专利名称：一种自适应调频半主动噪声控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种封闭空间(舱室)噪声控制技术，特别是一种基于点积控制算法的自适应调频半主动噪声控制方法。
背景技术：
室内或舱室噪声作为一个重要的环境污染，越来越受到人们的重视。室内或舱室噪声控制在军事和民用领域都是一项非常重要的工作。利用亥姆霍兹共振器吸声是一项应用广泛的吸声降噪技术，由于它结构简单，又能有效的控制频率变化范围较小的噪声，所以亥姆霍兹共振器已成为实施噪声控制的重要手段。然而，传统的亥姆霍兹共振器的吸声频率是在设计之初就确定的，不能随激扰频率和系统特性的变化而改变，因此，当噪声源或声场激励频率发生改变时，其吸声性能就会大大降低，甚至起不到吸声的作用。参数可调的亥姆霍兹共振器属于半主动吸声技术范畴，其具有控制系统相对简单、成本较低、运行可靠等优点，较主动吸声技术更便于工程实际应用，得到了广泛的研究。通过改变吸声器的参数，颈部面积、颈部长度和共振腔体积等来调节共振器的吸声频率和吸声特性，使吸声器的工程实际应用前景较大。
然而，半主动噪声控制技术的关键环节是半主动控制算法，即通过什么的控制方法和控制律设计能够实现吸声器参数的在线调节。没有半主动控制算法，便不能达到半主动控制的目的，只能通过手动调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现吸声器吸声频率的自动调节，从而实现空间噪声的半主动控制等的一种自适应调频半主动噪声控制方法。
本发明的目的是这样实现的 利用两个传声器测量半主动吸声器-亥姆霍兹共振器的内部声压信号和开口处声压信号，经过滤波后，通过在一个周期内的积分值来判断共振器的共振频率是否处于激扰频率处，如果共振频率偏离激扰频率则DSP控制器发出相应的控制信号通过步进电机驱动器驱动步进电机的运转。
所述的通过在一个周期内的积分值来判断共振器的共振频率是否处于激扰频率处的方法为半主动吸声器-亥姆霍兹共振器共振频率的正确调节在共振器内部声压与共振器开口处声压保持正交时获得，其点积法通过计算共振器的内部声压
和开口处声压幅值
在一个周期内积分值来实现， 1)单频激励下，时域信号点积值与两个速度之间的相位角有关 点积值的符号用于吸振器的频率调整，点积值为正的则表明共振器的共振频率高于激励频率；点积值为负则表明共振器器的共振频率低于激励频率；点积值的大小还提供了调整共振频率的偏差大小的信息； 2)在宽频激励下，点积值是两个信号在任意一个周期内的积分，这个积分值等于两个信号pint和pext的互相关函数
在τ＝0时的值，其中 互相关函数
由两个信号的交叉谱G(ω)的傅立叶逆变换得到 运用交叉谱的实部和虚部的奇偶性，点积值表示为 对点积值规一化，点积值xp为 与现有技术相比，本发明的优点在于 首先，本发明可以自动监测封闭空间的声压信号的变化，通过判断点积值的大小来控制步进电机的转动而调整吸声器的共振频率，使得吸声器的共振频率始终与激扰频率保持一致，使吸声器的控制效果始终处于最佳。
其次，本发明所采用的控制器为DSP，其卓越的运算速度使得本发明中的半主动控制系统反应时间迅速，能快速捕捉激扰信号变化和快速改变半主动吸声器的工作状态，故半主动控制系统的系统反应时间较短，能够及时追踪到激扰频率，从而使吸声器发挥最佳的效果。
综上所述，本发明提供了一种自适应调频半主动噪声控制方法，且能够进行实时的调整，能够满足对于追踪激扰频率的要求，使用本发明后的吸声器的整体性能都能得到有效地提高。
图1是本发明的半主动吸声器自适应控制系统的示意图； 图2是本发明半主动吸声器自适应控制系统流程图； 图3(a)-图3(c)242Hz激励时封闭空间内半主动噪声控制效果，其中 图3(a)封闭空间内半主动吸声器开口处的声压幅值控制曲线、 图3(b)吸声器开口直径的变化曲线、 图3(c)点积值变化曲线； 图4212Hz激励时封闭空间内半主动噪声控制效果，其中 图4(a)封闭空间内半主动吸声器开口处的声压幅值控制曲线、 图4(b)吸声器开口直径的变化曲线、 图4(c)点积值变化曲线. 具体实施例方式 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述 结合图1，自适应调频半主动噪声控制装置的组成包括作为被控制的封闭声场1；传声器3、传声器4、带通滤波器5、DSP控制器6、步进电机驱动器7、直流电源8、步进电机9和半主动吸振器2构成了半主动噪声控制系统。封闭系统1中上安装了半主动吸振器-亥姆霍兹共振器2，并被传声器3测取其亥姆霍兹共振器内部声压信号，而传声器4测取亥姆霍兹共振器开口处声压信号，两个信号同时通过带通滤波器5中，由滤波器5中输出的信号接入DSP控制器6中。
DSP控制器6中的控制程序根据输入的两个信号，对这两个信号进行点积处理，判断累加点积值的大小，运算后输出相应的脉冲控制信号给步进电机驱动器7，从而驱动步进电机9运转。步进电机9通过相应的执行机构改变亥姆霍兹共振器2的开口面积，从而改变亥姆霍兹共振器2的共振频率，使之趋于激扰频率。
结合图2，下面对本发明中的点积算法的实现进行详细地说明 封闭声场1中的激扰频率发生变化，使得处于其中的半主动吸声器-亥姆霍兹共振器2的吸声效果减弱。点积算法对亥姆霍兹共振器2开口处和内部两个声压信号先进行归一化处理，并且在整个周期内乘积相累加。DSP控制器6根据累加点积值的大小向步进电机驱动器7发出相应的脉冲控制信号。
1)当累加点积值大于零时，DSP控制器6向步进电机驱动器7发出正向转向脉冲以及相应的行进脉冲信号，步进电机9正转，通过相应的执行机构使亥姆霍兹共振器2的颈部开口面积变小，从而减低亥姆霍兹共振器2的共振频率。
2)当累加点积值小于零时，DSP控制器6向步进电机驱动器7发出反向转向脉冲以及相应的行进脉冲信号，步进电机9反转，通过相应的执行机构使亥姆霍兹共振器2的颈部开口面积变大，从而使亥姆霍兹共振器2的共振频率增大。
3)当累加点积值趋于零时，DSP控制器6不向步进电机驱动器7发出转向脉冲以及相应的行进脉冲信号，步进电机9停转，亥姆霍兹共振器2的颈部开口面积和共振频率保持不变。
当累加点积值趋于零时，亥姆霍兹共振器2的共振频率不变，说明其共振频率趋向于激扰频率，整个半主动噪声控制系统准确的追踪到激扰频率的变化。
通过一实例来验证本发明的半主动噪声控制方法的有效性。实验中所用封闭空间尺寸长L1＝0.82m，宽L2＝0.72m，高L3＝0.6m。H.R.采用有机玻璃制成。H.R.的腔体为一段有机玻璃管，外径为90mm，内径为80mm，长度为200mm。整个H.R.与声腔的体积比约为0.28％。242Hz和212Hz为该封闭空间的固有频率，因此，实验主要针对这两个频率激励时的声场进行噪声控制。
图3和图4分别为242Hz和212Hz激励时封闭空间内半主动噪声控制效果。由图3可以看出，声压点积值曲线趋于0，达到了预期值，H.R.开口的直径由原始的36mm，经过自适应调节最后的开口直径调整为23.3mm。经计算，H.R.的共振频率由279Hz，调整为246.1Hz，基本接近242Hz的激励频率。由图4可以看出，声压点积值曲线趋于0，达到了预期值，H.R.开口的直径由原始的36mm，经过自适应调节，最后的开口直径调整为17.2mm。经计算，H.R.的共振频率由279Hz，调整为209.7Hz，基本接近212Hz的激励频率。从而验证了本发明半主动噪声控制方法的有效性。
权利要求
1、一种自适应调频半主动噪声控制方法，其特征是利用两个传声器测量半主动吸声器-亥姆霍兹共振器的内部声压信号和开口处声压信号，经过滤波后，通过在一个周期内的积分值来判断共振器的共振频率是否处于激扰频率处，如果共振频率偏离激扰频率则DSP控制器发出相应的控制信号通过步进电机驱动器驱动步进电机的运转。
2、根据权利要求1所述的所述的自适应调频半主动噪声控制方法，其特征是所述的通过在一个周期内的积分值来判断共振器的共振频率是否处于激扰频率处的方法为半主动吸声器-亥姆霍兹共振器共振频率的正确调节在共振器内部声压与共振器开口处声压保持正交时获得，其点积法通过计算共振器的内部声压
和开口处声压幅值
在一个周期内积分值来实现，
1)单频激励下，时域信号点积值与两个速度之间的相位角有关
点积值的符号用于吸振器的频率调整，点积值为正的则表明共振器的共振频率高于激励频率；点积值为负则表明共振器器的共振频率低于激励频率；点积值的大小还提供了调整共振频率的偏差大小的信息；
2)在宽频激励下，点积值是两个信号在任意一个周期内的积分，这个积分值等于两个信号pint和pext的互相关函数
(τ)在τ＝0时的值，其中
互相关函数
由两个信号的交叉谱G(ω)的傅立叶逆变换得到
运用交叉谱的实部和虚部的奇偶性，点积值表示为
对点积值规一化，点积值xp为
全文摘要
本发明提供的是一种自适应调频半主动噪声控制方法。利用两个传声器测量半主动吸声器-亥姆霍兹共振器的内部声压信号和开口处声压信号，经过滤波后，通过在一个周期内的积分值来判断共振器的共振频率是否处于激扰频率处，如果共振频率偏离激扰频率则DSP控制器发出相应的控制信号通过步进电机驱动器驱动步进电机的运转。本发明且能够进行实时的调整，能够满足对于追踪激扰频率的要求，使用本发明后的吸声器的整体性能都能得到有效地提高。
文档编号G10K11/172GK101546552SQ20091007170
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者杨铁军, 靳国永, 李玩幽, 叶黎明, 刘志刚 申请人:哈尔滨工程大学