基于反射声压平方和最小的主动消声系统及其吸声方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于反射声压平方和最小的主动消声系统及其吸声方法，涉及消声技术，通过声音传感器检测出反射声压，把压电陶瓷晶片粘贴在平板上，在压电陶瓷晶片上加一定的电压，由于压电陶瓷的压电效应，引起平板振动，将检测出的反射声压与平板振动引起的辐射声压表示为总反射声压，将其输入控制滤波器进行滤波；将滤波后的信号输入处理器模块进行计算处理；在总反射声压平方和最小的条件下，计算出加在压电陶瓷晶片上的电压与频率；将求得的电压与频率通过变频器再送入压电陶瓷晶片。本发明专利技术能起到很好的主动吸声效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种消声技术，具体地说是ー种。
技术介绍
20世纪60年代，主动消声引起了学者的极大兴趣。主动消声是指用次级声源产生的声波对初级声源产生的噪声进行抵消性干渉，以使指定空间实时产生与噪声源在该处噪声幅值相等而相位相反的二次声与主噪声叠加，使被研究的空间局域内的噪声声压值达到期望的控制目标，最終达到消减噪声的目的。但是由于当时电子技术等方面的限制，制造不出所需的电子控制系统，因此该技术长期得不到发展，直到20世纪60年代末，随着电子技术的发展，主动消声的研究才重新兴起。目前的研究热点是用结构声辐射来抵消入射声波的能量，从而提高吸声效果，而且取得了许多研究成果，有的研究成果已经应用于实际 中。它的基本原理是当声波入射到平板上时，布置于平板上的传感器检测出声波的信号，传感器将检测得到的信号传输到控制滤波器，控制滤波器发出控制信号到动作器。假定板结构为弾性板，当弾性板上没有次级カ源作用时，板上方空间中的声场包括三个部分入射声波FiIΦ ;假定该弹性板为刚性板时产生的几何反射声波Λ (F 办和有界弹性板的声辐 ,即 = PiirJ}+FT{rj} + PfXrjy( I) 当次级カ源作用时,弾性板产生的辐射声压为1^([#。这样，总的声压为 p{KO=+pa(FJ}=+p,{rjy+(r,i)+ρα Κ 。 ( 2)同理，当弾性板上没有次级カ源作用时，板上方空间中的声速包括三个部分入射声波产生的声速巧;假定该弹性板为刚性板时产生的几何反射声速巧に办和有界弹性板的声辐射声速ル，即 νβ{Κ ) = Vi^,+(3 ) 当次级カ源作用时，弾性板产生的辐射声速为匕ケソ)。这样，总的声速为 VifJ) == V^r,O O + + VJf(4 ) 因此，当有次级カ源作用时，弾性板的总的声功率Ir为(5) 要达到主动消声的目的，就是要使弾性板总的声功率IF最小，即控制目标为W^>mm(6) 在声功率最小的条件下，用一定的算法求得加在简支平板上的次级カ源的強度，就可以达到主动消声的目的。
技术实现思路
本专利技术g在解决上述问题的不足，提供一种，用结构声辐射来抵消入射声波，从而提高吸声效果。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是 一种基于反射声压平方和最小的主动消声系统，包括由信号发生器、功率放大器和扬声器依次连接组成的初级声源，还包括管道、平板、压电陶瓷晶片、声音传感器、控制滤波器、处理器模块和变频器；平板和扬声器分别设置于管道的两端形成一封闭结构；压电陶 瓷晶片粘贴在平板上位于管道内部的ー侧，声音传感器设置于管道内部且置于平板前方，声音传感器将采集到的声音信号经控制滤波器与处理器模块的输入端连接，处理器模块的输出端与变频器连接，变频器的输出端与压电陶瓷晶片连接。所述压电陶瓷晶片为一片、三片或五片，压电陶瓷晶片通过热金属粘结剂粘贴于平板上。更进一歩地，所述压电陶瓷晶片若为一片，则设置于平板的中央；所述压电陶瓷晶片若为三片，则等间距设置于平板的纵轴线上；所述压电陶瓷晶片若为五片，则四片设置于平板的四个角上，另外一片设置于平板的中心。作为优选，所述压电陶瓷晶片为一片、三片或五片。作为优选，所述声音传感器为麦克风传感器，麦克风传感器共有两个，其与压电陶瓷晶片等间距布置。所述平板的材料为招、不锈钢或铜。作为优选，所述平板的密度为7860Kg/m3,厚度为O. 5 mm，弹性模量为2 X IO11Pa,泊松比为O. 3。作为优选，所述压电陶瓷晶片的厚度为O. 5IM，压电复合材料的压电常数为I.66 X 10, m/V,弹性模量为 6. 3 X IO10Pa,泊松比为 O. 35。作为优选，所述处理器模块由模数转换电路、DSP处理器和数模转换电路实现。—种基于反射声压平方和最小的吸声方法，其特征在于 (1)将压电陶瓷晶片粘贴在平板上，平板和初级声源分别置于管道的两端； (2)通过布置于管道内的平板正前方的声音传感器检测出初级声源的反射声压； (3)在压电陶瓷晶片上加电压，利用压电陶瓷晶片的压电效应，引起平板振动，从而产生辐射声压； (4)将检测出的反射声压与平板振动引起的辐射声压记为总反射声压，输入控制滤波器对声音模拟信号进行滤波； (5)将滤波后的信号输入处理器模块进行计算处理；在总反射声压平方和最小的条件下，计算出加在压电陶瓷晶片上的电压与频率； (6)将上一歩求得的电压和频率通过变频器输出，再送入压电陶瓷晶片。本专利技术带来的有益效果为此消声系统和吸声方法利用压电陶瓷晶片产生振动进行消声，控制更直接、降噪效果明显；且压电陶瓷晶片重量极轻，且体积小，易于实现。附图说明图I是本专利技术的结构示意 图2是本专利技术单片压电陶瓷晶片的吸声布置 图3是本专利技术多片压电陶瓷晶片的吸声布置 图4是本专利技术两个PVDF传感器检测入射声压与反射声压的原理 图5是本专利技术的平板表面单元划分示意 图6是本专利技术一片压电陶瓷晶片在平板上的布置示意 图7是本专利技术三片压电陶瓷晶片在平板上的布置示意图； 图8是本专利技术五片压电陶瓷晶片在平板上的布置示意 图9是本专利技术一片压电陶瓷晶片控制前后的声压平方和曲线 图10是本专利技术三片压电陶瓷晶片控制前后的声压平方和曲线 图11是本专利技术五片压电陶瓷晶片控制前后的声压平方和曲线图。图中标记1、平板，2、压电陶瓷晶片，3、声音传感器，4、控制滤波器，5、处理器模块，6、变频器，701、扬声器，702、功率放大器，703、信号发生器，8、管道。具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进ー步的详细说明。如图I所示，一种基于反射声压平方和最小的主动消声系统，包括由信号发生器703、功率放大器702和扬声器701依次连接组成的初级声源，还包括管道8、平板I、压电陶瓷晶片2、声音传感器3、控制滤波器4、处理器模块5和变频器6 ;平板I和扬声器701分别设置于管道8的两端形成一封闭结构；压电陶瓷晶2片粘贴在平板I上位于管道8内部的ー侧，声音传感器3设置于管道8内部且置于平板I前方，声音传感器3将采集到的声音信号经控制滤波器4与处理器模块5的输入端连接，处理器模块5的输出端与变频器6连接，变频器6的输出端与压电陶瓷晶片2连接。作为优选，所述压电陶瓷晶片2为一片、三片或五片，压电陶瓷晶片2通过热金属粘结剂粘贴于平板I上。压电陶瓷晶片2在平板上的布置示意图如图6、图7、图8所示。所述声音传感器3为麦克风传感器，麦克风传感器共有两个，与压电陶瓷晶片2等间距布置。所述处理器模块5由模数转换电路、DSP处理器和数模转换电路实现。作为优选，所述平板I的密度为7860Kg/m3，厚度为O. 5 mm，弹性模量为2 X IO11Pa,泊松比为O. 3。所述压电陶瓷晶片2的厚度为O. 5 mm，压电复合材料的压电常数为I. 66 X 10, m/V,弹性模量为 6. 3 X IO10Pa,泊松比为 O. 35。—种基于反射声压平方和最小的吸声方法，其特征在于 (1)将压电陶瓷晶片2粘贴在平板I上，平板I和初级声源分别置于管道8的两端； (2)通过布置于管道8内的平板I正前方的声音传感器3检测出初级声源的反射声压； (3)在压电陶瓷晶片2上加电压，利用压电陶瓷晶片2的压电效应，引起平板振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚田，曹慧敏，尹更新，朱丹君，霍银磊，尤曌颖，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：