[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

摘要

本发明公开了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。组成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。根据初级声场声能量最集中频段的中心频率和初级噪声场的空间分布特性，计算次级声源中两个单元的源强最佳相位差。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。与单极子次级声源相比，该指向性声源能明显提高有源声屏障的降噪性能，且声源的结构简单、指向性易于调节。

主权项

一种应用于有源声屏障的指向性次级声源设计方法，其特征是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，调节次级声源中两个扬声器单元的相位差，改变次级声源的指向性，使有源声屏障控制系统达到比同等条件下单极子次级声源好的降噪效果；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；选取频率响应接近的两个扬声器单元作为次级声源中单元1（靠近屏障顶部）与单元2（远离屏障顶部），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；初级声源S位于屏障左侧，个控制源位于屏障顶部，个误差传声器等间距分布在屏障后方，传声器所在的直线与屏障及地面平行；考虑地面反射，第个误差传声器位置处的总声压为：(1)式中第一项为初级声源及其镜像源在误差传声器处的声压，和分别为控制源及其镜像源到误差传声器的传输阻抗，为第组次级源的源强；选取个误差传声器处的声压平方和最小作为有源噪声控制系统的目标函数：(2)为正实数，它的存在使传声器的声压幅度平方和不一定能达到最小值，但增加了系统的稳定性；为次级源的源强矩阵；取最小值时控制源的最优源强矩阵为：(3)式中为次级源到误差传声器的阻抗传输矩阵，为的共轭转置矩阵，为单位矩阵；求得控制源体积速度后，可由式(1)求得声影区空间任一点在控制后的总声压为；则声屏障后方声影区由于有源控制系统的引入所带来的新增降噪量为：(4)在初级声源位置或初级声场分布特性已知的情况下，可选定范围，按(1)‑(3)式计算不同时的最优源强和对应的降噪量；将降噪量最大时对应的值作为次级声源的最优参数，并记为；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。