专利名称：一体式单通道反馈有源噪声控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种一体式单通道反馈有源噪声控制系统。
背景技术：
有源噪声控制(ANC)是一种噪声控制方法，它引进次级声源，通过和初级噪声源及其声场相互作用，达到噪声抑制的目的。1953年Olson和May详细阐述了“电子吸声器” 的原理及其应用，通过他们许多富有预见性的实例可以看出，有源噪声控制技术已经准备从理论走向应用。在之后的二十年里，电子电路与信号处理技术有了很大的发展，大规模集成电路与数字电路以极快的速度进入各种实际控制系统。同时，以Jessel，Mangiante 和Canevet为代表的一批研究者，使用惠更斯原理，论证了存在不受次级声信号影响的声场区域，从而可以实现无次级声反馈的有源降噪的可能性，并定量地给出了能量吸收型次级声源所应具备的三极子辐射特性，通称JMC理论。1981年Burgress首次将自适应控制滤波理论应用于有源噪声控制，对系统的构成及算法作了计算机仿真研究，提出了著名的 Filtered-XLMS算法。随着电子技术的飞速发展，基于DSP技术的前馈有源控制系统逐渐成熟。在该技术的推动下，1980年Kuo、1990年Franklin和1997年Astrom等人，分别在他们各自的著作中阐述数字控制器在有源噪声控制系统中的应用。虽然数字有源控制系统的研究已蓬勃发展，模拟有源控制系统，特别是模拟反馈有源控制系统以其低延迟、低成本、简单结构和高稳定性等优点在实际工程中被广泛应用。单通道反馈有源噪声控制系统由一个误差传声器、一个次级声源以及一路控制电路组成。控制电路通过对误差传声器处的噪声信号反相、滤波，使次级声源辐射的声场与初级噪声声场相互作用，产生降噪效果。控制系统所用的控制电路可以是模拟或数字的，其中模拟电路应用较多。模拟反馈有源噪声控制系统有多个应用场合，如单通道系统应用于有源抗噪声耳罩中，双通道系统应用于有源头靠系统中，多路单通道系统组合起来应用于道路噪声屏障系统以及虚拟声屏障系统中。有一些关于有源控制器的专利，如CN1664727公开了一种多通道有源控制器，使用数字信号处理器实现前馈控制，可同时控制多达10个以上的通道；CN101887718A公开了一种反馈有源噪声控制系统水床效应的改善方法，利用数字滤波器实现优化的控制器，改善水床效应。虽然反馈有源噪声控制系统已有较多研究与应用，但并未涉及控制系统的一体化设计，即包含扬声器单元、扬声器箱体、控制电路的一体化设计。一体化设计的难点在于声学和电路的统筹考虑和优化。本发明提出了一种一体式单通道反馈有源噪声控制系统，其优点在于一体化的集成系统，控制效果良好且稳定，控制系统外观美观，系统参数和性能灵活可调，可根据不同场合优化调节。
三、发明内容
本发明的目的，是提供一种一 体式单通道反馈有源噪声控制系统。该系统由扬声器单元、扬声器箱体、误差传声器、传声器前置放大电路、可变增益控制电路、二阶RC反馈控制电路、功率放大电路以及直流供电电源组成；该系统所有组成部分一体化集成在扬声器箱体内，无分离元件。该系统的误差传声器接收外界噪声信号，经传声器前置放大电路与可变增益控制电路将信号放大后传递给二阶RC控制电路，二阶RC控制电路产生控制信号经由功率放大电路驱动扬声器单元，在误差传声器处产生等幅反相的声音信号，消除误差传声器处的噪
声信号。该系统的二阶RC控制电路为模拟反馈控制电路，可以根据不同扬声器单元、不同扬声器箱体结构和不同传声器优化电路参数和性能，优化过程通过调节电路的电位器阻值实现。该系统的扬声器单元与扬声器箱体构成该系统的控制源，扬声器单元的标称谐振频率不大于80Hz。该系统的扬声器箱体为正六棱柱形，可在较小体积下有较大声容，扬声器单元与箱体构成的音箱的谐振频率不大于140Hz。该系统的误差传声器安装于扬声器顶端的六棱台上，距离扬声器声中心8cm。该系统的所有电路，包括传声器前置放大电路、可变增益电路、二阶RC反馈控制电路和功率放大电路，集成在一块电路板上。本发明的有益效果是(1)整个反馈有源噪声控制系统是一体化的集成系统，控制效果良好且稳定；(2)控制系统外观美观；(3)系统参数和性能灵活可调，可根据不同场合优化调节。
四
为方便理解和实施本发明，可参照附图描述示例性的优选实施例子，其中图1是一体式单通道反馈有源噪声控制系统的示意图。图2是反馈式有源噪声控制原理框图。图3是二阶模拟RC控制电路图。图4是实测获得的误差传声器处降噪效果图(FFT测量)图5是实测获得的误差传声器处降噪效果图(SSR扫频测量)
五具体实施例方式下面通过实例对本发明进行详细说明。如图1所示，一体式单通道反馈有源噪声控制系统由扬声器单元2、扬声器箱体3、 误差传声器1、电路部分4 (包含传声器前置放大电路、可变增益控制电路、二阶RC反馈控制电路、功率放大电路)以及直流供电电源5组成。该系统所有组成部分一体化集成在扬声器箱体内，无分离元件。其中，误差传声器1安装于扬声器箱体顶端的六棱台6上。本例中，扬声器箱体3为针对特殊低频响应要求设计的正六棱柱封闭式扬声器， 高20. 36cm，棱边长9. 50cm ；扬声器箱体3顶端设计六棱台形防尘罩，它另有固定误差传声器1的作用，棱台下边长与棱柱箱体等同，上边长为4cm，棱台高14. 03cm。扬声器箱体3中包含一个5英寸低音扬声器单元2，开关供电电源5和集成反馈式有源控制电路4。
该系统实现难点在于扬声器单元2、扬声器箱体3、电路部分4中反馈控制电路的设计，设计包括以下三个步骤A.模拟反馈电路的设计图2为反馈有源噪声控制系统的原理框图，其中G(S)是反馈控制电路(此处即二阶RC电路)的传递函数，K是放大器(此处即可变增益控制电路)增益，C(S)是次级通道 (该通道包含功率放大电路、次级源、次级源到传声器的声学路径、传声器放大电路)传递函数，s表示拉普拉斯算子，u(t)是控制信号，d(t)是外部噪声，e(t)是在误差传声器处外部噪声和控制声叠加得到的信号，t表示时间。控制后误差传声器处噪声信号为
权利要求
1.一体式单通道反馈有源噪声控制系统，其特征在于该系统由扬声器单元、扬声器箱体、误差传声器、传声器前置放大电路、可变增益控制电路、二阶RC反馈控制电路、功率放大电路以及直流供电电源组成；该系统所有组成部分一体化集成在扬声器箱体内。
2.如权利要求1所述的一体式单通道反馈有源噪声控制系统，其特征在于误差传声器接收外界噪声信号，经传声器前置放大电路与可变增益控制电路将信号放大后传递给二阶RC控制电路，二阶RC控制电路产生控制信号经由功率放大电路驱动扬声器单元，在误差传声器处产生等幅反相的声音信号，消除误差传声器处的噪声信号。
3.如权利要求1所述的一体式单通道反馈有源噪声控制系统，其特征在于二阶RC控制电路为模拟反馈控制电路，可以根据不同扬声器单元、不同扬声器箱体结构和不同传声器优化电路参数和性能，优化过程通过调节电路的电位器阻值实现。
4.如权利要求1所述的一体式单通道反馈有源噪声控制系统，其特征在于扬声器单元与扬声器箱体构成该系统的控制源，扬声器单元的标称谐振频率不大于80Hz。
5.如权利要求1所述的一体式单通道反馈有源噪声控制系统，其特征在于扬声器箱体为正六棱柱形，可在较小体积下有较大声容，扬声器单元与箱体构成的音箱的谐振频率不大于140Hz。
6.如权利要求1所述的一体式单通道反馈有源噪声控制系统，其特征在于误差传声器安装于扬声器箱体顶端的六棱台上。
7.如权利要求1所述的一体式单通道反馈有源噪声控制系统，其特征在于该系统的所有电路，包括传声器前置放大电路、可变增益电路、二阶RC反馈控制电路和功率放大电路，集成在一块电路板上。
全文摘要
本发明公开了一种一体式设计的单通道反馈有源噪声控制系统。该一体式单通道反馈有源噪声控制系统主要由传声器、电路系统(包括传声器前置放大电路、可变增益控制电路、二阶RC控制电路和功率放大电路几个部分)、扬声器单元、扬声器箱体和电源组成。本发明解决了反馈有源噪声控制系统的一体化设计问题，包括其中的控制电路设计、滤波器参数估计和扬声器箱体设计。本发明具有控制效果良好且稳定，控制系统外观美观，系统参数和性能灵活可调的优点。
文档编号G10K11/178GK102332260SQ201110141199
公开日2012年1月25日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者浦宏杰, 邱小军, 邹海山 申请人:南京大学