管路噪声主动控制系统、主被动复合管路消声器的制作方法

本公开属于建筑、轨道交通、船舶等领域通风系统管路的消声技术领域，尤其涉及一种管路噪声主动控制系统、主被动复合管路宽频消声器及管路装置。

背景技术：

随着居民、乘客和船员对工作、生活条件舒适性重视的不断提升，室内的噪声环境作为衡量舒适性的重要因素之一，日益受到各方关注。

空调通风系统作为创造良好室内空气环境，满足居住人员热舒适性和身体健康的重要设备，其运转时不可避免会带来噪声，其中通风系统管路是最主要的噪声传播途径之一。通风系统管路噪声主要来源于风机噪声和管路中的气流噪声，根据大量的实地测试，其呈现明显的低频宽带特性。为有效降低通风系统管路噪声，在管路中加装消声器是最为有效的方法。

目前常用的被动消声器，或是低频消声频带过窄，或是有效消声频率过高，普遍存在着低频消声效果不理想、阻力损失大、体积和重量大等缺点，难以满足通风系统管路噪声的低频宽带控制要求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种管路噪声主动控制系统、主被动复合管路宽频消声器及管路装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种管路噪声主动控制系统，包括：

参考传声器，用于获取上游管路的噪声信号；

控制器，与所述参考传声器连接，用于接收所述参考传声器发送的信号并生成控制信号；

次级扬声器，用于接收所述控制器发送的控制信号并生成反相次级噪声，从而对下游管路的噪声进行控制。

在一些实施例中，所述控制器将所述上游管路的噪声信号作为参考信号，对该参考信号进行滤波生成所述控制信号。

在一些实施例中，所述的系统还包括：误差传声器，与所述控制器连接，用于获取下游管路的噪声信号并发送至所述控制器。

在一些实施例中，所述控制器接收所述误差传声器发送的下游管路的噪声信号和所述参考传声器发送的上游管路的噪声信号，并根据所述下游管路的噪声信号和上游管路的噪声信号修正所述控制信号。

在一些实施例中，所述的系统还包括功放，与所述控制器和所述次级扬声器连接，所述功放接收所述控制器发送的控制信号，并将其发送至所述次级扬声器，驱动所述次级扬声器生成所述反相位次级噪声。

根据本公开的另一个方面，提供了一种主被动复合管路消声器，包括所述的管路噪声主动控制系统和消声器本体；其中，所述消声器本体包括管路通道、及包覆所述管路通道的空腔结构。

在一些实施例中，所述空腔结构包括进口端腔室、出口端腔室及位于进口端腔室、出口端腔室之间的中间腔室；在所述进口端腔室内安装有所述参考传声器和所述控制器，在所述中间腔室内设有声子晶体周期性消声结构和吸收棉，在所述出口端腔室内设有所述次级扬声器和所述误差传声器。

在一些实施例中，所述声子晶体周期性消声结构包括：

第一面板，为微穿孔板，包覆所述管路通道；

第二面板，与所述第一面板相对设置；以及

多个隔板，均匀设置在所述第一面板和第二面板之间。

在一些实施例中，所述第一面板为变径微穿孔板。

根据本公开的又一个方面，提供了一种管路装置，其包括管路及所述的消声器，其中所述管路穿设于所述消声器的管路通道。。

(三)有益效果

(1)本公开管路噪声主动控制系统包括：参考传声器，控制器及次级扬声器，利用次级扬声器产生反相次级噪声，可以改善低频消声效果，满足通风系统管路噪声的低频宽带要求。

(2)本公开管路噪声主动控制系统和消音器，结构简单，有利于减小体积和重量，方便使用。

(3)采用主被动复合的结构设计，其中被动部分引入声子晶体技术和阻性消声技术，将声子晶体技术在中频的消声优势和阻性技术的高频消声优势，与主动控制技术擅长控制低频噪声的特点相结合，形成覆盖全频带的通风系统管路消声能力。

(4)在消声器内壁过风面，采用了阻力小、气流噪声小的变径微穿孔板构造，参考传声器可布置在微穿孔板后的空腔内采集信号，避免了传统技术中传声器须深入气流，易受到湍流干扰无法精确测定来流参考噪声，只能在低风速下使用的缺点。

(5)采用了基于fpga数字式前反馈混合结构的多通道自适应控制器，能较好的适应工况的变化。

附图说明

图1为依据本公开管路噪声主动控制系统结构示意图。

图2为依据本公开主被动复合管路宽频消声器结构示意图。

<符号说明>

1-参考传声器，2-控制器，3-功放，4-次级扬声器，5-误差传声器，6-进口端腔室，7-中间腔室，8-出口端腔室，9-管路通道，10-吸声棉，11-微穿孔板，12-普通孔板，13-隔板，s1-风机噪声，s2-参考信号，s3-控制信号。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开主要是针对建筑、轨道交通、船舶等技术领域的通风系统管路噪声问题，提出一种宽频范围内抑制管路噪声的管路噪声主动控制系统、主被动复合管路宽频消声器。

与已有管路噪声主动控制相比，本公开采用主被动复合的结构，其中被动部分引入声子晶体技术和阻性消声技术，将声子晶体技术在中频的消声优势和阻性技术的高频消声优势，与主动控制技术擅长控制低频噪声的特点相结合，形成覆盖全频带的通风系统管路消声能力。

在一实施例中，如图1所示，本公开管路噪声主动控制系统包括：参考传声器1、控制器2、功放3、次级扬声器4、和误差传声器5。所述参考传声器拾取上游管路的初始噪声信号，并将其作为参考信号s2输入控制器；所述控制器对所述参考信号进行滤波生成控制信号s3，并通过所述功放驱动所述次级扬声器发出反相位次级噪声信号，从而实现对下游管路的噪声的有效控制。

所述误差传声器用于对管路下游噪声进行监测，获取下游管路的噪声信号，从而离线设计或在线更新所述控制器中的滤波器。具体的，所述控制器接收所述误差传声器发送的下游管路的噪声信号和所述参考传声器发送的上游管路的噪声信号(参考信号)，并根据所述下游管路的噪声信号和上游管路的噪声信号修正所述控制信号。

本实施例所述控制器采用基于fpga数字式前反馈混合结构的多通道自适应控制器，能够较好的适应工况的变化，采用后滤波规整最小均方有源控制方式，可有效提高系统的收敛速度、稳定性和降噪量。

如图2所示，本公开主被动复合宽频消声器包括所述管路噪声主动控制系统和消声器本体。其中，所述消声器本体包括管路通道9、及包覆所述管路通道的空腔结构。所述空腔结构包括进口端腔室6，位于消声器管路通道的进口端；出口端腔室8，位于消声器管路通道的出口端及位于进口端腔室、出口端腔室之间的中间腔室7。在消声器本体进口端腔室内，安装有所述参考传声器1和所述控制器2，在中间腔室内设有声子晶体周期性消声结构和吸收棉10，在出口端腔室内设有两个次级扬声器4和误差传声器5。

当然本公开中消声器所包括的各元器件的数量并不限于实施例中限定的数量，例如，次级扬声器的数量并不限于实施例中所给出的两个。

所述声子晶体周期性消声结构包括：微穿孔板11，包覆所述管路通道；普通孔板(穿孔板)12，与所述微穿孔板相对设置；多个隔板13，均匀设置在所述微穿孔板和普通孔板之间；以及吸声棉10，包覆所述普通孔板。

本公开消声结构沿管路轴向呈周期性排列，可形成多个声波带隙，以充分抑制噪声。

优选的，所述微穿孔板11为变径微穿孔板。在消声器内壁过风面，采用了阻力小、气流噪声小的变径微穿孔板，使消声带宽更宽、阻力损失更小，参考传声器可布置在微穿孔板后的空腔内采集信号，避免了传统技术中传声器须深入气流，易受到湍流干扰无法精确测定来流参考噪声，只能在低风速下使用的技术问题，可根据使用环境自由扩展。

此外，本公开还提供了一种管路装置，其包括管路及所述的消声器，其中所述管路穿设于所述消声器的管路通道。具体的，所述管路装置可以为建筑、轨道交通、船舶等的通风管路装置。

本公开将噪声主动控制技术引入通风系统管路消声器的设计中，通过次级声源发出反相位声波，达到抵消原有噪声的目的。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。