混合隔声墙的制作方法

本发明涉及一种隔声墙，具体涉及一种无源隔声与有源隔声技术相结合的混合隔声墙。

二、

背景技术：

人们常常使用隔声墙阻挡噪声。传统的隔声墙包括实体墙、中间有空腔的实体墙、多层结构轻质隔声墙，等等。通风透气的孔洞、缝隙会严重影响隔声墙的隔声性能，因此传统隔声墙本身一般不具有通风透气功能。然而在许多应用场合，在隔声的同时需要进行通风、散热，例如安装有室内变压器、发热量大且辐射噪声大的机器设备的房间，又如开放式办公室中的会议室，此时一般采用机械式通风系统进行通风散热，如排气风扇和新风系统。然而，机械式通风系统也有其缺点，如它们产生新的噪声，新风系统长期使用可能有空气污染问题。因此，人们希望隔声墙在隔声的同时，具有自然通风、透气散热的功能。已公开的专利“用于变压器低频噪声的虚拟声屏障”(专利申请号：201410277150.7)提出一种使用有源控制技术的虚拟声屏障，由扬声器阵列和传声器阵列组成，通过多通道有源控制系统，可降低室内变压器通过一个开口向外辐射的噪声，对于低频噪声如200 Hz以下的噪声，降噪效果良好，然而其降噪频段窄，频率低，对于更高频率噪声，多通道有源控制系统所需通道数急剧增多，系统的复杂度相应大增，实现难度很大且成本很高，难以满足更多实际应用场合的需求。

三、

技术实现要素：

为了解决隔声墙在隔声的同时具有自然通风、透气散热功能的需求，本发明提供一种混合隔声墙。所述技术方案如下：

根据本发明，提供一种混合隔声墙，所述混合隔声墙由无源隔声单元和有源隔声单元组合成的混合隔声单元周期性交错排列构成，所述混合隔声墙是一种单向隔声墙，阻挡一个方向的噪声。

进一步的，所述无源隔声单元为常用无源隔声材料制成，所述有源隔声单元为矩形截面管道，具有通风透光功能，管道内置一套单通道有源控制系统，用于阻挡声音。

进一步的，所述有源隔声单元的厚度即为所述管道长度，与所述无源隔声单元的厚度大小一致。

进一步的，所述单通道有源控制系统为前馈有源控制系统，包括：可选的参考传声器、误差传声器、次级声源和控制器；所述参考传声器靠近管道进声口，采集噪声产生参考信号，传递给控制器；所述误差传声器靠近管道出声口，采集噪声和次级声源发出的声音，产生误差信号，传递给控制器；所述次级声源接收控制器传来的消声信号，发出抵消噪声的声音；所述控制器根据参考信号和误差信号产生消声信号，产生消声信号的原则是使误差传声器处的声压幅值平方最小。

进一步的，所述参考传声器的安装位置靠近所述管道进声口；所述误差传声器的安装位置靠近所述管道出声口；所述次级声源的安装位置在参考传声器和误差传声器之间；所述次级声源与参考传声器距离为d_rc，需使d_rc/c＞t₀的不等式满足，以保证有源控制系统的因果性，其中c为空气中的声速，t₀为有源控制系统存在的电路与算法时延。

优选的，所述前馈有源控制系统，在噪声源固定发出单频噪声或多个单频噪声组合的情况下，可以不包含参考传声器，此时有源控制器内部产生与噪声源所辐射噪声频率相同的单频噪声或多个单频噪声组合的信号作为参考信号。

进一步的，所述管道的安装，需使未安装所述误差传声器的一端即进声口朝向噪声源方向。

进一步的，所述管道的截面最大边长a不超过欲用该混合隔声墙来有效控制的噪声频段的最高频率对应波长的一半。

进一步的，所述前馈有源控制系统的控制器采用前馈单通道自适应控制算法。

另一方面，所述单通道有源控制系统为反馈有源控制系统，包括：误差传声器、次级声源和控制器；所述参考传声器靠近管道进声口，采集噪声产生参考信号，传递给控制器；所述误差传声器靠近管道出声口，采集噪声和次级声源发出的声音，产生误差信号，传递给控制器；所述次级声源接收控制器传来的消声信号，发出抵消噪声的声音；所述控制器根据参考信号和误差信号产生消声信号，产生消声信号的原则是使误差传声器处的声压幅值平方最小。

进一步的，所述误差传声器的安装位置靠近所述管道出声口；所述次级声源的安装位置在管道进声口和误差传声器之间。

进一步的，所述管道的安装，需使未安装所述误差传声器的一端即进声口朝向噪声源方向。

进一步的，所述管道的截面最大边长a不超过欲用该混合隔声墙来有效控制的噪声频段的最高频率对应波长的一半。

进一步的，所述反馈有源控制系统的控制器采用反馈单通道自适应控制算法。

本发明的有益效果是：(1)与传统隔声墙相比，本发明在隔声的同时，具有自然通风、透气散热的功能；(2)本发明将无源隔声单元与有源隔声单元相结合，降噪频段可达高频段，且降噪频带宽；(3)有源隔声单元中的有源控制系统采用单通道有源控制系统，成本低，易实现，避免使用多通道控制系统导致的系统复杂、实现难度大以及成本很高的问题；(4)本发明由无源隔声单元与有源隔声单元组成混合隔声单元周期性交错排列构成，可以根据工程实现的需要设计单元截面形状，兼顾实用与美观，单元数目任意增减，扩展方便。

四、附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的混合隔声墙的结构示意图(正视图)；

图2是本发明实施例提供的混合隔声墙的结构示意图(侧视图)；

图3是本发明实施例提供的混合隔声单元的结构示意图(侧视图)；

图4是本发明实施例提供的有源隔声单元的结构示意图(侧视图)；

图5是本发明又一实施例提供的混合隔声墙的结构示意图(正视图)；

图6是本发明又一实施例提供的混合隔声墙的结构示意图(正视图)；

其中：1 混合隔声墙，

2 混合隔声单元，

3 有源隔声单元，

31 管道，

311 进声口，

312 出声口，

32 单通道有源控制系统

321 参考传声器

322 误差传声器

323 次级声源

324 控制器

4 无源隔声单元。

五、具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种混合隔声墙1，所述混合隔声墙1由无源隔声单元4和有源隔声单元3组合成的混合隔声单元2周期性交错排列构成，所述混合隔声墙1是一种单向隔声墙，阻挡一个方向的噪声。

所述无源隔声单元4可使用常见无源隔声材料制成，例如使用实心砖、空心砖、双层钢板间隔空气层、双层钢板间隔阻尼材料，等等。

如图3和图4所示，所述有源隔声单元3包含矩形截面管道31，该管道31具有通风透光功能，同时也会传播噪声，噪声自进声口311进入管道31，经由管道31后自出声口312辐射而出。为阻挡或降低经管道31传播的噪声，管道31内置一套单通道有源控制系统32。所述单通道有源控制系统32一般为自适应前馈控制系统，包括参考传声器321、误差传声器322、次级声源323和控制器324，所述参考传声器321设置在管道31内靠近进声口311的一侧，所述误差传声器322设置在管道31内靠近出声口312的一侧，所述次级声源323和所述控制器324均设置在管道31内，所述控制器324分别连接所述参考传声器321、所述误差传声器322和所述次级声源323。由于所述混合隔声墙1是一种单向隔声墙，阻挡一个方向的噪声，所述管道31的进声口311朝向噪声源，所述单通道有源控制系统32工作时，参考传声器321采集噪声产生参考信号，并传递给控制器324，误差传声器322采集噪声产生误差信号，并传递给控制器324，控制器324根据参考信号与误差信号进行运算产生消声信号，并传递给次级声源323，次级声源323接收控制器324传来的消声信号发出声音，对原有噪声进行抵消降噪。所述控制器324产生消声信号的原则是使误差传声器322处的声压幅值平方最小。所述单通道有源控制系统32可使用普通教科书中已有详细说明的自适应前馈控制算法，如经典的FxLMS算法，此处不赘述。

所述单通道有源控制系统32，在欲要降低的噪声为单频噪声或多个单频噪声组合，且噪声频率固定的情况下，可以为不包含参考传声器321的自适应前馈控制系统，此时所述控制器324内部产生与噪声源所辐射噪声频率相同的单频噪声或多个单频噪声组合的信号作为参考信号。

所述单通道有源控制系统32，在欲要降低的噪声为单频噪声或频宽较窄的噪声的情况下，可以为自适应反馈控制系统，此时所述单通道有源控制系统32不包含参考传声器321，误差传声器322采集噪声产生误差信号，并传递给控制器324，控制器324根据误差信号产生消声信号。所述单通道有源控制系统32可使用普通教科书中已有详细说明的自适应反馈控制算法，此处不赘述。

所述有源隔声单元3的尺寸及其包含的各部分组件的尺寸、分布有具体要求，其原则包含5个部分，如下说明。

其一，所述管道31的截面最大边长a不超过欲用该混合隔声墙来有效控制的噪声频段的最高频率f_max对应波长的一半。原因是：对于从管道31中经过的噪声，降噪思路为使用单通道控制系统32降低管道31中一点(误差传声器322所在位置)的噪声来降低整个管道31向外辐射的噪声，即在误差传声器322下游(指噪声传播方向的下游)所有位置次级声源323发出的抵消声音与原有噪声能处处匹配(幅度相等且相位相反)，这要求在管道31中的噪声以平面波形式传播，即原有噪声与次级声源323发出的抵消声音均为平面波，根据声学原理，管道31的平面波截止频率f_c＝c/(2a)，其中c为空气中的声速，在已知噪声最高频率f_max的情况下，可令f_c＝f_max，计算得管道31的截面最大边长a。满足这一要求的管道31，还有一定的高次波传播，管道截面越小，高次波随距离衰减越快，降噪效果越好。另一方面，管道31的功能为通风透光，其截面不宜太小，在满足降噪要求的情况下应尽可能大。

其二，所述管道31的长度l与参考传声器321到次级声源323的距离d_rc、次级声源323到误差传声器322的距离d_ce有关，l＞d_rc+d_ce。

其三，所述单通道有源控制系统32为前馈自适应控制系统时，一般需使d_rc/c＞t₀的不等式满足，以保证有源控制系统的因果性，其中c为空气中的声速，t₀为有源控制系统存在的电路与算法时延，在满足该不等式的情况下，应使d_rc尽可能小，以减小管道31的长度。若不满足该不等式，系统因果性不满足，系统性能将降低。d_ce不能很小，避免次级声源323产生的声波在误差传声器322处并非以平面波为主，还有衰减不充分的高次波(在平面波截止频率以下频段，随传播距离指数衰减)，使误差传声器322下游所有位置次级声源323发出的抵消声音与原有噪声不能保证处处匹配，导致系统性能降低很多。另一方面，为减小管道31的长度，应使d_ce尽可能小。一般来说，可在设计时做实验确定该值。

其四，所述单通道有源控制系统32为不包含参考传声器321的自适应前馈控制系统或反馈自适应控制系统时，不需要考虑d_rc，仅需考虑d_ce。d_ce不能很小，避免次级声源323产生的声波在误差传声器322处并非以平面波为主，还有衰减不充分的高次波，使误差传声器322下游所有位置次级声源323发出的抵消声音与原有噪声不能保证处处匹配，导致系统性能降低很多。另一方面，为减小管道31的长度，应使d_ce尽可能小。一般来说，可在设计时做实验确定该值。

其五，为了美观，所述无源隔声单元4的厚度一般与所述有源隔声单元3的厚度(即所述管道31的长度l)大小一致。

结合具体的应用场景，对本发明实施例作进一步说明。本实施例的混合隔声墙1可应用于室内变电站的隔声，封闭的室内变电站没有通风散热，有些室内变电站使用消声百叶进行通风散热，但降噪效果不理想，本实施例的混合隔声墙1可解决这一问题。如图1和图2所示的混合隔声墙1，由无源隔声单元4与有源隔声单元3组合成的混合隔声单元2周期性交错排列构成，其中，无源隔声单元4与有源隔声单元3截面积相同，均为边长为a的正方形。

所述无源隔声单元4使用实心红砖砌成，水泥砂浆抹灰，刷防水涂料。

所述有源隔声单元3的管道31为树脂管道或塑料管道，管道31的进声口311朝向变压器所在室内，管道31的出声口312朝向室外。管道31顶部安装一套单通道有源控制系统32，所述单通道有源控制系统32为自适应前馈控制系统，包括参考传声器321、误差传声器322、次级声源323和控制器324。所述参考传声器321为驻极体传声器，安装在管道31内靠近进声口311的一侧，距离进声口约20mm。所述误差传声器322为驻极体传声器，安装在管道31内靠近出声口312的一侧，距离出声口约20mm。所述次级声源323为矩形音箱，包含2英寸扬声器，安装在管道31内，音箱声中心距离误差传声器322约80mm。所述控制器324具有包含数字信号处理芯片的数字集成电路，还具有3个接口，分别与参考扬声器321、误差传声器322和次级声源323连接。所述控制器324安装在管道31内，在参考传声器321与次级声源323之间。所述控制器324中的数字信号处理芯片使用普通教科书中已有详细说明的经典的FxLMS算法。

所述单通道有源控制系统32存在的电路与算法时延t₀不超过0.1ms，由d_rc/c＞t₀，可知d_rc＞34mm(c取为340m/s)，即参考传声器321与次级声源323的声中心距离不小于34mm，本实施例取为130mm。因此所述管道31的长度为250mm，所述有源隔声单元3为250mm，所述无源隔声单元4的厚度也为250mm，即所述混合隔声墙1的厚度为250mm。

本实施例中，变压器噪声以100Hz、200Hz、300Hz、400Hz单频噪声为主，500Hz及以上100Hz的谐波噪声较小，所述无源隔声单元4对这些噪声均有很好的隔声作用，所述有源隔声单元3在单通道有源控制系统32不工作的情况下，隔声作用很小，因此欲用单通道有源控制系统32有效控制的噪声频段的最高频率设为f_max＝400Hz，对应的半波长为425mm。管道31的截面边长a设为210mm，此时管道31的平面波截止频率约为810Hz，目标频段(频率小于等于400Hz)原始噪声与次级声源323发出的抵消声音在误差传声器322处的高次波已大幅衰减，以平面波为主。

所述单通道有源控制系统32的各个组成部分，即参考传声器321、误差传声器322、次级声源323和控制器324可预先安装在一透声的矩形盒子里，再安装到管道31内的顶部，该矩形盒子可用塑料或金属材料制成，盒子朝下一面分布有穿孔，穿孔率不小于25％，穿孔表面可覆盖防水透声薄膜。

作为优选，所述管道31内可铺设吸声材料进一步降低500Hz及以上噪声，如，可在管道31两侧壁面各安装15mm多孔吸声材料。

作为优选，所述控制器324设置截止频率为850Hz的低通滤波器，仅处理800Hz及以下100Hz的谐波噪声。

所述混合隔声墙1长度为8400mm，高度为4200mm，包含400个混合隔声单元2，通风面积为200×a×a＝8.82m²。所述混合隔声墙1为变压器所在房间一面墙的部分。

本实施例中，无源隔声单元4与有源隔声单元3的截面面积相等，均为正方形，本领域技术人员可根据应用场景(如不同的通风要求和美观要求)进行改变，如图5所示，无源隔声单元4与有源隔声单元3的截面均为长方形，截面面积比约为2∶1。如图6所示，有源隔声单元3截面为正方形，无源隔声单元4截面为中心挖去一个正方形的正方形，无源隔声单元4与有源隔声单元3的截面面积比约为3∶1。

上述优选实施例均为针对噪声进行隔声，就声学原理而言，本发明针对的声音可包括所有可听声，如不含信息的噪声，以及含有信息的语音。例如，本实施例的混合隔声墙1可应用于会议室的隔声：开放式办公室中的会议室一般无法自然通风，在其一面墙上安装该系统，可进行通风散热，且避免会议室中的语音对外界的影响。又如，本实施例的混合隔声墙1可应用于饭店雅间的隔声：许多饭店雅间无法自然通风，且四周均为墙壁使客人感到压抑，在其一面墙上安装该系统，可进行通风散热，还有透光功能，使客人感到放松和心情愉悦，同时避免雅间中的语音传到房间外。

前面的详细描述只提供了优选实施例，对本发明的范围、使用性或构造不产生任何限制。前面对优选实施例的详细描述只是为了使本领域的技术人员能够实现本发明的优选实施例。应当理解，在不偏离所附权利要求限定的本发明的宗旨和范围的前提下，可以在本发明的各组成部分的功能和布局上进行各种改变。