[发明专利]一种应用于有源声屏障的指向性次级声源设计方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种应用于有源声屏障的指向性次级声源设计方法。

背景技术

在有源声屏障中，一般采用单个扬声器构成的音箱作为次级声源。这种单极子声源结构简单，声源强度调节方便，但每个单极子次级声源须对应一个次级通道，因此控制系统需要的次级通道数较多，控制算法计算量大。Mangiante基于JMC理论设计出一种自指向性三极子源并应用于一维管道的噪声控制中（G. Mangiante et al., Proceedings of ACTVIE 99, 1999, pp. 493-502），Beauvilain设计出四极子和八极子组合声源用于三维空间自由场的噪声控制中（T. A. Beauvilain et al., J. Acoust. Soc. Am., Vol.107, No.3, pp.1189-1202, 2000），但这些多极子声源中扬声器单元的数量达到了3个甚至4个，且外围信号处理电路复杂，不便于工程实现。专利ZL200810155451.7中设计出一种由两个扬声器单元组成的幅度调节型指向性次级声源，该声源的指向性呈葫芦型，适合于自由场的全局有源噪声控制中，但在有源声屏障系统中作为次级声源控制效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于有源声屏障的指向性次级声源的设计方法。该方法通过调节次级声源中两个单元输入信号相位的方法来调节声源的指向性，提高有源声屏障控制系统的降噪性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：应用于有源声屏障的指向性次级声源的设计方法，1）测量初级声场声能量最集中频段的中心频率和初级声场的空间分布特性；2）次级声源的两个扬声器单元相互紧靠，且共用一个次级通道。根据初级声场的分布特征和次级声源的空间位置，计算次级声源中两个单元的源强最佳相位差；3）选取频率响应接近的两个扬声器单元组成次级声源，两个扬声器单元被设计的相位调节电路和功率放大电路驱动，构成指向性次级声源；4）在初级声场特性无法确切获得的情况下，可估计初级噪声源与屏障顶部的连线与屏障的夹角；据此选取两个扬声器单元之间的相位差。初级声源离屏障越远，值越大，要求两个扬声器单元的相位差值也较大，对应的值较小。一般而言，对于频率不高于500 Hz的情况下，值在 [1.50, 2.50] 范围内取值。5）将指向性声源置于屏障顶部，用于改善有源声屏障控制系统的降噪性能。有源控制器可采用任何一种商用前馈有源控制器，如发明专利 ZL200510038525.5 中公开的多通道有源控制器。

本发明的有益效果是：本发明采用调节次级声源中两个单元相位差的方法，改变次级声源指向性，使次级声场能够较好地重构初级声场，达到提高系统降噪性能的目的。本发明设计的次级声源结构简单，能有效地节省次级通道数。在同等控制通道数的条件下，能提高有源控制系统的降噪性能。

附图说明

图1是指向性声源的原理图；

图2是本发明中指向性声源的结构图；

图3是相位调节电路原理图；

图4是本指向性声源在有源声屏障系统中的应用结构图；

图5 是时指向性声源在160Hz的声压指向性图；

图6 是时指向性声源在300Hz的声压指向性图；

图7是分别采用本指向性声源和单极子次级声源的有源声屏障系统降噪性能实验结果。

具体实施方式

下面结合实施例参照附图对本发明进行详细说明：

指向性声源工作原理：

本发明所述指向性声源的原理图如图1所示，两扬声器单元的中心，的距离为，点为的中点，平面上一点与的连线与的夹角为，则处的声压为：

(1)

令，，则两个单元输入信号的相位差为：

(2)

式(1)中声压可写成源强和传输阻抗的形式：

(3)

上式中为空气密度，为声速，为信号角频率,为指向性声源到接收点的总传输阻抗。调节的值，就可以调节相位差，从而改变声源的指向性。若，声压分布表现出偶极子的指向特性；当，声压分布呈现出三极子的心形指向特性；当时，声场指向性介于三极子和单极子之间；当时，声场指向性介于三极子和偶极子之间。

指向性声源的结构如图2所示。输入信号分成两路，其中一路信号直接输入到功率放大器，另一路经过相位调节电路至功率放大器，从放大器输出的信号分别驱动指向性声源的两个扬声器单元。图3是相位调节电路原理图，调节的值，就可以改变，从而改变声源的指向性。