Способ активного гашения акустического шума

Изобретение относится к средствам защиты от акустического шума, вызванного работающими системами вентиляции в жилых помещениях и в подвижных объектах. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности шумогашения и устойчивости работы при нестабильных акустических условиях. Способ включает возбуждение дополнительных шумовых полей, в котором сигналы для возбуждения дополнительных полей формируют с помощью цепи отрицательной обратной связи с использованием возбудителя акустического поля, акустического приемника давления, цепи управления предварительным усилителем и формирователя управляющего напряжения. При этом изменяют коэффициент усиления предварительного усилителя, подавая на вход формирователя управляющего напряжения сигнал дополнительного приемника давления, с временем опережения выходного сигнала основного приемника давления, удовлетворяющим условию: Топ≥3τс, Tоп=L/c, где Tоп - величина опережения выходного сигнала, τс - постоянная времени цепи управления предварительного усилителя. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике гашения шума вне ограниченной области, содержащей шумящий объект, а также при защите объекта от внешних шумов. В частности изобретение относится к средствам защиты от акустического шума, вызванного работающими системами вентиляции в жилых помещениях и в подвижных объектах.

Основа активных методов гашения акустических шумов и вибраций состоит в возбуждении таких дополнительных шумовых и вибрационных полей, интерференция которых с первичными полями приводит к заданному снижению остаточного уровня шумов в помещении. Разнообразие систем активного шумо- и виброгашения определяется способами формирования сигналов, обеспечивающих возбуждение дополнительных полей, разнообразием средств их возбуждения, особенностями объектов или характеристиками пространства, в котором обеспечивается активное гашение, и т.п. При этом наилучшими динамическими характеристиками эффективности обладают активные устройства шумогашения, в которых сигналы для возбуждения дополнительных полей формируются с помощью цепей отрицательной обратной связи. Такие устройства содержат хотя бы один возбудитель акустического поля (громкоговоритель, нагруженный на среду) и соответствующий акустический приемник давления (микрофон), расположенный в непосредственной близости от этого громкоговорителя.

Рассмотрим некоторые известные технические решения для гашения шумов.

Известны устройства для подавления шума (Авторские свидетельства СССР: №349011, 356819, 590807, 832578, 836655), суть работы которых заключается в том, что звуковой сигнал шума, воспринятый микрофоном, преобразуют в электрический и после обработки подают на динамик, который излучает звуковые волны той же частоты, но с фазой, противоположной падающим на микрофон волнам.

Устройство для подавления шума, содержащее микрофон, усилитель, фазовращатель и громкоговоритель, отличающееся тем, что в керне магнитной цепи громкоговорителя с обратной его стороны выполнена выемка, в которой помещен микрофон, звукоизолированный со стороны громкоговорителя. Авторское свидетельство СССР №356819, МПК H04R 9/06, 1972 г.

Устройство для подавления шума, содержащее ряд идентичных каналов, каждый из которых состоит из соединенных последовательно фильтра, фазовращателя и регулятора амплитуды, а также предварительный усилитель, выход которого подключен одновременно к фильтрам всех каналов, а вход - к датчику, усилитель мощности, вход которого соединен одновременно с выходами регуляторов амплитуды всех каналов, а выход - с громкоговорителем, отличающееся тем, что с целью повышения степени подавления шума по всему звуковому полю, оно снабжено камерой с источником шума и камерой компенсации, соединенными дополнительно введенными волноводами, причем громкоговоритель установлен на одной из стенок камеры компенсации. Авторское свидетельство СССР №836655, МПК H04R 9/06, 1981 г.

По мнению авторов, поскольку излучаемые динамиком звуковые волны противоположны по фазе звуковым волнам шума, то при одинаковой амплитуде тех и других они должны гасить друг друга. Вышеупомянутые устройства отличаются друг от друга степенью сложности электронного оборудования, преобразующего звуковой сигнал в электрический, а затем снова в звуковой, но противоположный по фазе исходному.

Хотя излучаемые звуковые волны шума и волны, излучаемые устройством, совпадают по частоте и, следовательно, являются когерентными, этого недостаточно для равномерного подавления шума во всей зоне подавления.

Для равномерного подавления необходимо, чтобы звуковые волны шума и волны, излучаемые устройством, были не только когерентны, но чтобы при этом совпадали по форме их поверхности волнового фронта и направления их распространения. В противном случае, когерентные волны, приходя в различные точки пространства, будут иметь разные фазы и в зависимости от разности фаз будут в одном месте гасить друг друга, а в другом усиливать. Форма волнового фронта, излучаемого устройством, зависит от формы излучающей поверхности.

Задача равномерного подавления шума во всей зоне подавления не решена этими устройствами.

Известно устройство для подавления шума, содержащее микрофон, диффузор для излучения волн в противофазе волнам шума и усилитель, подключенный к микрофону, расположенному с внутренней стороны диффузора, отличающееся тем, что содержит один или несколько вибраторов, расположенных на наружной стороне диффузора со стороны приходящих волн шума, при этом усилитель имеет регулируемый коэффициент усиления и подключен к вибраторам, причем для равномерного подавления шума во всей зоне подавления диффузор имеет форму, близкую форме волнового фронта волн приходящего шума. Патент Российской Федерации №2115960, МПК G10K 11/16, 1998 г.

Микрофон улавливает звуки шума, преобразует их в электрические сигналы, усиливаемые усилителем и затем подаваемые на вибраторы, которые заставляют колебаться излучающую поверхность в противофазе приходящим волнам шума, и в результате интерференции излучаемых волн с волнами шума, гасить последние. Излучающая поверхность (диффузор) имеет форму волновой поверхности приходящих волн шума, вибраторы расположены с наружной стороны этой поверхности, а микрофон - с внутренней. Вибраторы меняют фазу колебания на противоположную при перемене полярности питания. Устройство сложно в изготовлении и так как практически невозможно выполнить форму диффузора, близкую форме волнового фронта волн приходящего шума.

Устройство для подавления шумов предназначено для повышения эффективности подавления шумов. Для этого предлагаемое устройство снабжено первым микрофоном, соединенным последовательно с фильтром, фазовым детектором, регулируемым фазовращателем и вторым микрофоном, соединенным последовательно с блоком автоматической регулировки усиления, фильтром, фазовым детектором, регулируемым фазовращателем, причем оба микрофона нагружены на сумматор, последовательно связанный с громкоговорителем через регулятор амплитуды и длительности, и усилитель, при этом выход второго фильтра второго микрофона соединен с вторым входом фазового детектора первого микрофона. Заявка на изобретение Российской Федерации №92005264, МПК G10K 11/16, 1995 г.

Известен способ гашения шумов, согласно которому устанавливают измерительные микрофоны в узлах сетчатых структур, расположенных в два слоя и являющихся границами измерительной плоскости. Аналогичным образом устанавливаются и звуковые монопольные источники. Заявка на изобретение Российской Федерации №95107190, МПК: G10K 11/16, 1996 г.

Известен способ поглощения шумов, заключающийся в измерении превышения уровня шумов над санитарной нормой ΔL, отличающийся тем, что выявляют источники сверхнормативного шума, размещают на расстоянии r>λ от выявленных источников излучатели инфразвукового тона с длиной волны при удалении друг от друга d>λ/π, излучают в окружающее пространство инфразвуковую волну, интенсивность которой определяют из соотношения

,

где ΔL - величина превышения уровня шумов, дБ; P - интенсивность звукового давления, создаваемого излучателем инфразвукового тона, дБ; Pш - максимальная интенсивность шумов на гармонике, дБ; λ, λш, ΔL - длины волн инфразвукового тона и выявленной гармоники сверхнормативного шума, м. Патент Российской Федерации №2078477, МПК G10K 11/16, 1997.

Способ активного звукогашения заключается в том, что в направление распространения подавляемой сигнальной волны совместно и коллинеарно с нею излучают волну накачки с амплитудой, значительно большей амплитуды сигнальной волны, а частота и начальная фаза излучаемой волны больше в два раза частоты и начальной фазы подавляемой волны. В результате увеличивается эффективность звукогашения, обеспечивается подавление низкочастотного сигнала высокочастотной накачкой. Предотвращается попадание накачки в полосу пропускания приемного тракта локатора. Патент Российской Федерации №2185666, МПК G10K 11/16, 2002 г.

Известно устройство активного гашения шума, содержащее возбудитель акустического поля (громкоговоритель, нагруженный на среду) и соответствующий акустический приемник давления (микрофон), расположенный напротив этого громкоговорителя. Инвертирующий усилитель и компенсатор включены в цепь отрицательной обратной связи. В состав цепи отрицательной обратной связи входят и громкоговоритель, и микрофон, причем выход микрофона соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входом компенсатора, а выход компенсатора - с входом инвертирующего усилителя, к выходу которого подключен громкоговоритель. Патент США №4527282, МПК G11K 11/00, 1985.

Практическое применение устройства малоэффективно из-за снижения устойчивости работы под действием случайных быстрых перепадов воздушного давления в помещении, вызванного открыванием окон и дверей, сквозняками, перепадами температуры, порывами ветра, различными перемещения и т.п., характеризующими акустическую нестабильность условий работы устройства.

Известен способ и устройство для активного гашения акустического шума, содержащее возбудитель акустического поля (громкоговоритель), нагруженный на среду, и соответствующий акустический приемник давления (микрофон), расположенный напротив этого громкоговорителя. Инвертирующий усилитель и компенсатор включены в цепь обратной связи, в состав которой входят и громкоговоритель и микрофон, причем выход микрофона соединен с входом предварительного усилителя с электрически управляемым коэффициентом передачи, выход предварительного усилителя соединен с входом компенсатора, выход компенсатора соединен с входом инвертирующего усилителя, к выходу которого подключен громкоговоритель, а управляющий вход предварительного усилителя соединен с выходом формирователя управляющего напряжения, вход которого соединен с выходом микрофона.

Выходное напряжение микрофона поступает одновременно на вход предварительного усилителя с электрическим управлением коэффициентом передачи и на вход формирователя управляющего напряжения, обеспечивая возможность адаптивного изменения коэффициента передачи цепи обратной связи под действием управляющего напряжения, соответствующего перепадам воздушного давления. Патент США №5848169, МПК G11К 11/00, 1998 г. Прототип.

При быстрых перепадах воздушного давления формирование управляющего напряжения отстает от процесса формирования перепада воздушного давления. Поскольку величина быстрых перепадов воздушного давления достигает 90 и более дБ относительно давления, характеризующего порог слышимости, отставание процесса формирования управляющего напряжения приводит к возбуждению в цепи обратной связи переходного процесса, снижающего эффективность действия устройства активного гашения шумов и возбуждающего в помещении характерный шумовой отклик, что является его существенным недостатком.

Данное изобретение устраняет недостатки аналога и прототипа.

Техническим результатом изобретений является повышение эффективности шумогашения и устойчивости работы при нестабильных акустических условиях.

Технический результат достигается тем, что в способе для активного гашения акустического шума вентиляционных систем, включающем возбуждение дополнительных шумовых полей, в котором сигналы для возбуждения дополнительных полей формируют с помощью цепи отрицательной обратной связи с использованием возбудителя акустического поля, акустического приемника давления, цепи управления предварительным усилителем и формирователя управляющего напряжения, изменяют коэффициент усиления предварительного усилителя, подавая на вход формирователя управляющего напряжения сигнал дополнительного приемника давления, с временем опережения выходного сигнала основного приемника давления, удовлетворяющим условию: Топ≥3τc, Tоп=L/c, где Tоп - величина опережения выходного сигнала, τc - постоянная времени цепи управления предварительного усилителя.

В устройство для активного гашения акустического шума вентиляционных систем, содержащее формирователь управляющего напряжения, излучатель и приемник давления, расположенный перед излучателем, электрически соединенные цепью обратной связи, в которой последовательно установлены предварительный усилитель с электрически управляемым коэффициентом передачи, компенсатор и усилитель мощности, нагруженный на излучатель, выход формирователя управляющего напряжения соединен с управляющим входом предварительного усилителя, а его вход - с выходом приемника давления, введен дополнительный приемник давления, выход которого соединен со вторым входом формирователя управляющего напряжения, дополнительный приемник давления установлен со смещением относительно основного. Величина смещения определена из соотношения соотношений Tоп≥3τc, Tоп=L/c, где Tоп - величина опережения выходного сигнала, τc -постоянная времени цепи управления предварительного усилителя, L - смещение дополнительного приемника давления относительно основного, c - скорость звука в воздухе.

Сущность изобретений поясняется на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, где 1 - вентиляционный канал (ввод в помещение), 2 - приемник давления (микрофон), 3 - предварительный усилитель с электрически управляемым коэффициентом передачи, 4 - компенсатор, 5 - инвертирующий усилитель, 6 - излучатель, 7 - дополнительный приемник давления, 8 - формирователь управляющего напряжения. Стрелкой А обозначено направление распространения акустического шума.

На фиг.2 представлена зависимость эффективности устройства гашения акустических шумов В в рабочей полосе частот 60…500 Гц при действии в помещении перепадов воздушного давления до 90 дБ относительно давления, характеризующего порог слышимости. Зависимость получена при отношении сигнала к шуму в цепи обратной связи, превышающем 36 дБ.

Реализацию способа приведем на примере работы устройства. Акустический шум, распространяющийся по вентиляционному каналу 1 в направлении, указанном стрелкой А, возбуждает на выходе приемника давления 2 (основного) напряжение, передаваемое на вход предварительного усилителя 3 с электрически управляемым коэффициентом передачи и на вход формирователя управляющего напряжения 8. Выходное напряжение предварительного усилителя 3 поступает на вход компенсатора 4. Компенсатор 4 обеспечивает фазовый сдвиг спектральных составляющих выходного напряжения усилителя 3 и снижает общий уровень шумов, действующих на приемник давления 2 в результате интерференции шума, поступающего по вентиляционному каналу 1, и шума, возбуждаемого излучателем 6, выходным напряжением инвертирующего усилителя 5, вход которого подключен к выходу компенсатора 4.

Работа устройства при дестабилизирующем действии перепадов воздушного давления обеспечена на управляющем входе предварительным усилителем 3 с электрически управляемым коэффициентом передачи выходного напряжения формирователя управляющего напряжения 8. На вход формирователя управляющего напряжения 8 поступают сигналы от приемника давления 2, установленного перед излучателем (громкоговорителем) 6, и от дополнительного приемника давления 7, установленного со смещением L относительно приемника давления 2, в результате чего выходной сигнал приемника давления 7 опережает выходной сигнал приемника давления (микрофона) 2. Величина опережения Топ определена из условия Tоп≥3τc, где τc - постоянная времени цепи управления предварительного усилителя 3. При этом Tоп=L/c, где L - смещение дополнительного приемника давления (микрофона) 7 относительно основного приемника давления (микрофона) 2, c - скорость звука в воздухе.

Способ активного гашения акустического шума вентиляционных систем, включающий возбуждение дополнительных шумовых полей, в котором сигналы для возбуждения дополнительных полей формируют с помощью цепи отрицательной обратной связи с использованием возбудителя акустического поля, акустического приемника давления, цепи управления предварительным усилителем и формирователя управляющего напряжения, отличающийся тем, что изменяют коэффициент усиления предварительного усилителя, подавая на вход формирователя управляющего напряжения сигнал дополнительного приемника давления, с временем опережения выходного сигнала основного приемника давления, удовлетворяющим условию:
Топ≥3τс, Tоп=L/c,
где Tоп - величина опережения выходного сигнала;
τс - постоянная времени цепи управления предварительного усилителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам защиты от акустического шума, вызванного работающими системами вентиляции в жилых помещениях и в подвижных объектах. .

Изобретение относится к защитным средствам для ушей. .

Изобретение относится к авиационной технике и предназначено для понижения уровня шума моторных летательных аппаратов. .

Изобретение относится к электронным устройствам и может быть использовано для защиты информации по акустическим каналам. Достигаемым техническим результатом является возможность формирования низкочастотного сигнала с расширенным частотным диапазоном и улучшенными характеристиками распространения. Генератор акустических шумов содержит блок управления, блок индикации, блок контроля, блок питания и заряда аккумулятора, аккумулятор, формирователь низкочастотного сигнала и исполнительный блок вращения, при этом формирователь низкочастотного сигнала выполнен в виде цилиндрического корпуса, на внутренней поверхности которого равномерно выполнены выступы, в корпусе соосно его оси установлен шток с возможностью вращения, на котором жестко закреплены одни концы несущих элементов, на других концах которых установлены первые контактные элементы с возможностью их поступательного перемещения вдоль несущих элементов и возможностью взаимодействия с выступами корпуса, на наружной поверхности корпуса равномерно установлены вторые контактные элементы с возможностью их взаимодействия с корпусом, причем шток формирователя низкочастотного сигнала кинематически соединен с исполнительным блоком вращения. 3 ил.

Использование: в способе и устройстве для подавления узкополосных шумов в пассажирском салоне транспортного средства. Сущность: устройство для подавления шума в пассажирском салоне транспортного средства включает в себя, по меньшей мере, один преобразователь, программируемый компьютер, по меньшей мере, один акустический датчик, причем компьютер сконфигурирован таким образом, чтобы применять электроакустическую модель пассажирского купе к модели корректирующей системы, содержащей центральный регулятор с фиксированными коэффициентами, присоединенный к блоку с переменными коэффициентами, содержащему параметр Юлы, в виде блока Q Юлы. В способе первая стадия включает в себя определение и расчет электроакустической модели и закона управления по меньшей мере для одной предварительно заданной частоты шума. На второй стадии, в режиме реального времени, компьютер применяет закон управления к электроакустической модели в соответствии с текущей частотой шума, подлежащего подавлению. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области акустических средств активного шумоподавления. Система подавления шумов содержит микрофон, формирующий зарегистрированный сигнал, и преобразователь звука, излучающий звуковой сигнал подавления звука в аудиосреде. А также цепь обратной связи от микрофона к преобразователю звука, содержащую неадаптивный фильтр подавления и переменное усиление. Шумоподавитель содержит детектор усиления, который определяет усиление вторичного тракта, по меньшей мере, для части вторичного тракта в контуре обратной связи. Вторичный тракт может включать в себя микрофон, преобразователь звука и акустический тракт между ними, но не включает в себя неадаптивный фильтр подавления или переменное усиление. Регулятор усиления регулирует усиление у переменного усиления в ответ на усиление вторичного тракта. Технический результат - повышение эффективности шумоподавления. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области акустики, в частности к системам шумоподавления. Система активного шумоподавления с ультразвуковым излучателем состоит из микрофона, аналого-цифрового преобразователя, устройства обработки полученного сигнала, цифроаналогового преобразователя, ультразвукового излучателя, генератора высокочастотного излучения со смесителем, широкополосного усилителя, акустического фильтра. При этом генератор и смеситель расположены между устройством обработки сигнала и цифроаналоговым преобразователем, а усилитель мощности своим входом соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход усилителя соединен с пьезоэлектрическим преобразователем, выход преобразователя соединен со входом акустического фильтра. Технический результат - расширение спектра излучаемых частот. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к демпфированию механических колебаний, в частности к средствам активного гашения вибраций. Устройство содержит датчики периода вращения валов механизмов, равное число компенсирующих источников и контрольных приемников, установленных на фундаментной конструкции, электронный тракт системы гашения, состоящий из анализатора, дискретного интегратора, синтезатора, формирователя экспоненциальных функций, измерителя периода. Выходы датчиков периода вращения валов механизмов соединены с входами формирователя экспоненциальных функций и входами измерителя периода. Выходы контрольных приемников соединены с первыми входами анализатора, а выход измерителя периода соединен со вторым входом анализатора. Выход формирователя экспоненциальных функций соединен с третьим входом анализатора и первым входом синтезатора. Устройство снабжено модальным синтезатором, при этом выход анализатора последовательно соединен с входом модального анализатора, дискретного интегратора, модального синтезатора и вторым входом синтезатора, выходы которого соединены с входами компенсирующих источников. Технический результат - повышение эффективности гашения вибраций. 1 ил.

Изобретение относится к средствам активного гашения вибраций для компенсации (гашения) вибраций фундаментных конструкций, возбуждаемых роторными машинами и механизмами. Устройство содержит датчики периода вращения валов механизмов, равное число компенсирующих источников и контрольных приемников, установленных на фундаментной конструкции, электронный тракт системы гашения, состоящий из анализатора, дискретного интегратора, синтезатора, формирователя экспоненциальных функций, измерителя периода. Причем выходы датчиков периода вращения валов механизмов соединены с входами формирователя экспоненциальных функций и входами измерителя периода. Выходы контрольных приемников соединены с первыми входами анализатора. Выход измерителя периода соединен со вторым входом анализатора. Выход формирователя экспоненциальных функций соединен с третьим входом анализатора и первым входом синтезатора. Кроме того, устройство содержит модальный анализатор, модальный синтезатор, коммутатор и калибратор. При этом выход анализатора соединен с входом модального анализатора. Выход модального анализатора параллельно соединен с первым входом дискретного интегратора и входом калибратора, первый выход которого соединен со вторым входом дискретного интегратора, а второй выход соединен с первым входом коммутатора. Выход дискретного интегратора соединен со вторым входом коммутатора, который в свою очередь последовательно соединен с входом модального синтезатора и вторым входом синтезатора, выходы которого соединены с входами компенсирующих источников. Технический результат заключается в повышении эффективности гашения вибрации фундаментных конструкций, возбуждаемых роторными машинами и механизмами. 1 ил.

Изобретение относится к обработке аудиосигнала и, в частности, к устройству и способу для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука путем объединения активного шумоподавления и компенсации воспринимаемого шума, например, путем улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука через головные телефоны. Устройство содержит модуль (110) активного шумоподавления для генерирования сигнала шумоподавления на основе окружающего аудиосигнала, при этом окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума. Кроме того, устройство содержит модуль (120) оценки характеристик остаточного шума для определения характеристики остаточного шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления. Кроме того, устройство содержит модуль (130) компенсации воспринимаемого шума для генерации скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала и на основе характеристики остаточного шума. Кроме того, устройство содержит модуль (140) объединения для объединения сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала для получения выходного аудиосигнала. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к средствам защиты от акустического шума, вызванного работающими системами вентиляции в жилых помещениях и в подвижных объектах

Наверх