Устройство для защиты от воздушного шума

 

Изобретение относится к электроакустике и может быть использовано для активного подавления акустического шума на рабочем месте оператора. Целью изобретения является расширение области шумоподавления. На боковых поверхностях 11, 12, 44 звукоизолирующего кожуха, окружающего голову оператора с трех сторон, расположены электроды 14-16 емкостного датчика. Изменение положения головы оператора вызывает изменение емкости датчика, которое через управляющую схему регулирует фазовую задержку фазовращателей 7 и 8, включенных в цепи компенсации. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gy) g G 0 1 К 1 1 /00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2I) 44362I4j24-!О (22) 03.06.88 (46) 07.10.90. Бюл, Р 37 (75) А.В. Самсонов, А,E; Кобылянский и В,П, Сергеев (53) 621,317(088.8) (56) Патент ФРГ Р 3411494, кл. G 10 К Ilj16, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ OT ВОЗДУШНОГО ШУИА (57) Изобретение относится к. электроакустике и может быть использовано для активного подавлен я акустическаÄÄSUÄ 1597694 А 1 го шума на рабочем месте оператора.

Целью изобретения является расширение области шумоподавления. На боковых поверхностях 1 I,12 и ч4 звукоизолирующего кожуха, окружающего голову оператора с трех сторон, расположены электроды 14-16 емкостного датчика.

Изменение положения головы оператора вызывает изменение емкости датчика, которое через управляющую схему регулирует фазовую задержку фаэовращателей 7 и 8, включенных в цепи компенсации. 2 ил, 04

15976

Изобретение относится к электроакустической технике и может быть использовано для активного подавления (гашения) на рабочем месте опе5 ратора производственного механизма акустического поля, создаваемого источниками шума.

Цель изобретения — расширение области шумоподавления. 10

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для защиты от воздушного шума; на фиг. 2 — схема распространения акустического сигнала.

Устройство содержит правый и ле- 15 вый каналы компенсации, составленные, соответственно, из последовательно соединенных приемников l.и 2 звука, усилителей 3 и 4, фильтров 5 и 6, регулируемых фазовращателей 7 и 8 и 20 излучателей 9 и 10 звука, установленных на соответствующих боковых плас" костях 11 è 12 звукоизолирующего полукожуха, окружающего .голову оператора с трех сторон, блок определения по-.5 ложения головы оператора, включающий в себя источник 13 стабильного пере", менного напряжения, подключенный через . конденсатор С к общему электроду дифференциального датчика 14, правый электрод 15 которого включен в цепь отрицательной обратной связи для положительных полуволн, а левый электрод 16 — в цепь отрицательной обратной связи для отрицательных полуволн усилителя 17 переменного напряжения.

При этом выход указанного усилителя подключен к аноду диода 18, катод которого подключен к правому электроду 15 и одновременно к катоду диода 40

19, анод которого соединен с левым электродом 16. Нагрузкой усилителя 17 является, соответственно, для положительной и отрицательной полуволн резисторы 20 и 21, сигналы напряже- 45 ния с которых подаются через сглаживающие фильтры 22 и 23 низких частот на первые входы множительных устройств

24 и 25, выходы которых соединены с первыми входами трехвходовых сумма- 50 торов 26 и 27, выходы которых являются, соответственно, выходами первого и второго каналов преобразования и подключены к управляющим входам ре-. гулируемых фазовращателей 7 и 8 пра55 вых каналов компенсации воздушного шума. Входы первой и второй цепочек формирования сигналов, состоящих из последовательно соединенных узкопо-. лосного фильтра 28 и 29 и усилителяформирователя 30 и 31, соединены, соответственно, с выходом усилителя 3 правого канала компенсации и выходом усилителя левого канала 4 компенсации, при этом выход первой указанной цепочки подключен одновременно к первому входу фазового компаратора 32 и первому входу элемента И 33, выход

7 которого соединен с входом R триггера 34 типа RS и через одновибратор 35 с вторым входом элемента И 36, а выход второй указанной цепочки подключен одновременно к второму входу фазового компаратора 32 и первому входу элемента И 36, выход которого соединен с входом S триггера 34 и через одновибратор 37 с вторым входом элемента И 33, прямой и инверсный выходы триггера 34 подключены к управляющим входам двухпозиционпых ключей 38 и 39.

Фазовый компаратор может быть выполнен на основе фазового детектора 32 и двухвходового сумматора 40. Выход фазового компаратора соединен с,входом вычислительного блока, состоящего из последовательно соединенных квадратов 41, двухвходового сумматора 42 и делительного устройства 43, причем выход сумматора 42 соединен с входом ключа 38, а выход делителя 43 — с входом ключа 38, а выход делителя 43 с входом ключа 39. Первые выходы ключей 38 и 39 подключены к второму входу умножителя 24, а вторые выходы указанных ключей - к второму входу умножителя 25. Общий 14, правый 15 и . левый 16 электроды дифференциального датчика выполнены в виде проводящих .пластин, закрепленных с внутренней стороны полукожуха на его плоскостях, при этом боковые плоскости 11 и 12 шарнирно закреплены на несущей плоскости 44 так, чтобы соответствующие шарниры 45 и 46 имели воэможность фиксировать необходимый угол раскрытия плоскостей 11 и 12 кожуха. Несущая плоскость 44 может закрепляться на

:спинке рабочего кресла оператора О (фиг.2а).

Устройство работает следующим образом.

Воздушный шум воспринимается микрофонами 1 и 2 правого и левого каналов компенсации, преобразуется в них в электрический сигнал и, проходя через последовательно соединенные уси1597604

40 изменение фазового расстояния между излучателем 10 и левым ухом оператора;

5 о лители 3 и 4, фильтры 5 и 6 и регу- стненное в правом и лелируемые фазовращатели 7 и 8, посту— вом каналах компенсации, пает на входы излучателей 9 и IO зну- а также между иэлучатека, воспроизводящих акустический сиг- лями 9 и 10 и точканал,который, будучи наложенным на пер5

" Вг

2. вичный шумовой сигнал, обеспечивает Таким образом, при указанном переего компенсацию с определенной сте- мещении головы оператора правый и пенью подавления. При этом зона по- левый каналы компенсации должны обесдавления располагается в области ле- 10 печить следую(Ш е фаэовые сдвиги: ного Л и правого П ушей оператора 0

У м"= п +(1+7)i„° обращенных в сторону соответствующих излучателей звука. При смещении голо- (= Ц +(1+(()(1(1 П (n вы.оператора 0 ухо оператора выходит

Данные фазовые сдвиги автоматичесума приводя. к 15 ичению шумоо лучения, йа фиг.2 ки устананливаются с помощью емкостприведена схема распространения перного дифференциального датчика с вичного шумового сигнала и звукового изменяющимися диэлектрическими свойгн а компенсации от правого и ствами ° составленного из электродов

14-16 и подключенного в разделенные цепи отрицательной обратной снязи

Д я некоторой частоты ы. находя- ДлЯ положительной и отРицательной (У щейся в полосе пропускания фильтров полуволн усилителя 17 переменного то5 и 6 условие компенсации при нахож- ка. ПРи этом имеют место следУющие денни головы оператора н точках 25

А .и В, имеет вид „ + (Ä((=-(2п+1)7(° э где С„,, С „ — емкости соответственg + ((1 (2п+1)((, h В1 но правой и левой частей дифференциального где у, ф, (((,,ц,— фаэовые сдвиги со- датчика; ответственно в::pаном и левом каналах k компенсации и от излучателей 9 и 10

1 1 до точек А и В ких частот усредняющих

При перемещении головы оператора фильтров — по постоянвнутрь полукожуха в точки А и В 35 ному напряжению; условие компенсации имеет вид U И вЂ” положит ел — положительное напря-;: г „ +, -(4+ ч„+ å,.)+(v„,- Р ч,„)= жение на резисторе 20

1л 1((11 1((и отрицательHoe р,„+(2п+1)(Ф жение на резисторе z(, 1 n+ (щ= М+ «n+ 4 )+ ((ь,+ +

Перемещение головы оператора пригде д, (— фазовые сдвиги первично- ноД т к изменению емкости пРавой и

1((i n го шумового сигнала меж- левой частей дифференЦиального гат45

1 у т()чками А и А а чика, преобРазуе сЯ в элек PическH между точками В и В 1 сигнал постоянного тока положительд q = ной и отрицательной полярностей и с

=(p — („ — измене ие фазового рас- выходов фильтров 22 и 23 низких час1 между излучатео по с упаенаворыевходыаче50

У лем 9 и правым ухом опе Реэ соответствУющие множительные Устратора; ройстна 24 и 25 — на первые входы (1 (Л трехвходовых взвешенных сумматоров 26

8(н и 27, выходы которых, соответствующие

55 первому и второму каналам преобразования, формируют напряжения управ1 пения для регулируемых фазовращате/л((l(v(i Чл лей 7 и 8, устанавливающих необходи— фазовые сдвиги соответ- мые фазовые соотношения в правом и

1597604 .левом каналах компенсации. При этом на третьи входы указанных сумматоров подаются напряжения Н и Н, с помощью которых устанавливается рабочая точка для рег улируемых фазовращателей 7 и 8. Значение 4 для правого и левого каналов компенсации устанавливаются посредством коэффициентов передачи второго и третьего входов соответственно сумматоров 25 и 27„

Фазовые расстояния Ч1 точками А, и А, а такж ми В и В, HGxopHT из с

iA; (л3; 1О. С и л С Л

В общем случае для достаточно малых углов !О(ЪО фазовые расстояния (p и (приблизительно равны

1Л

1псоя 0 = q cos 6;

InI

1п С In

« <11 1 А и

0 1Л С соя 6 сояд

I П Л1 (Чп и+

Ч.+

А

1 (ар.л +

1л между Уравнения компенсации соответсте между точка- венно для точек А, и Аg, В, и l32 имеоотношений ют вид

Ча и+ ц ф соя6+qn, (2п+1)1

ЧФоа соЯО+ an+ в )+(41 d 91я ) 4,в+(2п+1)7II; о

+ц + А „, )+(g,— g q ) gi +(2п+1)fi (,„-о (1„-0)—

k k

35 м о

=Uв 1 cos8.k = (P<>< cosg

К, (Ов, cos8+AJ -U, ) Я(Ueipcose k11 o Vfncoso+

+,В,, — O Uq",, +л„) =1,(и, „cos8-

i1

1.г о %1псоя 6 ("61 в 2)* л1

UI, Ц в 9 — tc

cos 8 9" cos 8

-k (- — "-, -tu +U )=

U 5.2 . cos В,2

< о„

Ъ - соя 9 cos Q

А

А

2. м

1 о 111 ц д э

НВ + II

45 Ц, „ + дД „ — установочные напряже( ния на третьих входах сумматоров 26 и 27;

+ д /„, + д Ф - части указанных установочных напряжений, необходимые для выбора рабочих точек регулируемых фазовращателей 7 и 8.

Указанные цепочки формирования сигналов выделяют, усиливают и ограничивают звуковой сигнал из спектра частот первичного шума, частота Ы .

1 котороГо удовлетворяет соотношениям в,м

50 где

/ PIII где Мер а, 4 n p, n — постоянные фаз овы е сдви ги в правом к левом каналах компенсации .без учета фазовых сдвигов, обеспечиваемых регулируемыми фазовращателями 7 и 3. Необходимые фазовые сдвиги регулируемых фазовращателей 7 и 8 при компенсации в указанных точках осу" ществляются первым и вторым каналами преобразования, так что имеются сле", дующие соотношения — уравнения преобразования:

- 1 116,2 + U si + л)54 cos8 соз 8 — д (Н"„-U,)+.,в„1О -" <

Чфв„ + In + g<

cos О cos8

U+ =U Ф/

=n (1„=0), Uвi =UB!

I постоянные положительное и отрицательное напряжения на выходах соответственно фильтров 22 и 23 низких частот при положении головы оператора в точках А и В,, а так1 же в точках А2 и В соответственно коэффициент передачи по управляющему напряжению фазовращателей 7 и 8 и коэффициент передачи по второму и третьему входам сумматоров 26 и 27; коэффициент преобразования для правой и левой частей дифферениального атчика

1597604 10

Н

g = — sin 6.& с

1ь,/ (18011 при 0 =90 где (— разность фаз прямоугольных сигналов с выходов усилителей-формирователей 30 и 31, поступающих на первый и второй входы фазового компаратора;

Н вЂ” расстояние между микрофона— ми 1 и 2;

С вЂ” скорость звука в воэдуXP. М/С, Фазовый компаратор составлен, например, из последовательно соединенных фазового детектора и двухвходового сумматора. Выходной сигнал фазового детектора меняет свой знак на противоположный при изменении фазы одного иэ входных сигналов на 180, а величина напряжения U выбирается равной Uy< t<, Выходной сигнал фазового компаратора подается на вход вычислительного блока, определяю цего

1 величины cos В и при этом

cos 9

30

1 2 ь 2 2 1

UtIÄÄ. 4tk 4t U4 „=k 4 I k s. sE n |9=k„I k в 8

35 1 k в соэ9 ьы . ь k k ЬОЬ

Ь В

40 имеют место соотношения ! к- Н

U =k 116 — -- — — sin 9 =k sing

Фц Фк C 8 так как sin 9 = g при малых О

U ttt tx.4I 1 8

Uttt,tx 41 4- 2 - 41- В(!!

О !

20 управляемые сигналами блока определения падения первичной звуковой волны,, с помощью которого определяется на-. правление падающей первичной волны воздушного шума — знак разности фаз прямоугольных сигналов усилителей-формирователей 30 и 31, Выходное напряжение U<„ пропорционально fa что позволяет всякий раз определять вели1 чины cos О и — с помощью вычислиcos ю тельного блока, однако ввод корректирующего множителя cos 8 и .1

cos 8 в первый или второй каналы преобразования определяется знаком Ы. Для этого прямоугольный сигнал известной частоты с выхода первой и второй цепочек формирования сигналов через дифференцирующие цепочки поступает на первый и второй входы блока определения падения звуковой волны первичного шума — на первые входы элементов

И 33 и 36, Цифференцирующие цепочки выделяют положительные фронты соответствующих сигналов, причем в исходном положении на выходах одновибраторов

35 и 37 имеется напряжение логичес11 Il к ои 1 . Пришедший первым во времени сигнал проходит на выход элемента

И 3 3 (3 6 ), запускает однови б р ат оры 35 и 37, длительность нулевого имГ пульса которого равна и блоки) ° ! рует по второму входу соответству-ющий элемент 36 (33), запрещая прохождение на его выход импульса запуска одновибратора 37 (25), при этом триггер 34 RS-типа устанавливается

II 11 11 11 в 0 или 1, обеспечивая через соотU Фк ° 11ttt,>x etI

П 6,„ 4 — напряжения на выходе соЬьtx4 ответственно фазового компаратора, квадратора 41, сумматора 4?, делительного устройства 43; — коэффициенты передачи фtI ь 44 фазового компаратора и квадратора 41, 1

При этом U66tx 42-cos 9, U5 при 1 4t В

Укаэанные напряжения с первого и второго выходов вычислительного блока поступают на вторые входы множительных устройств 24 и 25 через двухпоэиционные переключатели 38 и 39, ответствующие ключи 38 и 39 подачу на . вторые входы множительных устройств

,напряжений, пропорциональных корректируют!им множителям: при 0"1 на прямом выходе триггера 34 (-случай 1) — первый выход вычислительного блока (вы ход сумматора 42) подключается через ключ 38 к второму входу множителя 25, 50 в орой выход вычислительного блока (выход делителя 43) подключается чеpcs ключ 39 к второму входу множителя 24; при "1" на прямом выходе триг, гера 34 указанные выходы вычисли\ тельного блока через соответствующие ключи подключаются, соответственно, к второму входу множителя ?4 и к второму входу множителя 25.

Устройство для защиты от воздушного шума обеспечивает компенсацию пер1597604

i вичного воздушного шума не только при движениях головы оператора впе1 ред-назад, но и при отклонениях головы вправо-влево. Например, при отклонении вправо увеличивается емкость правой части дифференциального датчика и уменьшается емкость его левой части, что приводит к уменьшению напряжения П и увеличению напряжеЬ,г ния 1Б 1и, соответственно, к уменьР шению управляющего напряжения на выходе сумматора 26 первого канала преобразования и увеличению управляющего напряжения на выходе сумматора второго канала. В результате происходят дополнительная задержка сигнала в правом канале компенсации и уменьше-. ние задержки в левом канале компенсации, При этом предложенное устройство не обеспечивает 100% компенсации первичного воздушного шума при возможных отклонениях головы оператора О, однако оно позволяет улучшить указанную компенсацию в степени, оп- 25 ределяемой реальной диаграммой направленности излучателей 9 и 10, углом разворота боковых сторон l1 и 12 полукожуха и т.д., н пространственной области подавления шума путем слежения за смещением головы оператора О.

При этом лучшие результаты достигаются в случае использования набора— гирлянды излучателей, поскольку в этом случае пространственное компенсирующее звуковое поле точнее учиты"

35 вает конфигурацию звукового поля первичного шума..

Фо р мул а и з о бр е т ения

Устройство для защиты от воздушного шума, содержащее правый и левый каналы создания компенсирующего акустического поля, каждый из которых со- 45 держит последовательно соединенные приемник звука, усилитель и фильтр, а также излучатель звука, установленный на соответствующей боковой плоскости двойного звукоизолирующего полукожуха, окружающего голову оператора с трех сторон, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения области шумоподавления, оно содержит источник стабильного переменного напряжения, конденсатор, первый и второй каналы преобразования, каждый из которых состоит иэ последовательно соединенных усилителя, детектора, сглаживающего фильтра низких частот, множительного устройства и сумматора, имеюц1его три взвешенных входа, последовательно соединенные квадратор, двухвходовый сумматор и делительное устройство, первый и второй элементы И,первый и второй одновибраторы,RS-триггер,две цепочки формирования сигнала последовательно соединенных узкополосного фильтра и уси" лителя-формирователя, фазовый компа" ратор, первый и второй днухпозиционные ключи, первый.и второй регулируемые фазовращатели и емкостный диффе-. ренциальный датчик с изменяющимися диэлектрическими свойствами, при этом выход источника стабильного переменного напряжения через конденсатор подключен к общему электроду емкостного дифференциального датчика, правый электроц которого соединен с вхо-. дом первого канала преобразования, а левый электрод — с входом второго канала поеобразования, выход сглаживающего фильтра соединен с вторым входом сумматора, выход каждого канала преобразования соединен с управляющим входом, соответствующего регулируемого фазовращателя, вход которого соединен с выходом соответствующего фильтра, а выход — с соответствующим излучателем звука, выходы двухвходовото сумматора и длительного устройства соединены соответственно с входом первого двухпоэиционного ключа и с входом второго двухпоэиционного ключа, первые выходы указанных ключей соединены с вторым входом множительного устройства первого канала преобразователя, а вторые входы — с вторым входом множительного устройства второго канала преобразования, вход первой цепочки формирования сигнала соединен с выходом усилителя правого канала, а выход — с первым входом фазового компаратора и первым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом R триггера RS и через первый одновибратор — с вторым входом второго элемента И, вход второй цепочки формирования сигнала соединен с выходом усилителя левого канала, а выход — с вторым входом фазового компаратора, выход которого подключен к входу квадратора, и первым входом второго элемента И., выход которого соединен с входом S триггера типа RS и через второй одновибра1

1 597604

14

Составитель, С. Юдин редактор А, Коз ориз Техред М. Ходанич . Корректор M. Кучерявая

Заказ 3043 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прИ ГКИТ СЧСР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 тор — с вторым входом первого элемента И, прямой и инверсный выходы триггера типа RS соединены соответственно с управляющими входами первого и второго двухпозиционного ключа, третьи входы сумматоров соединены с выходами регулируемых источников напряжения, а электроды емкостного ди Аеренциального датчика выполнены в виде проводящих пластин, закрепленных с внутренней стороны на плоскостях двойного звукоизолирующего полукожуха.