具有用於減小兩個體積的開放邊界區域的聲音傳遞的副激勵器的特定布置的有源消聲系統的製作方法

2023-04-28 04:59:06 2

專利名稱：具有用於減小兩個體積的開放邊界區域的聲音傳遞的副激勵器的特定布置的有源消聲系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有源消聲系統(active countersound system), 該系 統用於有源減小從發射主聲波的主激勵器發出的至少一個主聲波的聲波， 並且具有副激勵器的特定布置來減小在兩個體積的開放邊界區域或者 穿過該開放邊界區域的聲波傳遞。而且，本發明還涉及一種有源消聲 系統裝置， 一種用於有源減小聲波的方法，以及有源反聲波系統的一種 用途，該用途用於有源減小針對至少部分開放的控制體積的聲波。
背景技術：
一般地，聲波，特別是幹擾聲波如噪聲，可以利用噪聲吸收i殳備無源 地使其減小，或者通過有源噪聲控制(ANC)有源地使其減小。已知的ANC系統大體上如下工作主激勵器，例如噪聲源，產生至少一個主聲波，例如正弦聲波。為了 有源減小或者甚至消除該幹擾主聲波，最好必須是使用具有相同幅度和頻 率、樹目移180。的副聲波或反聲波來疊加該主聲波。為此，提供ANC調 節器。該調節器處理相對於主聲波同步的、例如藉助於參考傳感器獲取的 參考信號，以及已經由誤差傳感器如誤差麥克風記錄的誤差信號，並且由 此計算出具有參考信號的頻率、但幅度和相位不同的副信號。該副信號傳 送到副激勵器，例如揚聲器，該副激勵器將副信號轉換成一個反聲波或數 個反聲波。然後，經疊加的聲波再次由誤差傳感器獲取，並且繼續進g 節和控制，以便實現最後所得到的聲波的最小化。
所^^知的是，例如，如同2004年9月20日至22日在維吉尼亞州威 廉斯堡市在ACTIVE 04之際由Colin H Hansen (Active Noise and Vibration Control Group, School of Mechanical Engineering, University of Adelaide, SA 5005， Australia, [email protected]) 所作的報告"Current and Future Industrial Applications of Active Noise Control"中所述，通過ANC系統來消除或減小管道中的聲波，所述管道 也就是具有兩個開放的通過區域的半開放控制體積。然而，這是具有一維 聲波傳播的簡單的整體系統，在該系統中，通il^管道中布置副激勵器， 可以容易地實現有源聲波減小。而且，在封閉的控制體積中實現有源聲波減小也是/>知的。根據同樣的於2004年9月20日至22日在維吉尼亞州威廉斯堡市、 在ACTIVE 04框架內由Jon Gorman, Richard Hinchliffe和Ian Stothers (Ultra Electronics Controls Division, Vitrum Building, St. John's Innovation Park, Cowley Road， Cambridge, CB4 0WS, England, [email protected])所作的報告"Active Sound Control on the Flight Deck of a C130 Hercules",已經>^開了一種ANC系統，該系統 用於在封閉的控制體積內，即飛機機身中，衰減局部區域或者減小局部區 域中的主聲波。由A. Jakob 、 R. Bauers、 M. M6ser (Institute of Technical Acoustics, Technical University of Berlin， Einsteinufer 25, D-10587 Berlin, Germany, [email protected])於2004年8月22日至25日在捷克共和國的 布4i^、在"The 33rd International Congress and Exposition on Noise Control Engineering"上所作的報告"An Actively Controlled triple-glazed window"中公開了一種用於三層玻璃窗的ANC系統。這裡，在三層玻璃 的兩個玻璃格(glass pane)之間的空隙內的封閉的控制體積中，也實現 了主聲波的有源聲波減小。在這個布置中，副激勵器布置在間隙的邊緣， 從而使得封閉控制體積內部的聲波減小。這樣，可以減小穿過封閉窗戶進 入到後方體積的聲音傳遞。上述系統具有以下缺點，即僅可以在封閉控制體積中或者簡單的幾何 控制體積中實現有源聲波減小，其中， 一維聲波傳播在所述控制體積的內部。 發明內容其中，本發明的目的是實現在至少部分開放的控制體積或空間中、在 若干方向上傳播的主聲波的有效的有源聲波減小，其中，聲波減小不^ 生在局部，而且涉及整個空間或者整個控制體積。該目的可以由具有副激勵器的特定布置的有源消聲系統利用如獨立 權利要求1所述的特徵來實現，所述副激勵器的特定布置用於減小在兩個體積的開放邊界區域的聲音傳遞；而且，本發明的目的可以由一種有源消 聲系統裝置、 一種用於有源減小聲波的方法以及有源消聲系統的一種用途 通過如其餘獨立權利要求所述的特徵來實現，其中，所述用途用於有源減 小針對至少部分開放的控制體積的聲波。根據本發明的有源消聲系統包括至少 一個調節器單元、至少 一個誤差 傳感器、至少一個參考傳感器以及一個或多個副激勵器。副激勵器i殳計成 發射反聲波。耦合到調節器單元的誤差傳感器獲取疊加的聲波，並且在該 聲波是可獲取的情況下，將其作為誤差信號通過耦合傳送到調節器單元。 耦合到調節器單元的參考傳感器獲取主聲波，並且通it^合將對應的參考 信號傳送到調節器單元，其中，所述主聲波至少有一個。耦合到副激勵器 的調節器單元處理誤差信號和參考信號，並且根據它們生成副信號，該副信號通it^合傳送給副激勵器，以便取決於誤差信號、通過副信號來控制副激勵器，從而所述副激勵器產生減小誤差信號的反聲波，以便可以實現 最佳的聲波消除。在這個方案中，副激勵器布置成位於至少部分開放的通過區域的邊 緣，以便通過以幕的形式的反聲波，確保布置在該通過區域之後的至少部 分空間的有源聲波消除，所述通過區域包括邊緣並且將被主聲波穿過，並 且所述空間是至少部分開放的。此外，根據本發明，構建了具有控制體積、並且具有包括上述特徵的 有源消聲系統的有源消聲裝置，用於有源地減小控制體積中的主聲波的聲 波。在根據本發明的、用於有源消除M射主聲波的主激勵器發出的至少 一個主聲波的聲波的方法中，藉助於參考傳感器獲取主聲波的參考信號。 此外，藉助於誤差傳感器，利用疊加的聲波獲取誤差信號。誤差信號和參考信號通it^合傳送到調節器單元。而且，調節器單元估計所傳送的信號， 則產生了副信號。副信號通it^合傳送到副激勵器。副激勵器布置在針對
主聲波的開放通過區域的邊緣。而且，藉助於副激勵器，才艮據傳送的副信 號產生副聲波，以幕的形式的所述副聲波疊加在開放通過區域上，^f吏得傳 播通過開放通過區域的主聲波被至少減小和/或被消除，其中，所述步驟 在被設計為控制電路的有源消聲系統中重複並且/或者連續執行。此外，根據本發明，提供了有源消聲系統的、用於有源地減小至少部 分開放的控制體積中的聲波的用途。本發明的基本思想包括具有副激勵器的有源消聲系統的裝配，其中， 對所述副激勵器進行布置，使其布置得邊緣化，即沿著針對主聲波的開放 通過區域的邊緣布置，並且使其產生在開放通過區域中被疊加在主聲波上 的副聲波或反聲波，從而減小或消除主聲波。這樣，可以構建一種"聲幕(acoustic curtain )，，，通過該聲幕，可以至少減小在通過區域之後的、在 其傳播方向上的所有主聲波。一般而言，主聲波是噪聲波。因此，副聲波或反聲波是對應的(經相 移的)噪聲波。相對應地，用於產生這些噪聲波的副激勵器是揚聲器。開放通過區域是封閉的邊緣所環繞的區域，主聲波通過該區域到達空 間或控制體積。所述邊緣可以具有任何封閉的幾何形狀。然而，特別地，所述邊緣可 以布置在一個平面中。例如，所述邊緣可以被設計為簡單幾何形狀的圓周， 所述簡單幾何形狀包括三角形、圓形、卵形、橢圓形、四邊形、多邊形、 正方形、長方形、梯形、菱形等。所述邊緣也可以設計為所謂的包封，以便能夠實現對設計為噪聲源的主激勵器的封閉。這樣，在該包封^:後的整個周圍將實現主聲波減小。副激勵器優選地布置成沿通過區域的邊緣是等距離的。這樣，能夠實 現最佳的主聲波消除。沿所述邊緣的等距離分布使得可以設計具有更簡單 的算法的更為簡單的計算模型，用於調節和控制有源消聲系統，從而保證更有效的主聲波減小。用於有效的主聲波減小的副激勵器的數量取決於大量參數，所述M包括要屏蔽的空間的幾何形狀；或者取決於控制體積、通過區域的幾何形 狀、主聲波的諉成分、主聲波的幅度和/或頻率、主聲波的帶寬、所需要 的聲波減小的程度等等。術語"要屏蔽的空間"指的是其中將發生有源(主)聲波減小的空間 或控制體積。 一般而言，反聲波幕越密集越好，即，其中，調節器單元越快越精確， 則主聲波減小越多。這意味著為了實現有效的主聲波減小，應該保證副激 勵器的質量和/或數量，以及調節器單元的對應的品質，或者一般而言， 調節的對應的品質。在窄帶主聲波的情況下，只有窄帶副激勵器是必需的。例如，在主聲 波具有大的幅度的情況下，更強大的副激勵器、或者對應地更大數量的副 激勵器是必需的。然而，依賴於^組合，由於存在許多可能的應用，所 以不可能陳述所有各種設計的選項。副激勵器類型的情況也類似。這裡，為了有效地減小主聲波，副激勵 器的類型也取決於4艮多^t，所述^t包括控制體積或者要屏蔽的空間的 幾何形狀、通過區域的幾何形狀、主聲波的諳成分、主聲波的幅度和/或 頻率、主聲波的帶寬、所需要的聲波減小的程度等等。與以上具有大的幅度的主聲波的示例類似，可能需要更大數量的副激 勵器，或者需要具有能夠產生同樣具有更大幅度的反聲波的裝置的同樣數 量的副激勵器。如果主聲波的頻率在低頻範圍內，則可僅需要產生4氐頻範 圍的副激勵器。而且，基於錄彼此之間的相關性，在本文獻中不可能列出所有的組 合和/或實施例。然而，特別地， 一些組合，例如大量的高品質副激勵器 以及快速的高品質調節，導致有效的主聲波減小，其中，設計尺寸，尤其 是副激勵器的設計尺寸也應當總在被考慮之中。另外，誤差傳感器的位置可能影響有源消聲系統的有效性。正如副激勵器的類型和數量一樣，誤差傳感器的數量和/或類型也取 決於各參數，諸如要屏蔽的空間的幾何形狀、控制體積、通過區域的幾何 形狀、主聲波的諉成分、主聲波的幅度和/或頻率、所需要的聲波消除的 程度等等。此外，參考傳感器和誤差傳感器可以被^殳計成集成在一個傳感器中。 這樣，可以設計所謂的前饋系統和反饋系統兩者。因此，除了藉助於參考 傳感器獲取參考信號之外，該參考信號也能夠從已經被結合併且集成在一 個傳感器中的誤差傳感器和參考傳感器獲取。根據本發明的有源消聲系統的用途是多方面的，該有源消聲系統具有 副激勵器的特定邊緣布置來有源地減小針對至少部分開放的控制體積的 聲波。例如，有源消聲系統可布置在噪聲衰減空間的入口區，以便實現有
效的噪聲減小。特別地，利用該系統，能夠對被"i史計為噪聲源的主激4&器 進行有效地封閉。同樣地，例如在車間大廳中，某些區域(其中，例如由 於法規的要求，噪聲減小是強制性的)能夠有效地受到保護，避免噪聲的 影響，而不需要針對整個車間大廳採取噪聲保護措施。這導致有源消聲裝置的大量的應用選擇，所述有源消聲裝置具有至少 部分開放的控制體積，具有包括邊緣的開放的通過區域，並且具有才艮據本 發明的有源消聲系統。例如，副激勵器沿著平面長方形布置，利用若干這種裝置，各個區域 能夠以隔聲區或屏障的方式類似設計為噪聲衰減的區域。同樣，可以想到 的是飛機場上、沿高速公路或鐵路線、建築工地等等的實施例。根據本發明的裝置的用途具有以下優點，即所述裝置在視覺上不遮蔽 開放的通過區域，這與例如無源噪聲保護屏障的情形不同。作為噪聲保護 屏障或噪聲保護屏障元件的用途還可以提供以下優點，即實質上僅僅改變 了聽覺。優選地，副激勵器的、或者開放通過區域的邊緣的布置被設計為簡單 的幾何形狀。而且，為了產生大面積的噪聲保護，若干這種裝置能夠由此 以模塊化的方式布置在一起。當與如上所陳述的涉及三層玻璃窗的ANC系統相比較時，本發明中 所提出的系統在窗戶打開的情況下同樣是有效的。在該應用中，作為"聲 幕"的用途或功能變得特別清楚。


本發明的一個示例性實施例在圖中示出，並且在下面予以更加詳細的 說明。該圖示出了才艮據本發明的有源消聲系統的原理圖。 該圖中的圖示是圖解性的，並不成比例。
具體實施方式
下面，參考附圖，描述根據本發明一個實施例的有源消聲系統裝置30。 有源消聲系統裝置30包括有源消聲系統10和控制體積20。有源消 聲系統10包括調節器單元11、兩個誤差傳感器12、參考傳感器13和四 個副激勵器14。副激勵器14被設計為能夠產生反聲波15的揚聲器。這 些反聲波15是正弦聲波，並且通過兩個誤差傳感器12來獲取，其中，所 述兩個誤差傳感器12在本實施例中被對應設計為麥克風。誤差傳感器12 通過線路耦合到調節器單元11。通過這個線路，由誤差傳感器12獲取的 誤差信號F被發送到調節器單元11。由主激勵器(未示出)產生的主聲 波16由參考傳感器13獲取作為參考信號R。在該實施例中，主聲波16 以正弦噪聲波或聲波的形狀示出。對應地，在該實施例中，參考傳感器 13是麥克風。該參考傳感器也通過設計為線路的耦合而被耦合到調節器 單元ll。通過該線路，參考信號R被發送到調節器單元ll。調節器單元 11估算這兩個發送信號R、 F，並且根據它們計算出副信號S。調節器單 元11通過線路耦合到副激勵器14。通過該耦合，由調節器單元產生的副 信號S從調節器單元llM送到副激勵器14。對應地，副激勵器14將 副信號S轉換成反聲波15，其中，主聲波16疊加在該反聲波15上。這 個疊加的聲波或者這些疊加的聲波再次由誤差傳感器12獲取，並且連續 執行調節或重複調節。控制體積20設計為部分開放的控制體積，其在圖中被圖解性地示出 為正平行六面體，其一個面祐:設計為開放通過區域21。通過該開放通過 區域21，主聲波16，或者主聲波16，(或者已經疊加了反聲波的聲波，或 者該主聲波16，已4iL良聲波衰減)到達控制體積20的內部。開放通過區域21由邊緣圍繞。該邊緣在所示實施例中為矩形形狀， 副激勵器14沿著該邊緣布置。在該布置中，副激勵器14彼此分隔，以便 是等距離的。由副激勵器14沿著開放通過區域21發射的反聲波15形成 "聲幕"，使得所有通過該開放通過區域21i^v控制體積20內部的主聲 波16都會疊加這些反聲波15。疊加產生了衰減的主聲波16，，其中，衰 減的程度與噪聲的減小或主聲波的減小是相等的。另外，應當指出的是，"包括"並不排除其它元件或步驟，並且"一" 或"一個"並不排除多數。而且，應當指出的是，參考以上實施例中的一 個實施例所描述的特徵或步驟也能夠與上述其它實施例的其它特徵或步 驟結合使用。權利要求中的參考號不應該解釋為限制。
參考列表10 有源消聲系統11 調節器單元12 誤差傳感器13 參考傳感器14 副激勵器15 反聲波16 主聲波16， 疊加的/衰減的主聲波20 控制體積21 開放通過區域F 誤差信號R 參考信號S 副信號
權利要求
1. 一種有源消聲系統(10)，用於有源減小M射主聲波(16)的 主激勵器發出的至少一個主聲波的聲波，具有至少一個調節器單元(ii);具有至少一個誤差傳感器(12); 具有至少一個參考傳感器(13); 具有若干副激勵器(14);其中，所述副激勵器(14)被設計成發射反聲波(15 );其中，耦合到所述調節器單元(11)的所述誤差傳感器(12)獲取疊 加聲波(15, 16， 16，)，所述疊加聲波(15, 16， 16，)作為誤差信號(F) 通過所iiM合傳送到所述調節器單元(11);其中，耦合到所述調節單元(11)的所述參考傳感器(13 )獲取具有 至少一個的所述主聲波(16),所述主聲波(16)通過所述耦合傳送到所 述調節器單元(u);其中，耦合到所述副激勵器(15)的所述調節器單元(11)處理所述 誤差信號(F)和所述參考信號(R),並且產生副信號(S)，所述副信號 (S )通過所述耦合傳送到所述副激勵器(14 ),以便取決於所述誤差信號 (F)、藉助於所述副信號(S)來控制所述副激勵器(14)，使得所述副 激勵器(14)產生減小所述誤差信號(F)的反聲波(15)，從而實現最優 的聲波消除；其中，所述副激勵器(14)布置成位於至少部分開放的通過區域的邊 緣，以便通過以幕的形式的反聲波(15),確保在布置於所述開放通過區 域(21)之後的至少部分空間的有源聲波消除，所述通過區域包括邊緣並 且將被所述主聲波(16)穿過，並且所述空間是至少部分開放的。
2. 如權利要求1所述的有源消聲系統(10 )，其中，所述副激勵器(14 ) 沿所述開放通過區域(21)的所述邊緣是等距離的。
3. 如權利要求1或2所述的有源消聲系統(10 )，其中，副激勵器(14) 的數量取決於^t來選擇，該參數諸如要屏蔽的所述空間的幾何形狀、所 述開放通過區域(21)的幾何形狀、所述主聲波(16)的鐠成分、所述主 聲波(16)的幅度和/或頻率、所需要的聲波消除的程度。
4. 如權利要求1至3中任何一項所述的有源消聲系統(10 )，其中， 所述副激勵器(14)的類型取決於參數來選擇，該M諸如要屏蔽的所述 空間的幾何形狀、所述開放通過區域(21)的幾何形狀、所述主聲波(16) 的鐠成分、所述主聲波(16)的幅度和/或頻率、所需要的聲波消除的程 度。
5. 如權利要求1至4中任何一項所述的有源消聲系統(10),其中， 若干誤差傳感器(12)處於適當位置，其中，所述誤差傳感器(12)的數 量和/或定位取決於參數來選擇，該參數諸如要屏蔽的所述空間的幾何形 狀、所述開放通過區域(21)的幾何形狀、所述主聲波(16)的鐠成分、 所述主聲波(16)的幅度和/或頻率、所需要的聲波消除的程度。
6. 如權利要求1至5中任何一項所述的有源消聲系統(10)，其中， 所述參考傳感器(13)和所述誤差傳感器設計成集成在一個傳感器中。
7. —種用於有源消除^UC射主聲波的主激勵器發出的至少一個主聲 波中的聲波的方法，所述方法中，藉助於參考傳感器(13)，獲取主聲波(16)的參考信號(R);藉助於誤差傳感器(12)，獲取疊加聲波(15， 16， 16，)的誤差信號 (F);藉助於耦合，所述誤差信號(F)和所述參考信號(R) t良送到調 節器單元(11);所述調節器單元(11)估計所發送的信號(R， F)，則產生了副信號 (S);所述副信號(S)藉助於耦合發送到副激勵器(14);所述副激勵器(14 )布置在針對所述主聲波(16 )的開放通過區域(21) 的邊緣上；以及所述副激勵器(14)根據所發送的副信號(S)產生反聲波(15 )，所 迷反聲波(15)以幕的形式疊加在所述開放通過區域(21)上，使得傳播 通過所述開放通過區域的所述主聲波(16， 16，)減小或者消除，其中， 在控制電路中重複執行所述步驟。
8. —種消聲系統裝置(30)，包括至少部分開放的控制體積(20 )， 該控制體積(20)具有包括邊緣的開放通過區域(21);包括如權利要求1至6中的任何一項所述的有源消聲系統(10)，用於有源減小所述控制 體積(20)中的主聲波(16)中的聲波。
9.有源消聲系統(10)的用途，用於有源減小針對至少部分開放的 控制容積(20)的聲波。
全文摘要
一種用於有源減小主聲波(16)的聲波的有源消聲系統，該系統具有調節器單元(11)、誤差傳感器(12)、參考傳感器(13)和若干副激勵器(14)。所述副激勵器(14)被設計發射反聲波(15)，其中，耦合到副激勵器(15)的調節器單元(11)處理誤差信號(F)和參考信號(R)，並且產生副信號(S)，該副信號(S)通過耦合傳送到副激勵器(14)，以便通過副信號(S)控制副激勵器(14)，使得所述副激勵器(14)產生減小誤差信號(F)的反聲波(15)，從而實現最佳的聲波消除，其中，所述副激勵器(14)布置成位於開放通過區域(21)的邊緣，以便通過以幕的形式的反聲波(15)保證開放空間的有源聲波消除，其中，所述通過區域(21)包括邊緣，並且將被主聲波(16)穿過，所述開放空間在通過的方向上布置在開放通過區域(21)之後。
文檔編號G10K11/178GK101147189SQ200680009803
公開日2008年3月19日 申請日期2006年4月5日 優先權日2005年4月7日
發明者克裡斯蒂安·格爾納, 哈拉爾德·布賴特巴赫, 德爾夫·扎豪, 約亨·佐默 申請人:空中巴士德國有限公司