一种用于主动降噪的装置及其降噪优化方法与流程

本发明涉及一种用于主动降噪的装置及其降噪方法，属于噪声控制领域。

背景技术：

随着现代工业的迅速发展和人们对于生活质量要求的不断提升，环境污染问题越来越引起人们的关注。其中噪声污染与水污染、大气污染被看成是世界范围内的三大污染。噪声污染也如同其他污染一样，广泛的存在于我们生活的方方面面。噪声又有高强度和低强度之分，其中低强度的噪声在一般情况下对人的身心健康没有什么大的害处，但是高强度的噪声却极易影响人们的身心健康，会使人精神不振、身心疲劳、记忆力减退，在长时间接触后甚至会引起疾病。在城市生活中噪声污染的来源主要有交通噪声、工业噪声、施工噪声和社会生活噪声四种。在这四种噪声中，无论是汽车的发动机噪声、发电厂的风电机、工地的鼓风机噪声还是家中的排风扇噪声，无不存在着风机噪声的影响，

在进行管道主动降噪的实验时，由于初级噪声源的不同因此欲采集尽可能不失真的声信号，传声器的布放位置也不尽相同，而且由于不同实验室扬声器大小规格不同，所以扬声器固定装置需要能够适应不同大小规格的扬声器，此外传统布防扬声器时一般需要在管道上开洞或者开槽，这又会使主动降噪实验中存在漏风、漏音的情况。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种用于主动降噪的装置，通过滑块在管道中的滑动以及螺杆与滑块的配合，能够调整传声器的水平位置和竖直位置，克服传声器在管道内部位置难固定的问题。

本发明的另一发明目的，通过密封带解决管道漏风、漏音的问题。

本发明的还提供一种用于主动降噪的装置的降噪方法，通过调节传声器与扬声器的水平位置和在管道内部的竖直位置，确定两个传声器采集到的数据相关度最大时传声器的位置，提高降噪效率。

本发明提供的技术方案为：

一种用于主动降噪的装置，包括：

管体，其顶部中间位置具有开口；

扬声器，其设置在所述开口处；

两个滑槽，其沿所述管体轴线方向对称开设在所述扬声器两侧；

声源，其同轴设置在所述管体一端；

两个滑块，其分别匹配设置在所述滑槽上，并能够沿所述滑槽滑动，所述滑块上沿垂直于所述管体轴线方向开设有内螺纹孔；

两个螺杆，其具有外螺纹；

其中，所述外螺纹与所述内螺纹孔相匹配，使所述螺杆穿过滑块并相对于所述滑块竖直运动；

两个传声器，其分别设置在所述螺杆底部；

降噪机构，其同时与所述扬声器、所述两个传声器电连接。

优选的是，所述开口为方形口。

优选的是，还包括：

底座，其设置在所述方形口上，所述底座包括两个相对设置的第一板和与其匹配连接的两个第二板；

其中，所述两个第一板沿所述管体轴线方向相对设置，所述第二板具有向上拱起的弧形口；

四个弧形板，其分别匹配设置在所述第一板和所述第二板上，用于与所述管体外壁贴合；

固定盒，其设置在所述底座上，所述固定盒顶部具有开口，底部开设有圆形口；

四个槽口，其开设在所述固定盒底部四角，并沿所述固定盒底部的对角线方向对称设置，用于固定扬声器；

盒盖，其与所述固定盒匹配设置；

其中，所述扬声器的发生口与所述圆形口同轴设置，所述降噪机构设置在所述盒盖上。

优选的是，所述管体两端设置有划片，其为圆弧形结构，所述划片一侧为封闭结构，另一侧具有开口。

优选的是，还包括密封带，其覆盖设置在所述滑槽上，所述密封带包括：

第一段弹性密封带，其覆盖在所述滑槽上，所述第一段弹性密封带一端与所述划片固定连接，另一端与所述滑块一端固定连接；

第二段密封带，其覆盖在所述滑槽上，所述第二段密封带一端与所述滑块另一端固定连接，另一端与所述扬声器固定装置固定连接。

优选的是，所述滑块底部安装有遮挡片，所述遮挡片上设置有凸起，能够与所述滑槽卡合，使所述滑块在所述滑槽内滑动。

优选的是，还包括：传声器支座，其具有内螺纹，并且匹配套设在所述螺纹杆的底部。

优选的是，所述管体底部设置有至少两个支撑底座。

一种用于主动降噪的装置的降噪优化方法，其特征在于，包括：

启动声源和降噪机构，分别调整两个传声器与扬声器之间的水平距离和传声器与管体顶部之间的竖直距离，使两个传声器采集到的数据的相关度最大，从而达到最优降噪效果。

优选的是，所述相关度最大时传声器的位置为：所述两个传声器与扬声器的水平距离均为15cm，传声器与管体顶部之间的竖直距离为8cm。

本发明所述的有益效果：本装置解决了管道内主动降噪过程中传声器布放、固定难的问题，并考虑了滑槽存在漏风、漏音的问题，采用了密封装置进行了处理；使主动降噪装置的安装过程大为简化；允许在同一管道上使用不同规格尺寸的扬声器；允许实验人员按照自己的意愿快速的调整参考传声器和误差传声器的位置；可适用于有较大风压和噪声的实验环境；对其他复杂管道设计提供了良好的借鉴作用。

同时，通过调节传声器与扬声器的水平位置和在管道内部的竖直位置，确定两个传声器采集到的数据相关度最大时传声器的位置，提高降噪效率。

附图说明

图1为本发明所述的用于主动降噪的装置的结构爆炸图。

图2为本发明所述的用于主动降噪的装置的侧视图。

图3为本发明所述的用于主动降噪的装置的俯视图。

图4为本发明所述的扬声器固定装置的结构示意图。

图5为本发明所述的降噪机构的处理原理图。

图6为本发明所述的降噪实验中采集的0-2000hz噪声频谱图。

图7为本发明所述的降噪实验中所采集噪声的三分之一的倍频程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-7所示，本发明提供一种用于主动降噪的装置，包括：管体100、滑槽110、方形口120、底座130、声源141、扬声器固定装置、扬声器171、滑块150以及螺杆160。

管体100为圆柱形结构，内部具有容纳腔，两端具有开口，管体100沿轴向水平放置，在管体100顶部，位于管体100的中心位置，开设有方形口120，扬声器固定装置170；声源支座140为圆形结构，一侧向外延伸形成延伸部，用于与管体100配合，将声源支座140固定在管体一端，声源141设置在声源支座上，位于管体100的一端，与管体100同轴设置。

在方形口120两侧，沿管体100的轴线方向，对称开设有两个滑槽110，两个滑块150匹配设置在滑槽110上，能够在滑槽110内滑动；在滑块150上，沿垂直于管体100的轴线方向上，开设有内螺纹孔，螺杆160的一端自上而下穿过内螺纹孔后，与传声器支座163匹配连接，通过螺杆160与内螺纹孔的配合，使螺杆160能够沿着内螺纹孔上下运动。传声器支座163上设置有传声器161，通过螺杆160上下运动，改变传声器161在管体100内的竖直位置，同时通过移动滑块150，使滑块150在管道上的水平位置发生变化，进一步改变传声器161在管体100内的水平位置。

其中，螺杆160的直径小于滑槽110的宽度。

在滑块150的底部，固定设置遮挡片151，在遮挡片151上，沿管体100的轴线方向，设置有凸起，能够与滑槽110相配合，使滑块150能够沿着滑槽110滑动。遮挡片151为十字形或者t形。

设计遮挡片151的目的是为了遮挡掉滑槽110的一部分间隙，减少漏风量；滑槽110正中有一贯穿的螺纹孔，螺纹孔的直径小于滑槽110的宽度，以方便螺杆160穿过；滑槽110和滑块150的配合部分的凸起采用间隙配合，以方便滑块150在滑槽110内滑动。由于传声器固定在滑块150上，因此滑块150的移动实现了传声器在水平方向上的移动。

扬声器固定装置固定设置在方形口120上，包括底座、四个弧形板、固定盒170以及盒盖180，其中底座设置在方形口上，包括两个第一板172a和两个第二板172b，其中，两个第一板172a上设置有向上拱起的弧形开口，并且两个第一板172a沿着垂直于管体100的轴线方向相对设置，两个第二板172b匹配连接在两个第一板172a之间，形成底座，四个弧形板174分别匹配设置在两个第一板172a和两个第二板172b的外侧，用于与管体100紧密接触，将底座固定在管体100上，固定盒170设置在底座的顶部，固定盒170顶部具有开口，底部开设有圆形口173a，在固定盒170的四角，沿固定盒170的对角线方向，开设有四个直槽口173b，用于固定扬声器171；安装扬声器171时，扬声器171发声口与圆形口173a同心，扬声器171的四角通过螺钉固定在直槽口173b上，这一结构可适用于不同规格大小扬声器的安装；固定盒170为正方形结构，顶部用盒盖180将其盖住，防止实验时从扬声器处漏音，盒盖180的上有一个开孔，方便导线连接到扬声器，盒盖180顶部上设置有凹槽，可以放置降噪机构181。降噪机构181分别与扬声器171和两个传声器电连接。

在本发明中，作为一种优选降噪机构选用dsp电路板。

在管体100的两端，还设置有划片190，划片190的一侧为封闭结构，另一侧具有开口，用于匹配设置在管体100上，划片190的开口将划片190分为三部分，包括顶部片开口和底部片，其中，顶部片位于管道外部，底部片位于管道内部，在底部片上开设有槽口，用于遮挡片在滑动到极限位置时穿出。

两个密封带分别覆盖在滑槽110的顶部，包括第一段密封带和第二段密封带，第一段密封带的一端与划片190固定连接，另一端与滑块的一端固定连接，第二端密封带的一端与滑块的另一端固定连接，另一端与扬声器固定装置固定连接，由于橡胶带直接贴合在管壁上且两端紧紧固定，所以无论滑块150如何移动，由于橡胶带有弹性便可紧紧将滑槽盖住，起到良好的密封效果。

本装置解决了管道内主动降噪过程中传声器布放、固定难的问题，并考虑了滑槽存在漏风、漏音的问题，采用了密封装置进行了处理；使主动降噪装置的安装过程大为简化；允许在同一管道上使用不同规格尺寸的扬声器；允许实验人员按照自己的意愿快速的调整参考传声器和误差传声器的位置；可适用于有较大风压和噪声的实验环境；对其他复杂管道设计提供了良好的借鉴作用。

本发明还提供一种用于主动降噪管道的降噪方法，通过调节传声器与扬声器的水平位置和在管道内部的竖直位置，确定两个传声器采集到的数据相关度最大时传声器的位置，提高降噪效率，具体包括：

步骤一、将管道各部件进行装配，声源141选用风机，风机的出风口与声源支座140上的圆形孔同轴配合，确定螺杆160和滑块150的位置，使密封带紧密贴合在管体100的滑槽110上，在管体100的内壁粘贴吸声材料，启动风机，设定靠近风机的传声器为参考传声器，远离风机的传声器为误差传声器；

步骤二、在参考传声器距离扬声器的水平距离为10cm或15cm并且螺杆旋入到管体100内部8cm时，(即传声器的中心位置距离管体顶部内壁的距离为8cm)，分多次调整误差传声器的位置，进行仿真实验，分析噪声频率在200hz到1000hz范围内，参考麦克风和误差麦克风所采集的数据的相关度(相关度为幅值平方相关度，即先计算参考麦克风和误差麦克风采集的信号的互动率谱，再将其平方后除以两个信号功率之积)；

相关度coh²(f)的计算公式为：其中，px(n)·e(n)为参考麦克风和误差麦克风采集的信号的互动率谱，px(n)为参考麦克风的信号功率谱，pe(n)为误差麦克风的信号功率谱；相关度最大时所对应的参考麦克风和误差麦克风的位置，为最佳位置；在相关度最大时，使用主动降噪管道进行降噪取得最好的主动降噪效果。

在参考麦克风距离扬声器的水平距离为10cm，螺杆旋入长度8cm时，调整误差传声器的位置，计算采集到的信号相关度，见表1

表1

在参考麦克风距离扬声器的水平距离为15cm，螺杆旋入长度8cm时，调整误差传声器的位置，计算采集到的信号相关度，见表2

表2

如表1和表2所示，当参考麦克风和误差麦克风距离扬声器的水平距离均为15cm，同时，螺杆选入的长度为8cm时，降噪效果最优。

步骤三、在参考麦克风和误差麦克风距离扬声器的水平距离均为15cm，同时，螺杆选入的长度为8cm位置时，分别打开和关闭主动降噪装置的降噪机构181，将高精度传感器放置在距离出风口10cm的位置，使用高精度传声器分别采集距离出风口10cm的噪声数据，并分别进行分析，如图6-7所示，经过分析和对比，得出，该主动在开启主动降噪前的总声压级为75.30db(a)，开启主动降噪系统后，总声压为68.11db(a)，因此该主动降噪系统可达到7db(a)的降噪效果；图6深色部分表示未开启主动降噪系统所测得的数据，可见噪声能量集中于50-600hz中低频段，说明风机在该管道内的噪声可使用主动降噪进行抑制。浅色部分为开启主动降噪后所测得的相关数据，可见在500hz附近的主峰被消去，其倍频程所对应的主峰附近也有显著的衰减，这也在图7中得到了印证，说明该主动降噪系统有良好的降噪效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。