一种用于确定主动噪声控制扬声器最佳位置的方法

摘要

本发明公开了一种用于确定主动噪声控制扬声器最佳位置的方法，具体为：确定被控噪声源位置和降噪位置之间的噪声传递特性；设置扬声器初始位置，确定扬声器位置和降噪位置之间的噪声传递特性；按所述方法计算特征式，满足给定条件则终止，否则重新选取扬声器位置并进行迭代；将迭代终止时所获得的扬声器位置最为最佳位置，并将获得的噪声传递特性作为下一步主动噪声控制设计时，扬声器位置和降噪位置之间的最终噪声传递特性；初步开展主动噪声控制，以确认所选取的最佳位置的正确性。本发明针对主动噪声控制的扬声器位置设计，所确定的最佳位置可使得在主动噪声控制中，多个降噪位置的降噪程度同时达到最大，因此对实际工程具有重要价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定主动噪声控制扬声器最佳位置的方法，属于主动噪声控制领域。

背景技术

传统的噪声控制主要采用被动控制方式，通过对噪声源采取隔离、阻尼等来减弱噪声的负面影响。因此被动噪声控制主要利用材料的各种特性，通过简单的物理方法，例如通过耳塞、消声器和吸音材料等达到降噪的目的。被动噪声控制可以有效降低高频噪声影响，但其对低频噪声的抑制效果往往不明显；同时，被动噪声控制需要的材料通常体积也比较庞大、成本比较高昂。为有效克服被动噪声控制的缺陷，主动噪声控制逐渐受到重视。

主动噪声控制是一种有源消声技术，在结构上有一个内置麦克风和声学处理器，先通过麦克风收集外界的噪声，再通过处理器分析，然后基于叠加原理产生反相的声波抵消噪声。也就是说，主动噪声控制由扬声器产生具有相同振幅但相位相反的次级场噪声，从而在接收处降低噪声场的强度。目前，主动噪声控制已被证明对低频且持续时间较长的噪声，其降噪效果要明显优于被动降噪。主动噪声控制也获得了广泛应用，如现代汽车公司和福特汽车公司都公开了其主动降噪技术并声称对由发动机和路面引起的噪声获得了极佳的车内降噪效果。实际上，英国Lotus汽车公司和日本尼桑公司等汽车公司在1990年前后就开始在部分汽车上装备主动降噪系统。而1988年英国南安普顿大学大学的P.A.Nelson和S.J.Elliott等人在BAE748双发动机48座螺旋桨推进器飞机的机舱内也证明了主动降噪技术应用于实际工程尤其是封闭空间内的低频噪声控制的可行性。

主动降噪技术的方法主要有前馈式和反馈式两种方式，不论是前馈式主动降噪，还是反馈式主动降噪，主动噪声控制系统在实施时，其首要关键步骤都是确定产生次生场噪声的扬声器的位置。同时，相对于被动降噪，主动噪声控制系统复杂度也显著增加，因此通常要求用尽量少的扬声器可以在多个声场位置进行降噪，这就对扬声器的布局提出了严苛的要求。因而，采用合适的方法确定扬声器的最佳位置，使得在该位置上用一个扬声器可以在多处(例如两处)特定的位置上，对噪声源传递而来的噪声进行减振降噪，便具有重要的实际应用价值。但在目前的公开文献中，未见有相关方法的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于确定主动噪声控制扬声器最佳位置的方法，所确定的最佳位置使得在主动噪声控制中，多个降噪位置的降噪程度同时达到最大。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于确定主动噪声控制扬声器最佳位置的方法，包括如下步骤：

步骤1，根据噪声源位置的幅频特性，以及各个需要降噪的位置对应的噪声幅频特性，确定噪声源位置和需要降噪的位置之间的噪声传递特性；

步骤2，设置扬声器初始位置，根据扬声器的噪声幅频特性，确定扬声器位置和需要降噪的位置之间的噪声传递特性；

步骤3，根据步骤1和步骤2确定的噪声传递特性计算特征式的值，设置置信系数，若特征式的值小于等于置信系数，则迭代结束，并进入步骤4；否则进入步骤5；

步骤4，将迭代结束时所获得的扬声器位置作为最佳位置；

步骤5，重新选取扬声器位置，确定重新选取的扬声器位置和需要降噪的位置之间的噪声传递特性；

步骤6，再次计算特征式的值，若特征式的值小于等于置信系数，则迭代结束，并进入步骤4，否则返回步骤5。

作为本发明的一种进一步方案，所述将迭代结束时所获得的扬声器位置作为最佳位置之后，以最佳位置和需要降噪的位置之间的噪声传递特性进行主动噪声控制设计，以确认所选取的最佳位置的正确性。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤1的具体过程如下：

设定噪声源位置的幅频特性为n(jω)，需要降噪的位置有两处，这两处对应的噪声幅频特性分别为y(jω)和z(jω)，则需要确定从y(jω)到n(jω)和从z(jω)到n(jω)的噪声传递特性，在未实施主动噪声控制时，存在如下关系：

y(jω)＝g

z(jω)＝g

其中，g

作为本发明的一种优选方案，所述步骤2的具体过程如下：

设置扬声器初始位置L

y(jω)＝g

z(jω)＝g

其中，y(jω)和z(jω)为需要降噪的两处位置各自对应的噪声幅频特性，n(jω)为噪声源位置的幅频特性，g

作为本发明的一种优选方案，步骤3所述特征式的计算公式为：

其中，ε

作为本发明的一种优选方案，所述主动噪声控制设计时，主动噪声控制系统模型为：

y(jω)＝g

z(jω)＝g

其中，g

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明针对主动噪声控制的扬声器位置设计，所确定的最佳位置可使得在主动噪声控制中，多个降噪位置的降噪程度同时达到最优，因此对实际工程具有重要价值。

附图说明

图1是本发明一种用于确定主动噪声控制扬声器最佳位置的方法的流程图。

图2是实施例中首次选取扬声器位置时采用最优控制的性能图，其中，(a)为y(jω)的性能图；(b)为z(jω)的性能图。

图3是实施例中最终确认扬声器位置时采用最优控制的性能图，其中，(a)为y(jω)的性能图；(b)为z(jω)的性能图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明设计了一种用于确定主动噪声控制扬声器最佳位置的方法，设计流程图如图1所示，步骤如下：

步骤1：确定被控噪声源位置和降噪位置之间的噪声传递特性；

设需要降噪的位置有二，定义两位置处的噪声幅频特性分别为y(jω)和z(jω)；同时在噪声源位置和扬声器位置，定义相应幅频特性分别为n(jω)和u(jω)，ω表示频率，j表示虚数单位。本步骤需要确定被控噪声源位置和降噪位置之间的噪声传递特性，即需要确定从y(jω)到n(jω)和从z(jω)到n(jω)的噪声幅频特性，现分别定义为g

y(jω)＝g

z(jω)＝g

步骤2：设置扬声器初始位置，确定扬声器位置和降噪位置之间的噪声传递特性；

设置扬声器初始位置L

y(jω)＝g

z(jω)＝g

步骤3：按所述方法计算特征式，满足给定条件则终止，否则重新选取扬声器位置并进行迭代；

首先计算如下特征式

其次，设置置信系数δ，δ通常为接近于零的一个正实数，用于控制迭代条件：如果ε

最后一直迭代至ε

步骤4：将迭代终止时所获得的扬声器位置最为最佳位置，并将获得的噪声传递特性作为下一步主动噪声控制设计时，扬声器位置和降噪位置之间的最终噪声传递特性；

将迭代终止时所获得的扬声器位置确认为最佳位置，并将获得的噪声传递特性作为下一步主动噪声控制设计时，扬声器位置和降噪位置之间的最终噪声传递特性。记此时y(jω)到u(jω)和从z(jω)到u(jω)最终的噪声幅频特性分别为g

步骤5：初步开展主动噪声控制，以确认所选取的最佳位置的正确性；

在实施主动噪声控制时，主动噪声控制系统模型为：

y(jω)＝g

z(jω)＝g

主动噪声控制便以此为模型开展控制设计。对任一控制器，按照前述过程，应存在用一个扬声器的控制，可以在两处降噪位置的降噪程度同时达到最大。也就是说，u(jω)在一个位置的设计，记为u(jω)＝k(jω)y(jω)(其中k(jω)为主动噪声控制器的幅频特性，为一待设计变量)，应能使得y(jω)和z(jω)的降噪程度同时得到优化，从而确认所选取的最佳位置的正确性。

下面以一实施例进行说明。针对本实施例，采用几何设计法设计控制器k(jω)，因此扬声器产生的噪声特性为u(jω)＝k(jω)y(jω)。首先针对扬声器初始位置L

再次选择扬声器位置，通过多次迭代，找到相应的g

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。