[发明专利]一种空间主动降噪试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种空间主动降噪试验装置，包括：箱体；两个第一导轨，其水平设置在箱体的内部，并且两个第一导轨分别对称固定设置在箱体的底板的两端；多条第二导轨，其可移动的安装在两个第一导轨上，第二导轨水平设置，并且与第一导轨垂直；多个伸缩支撑杆，其竖直设置，并且可移动的安装在第二导轨上；多个采样麦克风，其分别固定安装在伸缩支撑杆的顶端；初级声源和多个次级声源，其分别固定安装在箱体内与第二导轨平行的侧壁上；模拟信号发生器，其设置在箱体外侧，并与初级声源相连；ANC控制器，其设置在箱体外侧，并与次级声源相连；电源，其用于为模拟信号发生器和ANC控制器供电。同时，本发明还提供了一种空间主动降噪试验方法。

技术领域

本发明属于主动降噪试验装置技术领域，特别涉及一种空间主动降噪试验装置及方法。

背景技术

随着工业与经济的飞速发展，环境中的噪声种类及噪声强度日益加剧，对民众的生活及工作带来了严重影响。传统的被动降噪技术对于1000Hz以上的中高频噪声具有较理想的控制效果，但其却难以有效抑制500Hz以下的中低频噪声。与此相反，主动降噪技术(Active Noise Control，ANC)因具有卓越的低频降噪性能以及相对低廉的成本而广受欢迎，逐步成为诸多科研院所以及企业的热点研究方向。通俗地讲，主动降噪技术依据声波叠加原理，通过次级扬声器来发出与原始噪声信号具有相同频率、相反相位以及相等幅值的抵消信号，进而实现目标噪声的消除。

主动降噪的应用场景目前可分为三类：耳机ANC系统、管道噪声ANC系统以及三维空间ANC系统。其中，耳机ANC系统主要应用于个人听力保护领域，由于该系统所需要的工作空间仅在人体的耳道之内，声场分布的空间尺寸与人耳接收到的声音波长相比微不足道，因此耳机ANC系统通常降噪效果显著，逐步成为市场中普及率最高的主动降噪产品。管道ANC系统主要用于空调、排气扇、供暖设备等通风换气系统的管道内噪声的控制。特定尺寸的管道设计可以使管道内声波传递近似呈平面波状态，进而极大程度地简化管道内声场分布，直接降低主动降噪的难度。因此，管道ANC系统通常较易实现，且因管道在工业及生活中广泛存在而备受关注，并得到了小范围的推广。相比于耳机ANC系统与管道噪声ANC系统，三维空间ANC系统主要用于实现车辆、飞行器等舱室内的封闭空间的主动降噪以及大型电力变压器等开放场景等的自由空间的主动降噪，三维空间主动降噪的应用场景是极其普遍的，但其实现难度也是巨大的。由于目标降噪对象在三维空间内的声场辐射及分布相对复杂，致使应用于三维空间降噪的ANC系统无论从结构设计、降噪算法实现还是试验布局优化等均存在诸多难题，直接限制了ANC系统的深入推广应用。因此，开展三维空间主动降噪的研究是至关重要与有价值的，但同时也是一项严峻的挑战。

针对三维空间内的主动降噪，通常可根据ANC系统的控制结构分为前馈ANC系统、反馈ANC系统以及前反馈混合ANC系统，其中，前馈ANC系统同时采用参考麦克风/传感器与误差麦克风来实现主动降噪，适用于宽频带噪声的主动控制；反馈ANC系统则取消参考麦克风/传感器的使用，其仅通过误差麦克风来实现降噪，这种结构可有效避免前馈ANC系统所存在的“声反馈”问题，但其不足在于该系统可实现的降噪频带通常较窄，且降噪时易出现“水床效应”现象；前反馈混合ANC系统则同时弥补了前馈结构与反馈结构的不足，可更为有效地实现目标噪声的控制，但其结构较为复杂，成本较高。此外，ANC系统的控制结构还根据目标降噪区域的降噪范围大小分为单通道ANC系统与多通道ANC系统，单通道ANC系统的降噪空间通常受限于误差麦克风单体附近的狭小区域；多通道ANC系统的降噪空间相比单通道结构则得以较大程度拓展，且在一定范围内误差麦克风数量越多，降噪区域范围越大。除此之外，ANC系统的控制结构还根据误差麦克风的取消与否分为非虚拟误差ANC结构与虚拟误差ANC结构，其中虚拟误差ANC结构仅在ANC调试前期引入误差麦克风来辅助声通道辨识，在调试结束后随即去除误差麦克风，仅采用参考麦克风来实现主动降噪，这种结构简化了ANC系统的构造，但通常仅适用于抑制具有特定规律或周期性强的稳态目标噪声；非虚拟误差ANC结构则相反，其通过误差麦克风来实时反馈降噪效果，可同时适应于稳态噪声与非稳态噪声的主动控制。