一种适用于管道有源降噪的次级源近场误差获取方法与流程

一、技术领域

本发明涉及噪声控制领域。提出了一种适用于管道有源降噪的次级源近场误差获取方法，该方法在管道的侧壁中心布放4个传声器生成误差信号，可有效改善次级源和误差传声器距离小于3倍管道最小边长时有源降噪系统在管道截止频率以下的降噪效果。

二、

背景技术：

有源噪声控制(anc)对低频噪声控制效果好且基本不影响管道的通风性能(hansenc，snyders，qiux，etal.activecontrolofnoiseandvibration.crcpress，2012)。目前已有一系列将anc技术应用于管道低频噪声控制的发明(cn201510512378.4，cn201911374676.6)。次级源和误差传声器的配置是决定anc系统性能的重要因素。在管道截止频率以下，管中传播的噪声以平面波为主，理论上仅需要1个次级源和1个远场误差传声器即可有效抑制其向管道下游的传播。在截止频率以上，管道中存在多阶高次模态的声波，需要使用多通道有源控制系统，误差传声器数量应不少于要控制的模态数目，且每个待控制模态的信息都要被拾取到。控制管道下游出口声辐射的最优代价函数是下游辐射声功率(zanderac，hansench.acomparisonoferrorsensorstrategiesfortheactivecontrolofductnoise.thejournaloftheacousticalsocietyofamerica，1993，94(2)：841-848)，在使用多通道系统控制矩形管道内高阶模态时，将4个误差传声器布置在靠近管道末端的4个内壁中心点能够逼近以出口面辐射声功率为代价函数的降噪效果(zhangc，qinm，zouh，etal.secondarysourceanderrorsensingstrategiesfortheactivecontrolofsoundtransmissionthroughasmallopening.journalofsoundandvibration，2019，464：114973)。

实际应用中，考虑到空间限制，往往要求anc系统能紧凑布置。当管道anc系统的误差传声器与次级源距离在3倍管径以内时，次级源产生的高次模态声波在截止频率以下未能完全衰减(iso10534-2：1998.acoustics-determinationofsoundabsorptioncoefficientandimpedanceinimpedanceducts-part2：transfer-functionmethod.1998)，导致anc系统的低频降噪性能受限。使用1个远场辅助误差传声器与2个近场传声器分离入射波与反射波可在近场传声器处获得高质量的误差信号(wangj，luj，qiux.acompactactivesoundabsorptionsystemcompensatingnear-fieldeffectofthesecondarysource.noisecontrolengineeringjournal，2017，65(5)：482-487)，此方法需要额外的远场误差信号且计算相对复杂。如何在保障anc系统紧凑性的前提下简单有效地在近场获得高质量的误差信号，还未见报道。

三、

技术实现要素：

1、发明目的：本发明提出一种适用于管道有源降噪的次级源近场误差获取方法，可提高截面为矩形的管道中紧凑式有源控制系统在截止频率以下的降噪量。

2、技术方案：为实现上述发明目的，本发明所述的一种适用于管道有源降噪的次级源近场误差获取方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)测量4个传声器的灵敏度；

(2)在次级源下游矩形管道的4个侧壁布放上述的4个传声器，4个传声器在管道长度方向上离次级源的距离相同，小于管道最小边长的3倍，且均布置在相应管道侧壁的中心位置；

(3)根据4个传声器的电信号和灵敏度生成误差信号，进行单通道有源降噪，具体特征在于：将4个传声器拾取到的信号直接相加生成误差信号

式中e1、e2、e3、e4分别为4个传声器拾取到的电信号，s1、s2、s3、s4分别为4个传声器的灵敏度，e为生成的误差信号。

3、有益效果：本发明提出一种适用于管道有源降噪的次级源近场误差获取方法，可以改善矩形管道截止频率以下低频噪声的降噪效果。

四、附图说明

图1是矩形管道中的anc系统结构示意图。

图2是具体实施例中矩形管道中的紧凑式anc实验系统照片。

图3是具体实施例中传声器布放结构的细节照片。

图4是具体实施例中针对单频噪声采用传统误差信号与本发明所提方法获得的误差信号时评价点处降噪效果的比较。

图5是具体实施例中针对宽带噪声采用传统误差信号与本发明所提方法获得的误差信号时评价点处降噪效果的比较。

五、具体实施方式

下面以实验为例，说明该发明的具体实施方式及效果。

搭建如附图2所示的管道实验系统，截面0.17m×0.17m的有机玻璃管道(截止频率为1008hz)最右端为自由开口，开口处管道内壁中心布置1个评价传声器。1个次级源扬声器位于距离管道右端开口0.9m处的管道内壁上。管道最左端填充1m长的消声棉以模拟无反射边界。

使用antysound公司的tigerancwifi-q控制器实施实时自适应控制，控制算法为标准fxlms算法，参考信号为激励初级源的电信号，采样率为8000hz，次级路径建模滤波器与控制滤波器均为800阶，实验中使用的正则化因子β为0。

具体实施步骤如下：

1、测量4个传声器的灵敏度s1、s2、s3、s4，结果分别为38mv/pa、37mv/pa、40mv/pa、41mv/pa；

2、在次级源下游0.145m处布放上述的4个传声器，每个传声器位于管道侧壁的中心位置，如附图3所示。在管道长度方向上，误差传声器离次级源的距离小于管道截面最小边长的3倍；

3、将4个传声器拾取的电信号e1、e2、e3、e4分别除以各自的传声器灵敏度s1、s2、s3、s4并直接相加获得生成的误差信号e，将此误差信号e输入控制器中进行实时自适应控制。

初级噪声选用频率范围为40hz～1000hz，间隔为20hz的单频信号时，实测评价点处降噪前后的声压级如附图4所示。图中星号标注的曲线表示使用与次级源同侧的单个传声器信号为误差信号时控制后的评价点声压级，加号标注的曲线表示使用典型的多误差方法(误差信号为4个传声器信号的平方和)控制后的评价点声压级，圆圈标注的曲线表示使用本发明提出的方法获得误差信号控制后的评价点声压级。从附图4可看出，本发明提出的设计方法对单频噪声可获得最高的降噪量。以600hz处为例，使用单误差策略的降噪量为6.4db，使用典型的4误差策略的降噪量为22.3db，而使用本发明的设计方法的降噪量为39.4db。

初级噪声选用1000hz以下的宽带白噪声时，实测评价点处降噪前后的声压级如附图5所示。图中星号标注的曲线表示使用与次级源同侧的单个传声器信号为误差信号时控制后的评价点声压级，加号标注的曲线表示使用典型的多误差方法(误差信号为4个传声器信号的平方和)控制后的评价点声压级，圆圈标注的曲线表示使用本发明提出的方法获得误差信号控制后的评价点声压级。从附图5可看出，本发明提出的设计方法对宽带噪声同样可获得最高的降噪量。1000hz以下，使用单误差策略的降噪量为6.7db，使用典型的4误差策略的降噪量为11.6db，而使用本发明的设计方法的降噪量为19.6db。

附图4和5均表明本发明的设计方法可在次级源近场获取高质量的低频误差信号，使得管道有源降噪系统在紧凑布置的条件下，能够获得更好的降噪性能。

本发明提出一种适用于管道有源降噪的次级源近场误差获取方法，在次级源近场范围内管道各侧壁中心布放4个传声器，并使用拾取到的4个信号直接相加的信号作为实时自适应控制中用于迭代更新的误差信号，可改善截止频率以下低频噪声的降噪效果。