初级声源，还包括管道、平板、压电陶瓷晶片、声音传感器、控制滤波器、处理器模块和变频器；平板和扬声器分别设置于管道的两端形成一封闭结构；压电陶瓷晶片粘贴在平板上位于管道内部的一侧，声音传感器设置于管道内部且置于平板前方，声音传感器将采集到的声音信号经控制滤波器与处理器模块的输入端连接，处理器模块的输出端与变频器连接，变频器的输出端与压电陶瓷晶片连接。

所述压电陶瓷晶片为一片、三片或五片，压电陶瓷晶片通过热金属粘结剂粘贴于平板上。

更进一步地，所述压电陶瓷晶片若为一片，则设置于平板的中央；所述压电陶瓷晶片若为三片，则等间距设置于平板的纵轴线上；所述压电陶瓷晶片若为五片，则四片设置于平板的四个角上，另外一片设置于平板的中心。

作为优选，所述压电陶瓷晶片为一片、三片或五片。

作为优选，所述声音传感器为麦克风传感器，麦克风传感器共有两个，其与压电陶瓷晶片等间距布置。 

所述平板的材料为铝、不锈钢或铜。作为优选，所述平板的密度为7860Kg/m³，厚度为0.5㎜，弹性模量为2×10¹¹Pa，泊松比为0.3。 

作为优选，所述压电陶瓷晶片的厚度为0.5㎜，压电复合材料的压电常数为1.66×10^-10 m/V,弹性模量为6.3×10¹⁰Pa，泊松比为0.35。

作为优选，所述处理器模块由模数转换电路、DSP处理器和数模转换电路实现。

一种基于反射声压平方和最小的吸声方法，其特征在于：

（1）将压电陶瓷晶片粘贴在平板上，平板和初级声源分别置于管道的两端； 

（2）通过布置于管道内的平板正前方的声音传感器检测出初级声源的反射声压；