混合隔聲墻的制作方法

本發(fā)明涉及一種隔聲墻，具體涉及一種無源隔聲與有源隔聲技術(shù)相結(jié)合的混合隔聲墻。

二、

背景技術(shù)：

人們常常使用隔聲墻阻擋噪聲。傳統(tǒng)的隔聲墻包括實體墻、中間有空腔的實體墻、多層結(jié)構(gòu)輕質(zhì)隔聲墻，等等。通風(fēng)透氣的孔洞、縫隙會嚴(yán)重影響隔聲墻的隔聲性能，因此傳統(tǒng)隔聲墻本身一般不具有通風(fēng)透氣功能。然而在許多應(yīng)用場合，在隔聲的同時需要進(jìn)行通風(fēng)、散熱，例如安裝有室內(nèi)變壓器、發(fā)熱量大且輻射噪聲大的機器設(shè)備的房間，又如開放式辦公室中的會議室，此時一般采用機械式通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)散熱，如排氣風(fēng)扇和新風(fēng)系統(tǒng)。然而，機械式通風(fēng)系統(tǒng)也有其缺點，如它們產(chǎn)生新的噪聲，新風(fēng)系統(tǒng)長期使用可能有空氣污染問題。因此，人們希望隔聲墻在隔聲的同時，具有自然通風(fēng)、透氣散熱的功能。已公開的專利“用于變壓器低頻噪聲的虛擬聲屏障”(專利申請?zhí)枺?01410277150.7)提出一種使用有源控制技術(shù)的虛擬聲屏障，由揚聲器陣列和傳聲器陣列組成，通過多通道有源控制系統(tǒng)，可降低室內(nèi)變壓器通過一個開口向外輻射的噪聲，對于低頻噪聲如200 Hz以下的噪聲，降噪效果良好，然而其降噪頻段窄，頻率低，對于更高頻率噪聲，多通道有源控制系統(tǒng)所需通道數(shù)急劇增多，系統(tǒng)的復(fù)雜度相應(yīng)大增，實現(xiàn)難度很大且成本很高，難以滿足更多實際應(yīng)用場合的需求。

三、

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決隔聲墻在隔聲的同時具有自然通風(fēng)、透氣散熱功能的需求，本發(fā)明提供一種混合隔聲墻。所述技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明，提供一種混合隔聲墻，所述混合隔聲墻由無源隔聲單元和有源隔聲單元組合成的混合隔聲單元周期性交錯排列構(gòu)成，所述混合隔聲墻是一種單向隔聲墻，阻擋一個方向的噪聲。

進(jìn)一步的，所述無源隔聲單元為常用無源隔聲材料制成，所述有源隔聲單元為矩形截面管道，具有通風(fēng)透光功能，管道內(nèi)置一套單通道有源控制系統(tǒng)，用于阻擋聲音。

進(jìn)一步的，所述有源隔聲單元的厚度即為所述管道長度，與所述無源隔聲單元的厚度大小一致。

進(jìn)一步的，所述單通道有源控制系統(tǒng)為前饋有源控制系統(tǒng)，包括：可選的參考傳聲器、誤差傳聲器、次級聲源和控制器；所述參考傳聲器靠近管道進(jìn)聲口，采集噪聲產(chǎn)生參考信號，傳遞給控制器；所述誤差傳聲器靠近管道出聲口，采集噪聲和次級聲源發(fā)出的聲音，產(chǎn)生誤差信號，傳遞給控制器；所述次級聲源接收控制器傳來的消聲信號，發(fā)出抵消噪聲的聲音；所述控制器根據(jù)參考信號和誤差信號產(chǎn)生消聲信號，產(chǎn)生消聲信號的原則是使誤差傳聲器處的聲壓幅值平方最小。

進(jìn)一步的，所述參考傳聲器的安裝位置靠近所述管道進(jìn)聲口；所述誤差傳聲器的安裝位置靠近所述管道出聲口；所述次級聲源的安裝位置在參考傳聲器和誤差傳聲器之間；所述次級聲源與參考傳聲器距離為d_rc，需使d_rc/c＞t₀的不等式滿足，以保證有源控制系統(tǒng)的因果性，其中c為空氣中的聲速，t₀為有源控制系統(tǒng)存在的電路與算法時延。

優(yōu)選的，所述前饋有源控制系統(tǒng)，在噪聲源固定發(fā)出單頻噪聲或多個單頻噪聲組合的情況下，可以不包含參考傳聲器，此時有源控制器內(nèi)部產(chǎn)生與噪聲源所輻射噪聲頻率相同的單頻噪聲或多個單頻噪聲組合的信號作為參考信號。

進(jìn)一步的，所述管道的安裝，需使未安裝所述誤差傳聲器的一端即進(jìn)聲口朝向噪聲源方向。

進(jìn)一步的，所述管道的截面最大邊長a不超過欲用該混合隔聲墻來有效控制的噪聲頻段的最高頻率對應(yīng)波長的一半。

進(jìn)一步的，所述前饋有源控制系統(tǒng)的控制器采用前饋單通道自適應(yīng)控制算法。

另一方面，所述單通道有源控制系統(tǒng)為反饋有源控制系統(tǒng)，包括：誤差傳聲器、次級聲源和控制器；所述參考傳聲器靠近管道進(jìn)聲口，采集噪聲產(chǎn)生參考信號，傳遞給控制器；所述誤差傳聲器靠近管道出聲口，采集噪聲和次級聲源發(fā)出的聲音，產(chǎn)生誤差信號，傳遞給控制器；所述次級聲源接收控制器傳來的消聲信號，發(fā)出抵消噪聲的聲音；所述控制器根據(jù)參考信號和誤差信號產(chǎn)生消聲信號，產(chǎn)生消聲信號的原則是使誤差傳聲器處的聲壓幅值平方最小。

進(jìn)一步的，所述誤差傳聲器的安裝位置靠近所述管道出聲口；所述次級聲源的安裝位置在管道進(jìn)聲口和誤差傳聲器之間。

進(jìn)一步的，所述管道的安裝，需使未安裝所述誤差傳聲器的一端即進(jìn)聲口朝向噪聲源方向。

進(jìn)一步的，所述管道的截面最大邊長a不超過欲用該混合隔聲墻來有效控制的噪聲頻段的最高頻率對應(yīng)波長的一半。

進(jìn)一步的，所述反饋有源控制系統(tǒng)的控制器采用反饋單通道自適應(yīng)控制算法。

本發(fā)明的有益效果是：(1)與傳統(tǒng)隔聲墻相比，本發(fā)明在隔聲的同時，具有自然通風(fēng)、透氣散熱的功能；(2)本發(fā)明將無源隔聲單元與有源隔聲單元相結(jié)合，降噪頻段可達(dá)高頻段，且降噪頻帶寬；(3)有源隔聲單元中的有源控制系統(tǒng)采用單通道有源控制系統(tǒng)，成本低，易實現(xiàn)，避免使用多通道控制系統(tǒng)導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)雜、實現(xiàn)難度大以及成本很高的問題；(4)本發(fā)明由無源隔聲單元與有源隔聲單元組成混合隔聲單元周期性交錯排列構(gòu)成，可以根據(jù)工程實現(xiàn)的需要設(shè)計單元截面形狀，兼顧實用與美觀，單元數(shù)目任意增減，擴展方便。

四、附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的混合隔聲墻的結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖)；

圖2是本發(fā)明實施例提供的混合隔聲墻的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)；

圖3是本發(fā)明實施例提供的混合隔聲單元的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)；

圖4是本發(fā)明實施例提供的有源隔聲單元的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視圖)；

圖5是本發(fā)明又一實施例提供的混合隔聲墻的結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖)；

圖6是本發(fā)明又一實施例提供的混合隔聲墻的結(jié)構(gòu)示意圖(正視圖)；

其中：1 混合隔聲墻，

2 混合隔聲單元，

3 有源隔聲單元，

31 管道，

311 進(jìn)聲口，

312 出聲口，

32 單通道有源控制系統(tǒng)

321 參考傳聲器

322 誤差傳聲器

323 次級聲源

324 控制器

4 無源隔聲單元。

五、具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種混合隔聲墻1，所述混合隔聲墻1由無源隔聲單元4和有源隔聲單元3組合成的混合隔聲單元2周期性交錯排列構(gòu)成，所述混合隔聲墻1是一種單向隔聲墻，阻擋一個方向的噪聲。

所述無源隔聲單元4可使用常見無源隔聲材料制成，例如使用實心磚、空心磚、雙層鋼板間隔空氣層、雙層鋼板間隔阻尼材料，等等。

如圖3和圖4所示，所述有源隔聲單元3包含矩形截面管道31，該管道31具有通風(fēng)透光功能，同時也會傳播噪聲，噪聲自進(jìn)聲口311進(jìn)入管道31，經(jīng)由管道31后自出聲口312輻射而出。為阻擋或降低經(jīng)管道31傳播的噪聲，管道31內(nèi)置一套單通道有源控制系統(tǒng)32。所述單通道有源控制系統(tǒng)32一般為自適應(yīng)前饋控制系統(tǒng)，包括參考傳聲器321、誤差傳聲器322、次級聲源323和控制器324，所述參考傳聲器321設(shè)置在管道31內(nèi)靠近進(jìn)聲口311的一側(cè)，所述誤差傳聲器322設(shè)置在管道31內(nèi)靠近出聲口312的一側(cè)，所述次級聲源323和所述控制器324均設(shè)置在管道31內(nèi)，所述控制器324分別連接所述參考傳聲器321、所述誤差傳聲器322和所述次級聲源323。由于所述混合隔聲墻1是一種單向隔聲墻，阻擋一個方向的噪聲，所述管道31的進(jìn)聲口311朝向噪聲源，所述單通道有源控制系統(tǒng)32工作時，參考傳聲器321采集噪聲產(chǎn)生參考信號，并傳遞給控制器324，誤差傳聲器322采集噪聲產(chǎn)生誤差信號，并傳遞給控制器324，控制器324根據(jù)參考信號與誤差信號進(jìn)行運算產(chǎn)生消聲信號，并傳遞給次級聲源323，次級聲源323接收控制器324傳來的消聲信號發(fā)出聲音，對原有噪聲進(jìn)行抵消降噪。所述控制器324產(chǎn)生消聲信號的原則是使誤差傳聲器322處的聲壓幅值平方最小。所述單通道有源控制系統(tǒng)32可使用普通教科書中已有詳細(xì)說明的自適應(yīng)前饋控制算法，如經(jīng)典的FxLMS算法，此處不贅述。

所述單通道有源控制系統(tǒng)32，在欲要降低的噪聲為單頻噪聲或多個單頻噪聲組合，且噪聲頻率固定的情況下，可以為不包含參考傳聲器321的自適應(yīng)前饋控制系統(tǒng)，此時所述控制器324內(nèi)部產(chǎn)生與噪聲源所輻射噪聲頻率相同的單頻噪聲或多個單頻噪聲組合的信號作為參考信號。

所述單通道有源控制系統(tǒng)32，在欲要降低的噪聲為單頻噪聲或頻寬較窄的噪聲的情況下，可以為自適應(yīng)反饋控制系統(tǒng)，此時所述單通道有源控制系統(tǒng)32不包含參考傳聲器321，誤差傳聲器322采集噪聲產(chǎn)生誤差信號，并傳遞給控制器324，控制器324根據(jù)誤差信號產(chǎn)生消聲信號。所述單通道有源控制系統(tǒng)32可使用普通教科書中已有詳細(xì)說明的自適應(yīng)反饋控制算法，此處不贅述。

所述有源隔聲單元3的尺寸及其包含的各部分組件的尺寸、分布有具體要求，其原則包含5個部分，如下說明。

其一，所述管道31的截面最大邊長a不超過欲用該混合隔聲墻來有效控制的噪聲頻段的最高頻率f_max對應(yīng)波長的一半。原因是：對于從管道31中經(jīng)過的噪聲，降噪思路為使用單通道控制系統(tǒng)32降低管道31中一點(誤差傳聲器322所在位置)的噪聲來降低整個管道31向外輻射的噪聲，即在誤差傳聲器322下游(指噪聲傳播方向的下游)所有位置次級聲源323發(fā)出的抵消聲音與原有噪聲能處處匹配(幅度相等且相位相反)，這要求在管道31中的噪聲以平面波形式傳播，即原有噪聲與次級聲源323發(fā)出的抵消聲音均為平面波，根據(jù)聲學(xué)原理，管道31的平面波截止頻率f_c＝c/(2a)，其中c為空氣中的聲速，在已知噪聲最高頻率f_max的情況下，可令f_c＝f_max，計算得管道31的截面最大邊長a。滿足這一要求的管道31，還有一定的高次波傳播，管道截面越小，高次波隨距離衰減越快，降噪效果越好。另一方面，管道31的功能為通風(fēng)透光，其截面不宜太小，在滿足降噪要求的情況下應(yīng)盡可能大。

其二，所述管道31的長度l與參考傳聲器321到次級聲源323的距離d_rc、次級聲源323到誤差傳聲器322的距離d_ce有關(guān)，l＞d_rc+d_ce。

其三，所述單通道有源控制系統(tǒng)32為前饋自適應(yīng)控制系統(tǒng)時，一般需使d_rc/c＞t₀的不等式滿足，以保證有源控制系統(tǒng)的因果性，其中c為空氣中的聲速，t₀為有源控制系統(tǒng)存在的電路與算法時延，在滿足該不等式的情況下，應(yīng)使d_rc盡可能小，以減小管道31的長度。若不滿足該不等式，系統(tǒng)因果性不滿足，系統(tǒng)性能將降低。d_ce不能很小，避免次級聲源323產(chǎn)生的聲波在誤差傳聲器322處并非以平面波為主，還有衰減不充分的高次波(在平面波截止頻率以下頻段，隨傳播距離指數(shù)衰減)，使誤差傳聲器322下游所有位置次級聲源323發(fā)出的抵消聲音與原有噪聲不能保證處處匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低很多。另一方面，為減小管道31的長度，應(yīng)使d_ce盡可能小。一般來說，可在設(shè)計時做實驗確定該值。

其四，所述單通道有源控制系統(tǒng)32為不包含參考傳聲器321的自適應(yīng)前饋控制系統(tǒng)或反饋自適應(yīng)控制系統(tǒng)時，不需要考慮d_rc，僅需考慮d_ce。d_ce不能很小，避免次級聲源323產(chǎn)生的聲波在誤差傳聲器322處并非以平面波為主，還有衰減不充分的高次波，使誤差傳聲器322下游所有位置次級聲源323發(fā)出的抵消聲音與原有噪聲不能保證處處匹配，導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低很多。另一方面，為減小管道31的長度，應(yīng)使d_ce盡可能小。一般來說，可在設(shè)計時做實驗確定該值。

其五，為了美觀，所述無源隔聲單元4的厚度一般與所述有源隔聲單元3的厚度(即所述管道31的長度l)大小一致。

結(jié)合具體的應(yīng)用場景，對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步說明。本實施例的混合隔聲墻1可應(yīng)用于室內(nèi)變電站的隔聲，封閉的室內(nèi)變電站沒有通風(fēng)散熱，有些室內(nèi)變電站使用消聲百葉進(jìn)行通風(fēng)散熱，但降噪效果不理想，本實施例的混合隔聲墻1可解決這一問題。如圖1和圖2所示的混合隔聲墻1，由無源隔聲單元4與有源隔聲單元3組合成的混合隔聲單元2周期性交錯排列構(gòu)成，其中，無源隔聲單元4與有源隔聲單元3截面積相同，均為邊長為a的正方形。

所述無源隔聲單元4使用實心紅磚砌成，水泥砂漿抹灰，刷防水涂料。

所述有源隔聲單元3的管道31為樹脂管道或塑料管道，管道31的進(jìn)聲口311朝向變壓器所在室內(nèi)，管道31的出聲口312朝向室外。管道31頂部安裝一套單通道有源控制系統(tǒng)32，所述單通道有源控制系統(tǒng)32為自適應(yīng)前饋控制系統(tǒng)，包括參考傳聲器321、誤差傳聲器322、次級聲源323和控制器324。所述參考傳聲器321為駐極體傳聲器，安裝在管道31內(nèi)靠近進(jìn)聲口311的一側(cè)，距離進(jìn)聲口約20mm。所述誤差傳聲器322為駐極體傳聲器，安裝在管道31內(nèi)靠近出聲口312的一側(cè)，距離出聲口約20mm。所述次級聲源323為矩形音箱，包含2英寸揚聲器，安裝在管道31內(nèi)，音箱聲中心距離誤差傳聲器322約80mm。所述控制器324具有包含數(shù)字信號處理芯片的數(shù)字集成電路，還具有3個接口，分別與參考揚聲器321、誤差傳聲器322和次級聲源323連接。所述控制器324安裝在管道31內(nèi)，在參考傳聲器321與次級聲源323之間。所述控制器324中的數(shù)字信號處理芯片使用普通教科書中已有詳細(xì)說明的經(jīng)典的FxLMS算法。

所述單通道有源控制系統(tǒng)32存在的電路與算法時延t₀不超過0.1ms，由d_rc/c＞t₀，可知d_rc＞34mm(c取為340m/s)，即參考傳聲器321與次級聲源323的聲中心距離不小于34mm，本實施例取為130mm。因此所述管道31的長度為250mm，所述有源隔聲單元3為250mm，所述無源隔聲單元4的厚度也為250mm，即所述混合隔聲墻1的厚度為250mm。

本實施例中，變壓器噪聲以100Hz、200Hz、300Hz、400Hz單頻噪聲為主，500Hz及以上100Hz的諧波噪聲較小，所述無源隔聲單元4對這些噪聲均有很好的隔聲作用，所述有源隔聲單元3在單通道有源控制系統(tǒng)32不工作的情況下，隔聲作用很小，因此欲用單通道有源控制系統(tǒng)32有效控制的噪聲頻段的最高頻率設(shè)為f_max＝400Hz，對應(yīng)的半波長為425mm。管道31的截面邊長a設(shè)為210mm，此時管道31的平面波截止頻率約為810Hz，目標(biāo)頻段(頻率小于等于400Hz)原始噪聲與次級聲源323發(fā)出的抵消聲音在誤差傳聲器322處的高次波已大幅衰減，以平面波為主。

所述單通道有源控制系統(tǒng)32的各個組成部分，即參考傳聲器321、誤差傳聲器322、次級聲源323和控制器324可預(yù)先安裝在一透聲的矩形盒子里，再安裝到管道31內(nèi)的頂部，該矩形盒子可用塑料或金屬材料制成，盒子朝下一面分布有穿孔，穿孔率不小于25％，穿孔表面可覆蓋防水透聲薄膜。

作為優(yōu)選，所述管道31內(nèi)可鋪設(shè)吸聲材料進(jìn)一步降低500Hz及以上噪聲，如，可在管道31兩側(cè)壁面各安裝15mm多孔吸聲材料。

作為優(yōu)選，所述控制器324設(shè)置截止頻率為850Hz的低通濾波器，僅處理800Hz及以下100Hz的諧波噪聲。

所述混合隔聲墻1長度為8400mm，高度為4200mm，包含400個混合隔聲單元2，通風(fēng)面積為200×a×a＝8.82m²。所述混合隔聲墻1為變壓器所在房間一面墻的部分。

本實施例中，無源隔聲單元4與有源隔聲單元3的截面面積相等，均為正方形，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)應(yīng)用場景(如不同的通風(fēng)要求和美觀要求)進(jìn)行改變，如圖5所示，無源隔聲單元4與有源隔聲單元3的截面均為長方形，截面面積比約為2∶1。如圖6所示，有源隔聲單元3截面為正方形，無源隔聲單元4截面為中心挖去一個正方形的正方形，無源隔聲單元4與有源隔聲單元3的截面面積比約為3∶1。

上述優(yōu)選實施例均為針對噪聲進(jìn)行隔聲，就聲學(xué)原理而言，本發(fā)明針對的聲音可包括所有可聽聲，如不含信息的噪聲，以及含有信息的語音。例如，本實施例的混合隔聲墻1可應(yīng)用于會議室的隔聲：開放式辦公室中的會議室一般無法自然通風(fēng)，在其一面墻上安裝該系統(tǒng)，可進(jìn)行通風(fēng)散熱，且避免會議室中的語音對外界的影響。又如，本實施例的混合隔聲墻1可應(yīng)用于飯店雅間的隔聲：許多飯店雅間無法自然通風(fēng)，且四周均為墻壁使客人感到壓抑，在其一面墻上安裝該系統(tǒng)，可進(jìn)行通風(fēng)散熱，還有透光功能，使客人感到放松和心情愉悅，同時避免雅間中的語音傳到房間外。

前面的詳細(xì)描述只提供了優(yōu)選實施例，對本發(fā)明的范圍、使用性或構(gòu)造不產(chǎn)生任何限制。前面對優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述只是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的宗旨和范圍的前提下，可以在本發(fā)明的各組成部分的功能和布局上進(jìn)行各種改變。