本發(fā)明涉及一種邊框式虛擬聲屏障，在房間開(kāi)口的邊框附近布放雙層控制聲源降低通過(guò)開(kāi)口向外輻射的噪聲，系統(tǒng)安裝方便，且不影響開(kāi)口的自然通風(fēng)采光。

二、

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的被動(dòng)降噪手段包括隔聲、吸聲等，由于成本、體積和重量的限制，這類(lèi)方法對(duì)低頻噪聲的控制效果有限。另外，為達(dá)到較好的降噪性能，隔聲、吸聲層往往采用全封閉結(jié)構(gòu)，有時(shí)會(huì)影響設(shè)備的通風(fēng)散熱。在空間受限的條件下，有源噪聲控制對(duì)低頻噪聲的治理效果更好。早期研究表明，采用有源噪聲控制技術(shù)可對(duì)變壓器噪聲中的100Hz、200Hz線譜成分進(jìn)行有效控制(C.F.Ross，Experiments on the active control of transformer noise，Journal of Sound and Vibration，61，473-480，1978)。CN.201110044461.5公開(kāi)了一種電力變壓器噪聲有源控制系統(tǒng)，理想條件下可將誤差傳聲器處的100Hz、200Hz和300Hz線譜成分降至本底噪聲量級(jí)。CN201110044448.X針對(duì)變壓器噪聲中存在較高線譜成分的特點(diǎn)提出了一種變壓器噪聲有源控制算法，該算法針對(duì)噪聲中的特定頻率成分，直接合成參考信號(hào)，采用離線擾動(dòng)方法建模，計(jì)算量小。

虛擬聲屏障是基于邊界表面控制原理的一種有源噪聲控制技術(shù)，即當(dāng)某區(qū)域內(nèi)不存在聲源時(shí)，只要其邊界上的聲壓和聲壓梯度處處為0，則該體積內(nèi)的聲壓處處為0(H.Nagamatsu，S.Ise，K.Shikano，Numerical Study of Active Noise Barrier Based on the Boundary Surface Control Principle，Proceedings of Active 99，585-594，1999)。在聲源附近或者噪聲傳播路徑上布放若干控制聲源，通過(guò)自適應(yīng)算法更新控制聲源的輸出，可控制邊界上誤差傳聲器處的聲壓，從而控制誤差傳聲器包圍區(qū)域內(nèi)的聲場(chǎng)。ZL200510094336.X公開(kāi)了一種圓柱狀虛擬聲屏障系統(tǒng)，該系統(tǒng)由16個(gè)控制聲源和16個(gè)誤差傳聲器組成，可以在誤差傳聲器包圍的空間內(nèi)部形成人頭大小的有效靜區(qū)。

以上為三維虛擬聲屏障，如果噪聲源位于一個(gè)開(kāi)口房間內(nèi)，且聲源主要通過(guò)開(kāi)口向外輻射噪聲，此時(shí)可在開(kāi)口面上安裝平面有源噪聲控制系統(tǒng)，降低開(kāi)口輻射噪聲。CN201410277150.7公開(kāi)了一種用于變壓器低頻噪聲的虛擬聲屏障，該系統(tǒng)中控制聲源位于半封閉空間的開(kāi)口面處，可有效降低通過(guò)開(kāi)口向外輻射的變壓器低頻噪聲中的100Hz和200Hz線譜成分。仿真和實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)一個(gè)0.432m×0.670m的開(kāi)口，均勻布放6個(gè)控制聲源和12個(gè)誤差傳聲器可以對(duì)500Hz以下噪聲進(jìn)行有效控制(S.Wang，J.Tao，X.Qiu，Performance of a planar virtual sound barrier at the baffled opening of a rectangular cavity，Journal of the Acoustical Society of America，138，2836-2847，2015)。與傳統(tǒng)有源降噪相比，平面虛擬聲屏障需要的通道數(shù)更少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可行，可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)降噪。平面虛擬聲屏障已經(jīng)保留了開(kāi)口的部分通風(fēng)采光功能，但是由于控制聲源布放在開(kāi)口面中間，依然會(huì)阻礙開(kāi)口部分面積，且當(dāng)控制聲源位于同一平面時(shí)，部分頻率難以收斂，降噪量較小。

本發(fā)明針對(duì)開(kāi)口輻射噪聲提出在開(kāi)口附近的邊框處安裝2層控制聲源，利用有源噪聲控制技術(shù)對(duì)通過(guò)開(kāi)口向外輻射的噪聲進(jìn)行控制，控制聲源在邊框附近，便于安裝，不影響開(kāi)口的通風(fēng)、采光。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種有源控制方法降低開(kāi)口輻射噪聲，在開(kāi)口邊框附近布放2層控制聲源，可實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)口輻射聲的控制。該方法實(shí)施方便、安裝簡(jiǎn)單，降噪效果穩(wěn)定，且不影響光線和空氣的自然流通。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

A)測(cè)量獲取開(kāi)口的寬度W和高度L；

B)根據(jù)開(kāi)口的寬度W和高度L以及待控頻率上限確定每層控制聲源的數(shù)目N，原則是同一層相鄰控制聲源的間隔不超過(guò)最高控制頻率的1/2波長(zhǎng)，確定數(shù)目后將2N個(gè)控制聲源均勻分布在開(kāi)口邊框附近，共分為2層，每層N個(gè)，2層之間的距離為5cm到10cm，綜合考慮揚(yáng)聲器的尺寸后確定最終的布放位置；

C)根據(jù)控制聲源的數(shù)目確定誤差傳聲器的數(shù)目和位置，其數(shù)目和控制聲源相同，可在開(kāi)口面上均勻分布或布放在開(kāi)口邊框、遠(yuǎn)場(chǎng)等其他位置；

D)搭建邊框式虛擬聲屏障系統(tǒng)，包括控制聲源、誤差傳聲器、參考傳感器、多通道自適應(yīng)有源控制器、前置放大器和功率放大器。誤差傳聲器的輸出經(jīng)前置放大器放大后作為控制器的輸入信號(hào)，用參考傳感器(傳聲器或加速度計(jì))拾取與初級(jí)噪聲相關(guān)的信號(hào)作為參考信號(hào)，控制器產(chǎn)生的輸出信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后作為控制聲源的輸入信號(hào)控制其發(fā)聲，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

本發(fā)明的有益效果是：可對(duì)開(kāi)口輻射聲進(jìn)行有效控制，系統(tǒng)安裝方便，且不影響房間的自然通風(fēng)和采光。

四、附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述的邊框式虛擬聲屏障示意圖。

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例照片。

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例中每層16個(gè)控制聲源的位置分布情況。

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例中32個(gè)誤差點(diǎn)的位置分布情況。

圖5是本發(fā)明具體實(shí)施例中降噪前后系統(tǒng)輻射聲功率級(jí)。

五、具體實(shí)施方式

如圖2所示，尺寸為0.432m×0.670m×0.598m的矩形有機(jī)玻璃箱頂部開(kāi)口，開(kāi)口尺寸為0.432m×0.670m。以有機(jī)玻璃箱底面的一個(gè)頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以該頂點(diǎn)處的3條邊為坐標(biāo)軸，在箱體內(nèi)部(0.1，0.1，0.1)m處放置一揚(yáng)聲器模擬噪聲源，使其發(fā)出單頻信號(hào)。

若控制頻率上限為1000Hz，其對(duì)應(yīng)的1/2波長(zhǎng)為0.17m，故實(shí)際布放控制聲源時(shí)其間隔不超過(guò)0.17m。開(kāi)口大小為0.432m×0.670m，綜合考慮控制聲源的尺寸(長(zhǎng)、寬、高分別為4.4cm、4.4cm和3.0cm)和安裝時(shí)的實(shí)際情況，確定每層布放16個(gè)控制聲源，每個(gè)控制聲源中心距開(kāi)口邊框的距離約為3cm，2層控制聲源之間間隔為10cm，離開(kāi)口的距離分別為5cm和15cm，每層16個(gè)控制聲源在水平面的位置分布見(jiàn)圖3。

誤差傳聲器的數(shù)目與控制聲源相同，為32個(gè)，均勻布放在開(kāi)口面上，見(jiàn)圖4。

誤差傳聲器采集到的誤差信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后作為多通道自適應(yīng)有源控制器的輸入，其輸出信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后作為控制聲源的輸入信號(hào)控制其發(fā)聲。有源控制器采用諧波算法，由于模擬噪聲源的頻率已知，故控制器內(nèi)部直接合成與初級(jí)噪聲源相同頻率的正弦信號(hào)作為參考信號(hào)，32通道全耦合控制，采樣率f_s＝3000Hz，控制前進(jìn)行離線建模存儲(chǔ)次級(jí)通道傳遞函數(shù)以備更新時(shí)調(diào)用。

實(shí)驗(yàn)中按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 3744：1994 Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure-Engineering method in an essentially free field over a reflecting plane.)中的10點(diǎn)測(cè)聲功率法進(jìn)行聲功率測(cè)量，控制前的聲功率級(jí)以及控制達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的聲功率級(jí)見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，除950Hz和980Hz降噪量較小，分別為11.8dB和13.5dB外，450Hz-1000Hz頻段每個(gè)頻率的降噪量均在15dB以上。

本發(fā)明通過(guò)在開(kāi)口面邊框處布放雙層控制聲源對(duì)位于開(kāi)口空間內(nèi)部聲源經(jīng)開(kāi)口向外輻射的1000Hz以下噪聲實(shí)現(xiàn)了有效控制，該系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便，且不影響光線和空氣的流通。