專利名稱：有源吸聲尖劈及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸聲尖劈，具體地說是一種利用有源控制改善傳統(tǒng)吸聲尖劈低頻吸聲性能的有源吸聲尖劈及其制作方法。
背景技術(shù)：
尖劈結(jié)構(gòu)廣泛用在消聲室和消聲間的建造，以及需要全吸聲終端的管道中，尖劈長(zhǎng)度根據(jù)所要求的低頻下限頻率的波長(zhǎng)確定，尖劈越長(zhǎng)，截止頻率越低，尖劈的長(zhǎng)度增長(zhǎng)與截止頻率的降低相比，頻率越低，代價(jià)越大，成雙曲線規(guī)律變化，這種規(guī)律使尖劈在應(yīng)用中存在一定的空間限制，在不降低尖劈結(jié)構(gòu)吸聲性能的前提下減少尖劈的長(zhǎng)度對(duì)上述應(yīng)用具有重大的價(jià)值。有源控制低頻效果好，因而可以將有源控制和傳統(tǒng)吸聲相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)更寬頻帶的吸聲。類似于這種主被動(dòng)結(jié)合的混合吸聲主要有釋壓法(Cobo P，F(xiàn)ernandez A，and Doutres O.Low frequencyabsorption using a two-layer system with active control of input impedance.J.Acoust.Soc.Am.114(6)，3211-3216，2003.)和阻抗匹配法(Beyene S，Burdisso R A.A New Hybrid Passive-Active Noise Absorption System，J.Acoust.Soc.Am.101(3)，1512-1515，1997.)。上述方法主要針對(duì)規(guī)則性吸聲材料，釋壓法對(duì)吸聲材料厚度敏感，在吸聲材料為尖劈時(shí)不易使用；阻抗匹配法則要求吸聲材料流阻不能很大；因此吸聲材料為尖劈時(shí)，都不能完全符合以上兩種理論?，F(xiàn)有技術(shù)尚未有針對(duì)吸聲尖劈的寬頻帶的混合吸聲。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有源吸聲尖劈及其制作方法，該有源吸聲尖劈利用有源控制改善傳統(tǒng)吸聲尖劈低頻吸聲性能，本發(fā)明利用有源控制對(duì)吸聲尖劈對(duì)低頻吸聲的補(bǔ)償作用，將有源控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)吸聲尖劈集成有源吸聲尖劈，比原尖劈在更寬頻帶內(nèi)有較高的吸聲性能；而且長(zhǎng)度較短，體積優(yōu)勢(shì)明顯。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 一種有源吸聲尖劈，其特征在于該有源吸聲尖劈包括傳統(tǒng)吸聲尖劈、控制源、功率放大器、控制器和誤差傳聲器，放置在聲場(chǎng)中的誤差傳聲器設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈的前端并與控制器連接；控制器通過功率放大器與控制源連接，控制源設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈的后端。
本發(fā)明中，所述誤差傳聲器為兩個(gè)傳聲器。所述控制器是數(shù)字信號(hào)處理集成電路板，該集成電路板與功率放大器一起放置在控制源后端。
一種有源吸聲尖劈的制作方法，其特征在于該方法以傳統(tǒng)吸聲尖劈截止頻率為分界，通過使用了反射聲的有源控制改善傳統(tǒng)吸聲尖劈低頻吸聲，形成寬帶的吸聲；包括以下步驟 A)以雙傳聲器作為誤差傳聲器，將誤差傳聲器設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈前端，雙傳聲器采集的聲壓信號(hào)分別饋給控制器，計(jì)算出入射聲壓pi(t)作為參考信號(hào)； B)單獨(dú)開控制源，用LMS(Least Mean Squares)算法對(duì)計(jì)算出的反射聲pr(t)建模，獲得次級(jí)通道傳遞函數(shù)； C)初級(jí)源和控制源同時(shí)打開，用獲得的次級(jí)通道傳遞函數(shù)，對(duì)計(jì)算出的反射聲pr(t)用FXLMX(Filtered-X Least Mean Squares)算法算法進(jìn)行逼近，使之為零，得到控制器參數(shù)。
本發(fā)明中，入射聲壓pi(t)和反射聲pr(t)的計(jì)算如下 設(shè)傳聲器相隔距離為d，兩個(gè)傳聲器拾取的信號(hào)分別為p1(t)和p2(t)，靠近初級(jí)源的是p1(t)；如果兩個(gè)傳聲器之間的距離d遠(yuǎn)小于所控制頻率范圍聲波最小波長(zhǎng)，則兩傳聲器之間中間點(diǎn)的聲壓可近似表示為 駐波管內(nèi)一點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)速度可近似表示為 式中，u0是質(zhì)點(diǎn)速度初值，ρ0是空氣密度；而在截止頻率以下，管道中平面波的質(zhì)點(diǎn)速度又可表示成 式中，c0是聲速，傳聲器之間中間點(diǎn)的聲壓也又可表示成 p(t)＝pi(t)+pr(t) (4) 結(jié)合(3)、(4)兩式，可計(jì)算得出入射聲壓和反射聲壓 式中p(t)和u(t)由式(1)和(2)用雙傳聲器法獲得。
本發(fā)明的有益效果是利用有源控制對(duì)吸聲尖劈對(duì)低頻吸聲補(bǔ)償作用，通過有源控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)吸聲尖劈結(jié)合，集成有源吸聲尖劈，比原尖劈在更寬頻帶內(nèi)有較高的吸聲性能；而跟具有相近吸聲性能的傳統(tǒng)吸聲尖劈相比，本發(fā)明長(zhǎng)度較短，體積更小。
采用本發(fā)明，用20cm長(zhǎng)的海綿尖劈和有源系統(tǒng)集成的40cm長(zhǎng)的有源吸聲尖劈的性能，跟傳統(tǒng)約80cm的長(zhǎng)度的吸聲尖劈性能相當(dāng)。
圖1是本發(fā)明所述的有源吸聲尖劈的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)環(huán)境示意圖； 圖3是40cm長(zhǎng)吸聲棉尖劈在有源控制開和關(guān)時(shí)候的尖劈的吸聲系數(shù)譜； 圖4是20cm長(zhǎng)海綿尖劈在有源控制開和關(guān)時(shí)候的尖劈的吸聲系數(shù)譜。
具體實(shí)施例方式 下面通過實(shí)例參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明 一種本發(fā)明所述的有源吸聲尖劈，見圖1，該有源吸聲尖劈包括傳統(tǒng)吸聲尖劈1、控制源2、功率放大器3、控制器4和誤差傳聲器5，放置在聲場(chǎng)中的誤差傳聲器5設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈1的前端并與控制器4連接；控制器4通過功率放大器3與控制源2連接，控制源2設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈1的后端。誤差傳聲器5為兩個(gè)傳聲器。控制器4是DSP評(píng)估板，該DSP評(píng)估板與功率放大器3一起設(shè)置控制源2后端。
一種本發(fā)明所述的有源吸聲尖劈的制作方法，采用一個(gè)矩形管道作為實(shí)施環(huán)境，初級(jí)聲源、控制源、吸聲尖劈、誤差傳聲器的位置和測(cè)量傳聲器位置如圖2所示。
有源尖劈末端的吸聲系數(shù)用傳遞函數(shù)法測(cè)量。使用B&K PLUSE7700系統(tǒng)和型號(hào)4190的傳聲器，用于吸聲系數(shù)譜的測(cè)量；AD公司的ADSP-21161N系列DSP評(píng)估板，用作信號(hào)發(fā)生器和實(shí)現(xiàn)FXLMS算法的控制器，測(cè)量信號(hào)為白噪聲。另外選用了G.R.A.S.公司型號(hào)40AE的傳聲器，型號(hào)26CA的傳聲器前置放大器，PCB公司型號(hào)482A16的信號(hào)調(diào)理器用來采集誤差信號(hào)，以及Classic牌型號(hào)8.0B的功率放大器。誤差傳聲器間距為6cm，誤差傳聲器到吸聲尖劈基底的距離為60cm，控制源和吸聲尖劈基底距離約3cm。實(shí)驗(yàn)中采用白噪聲進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)頻率范圍限定為100～1000Hz，在這個(gè)頻段管道中傳播的是平面波，并能進(jìn)行較準(zhǔn)確的測(cè)量。
雙傳聲器作為誤差傳聲器，誤差傳聲器在尖劈前端，雙傳聲器采集的聲壓信號(hào)饋給控制器，計(jì)算出入射聲壓pi(t)作為參考信號(hào)；反射聲和入射聲計(jì)算如下，設(shè)傳聲器相隔距離d，兩個(gè)傳聲器拾取的信號(hào)分別為p1(t)和p2(t)，靠近初級(jí)源的是p1(t)。如果兩個(gè)傳聲器之間的距離d遠(yuǎn)小于所控制頻率范圍聲波最小波長(zhǎng)，則兩傳聲器之間中間點(diǎn)的聲壓可近似表示為 駐波管內(nèi)一點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)速度可近似表示為 式中，u0是質(zhì)點(diǎn)速度初值，ρ0是空氣密度。而在截止頻率以下，管道中平面波的質(zhì)點(diǎn)速度又可表示成 式中，c0是聲速，傳聲器之間中間點(diǎn)的聲壓也又可表示成 p(t)＝pi(t)+pr(t) (4) 結(jié)合(3)、(4)兩式，可計(jì)算得出入射聲壓和反射聲壓 式中p(t)和u(t)由式(1)和(2)用雙傳聲器法獲得。
單獨(dú)開初級(jí)源，用傳遞函數(shù)法(GB/T 18696.2—2002，阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量第2部分傳遞函數(shù)法)測(cè)量有源系統(tǒng)關(guān)閉情況下的吸聲系數(shù)譜。
單獨(dú)開控制源，用LMS(Least Mean Squares)對(duì)由雙傳聲器聲壓信號(hào)饋給控制器計(jì)算出的反射聲pr(t)建模，獲得次級(jí)通道傳遞函數(shù)； 初級(jí)源和控制源同時(shí)打開，用獲得的次級(jí)通道傳遞函數(shù)，對(duì)由雙傳聲器聲壓信號(hào)饋給控制器計(jì)算出的反射聲pr(t)用FXLMX(Fi ltered-X Least Mean Squares)算法進(jìn)行反射聲控制，使之為零，得到控制器參數(shù)。
用傳遞函數(shù)法測(cè)量有源控制開啟情況下的有源尖劈的吸聲系數(shù)譜。
圖3為超細(xì)吸聲棉尖劈在有源控制開和關(guān)時(shí)候的吸聲系數(shù)譜，尖劈長(zhǎng)度為40cm。超細(xì)吸聲棉吸聲尖劈在300Hz以上有較高的吸聲系數(shù)，在有源控制開后，100-300Hz低頻吸聲性能較控制前得到了較大改善，在100～1000Hz吸聲系數(shù)為0.98～1.00，和80cm長(zhǎng)的傳統(tǒng)吸聲尖劈的吸聲性能相當(dāng)。
圖4是海綿吸聲尖劈在有源控制開和關(guān)時(shí)候的吸聲系數(shù)譜，海綿吸聲尖劈長(zhǎng)20cm，材質(zhì)為高密度吸聲海綿。海綿吸聲尖劈在600Hz以上有較高的吸聲系數(shù)，控制后在100～1000Hz，海綿吸聲尖劈的吸聲系數(shù)為0.98～1.00，有源控制系統(tǒng)與20cm長(zhǎng)的海綿吸聲尖劈相結(jié)合所構(gòu)成的總長(zhǎng)約40cm的有源吸聲尖劈，和80cm長(zhǎng)的傳統(tǒng)吸聲尖劈的吸聲性能相當(dāng)。
本發(fā)明利用有源控制對(duì)吸聲尖劈對(duì)低頻吸聲補(bǔ)償作用，通過有源控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)吸聲尖劈結(jié)合，集成有源吸聲尖劈，比原尖劈在更寬頻帶內(nèi)有較高的吸聲性能；而跟具有相近吸聲性能的傳統(tǒng)吸聲尖劈相比，長(zhǎng)度較短，體積更小。
權(quán)利要求
1、一種有源吸聲尖劈，其特征在于該有源吸聲尖劈包括傳統(tǒng)吸聲尖劈(1)、控制源(2)、功率放大器(3)、控制器(4)和誤差傳聲器(5)，放置在聲場(chǎng)中的誤差傳聲器(5)設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈(1)的前端并與控制器(4)連接；控制器(4)通過功率放大器(3)與控制源(2)連接，控制源(2)設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈(1)的后端。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源吸聲尖劈，其特征在于所述誤差傳聲器(5)為兩個(gè)傳聲器。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源吸聲尖劈，其特征在于所述控制器(4)是數(shù)字信號(hào)處理集成電路板，該集成電路板與功率放大器(3)一起放置在控制源(2)后端。
4、一種有源吸聲尖劈的制作方法，其特征在于該方法以傳統(tǒng)吸聲尖劈截止頻率為分界，通過使用了反射聲的有源控制改善傳統(tǒng)吸聲尖劈低頻吸聲，形成寬帶的吸聲；包括以下步驟
A)以雙傳聲器作為誤差傳聲器，將誤差傳聲器設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈前端，雙傳聲器采集的聲壓信號(hào)分別饋給控制器，計(jì)算出入射聲壓pi(t)作為參考信號(hào)；
B)單獨(dú)開控制源，用LMS算法對(duì)計(jì)算出的反射聲pr(t)建模，獲得次級(jí)通道傳遞函數(shù)；
C)初級(jí)源和控制源同時(shí)打開，用獲得的次級(jí)通道傳遞函數(shù)，對(duì)計(jì)算出的反射聲pr(t)用FXLMX算法進(jìn)行逼近，使之為零，得到控制器參數(shù)。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的有源吸聲尖劈的制作方法，其特征在于入射聲壓pi(t)和反射聲pr(t)的計(jì)算如下，
設(shè)傳聲器相隔距離為d，兩個(gè)傳聲器拾取的信號(hào)分別為p1(t)和p2(t)，靠近初級(jí)源的是p1(t)；如果兩個(gè)傳聲器之間的距離d遠(yuǎn)小于所控制頻率范圍聲波最小波長(zhǎng)，則兩傳聲器之間中間點(diǎn)的聲壓可近似表示為
駐波管內(nèi)一點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)速度可近似表示為
式中，u0是質(zhì)點(diǎn)速度初值，ρ0是空氣密度；而在截止頻率以下，管道中平面波的質(zhì)點(diǎn)速度又可表示成
式中，c0是聲速，傳聲器之間中間點(diǎn)的聲壓也又可表示成
p(t)＝pi(t)+pr(t) (4)
結(jié)合(3)、(4)兩式，可計(jì)算得出入射聲壓和反射聲壓
式中p(t)和u(t)由式(1)和(2)用雙傳聲器法獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有源吸聲尖劈及其制作方法，該有源吸聲尖劈包括傳統(tǒng)吸聲尖劈、控制源、功率放大器、控制器和誤差傳聲器，放置在聲場(chǎng)中的誤差傳聲器設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈的前端并與控制器連接；控制器通過功率放大器與控制源連接，控制源設(shè)置在傳統(tǒng)吸聲尖劈的后端。制作方法以傳統(tǒng)吸聲尖劈截止頻率為分界，通過使用了反射聲的有源控制改善傳統(tǒng)吸聲尖劈低頻吸聲，形成寬帶的吸聲。與具有相近吸聲性能的傳統(tǒng)吸聲尖劈相比，本發(fā)明長(zhǎng)度較短，體積優(yōu)勢(shì)明顯。
文檔編號(hào)G10K11/00GK101521008SQ20091002616
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者史東偉, 馮聲振, 邱小軍 申請(qǐng)人:南京大學(xué)