管道主动噪声控制系统的设计与实现

摘要

主动噪声控制是一种重要的噪声控制技术，近年来被广泛应用于汽车、耳机等场景。而在中央空调、强力风机、通风管道、发动机等管道噪声控制应用领域尚未见过多报道。　　现有的管道主动噪声控制的研究多以管道声场中的平面波为对象，本论文选取管道噪声为对象，设计了一种有限长管道模拟实际环境，对管道声场中的平面波进行主动控制。主要设计和搭建了管道主动噪声控制硬件和软件平台，通过计算机仿真验证算法的有效性，并在实物平台上得以实现。论文的主要内容如下所示。　　首先，设计并搭建管道硬件实验平台。设计实验管道及内部执行器和传感器等电声器件布局。选用了多核、浮点型DSP，并对音频转换模块等外设进行设计，完成搭建管道硬件实验平台。　　其次，进行主动噪声控制的DSP软件编程和开发。完成激励声源的设计与测试，实现处理器内部与外设软件连接配置，添加声通路建模、降噪算法模块以建立完整的软件控制系统。　　最后，搭建实验平台，对算法和控制系统进行实验验证。首先测试了实验平台，然后分别进行了声通路建模、常规FxLMS算法和改进NFxLMS算法的软件仿真和实验，并将两种算法的降噪效果进行分析和对比。

目录

声明

符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 主动噪声控制研究现状

1.2.2 管道主动噪声控制研究现状

1.3 论文的主要内容及组织结构

第二章 主动噪声控制相关理论

2.1 管道声场相关理论

2.1.1 管道截止频率

2.1.2 声波的叠加

2.2 管道前馈控制系统

2.3 前馈控制系统的因果性

2.4 主动噪声控制算法

2.4.1 FxLMS算法

2.4.2 NFxLMS算法

2.5 次级通路建模

2.5.1 声通路模型及自适应滤波器

2.5.2 相干性分析

2.5.3 离线建模

2.5.4 在线建模

2.6 次级声反馈的影响及消除

2.6.1 次级声反馈影响

2.6.2 声反馈补偿法及建模

2.7 本章小结

第三章 管道主动噪声控制系统硬件平台

3.1 管道及器件布局设计

3.2 执行器和传感器选择

3.3 硬件结构设计方案

3.4 控制器硬件设计

3.4.1 关键硬件选型需求

3.4.2 处理器选取

3.4.3 音频转换模块选取及连接

3.4.4 软件配置开关及时钟模块

3.5 本章小结

第四章 控制系统软件设计

4.1 软件开发平台

4.2 激励声源设计

4.3 初始化配置

4.3.1 信号路由单元

4.3.2 处理器

4.3.3 音频转换模块

4.4 数据预处理

4.5 声通路建模模块

4.6 降噪算法软件方案设计

（1）基于次级通路离线建模的降噪方案

（2）次级通路在线建模降噪方案

4.7 本章小结

第五章 仿真与实验

5.1 实验平台描述

5.2 测试

5.3 声通路建模及模型检验

5.3.1 计算机离线建模

5.3.2 基于DSP的声通路建模

5.4 仿真分析

5.4.1 单频噪声下的降噪性能

5.4.2 复合波噪声下的降噪性能

5.4.3 宽频白噪声下的降噪性能

5.4.3 结论

5.5 主动噪声控制实验

5.5.1 单频噪声降噪实验

5.5.2 复合波噪声降噪实验

5.5.3 宽频白噪声降噪实验

5.5.4 基于在线建模的噪声控制

5.6 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献