Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ШУМОВ - Патент РФ 2097715
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ШУМОВ
СПОСОБ АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ШУМОВ

СПОСОБ АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ШУМОВ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для подавления шума ограниченной области, содержащей шумящий объект. Сущность изобретения: формируют измерительную зону Si расположением микрофонов в точках gi вокруг источника шума и активную зону Se за счет дискретного расположения монопольных источников звука в точках ge вокруг измерительной зоны, измеряют звуковое давление в измерительной зоне в следующие друг за другом интервалы времени и излучают компенсирующие сигналы источниками звука активной зоны, при этом микрофоны и источники звука помещают в узлах энергетических трехмерных разностных сеток, вычисляют значения суммарной энергетической плотности источников шума fi и компенсирующих сигналов источников звука fe и регулируют fe с учетом значения давления шума. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2097715
Класс(ы) патента: G01K11/16
Номер заявки: 95107190/28
Дата подачи заявки: 16.05.1995
Дата публикации: 27.11.1997
Заявитель(и): Зиновьев Евгений Викторович; Рябенький Виктор Соломонович
Автор(ы): Зиновьев Евгений Викторович; Рябенький Виктор Соломонович
Патентообладатель(и): Зиновьев Евгений Викторович; Рябенький Виктор Соломонович
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для гашения шума ограниченной области, содержащей шумящий объект, а также при защите объекта от внешних шумов при сохранении всего спектра полезного звукового сигнала.
Известен способ управления акустическим полем в кабине транспортного средства или аналогичном пространстве, заключающийся в том, что устанавливают измерительные микрофоны в местах локализации шумов, например, в кабине, у двигателя, колес и формируют противофазные подавляющие сигналы в конкретных областях кабин, например, за спинкой сиденья в салоне автомобиля [1]
Недостатком данного способа является низкая точность и малая область применения, так как учитываются сигналы лишь в конкретных зонах области, а подавление осуществляется в малых локальных зонах замкнутого пространства.
Известен также способ шумового контроля, заключающийся в том, что контролирующие элементы устанавливают в узлах сетчатой структуры и осуществляют с учетом полученных сигналов, а также сигналов ошибки с другой группы контролирующих элементов, регулирование противофазных подавляющих сигналов, которые поступают также с одной определенной поверхности [2]
Недостатком известного способа также является малая область применения, так как для сохранения необходимой точности датчики необходимо устанавливать по поверхностям, имеющим элементарные пространственные формы и решать для регулировки уравнение с учетом только таких поверхностей, что в свою очередь не позволяет применять способ для контроля шума в любых объемах. Низка также точность измерения, так как излучающее гасящее поле может восприниматься в зоне контроля, что вызывает не только искаженные измерения, но также за счет акустической обратной связи может возникнуть генерация.
Наиболее близким аналогом изобретения является способ активного подавления шумов, заключающийся в том, что формируют измерительную зону за счет дискретного расположения микрофонов в точках вокруг зоны источника шума, формируют активную зону за счет дискретного расположения монопольных источников звука в точках вокруг измерительной зоны с образованием между этими зонами промежуточной зоны и защищенной от шума внешней зоны, измеряют микрофонами звуковое давление шума и излучают монопольными источниками звука компенсирующие сигналы, противофазные сигналам с микрофонов [3]
Недостатком способа является то, что достаточную точность можно получить только при допущении, что поверхности являются гладкими, замкнутыми и имеют элементарные пространственные формы, а эти допущения снижают область применения способа.
Целью изобретения является повышение точности и расширение области использования за счет применения способа для нестационарных звуковых полей и в полосе частот для стационарных звуковых полей, а также за счет гашения нежелательных источников звука путем увеличения числа зон контроля и излучения (а также активных зон).
Цель достигается тем, что микрофоны и монопольные источники звука помещают в узлах соответствующих энергетических трехмерных прямоугольных разностных сеток, образуя внешнюю и внутреннюю сеточные границы Gi измерительной зоны и внешнюю и внутреннюю сеточные границы Ge активной зоны, измеряют значения звуковых давлений шума за следующие друг за другом интервалы времени, вычисляют значения суммарной энергетической плотности fi (t, gi) источников шума измерительной зоны и значения суммарной энергетической плотности fe (t, ge) компенсирующих сигналов источников и звука активной зоны, осуществляют регулировку значения fe (t, ge) суммарной энергетической плотности, учитывая значения звукового давления шума за текущий t и предшествующий ему T интервалы времени, причем значения fe (t, ge) и fi (t, gi) вычисляют как:

где Pi (t, gi) значение звукового давления шума в узлах измерительной зоны;
значение звукового давления шума звуковых источников в узлах активной зоны;

rei расстояние между соответствующими узлами сеточных границ измерительной и активной зон;
C скорость звука в среде;
hi, he соответствующие шаги прямоугольных разностных сеток в измерительной и активной зонах соответственно;
QGi,e, QDi,e, Qde,i характеристические функции сеточных границ Gi,e и зон Di,e и di,e соответственно;
Ai, Ae матрицы систем конечно-разностных уравнений, аппроксимирующих уравнений Лапласа конечно-разностной сетки в измерительной и активной зонах соответственно.
На фиг. 1 представлена схема принципа формирования сеточных границ; на фиг.2 пример схемы размещения сеточных границ поверхностей.
На произвольной замкнутой измерительной поверхности Si, окружающей область Di с шумящим оборудованием 1, расположены в точках Gi монопольные измерительные микрофоны 2. На активной поверхности Se, охватывающей измерительную поверхность, расположены в точках Ge монопольные звуковые источники 3. Измерительные микрофоны 2 и звуковые источника 3 связаны через блок 4 измерения и регулирования.
Способ осуществляют следующим образом.
Предположим, что область Di с шумящим оборудованием окружена измерительной поверхностью Si, которая целиком погружена в акустическую среду, а звуковое давление P(t) в окрестности Si описывается волновым уравнением:
,
Δ оператор Лапласа.
В окрестности поверхности Si рассчитываем трехмерную прямоугольную разностную сетку с шагом hi. Эти сетки используются при построении системы разностных уравнений для значений давления в узлах разностной сетки. Эта система аппроксимирует уравнение Гельмгольца относительно давления в окрестности поверхности Si области Di.
Выбор шага hi определяет точность решения. Звуковое давление P(t, xi) в узлах xi этой разностной сетки описывается системой разностных уравнений:

где коэффициенты m и K образуют матрицу A1.
Двойной слой узлов трехмерной прямоугольной разностной сетки, лежащих наиболее близко к поверхности по обе ее стороны, образуют сеточные границы Gi. В точках gi сеточных границ Gi устанавливают набор микрофонов 2, которые измеряют текущее звуковое давление Pi(ti, gi).
На основе получаемой информации формируется набор fi(t, gi) значений плотностей "фиктивных" звуковых источников в текущий момент времени в точках gi по формулам:

где QM характеристическая функция множества M, под M обобщены все множества, входящие как индексы Q.
Таким образом, использование двойной решетки микрофонов, установленных на двух сеточных границах области Di, источники которой необходимо "выключить" и формулы /1/ теории разностного потенциала, позволяет выделить поле этих нежелательных источников звука из общего звукового фона, причем нежелательные источники могут иметь ту же частоту, что и прочие.
Далее, в окрестности активной поверхности Se рассчитывается своя трехмерная прямоугольная разностная сетка с шагом he, матрица конечно-разностных уравнений, а также сеточные границы Ge.
В узлах ge "активных" сеточных границ Ge вычисляется текущее значение P(t, ge) звукового поля "фиктивных" звуковых источников fe(t, ge), находящихся в узлах измерительных сеточных границ Ge, при этом используются формулы разностного потенциала безграничного пространства:

где rei расстояние между соответствующими точками измерительных и активных Ge сеточных границ.
В узлах сеточных границ Ge устанавливают монопольные звуковые источники 3. На основе полученных значений P(t, ge) вычисляют значения fе (t, gе) плотности источников 3, чтобы "выключить" поле нежелательных источников в области Di. Значение плотности вычисляется по формулам:

где de защищаемая от нежелательных источников области Di часть области De.
C помощью блока 4 измерения и регулирования плотности монопольных звуковых источников.
Следует отметить, что для вычисления мощностей источников используется не только текущее звуковое давление P(t, gi), но и давление за конечный предшествующий интервал времени
T /C,
где C скорость звука в среде;
максимальное из расстояний между точками сеточных границ измерительных и активных поверхностей.
При вычислении параметров по формулам /1/ /3/ нахождение собственных источников в защищаемой части пространства не препятствует выработке необходимых управляющих значений, хотя и вносит свой вклад в значения давления на измерительных сеточных границах.
Монопольные звуковые источники 3 также вносят свой вклад в звуковое давление на сеточных границах Gi, однако их суммарный вклад не препятствует вычислению мощностей при применении формул /1/ /3/.
Описанный способ годится и для случаев, когда разделительная поверхность Si пересекает границу помещения. В этом случае в формулу /2/ вместо запаздывающего потенциала безграничного пространства представляется подходящее фундаментальное решение волнового уравнения в виде запаздывающего потенциала, удовлетворяющее заданным на границе помещения условиям.
Для частного случая, когда измерительные и активные Ge сеточные границы совпадают (т. е. когда информация о значениях суммарного давления P(t, ge), вызванного как нежелательными источниками области Di, так и источниками области De, в точках активных границ каким-либо образом уже определена), предлагаемый способ упрощается.
Подстановка значений суммарного поля P(t, ge) в формулу /3/ дает необходимые значения плотностей источников.
Таким образом, способ используют аппроксимацию интеграла Гельмгольца-Гюйгенса с помощью разностного потенциала, формулы /1/ /3/, что позволяет:
использовать только монопольные источники;
произвольно выбирать форму измерительной и активной поверхности;
выделять из общего звукового поля и гасить шум, находящийся внутри измерительной поверхности;
использовать способ как для гармонических источников с фиксированной частотой звука, так и для шума в полосе частот.
Формула изобретения: Способ активного подавления шумов, заключающийся в формировании измерительной зоны Si за счет дискретного расположения микрофонов в точках gi вокруг зоны источника шума Di, формирования активной зоны Se за счет дискретного расположения монопольных источников звука в точках ge вокруг измерительной зоны с образованием между этими зонами промежуточной зоны di и защищенной от шума внешней зоны de, измерений микрофонами звукового давления шума, излучения монопольными источниками звука компенсирующих сигналов, противофазных сигналов с микрофонов, отличающийся тем, что микрофоны и монопольные источники звука помещают в узлах соответствующих энергетических трехмерных прямоугольных разностных сеток, образуя внешнюю и внутреннюю сеточные границы Gi измерительной зоны и внешнюю и внутреннюю сеточные границы Ge активной зоны, измеряют значения звуковых давлений шума за следующие друг за другом интервалы времени, вычисляют значения суммарной энергетической плотности fi (t, gi) источников шума измерительной зоны и значения суммарной энергетической плотности fe (t, ge), компенсирующих сигналов источников звука активной зоны, осуществляют регулировку fe (t, ge) суммарной энергетической плотности, учитывая значения звукового давления шума за текущий t и предшествующий ему T интервала времени, причем значение fe (t, ge) и fi (t, gi) вычисляют как


где Pi (t, gi) значения звукового давления шума в узлах измерительной зоны;
значение звукового давления шума звуковых источников в узлах активной зоны;

rei расстояние между соответствующими узлами сеточных границ измерительной и активной зон;
C скорость звука в среде;
hi, he соответствующие шаги прямоугольных разносных сеток в измерительной и активной зонах соответственно;
QGi,e, QDi,e, Qde,i характеристические функции сеточных границ Gi,e и зон Di,e и di,e соответственно;
Ai, Ae матрицы систем конечно-разностного уравнения аппроксимирующего уравнения Лапласа конечно-разностной сетки в измерительной и активной зонах соответственно.