一體式單通道反饋有源噪聲控制系統的製作方法
2023-04-28 02:41:16 1
專利名稱：一體式單通道反饋有源噪聲控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種一體式單通道反饋有源噪聲控制系統。
背景技術：
有源噪聲控制(ANC)是一種噪聲控制方法，它引進次級聲源，通過和初級噪聲源及其聲場相互作用，達到噪聲抑制的目的。1953年Olson和May詳細闡述了「電子吸聲器」 的原理及其應用，通過他們許多富有預見性的實例可以看出，有源噪聲控制技術已經準備從理論走向應用。在之後的二十年裡，電子電路與信號處理技術有了很大的發展，大規模集成電路與數字電路以極快的速度進入各種實際控制系統。同時，以Jessel，Mangiante 和Canevet為代表的一批研究者，使用惠更斯原理，論證了存在不受次級聲信號影響的聲場區域，從而可以實現無次級聲反饋的有源降噪的可能性，並定量地給出了能量吸收型次級聲源所應具備的三極子輻射特性，通稱JMC理論。1981年Burgress首次將自適應控制濾波理論應用於有源噪聲控制，對系統的構成及算法作了計算機仿真研究，提出了著名的 Filtered-XLMS算法。隨著電子技術的飛速發展，基於DSP技術的前饋有源控制系統逐漸成熟。在該技術的推動下，1980年Kuo、1990年Franklin和1997年Astrom等人，分別在他們各自的著作中闡述數字控制器在有源噪聲控制系統中的應用。雖然數字有源控制系統的研究已蓬勃發展，模擬有源控制系統，特別是模擬反饋有源控制系統以其低延遲、低成本、簡單結構和高穩定性等優點在實際工程中被廣泛應用。單通道反饋有源噪聲控制系統由一個誤差傳聲器、一個次級聲源以及一路控制電路組成。控制電路通過對誤差傳聲器處的噪聲信號反相、濾波，使次級聲源輻射的聲場與初級噪聲聲場相互作用，產生降噪效果。控制系統所用的控制電路可以是模擬或數字的，其中模擬電路應用較多。模擬反饋有源噪聲控制系統有多個應用場合，如單通道系統應用於有源抗噪聲耳罩中，雙通道系統應用於有源頭靠系統中，多路單通道系統組合起來應用於道路噪聲屏障系統以及虛擬聲屏障系統中。有一些關於有源控制器的專利，如CN1664727公開了一種多通道有源控制器，使用數位訊號處理器實現前饋控制，可同時控制多達10個以上的通道；CN101887718A公開了一種反饋有源噪聲控制系統水床效應的改善方法，利用數字濾波器實現優化的控制器，改善水床效應。雖然反饋有源噪聲控制系統已有較多研究與應用，但並未涉及控制系統的一體化設計，即包含揚聲器單元、揚聲器箱體、控制電路的一體化設計。一體化設計的難點在於聲學和電路的統籌考慮和優化。本發明提出了一種一體式單通道反饋有源噪聲控制系統，其優點在於一體化的集成系統，控制效果良好且穩定，控制系統外觀美觀，系統參數和性能靈活可調，可根據不同場合優化調節。
三、發明內容
本發明的目的，是提供一種一 體式單通道反饋有源噪聲控制系統。該系統由揚聲器單元、揚聲器箱體、誤差傳聲器、傳聲器前置放大電路、可變增益控制電路、二階RC反饋控制電路、功率放大電路以及直流供電電源組成；該系統所有組成部分一體化集成在揚聲器箱體內，無分離元件。該系統的誤差傳聲器接收外界噪聲信號，經傳聲器前置放大電路與可變增益控制電路將信號放大後傳遞給二階RC控制電路，二階RC控制電路產生控制信號經由功率放大電路驅動揚聲器單元，在誤差傳聲器處產生等幅反相的聲音信號，消除誤差傳聲器處的噪
聲信號。該系統的二階RC控制電路為模擬反饋控制電路，可以根據不同揚聲器單元、不同揚聲器箱體結構和不同傳聲器優化電路參數和性能，優化過程通過調節電路的電位器阻值實現。該系統的揚聲器單元與揚聲器箱體構成該系統的控制源，揚聲器單元的標稱諧振頻率不大於80Hz。該系統的揚聲器箱體為正六稜柱形，可在較小體積下有較大聲容，揚聲器單元與箱體構成的音箱的諧振頻率不大於140Hz。該系統的誤差傳聲器安裝於揚聲器頂端的六稜台上，距離揚聲器聲中心8cm。該系統的所有電路，包括傳聲器前置放大電路、可變增益電路、二階RC反饋控制電路和功率放大電路，集成在一塊電路板上。本發明的有益效果是(1)整個反饋有源噪聲控制系統是一體化的集成系統，控制效果良好且穩定；(2)控制系統外觀美觀；(3)系統參數和性能靈活可調，可根據不同場合優化調節。
四
為方便理解和實施本發明，可參照附圖描述示例性的優選實施例子，其中圖1是一體式單通道反饋有源噪聲控制系統的示意圖。圖2是反饋式有源噪聲控制原理框圖。圖3是二階模擬RC控制電路圖。圖4是實測獲得的誤差傳聲器處降噪效果圖(FFT測量)圖5是實測獲得的誤差傳聲器處降噪效果圖(SSR掃頻測量)
五具體實施例方式下面通過實例對本發明進行詳細說明。如圖1所示，一體式單通道反饋有源噪聲控制系統由揚聲器單元2、揚聲器箱體3、 誤差傳聲器1、電路部分4 (包含傳聲器前置放大電路、可變增益控制電路、二階RC反饋控制電路、功率放大電路)以及直流供電電源5組成。該系統所有組成部分一體化集成在揚聲器箱體內，無分離元件。其中，誤差傳聲器1安裝於揚聲器箱體頂端的六稜台6上。本例中，揚聲器箱體3為針對特殊低頻響應要求設計的正六稜柱封閉式揚聲器， 高20. 36cm，稜邊長9. 50cm ；揚聲器箱體3頂端設計六稜台形防塵罩，它另有固定誤差傳聲器1的作用，稜台下邊長與稜柱箱體等同，上邊長為4cm，稜台高14. 03cm。揚聲器箱體3中包含一個5英寸低音揚聲器單元2，開關供電電源5和集成反饋式有源控制電路4。
該系統實現難點在於揚聲器單元2、揚聲器箱體3、電路部分4中反饋控制電路的設計，設計包括以下三個步驟A.模擬反饋電路的設計圖2為反饋有源噪聲控制系統的原理框圖，其中G(S)是反饋控制電路(此處即二階RC電路)的傳遞函數，K是放大器(此處即可變增益控制電路)增益，C(S)是次級通道 (該通道包含功率放大電路、次級源、次級源到傳聲器的聲學路徑、傳聲器放大電路)傳遞函數，s表示拉普拉斯算子，u(t)是控制信號，d(t)是外部噪聲，e(t)是在誤差傳聲器處外部噪聲和控制聲疊加得到的信號，t表示時間。控制後誤差傳聲器處噪聲信號為
權利要求
1.一體式單通道反饋有源噪聲控制系統，其特徵在於該系統由揚聲器單元、揚聲器箱體、誤差傳聲器、傳聲器前置放大電路、可變增益控制電路、二階RC反饋控制電路、功率放大電路以及直流供電電源組成；該系統所有組成部分一體化集成在揚聲器箱體內。
2.如權利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統，其特徵在於誤差傳聲器接收外界噪聲信號，經傳聲器前置放大電路與可變增益控制電路將信號放大後傳遞給二階RC控制電路，二階RC控制電路產生控制信號經由功率放大電路驅動揚聲器單元，在誤差傳聲器處產生等幅反相的聲音信號，消除誤差傳聲器處的噪聲信號。
3.如權利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統，其特徵在於二階RC控制電路為模擬反饋控制電路，可以根據不同揚聲器單元、不同揚聲器箱體結構和不同傳聲器優化電路參數和性能，優化過程通過調節電路的電位器阻值實現。
4.如權利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統，其特徵在於揚聲器單元與揚聲器箱體構成該系統的控制源，揚聲器單元的標稱諧振頻率不大於80Hz。
5.如權利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統，其特徵在於揚聲器箱體為正六稜柱形，可在較小體積下有較大聲容，揚聲器單元與箱體構成的音箱的諧振頻率不大於140Hz。
6.如權利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統，其特徵在於誤差傳聲器安裝於揚聲器箱體頂端的六稜台上。
7.如權利要求1所述的一體式單通道反饋有源噪聲控制系統，其特徵在於該系統的所有電路，包括傳聲器前置放大電路、可變增益電路、二階RC反饋控制電路和功率放大電路，集成在一塊電路板上。
全文摘要
本發明公開了一種一體式設計的單通道反饋有源噪聲控制系統。該一體式單通道反饋有源噪聲控制系統主要由傳聲器、電路系統(包括傳聲器前置放大電路、可變增益控制電路、二階RC控制電路和功率放大電路幾個部分)、揚聲器單元、揚聲器箱體和電源組成。本發明解決了反饋有源噪聲控制系統的一體化設計問題，包括其中的控制電路設計、濾波器參數估計和揚聲器箱體設計。本發明具有控制效果良好且穩定，控制系統外觀美觀，系統參數和性能靈活可調的優點。
文檔編號G10K11/178GK102332260SQ201110141199
公開日2012年1月25日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者浦宏傑, 邱小軍, 鄒海山 申請人:南京大學