封閉空間響度控制有源消聲研究.pdf

1、被動(dòng)噪聲控制對(duì)高頻噪聲有較好效果，對(duì)低頻噪聲效果卻并不理想，常會(huì)增加被控對(duì)象的重量和體積。有源消聲(ANC)具有控制頻帶寬、低頻控制效果好、重量輕、控制針對(duì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用前景良好的降噪技術(shù)。傳統(tǒng)的有源消聲忽略了人耳對(duì)聲音感受的主觀(guān)性，通常是控制某個(gè)或某幾個(gè)誤差傳聲器處的聲壓平方和最小，然而聲壓只是一個(gè)客觀(guān)物理量，聲壓減小不能保證人耳感受到的聲音強(qiáng)度就一定減弱。聲品質(zhì)的評(píng)價(jià)與應(yīng)用是目前聲學(xué)和噪聲控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，改善聲音的聽(tīng)

2、覺(jué)舒適性是當(dāng)今噪聲控制的一個(gè)新理念。本文提出一種考慮聽(tīng)覺(jué)主觀(guān)性的有源消聲系統(tǒng)，以封閉空間為研究對(duì)象，建立響度控制有源消聲模型，研究有效實(shí)用的響度控制有源消聲算法，探索利用有源消聲主動(dòng)改善聲環(huán)境，主要的研究工作和研究結(jié)論如下:
　　 在MATLAB下編寫(xiě)了ISO532B的Zwicker響度模型計(jì)算程序，得到的響度大小和特性響度分布圖（響度譜）可用于有源消聲效果的評(píng)價(jià)與分析。構(gòu)建一個(gè)模擬人耳特性的系統(tǒng)，使該系統(tǒng)的頻率特性具有倒置等響

3、曲線(xiàn)的形狀，導(dǎo)出了由等響曲線(xiàn)得到相應(yīng)頻率特性的算式，根據(jù)算式設(shè)計(jì)響度濾波器用于近似獲取響度信號(hào)。
　　 建立了基于聲模態(tài)的復(fù)雜封閉空間傳聲通道模型，計(jì)算了原型為轎車(chē)車(chē)廂的封閉空間內(nèi)的4個(gè)傳聲通道的理論頻率特性，并與試驗(yàn)曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，兩者間的差別在工程允許的范圍內(nèi)。建立了響度平方和最小為目標(biāo)函數(shù)的封閉空間有源消聲模型，將該模型應(yīng)用于轎車(chē)車(chē)廂原型的封閉空間的有源消聲理論預(yù)測(cè)，得到的結(jié)論為:在低頻范圍內(nèi)如果存在接近噪聲源的次級(jí)源，可取

4、得一定程度的全空間降噪;次級(jí)源位置比次級(jí)源、傳聲器的數(shù)量更能影響控制效果;在高頻段實(shí)現(xiàn)全空間降噪非常困難，只在傳聲器一定范圍內(nèi)有局部的降噪，且降噪的范圍隨著頻率的增加逐步縮小。
　　 通過(guò)在有源消聲系統(tǒng)中加入響度濾波器，適當(dāng)放大人耳敏感頻率成分，以及衰減不敏感成分，使系統(tǒng)控制目標(biāo)轉(zhuǎn)變成主觀(guān)性心理聲學(xué)參數(shù)—響度。基于經(jīng)典FLMS算法推導(dǎo)了響度控制自適應(yīng)有源消聲LFLMS算法，為克服響度濾波器的加入對(duì)計(jì)算量和收斂性的不利影響，提出基

5、于延遲補(bǔ)償與逆模型結(jié)構(gòu)的LFLMS改進(jìn)算法。以轎車(chē)車(chē)廂原型封閉空間為對(duì)象，在MATLAB/Simulink下建立雙通道有源消聲模型，使用FLMS算法、LFLMS算法以及LFLMS改進(jìn)算法對(duì)三種噪聲進(jìn)行有源消聲控制仿真，結(jié)果表明響度控制與聲壓控制相比，盡管聲壓減小量稍小，但由于加強(qiáng)了對(duì)更敏感成分的消聲作用，響度減小量更大，可獲得更好的主觀(guān)聽(tīng)覺(jué)效果。
　　 為提高有源消聲的綜合性能，采用前饋和反饋組合的有源消聲混合控制策略，其中前饋

6、部分沿用響度控制自適應(yīng)LFLMS改進(jìn)算法，反饋部分則提出采用μ綜合魯棒控制器。在MATLAB/Simulink下建立了轎車(chē)車(chē)廂原型的封閉空間的雙通道混合控制有源消聲模型，將反饋部分看作帶不確定性的魯棒性能準(zhǔn)則問(wèn)題，以傳聲器輸出干擾抑制能力和控制器輸出約束作為性能指標(biāo)，選擇合適的性能加權(quán)函數(shù)與攝動(dòng)加權(quán)函數(shù)，設(shè)計(jì)了雙通道μ綜合反饋控制器。對(duì)車(chē)內(nèi)錄制的發(fā)動(dòng)機(jī)聲進(jìn)行有源消聲仿真并得到以下結(jié)論:混合控制獲得的聲壓下降量與聲壓控制接近，獲得的響度減

7、小量大于響度控制前饋結(jié)構(gòu);混合控制對(duì)人為移動(dòng)次級(jí)源造成的次級(jí)通道建模誤差有更強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定性。
　　 搭建了dSPACE/MATLAB/Simulink為核心的封閉車(chē)廂雙通道有源消聲試驗(yàn)平臺(tái)。在MATLAB/Simulink下建立控制模型，通過(guò)dSPACE中RTI庫(kù)的DS2210接口模塊建立了模型與麥克風(fēng)、次級(jí)源等硬件的聯(lián)系，可執(zhí)行代碼自動(dòng)編譯生成并下載到DS1005控制器中。試驗(yàn)采用了FLMS、LFLMS、LFLMS改進(jìn)算法、混

8、合控制算法四種控制算法。人為移動(dòng)次級(jí)源位置加大次級(jí)通道的模型誤差，以考察各算法的魯棒穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明:LFLMS改進(jìn)算法、混合控制算法的收斂速度明顯快于FLMS算法與LFLMS算法;FLMS與混合控制算法可獲得較大的聲壓下降，LFLMS與LFLMS改進(jìn)算法的聲壓下降量較少;混合控制算法的響度減小量最多，LFLMS與LFLMS改進(jìn)算法次之，F(xiàn)LMS算法最少。分析麥克風(fēng)誤差信號(hào)的聲壓譜和響度譜可知，響度控制具有頻率選擇性，一定程度上減弱