噪声控制原理及应用场景

噪声控制原理及应用场景在噪声的控制途径上按位置分主要有三种,分别为降低声源噪声、在传播路径上进行降噪、对接收者进行防护。在控制方式上可以分为主动有源控制和被动无源控制

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在噪声的控制途径上按位置分主要有三种,分别为降低声源噪声、在传播路径上进行降噪、对接收者进行防护。

在控制方式上可以分为主动有源控制和被动无源控制两种。

在传统的噪声控制手段中,其主要以噪声的声学控制为主,例如在传播过程中采用吸声、隔声处理;使用声屏障、隔声罩、消声器、振动隔离等方式。

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原理介绍

被动噪声控制(Passive Noise Control–PNC)

传统的噪声控制技术是通过噪声声波与声学材料或声学结构的相互作用消耗声能,从而达到降低噪声的目的,属于无源或被动式控制方法,称之为无源噪声控制或被动噪声控制。

PNC技术主要包括吸声处理、屏蔽隔声处理、设置声屏障、使用消声器、振动隔离、阻尼减振等。

PNC方法具有良好的中高频性能,能够在宽范围内对中高频噪声进行很好的降噪。但是,被动消声装置较难控制低频噪声。

主动噪声控制(Active Noise Control—ANC)

主动噪声控制的原理是根据两个声波相消性干涉或声辐射抑制的原理,产生一个与噪声源的声波大小相等,相位相反的抗噪声源,使二者相互抵消,从而达到降低噪声的目的。

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被动降噪对中高频噪声效果很好,但由于吸声或隔声材料的声衰减性能随频率降低而变差,对低频噪声效果并不显著,而且被动降噪装置体积庞大,安装维护困难;主动噪声控制对低频噪声效果良好,正好弥补了无源噪声控制的不足,相对被动降噪而言,还具有重量轻、体积小、易控制等特点。

主动噪声控制系统的整体系统构成主要分为扬声器、麦克风和主控制器三个部分。其中扬声器包括初级声源(如需要)和次级声源,麦克风包括参考麦克风和误差麦克风,主控制器包括控制器内部硬件平台及包含控制算法的软件控制系统。

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应用场景

汽车领域

汽车在给人们带来便利的同时,也带来了环境声污染等问题。

汽车噪音对人体健康的影响是多方面的。噪音作用于人的中枢神经系统,使人们大脑皮层的兴奋与抑制平衡失调,导致条件反射异常,使脑血管张力遭到损害。

这些生理上的变化,在早期能够恢复原状,但时间一久,就会导致病理上的变化,使人产生头痛、脑胀、耳鸣、失眠、记忆力衰退和全身疲乏无力等症状。汽车的车内的噪音主要有发动机噪声、传动系统噪声、进排气系统噪声、轮胎噪声、制动系统噪声、空气动力学噪声。

低频噪音是车内主要噪声,其穿透力强,也是声学隔离的技术难点。

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高速动车

传统的高速动车组噪声控制多采用吸隔声、减振等被动降噪方法,对中高频噪声的控制效果明显。

但通过传统方法降低低频噪声,往往受到限制并且效果不明显。

主动噪声控制技术的应用可有效降低低频噪声,弥补被动噪声控制的不足。

鉴于主动噪声控制在误差传感器附近形成安静区域的缺点,将虚拟传声器理论引入到主动噪声控制中,可进一步扩大主动噪声控制的应用范围。

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降噪耳机

主动降噪耳机的起源可以追溯到20世纪70年代,最初是为飞行员设计的,以便让他们在长时间的飞行中保持专注和舒适,最初价格都很高,所以主要应用于航空、军事等特殊领域,直到2000年之后才开始慢慢应用于民用产品,很多人对耳机会有一种不该有的误解,那就是听多了耳机会损害听力。

事实上,真正影响用户听力的是在听音乐的过程中,设置了过高的音量。

试想一下,如果你想在嘈杂的公交、地铁车厢上听音乐,耳机的隔音不是很好的时候,为了听清楚内容可以怎么办?

当然是调高音量、这种情况下主动降噪耳机反而能效保护听力,因为相比于被动降噪,主动降噪的确能产生更好的效果,尤其是比较有规律性的环境噪音。

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变电站

随着近年来城市电网负荷的迅速增加,部分变电站将不得不选址在电力负荷密集的城市中心区域。

变压器在工作状态产生的噪声影响人们的正常生活和工作,因此,如何有效地消除和抑制变压器噪声已成为一个热门的研究课题。变压器噪声主要有两个噪声源:一方面是变压器本体所产生的噪声,主要是由变压器铁芯、绕组、磁屏蔽等振动产生的噪声;另一方面是变压器冷却装置的噪声,主要是变压器冷却风扇引起的噪声。

变电站噪声一般以低频成分为主,其声波波长大、穿透力强,对人体影响也较为显著。传统降噪技术在解决变电站及变电设备噪声问题时,存在诸多问题,如变电设备低频噪声及声振耦合放大效应难以控制、常规辅助降噪材料低频降噪效果较差等。

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变压器噪声波形复杂,周期多变,且是属于低频窄带信号,而自适应主动降噪法对低频窄带信号具有较好的降噪效果。目前主动噪声控制处于研究阶段,大规模运用还有待时日。

采用超材料结合被动噪声控制的形式对变压站进行降噪也是控制噪声的一个重要方式,声学超材料的降噪频段与大型电力变压器噪声特性能够进行较好的匹配。

B为普通隔声板制作的隔声罩,A为在B内侧安装超材料复合模块,二者进行对比实验,在隔声罩外进行测试,试验结果如下:安装超材料复合模块后对全频段的噪声均有有很好的衰减作用。

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