三维空间主动噪声控制的理论及实验研究

发布时间：2020-04-02 22:09

【摘要】：噪声污染已经严重影响了人们的生产生活,治理噪声污染更是刻不容缓。目前已经存在多种主动噪声控制系统,但国内并没有专门为座椅头靠附近局部空间降噪的主动控制系统。本课题针对头靠附近的低频率噪声进行主动控制研究,为乘客头靠附近的三维局部空间提供一个稳定的降噪环境。在主动控制系统实验中,由参考传声器收集初级声源发出的初级噪声,作为参考噪声信号。参考噪声信号经过控制器的处理之后,驱动次级声源在降噪区域形成抵消声波。抵消声波与初级声源在降噪区域形成的期望噪声信号发生相干性叠加,从而达到降噪的目的。课题的主要研究内容如下。首先,针对本实验环境中噪声源种类较为单一的情况,选用前馈维纳滤波器主动噪声控制系统结构,并对当前的主动噪声控制系统进行简化,即参考噪声信号和初级噪声信号均由录制的噪声通过计算机的音频输出口提供。其次,在次级通路辨识中,通过对比LMS算法、NLMS算法以及RLS算法辨识过程当中的收敛速度、收敛误差和收敛时间等因素,选择NLMS算法进行次级通路的辨识工作。在实验中发现,辨识的总次数依赖于参考白噪声信号的长度。为了减少辨识的总次数,对辨识算法进行改进。当在辨识的过程中误差连续多次小于某个很小的值时,则认为辨识过程达到了收敛,辨识终止。接着,在主动系统中,控制器的核心就是滤波器的设计。针对在双通道系统中两个误差传声器之间降噪量差异较大的问题,采用了另一种滤波器设计方案,来提高主动控制系统的鲁棒性。把测量两次的双通道系统的数据,看作是一个四通道的系统。按照四通道系统的求解过程求出滤波器的权解,从中提取出双通道系统的解。最后,通过具体的实验,验证了双通道主动噪声控制系统算法的可行性。在实验中,分别使用了700Hz以下窄带白噪声、一段含低频成分较多的新闻音频以及1500Hz以下窄带白噪声来设计控制器中滤波器的权系数,并记录了各个滤波器权系数对不同噪声的产生的理论降噪效果和实际降噪效果。通过实验数据可以发现,使用700Hz以下窄带白噪声设计的滤波器权系数对窄带白噪声可以产生10dB以上的降噪量,对新闻音频和音乐分别产生了7dB以上和9dB以上的降噪量。此时的系统对噪声的控制效果要明显优于新闻音频以及1500Hz以下窄带白噪声来设计滤波器权系数。
【图文】：

主动噪声控制,基本原理,噪声

第 2 章主动噪声控制2.1 主动噪声控制概述在主动噪声控制中，把将要被控制的噪声称为初级噪声(这个噪声其实就是泛指外界的一切噪声)。在实验中，初级噪声由初级声源发出。由初级噪声形成的声场称为初级声场。用来抵消初级声场的称为次级声场[35]。次级声场由次级噪声形成，与初级噪声类似，在实验中次级噪声由次级声源发出。在初级声场和次级声场共同影响的空间中的某一点处，当初级噪声形成的声波与次级噪声形成的声波发生相消性干涉时，使得初级噪声在该点处形成的声波的幅度降低，若降为 0，则达到了主动噪声控制的理想效果。其中，，初级噪声在该点处形成的声波为期望噪声，次级噪声形成抵消噪声。图 2-1，为主动噪声控制的基本原理图。这里是把声场中某一点的声波震动从时间维度展开来观察。

示意图,主动噪声控制,示意图,误差传声器

第 2 章单通道主动噪声控制算法。并通过简单介绍反馈非自适应控制系统的结构及算法，来对比前馈控制系统和反馈控制系统的优缺点。2.3 前馈非自适应主动噪声控制系统在本课题的实验中，使用的初级噪声的变化程度并不明显，为了降低成本以及算法的复杂度，故选择使用非自适应噪声控制系统。图 2-2，为前馈非自适应主动噪声控制系统的结构示意图。在图中，初级声源到误差传声器之间通路被称之为初级通路，次级声源到误差传感器之间的通路被称之为次级通路。参考传声器主要是用来收集初级声源附近的参考噪声信号。误差传声器主要是收集降噪区域的残余噪声信号。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB535

【参考文献】