[發明專利]一種用于玻璃的噪聲主動控制消音系統及工作方法

在審

• 申請號: 201410828104.1
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104536477A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 吳媺民;黃柯衡;杜銳鋒
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十九研究所
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

技術領域

本發明屬于噪聲控制領域，尤其涉及一種用于玻璃的噪聲主動控制消音系統及工作方法。

背景技術

噪聲是一類引起人煩躁或因聲強過強而危害人體健康的聲音。隨著交通運輸、工業建筑的迅速發展，火車飛機、汽車鳴笛、工業噪聲、建筑施工成為了噪聲污染的主要來源，嚴重影響著人們的居住環境和生活質量，困擾著人們的身心健康。一般情況下，人耳可聽到的聲波頻率為20~20,000Hz，稱為可聽聲；低于20Hz，稱為次聲波；高于20,000Hz，稱為超聲波。聲音的大小一般用分貝（dB）來表示，研究表明，噪聲在55~60dB范圍，會使人感到煩惱；在60~65dB范圍，會使煩惱度大大增加；在65dB以上，則人體健康可能受到危害。噪聲影響人們的身心健康、損傷聽力及相關系統、降低工作效率，嚴重的甚至會造成安全事故。因此，我們國家專門制定了《中華人民共和國環境噪聲污染防治法》，對不同區域的噪聲強度做出明確規定。然而，在一些特定的環境，比如鐵路、機場、建筑工地、迪廳甚至戰場，噪聲是無法避免的。如何有效地防治和控制這些噪聲對處于環境中的人的影響，這個問題一直是人們致力于解決的。

根據聲音的產生原理和傳播機理，噪聲傳播的三個要素是：噪聲源或振動源、傳播途徑、受音者。因此，對于噪聲的控制和消除，主要從上述三個方面綜合優化。現有的噪聲防治和控制方法一般可以分成三種，即被動控制、主動控制和半主動控制。被動控制采用吸音、隔聲材料阻斷聲音的傳播路徑。例如采用隔音墻，吸音棉等材料增大聲音傳播的阻尼，提高房間的隔音能力。被動控制方法結構簡單，可靠性好，目前民用住宅和辦公場所大多采用這種方法。被動控制對高頻噪聲抑制較好，但是隨著噪聲頻率的降低，吸音、隔音材料的阻尼效果急劇下降，導致被動控制方法對中低頻噪聲，特別是對人體影響較大的1kHz以下的噪聲控制效果十分有限。主動控制采用“信號對消”的原理，根據兩列相干聲波的混合會產生干涉的物理現象，人為疊加一列與原有聲波幅值相同而相位相反的聲波，利用聲波的相消性干涉來達到消除和降低噪音的目的。主動控制方法對中低頻聲音信號具有良好的消音效果，與被動控制方法能夠實現很好的互補。目前已有的主動控制需要額外生成多個次級聲源，在傳播空間與已有噪音進行矢量疊加，對目標區域進行聲音信號對消。然而，由于噪聲在空間傳播時會發生干涉、散射與混響等效應，在目標區域范圍內實時產生精確的反相聲波比較困難，導致消音效果下降。半主動控制根據外部噪聲信號的特點，實時改變電路結構，最大限度地將噪聲引起的結構振動能量轉換為電能或熱能消耗掉，從而降低噪聲能量，實現噪聲消音。半主動控制從能量轉換角度實現噪聲消音效果，所需外部能量較少，電路實現較為簡單。但是，半主動控制方法需要實時調節電路參數，存在一定控制時延。另外，該方法對電路參數的調節范圍有限，對于某些特定頻點的噪聲消除效果較好，但是對寬頻帶噪聲的消除效果十分有限。

聲音與振動在本質上都是通過不同的介質傳播的。如同振動可以發出聲音，聲波在空氣中傳播時也會引起固態介質的振動。可以說聲音的本質是一種振動，是一種能量的傳遞，因此對于噪聲的防治，可以從以下兩個方面進行控制：（1）從本質上降低噪聲源的振動能量；（2）降低或阻斷噪聲能量的傳遞，從而使得的到達受音者聽覺系統的噪聲得到有效的防治和控制。

對于民用住宅和辦公場所等環境，玻璃是整個建筑中質量最小，厚度最薄，聲音阻尼最小的部分，外部噪聲極易引起玻璃的振動，進而傳播進室內。因此，有必要針對玻璃這一聲音傳播的關鍵路徑，提出一種主動控制噪聲消音器的設計方案，有效抵消聲音在穿過玻璃介質時引起的振動，從而有效降低噪聲強度，使受音者能夠在外界強噪聲環境下享有舒適的室內環境。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種用于玻璃的噪聲主動控制消音系統，包含振動采集模塊、信號處理模塊、主動振動模塊、運行有主控程序及中斷服務程序的軟件模塊；

所述振動采集模塊包含壓電片、A/D采樣轉換器，所述振動采集模塊用于通過壓電片采集噪聲在玻璃上產生的初級機械振動信號，通過放大、采樣轉換為電信號后輸出到信號處理模塊中；

所述信號處理模塊用于對輸入的電信號進行分析和處理，并產生大小相同，相位相反的次級驅動信號輸出到主動控制模塊；

所述主動控制模塊用于在接收次級驅動信號后通過壓電片產生次級機械振動，作用于，次級機械振動與初級機械振動幅度相等、相位相反；

所述主控程序用于控制壓電片采集初級機械振動信號及信號的A/D轉換、次級驅動信號生成；

中斷服務程序用于獲得初級機械振動信號轉換的電信號及自適應濾波系數調節。