Круговой активный шумовой барьер с использованием теоретического управляющего фильтра с учетом взаимодействия между динамиком и барьером

Aug 10, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2649 (2023) Цитировать эту статью

475 Доступов

Подробности о метриках

Для снижения шума в конкретном открытом пространстве был предложен круговой активный шумозащитный барьер с использованием теоретически рассчитанного управляющего фильтра без адаптации в реальном времени. В подвижной системе используется компактный круглый барьер, позволяющий справляться с изменениями расположения рабочего пространства, а шум в широкой полосе частот можно снизить за счет проведения активного шумоподавления через контрольные динамики, расположенные вокруг барьера. Однако существовал значительный разрыв в производительности по сравнению с максимальной производительностью, достигнутой при использовании экспериментального фиксированного фильтра из-за чрезвычайно упрощенной теоретической модели, игнорирующей взаимодействие между управляющими динамиками и барьером. Таким образом, в этом исследовании была предпринята попытка минимизировать ухудшение производительности при применении теоретически рассчитанного управляющего фильтра. Представлена ​​еще одна теоретическая модель для улучшения эффективности шумоподавления путем рассмотрения взаимодействия между управляющим динамиком и барьером. Экспериментально подтверждено, что эффективность шумоподавления улучшается примерно на 2,6 дБ на интересующей частоте.

Проблемы шума в промышленных условиях становятся все более разнообразными и серьезными, а в сочетании со все более строгими нормами по шуму снижение шума становится все более важной проблемой. Шум в различных помещениях, таких как зоны отдыха или рабочие места, может привести к стрессу, отвлечению внимания и потере слуха1, и многие работники промышленности подвергаются воздействию громкого шума в течение длительного времени. Шумовой барьер можно использовать для снижения шума, но он неэффективен для снижения шума в низкочастотном диапазоне из-за дифрагированного шума. Чтобы усилить шумоподавление в низкочастотном диапазоне, был изучен активный шумовой барьер2,3,4,5,6, который применяет к барьеру активное управление шумом (ANC)7. Размещая динамики и микрофоны ошибок над барьером, дифрагированный шум в низкочастотном диапазоне снижается за счет ANC. Для повышения эффективности активного шумозащитного барьера изучены расположение микрофонов и динамиков8,9, способ получения фильтра управления10,11 и использование однонаправленных источников управления12. Однако активный шумовой барьер с использованием полубесконечного барьера дорог и требует большого места для установки. Кроме того, его трудно перемещать, поэтому он применим только в фиксированной среде.

Чтобы решить эту проблему, был предложен круговой активный шумозащитный барьер с использованием теоретически рассчитанного управляющего фильтра13,14,15 для снижения шума в конкретном открытом пространстве вместо глобального снижения шума. Круглый активный шумозащитный барьер состоит из компактного круглого барьера и динамиков управления, расположенных вокруг барьера с целью снижения шума в отдельном целевом пространстве, например, в рабочем пространстве или пространстве для отдыха. Он требует меньше затрат и места по сравнению с полубесконечным барьером, его можно перемещать и переустанавливать. Используется теоретически рассчитанный фильтр управления без размещения микрофонов над целевым пространством, поскольку расположение микрофонов для применения АНК мешает работникам. Теоретически рассчитанный фильтр управления можно быстро откалибровать, поэтому можно легко реагировать на изменения положения источника шума или целевого пространства управления.

Однако разрыв между теоретически достижимыми характеристиками и экспериментальными результатами значителен. В предыдущем исследовании13 фильтр управления рассчитывался на основе чрезвычайно упрощенной теоретической модели, направленной на обеспечение простого применимого метода управления шумом. Ухудшение производительности происходит из-за различия между упрощенной теоретической моделью и экспериментальной системой. Таким образом, в этом исследовании была предпринята попытка минимизировать ухудшение производительности, которое происходит, когда теоретически рассчитанный фильтр управления применяется к кольцевой гибридной системе управления шумом. Взаимодействие между управляющим динамиком и барьером, которое является одной из основных причин, не может быть учтено предыдущей упрощенной теоретической моделью, поэтому вводится другая теоретическая модель.