有源消声器

有源消声器也称电子消声器。它的基本思想是在噪声场中，用电声器件和电子设备，产生一个与原来的声压大小相等、位相相反的声波，使在一定区域内与原来的声场相抵消。

简介

在噪声控制工程中 , 低频噪声的抑制一直是困难的。因为一般吸声材料的低频吸声效率都不高 ; 共振型吸声结构往往占去较大体积 , 而且吸声频带也不很宽; 一般隔声结构的低频隔声量也很小。所以传统的降噪方法 , 都难以满足要求。有源消声器在抑制低频噪声方面 , 有它显著的优点 , 并且对管道消声来说 , 有源消声器几乎不影响原来气流的动力性能。而现代电子技术的进步以及微处理机的普及应用 , 能够提供复杂的有源消声器的控制系统 , 有了改进它的消声性能的可能性。

有源消声器是在风道内，用电脑控制电子发声器产生一种与需消噪声的频率、强度相合，但相位相反的干涉声波来消除噪声的消声装置。

有源消声器基本原理是在原来的声场中，利用电子设备再产生一个与原来的声压大小相等、相位相反的声波，使其在一定范围内与原来的声场相抵消。

有源消声器是一套仪器装置，主要由传声器、放大器、相移装置、功率放大器和扬声器等组成。

有源消声器被广泛使用于发电、化工、冶金、纺织等工业厂矿中用于各种型号锅炉、汽机排汽；风机；安全门等设备的消声降音。

发展

Paul Lueg在这方面进行了开拓性的工作。他在1934年提出了一个专利，他应用声波叠加原理，对几种可以实现有源消声的情况作了清楚的说明。Lueg只是作了原理上的说明，也可能限于当时的技术水平，没有得到应用，也没有发表论文。

1953年，H. F. Olson发表了“电子吸声器”。设计了一种电子管传声器。

1955年，Simsbauser把这种结构用于抗噪声耳机，能使100一1000Hz的环境噪声比不用电子吸声器时多减噪近10dB。美国RCA公司将此设备用于军方订货——有源耳罩和高噪声中改进语言通讯。但在以后一段时期，并没有这方面进一步的实用消息和文章报导。

1956年，W . B . Conover讨论了变压器噪声的有源控制。一座15000KVA大型变压器，基频60Hz噪声最大, 120Hz次之 , 高次谐波很小。因为变压器体积很大 , 当用单个通道一只扬声器作干涉声源时 , 只能选择某些方向来降低噪声。

这些有源消声器的效果都不理想。直到 60年代中期 , 主要是技术上的困难 , 进展一直不大。但在沉默了一段时间后 , 从60年代末期开始 , 随着固体电子学的发展 , 有了提供复杂而价廉的先进的电子控制系统的可能 , 有源消声器进入了一个新的发展阶段。不少国家的声学家先后转向这方面的研究。

机理

1、有源消声器在满足单指向声源的条件下 , 它对初级声源的作用 , 是吸收了初级源的能量 , 而不是把能量反射回上游。

2、次级声源吸收能量的方式主要的是能量在音圈上被耗为热能。

3、有源消声器吸收能量的过程是在扬声器单元 I 和 H 之间产生来回往返的反射和吸收。

以上三点仅适用于次级源为单指向声源的情况。对于次级源为单元的情况，其消声的机理既有吸收又有反射。

管道有源消声器

管道中噪声的抑制，以往主要采用阻性和抗性消声器的方法。前者适用于中高频，对低频噪声的效果很差；后者虽然可用于低中频，但对甚低的频率(例如低于200Hz)，消声器的尺寸往往要很大。此外，阻性和抗性消声器或多或少会引起风管中的压力损失，减低风速，减少风量，而有源消声器对原有通风条件几乎没有影响。

有源消声器是应用电子技术和电声器件，这个设想最早在40年代提出，但没能实现。到60年代末至70年代，有源消声器有了新的发展，并在管道消声应用方面取得了较大的进展。

原理和要求

在管道截止频率以下，管中声波以平面波形式传播，相对频谱基本上不会改变，如果用一传声器拾取管中噪声的全部低频信息，经过延时、反相、放大，由称为次级声源的扬声器在管中“下游”输出，如果次级声源所辐射的噪声与原噪声的振幅相同，而位相相反，就能互相抵消，于是在管道下游实现了抑制噪声的目的。这种有源消声器的原理很简单，但在实践中有几个技术难点：

1.所用传声器、扬声器、放大器的振幅和位相的频率响应至少在所需频段内要求平直。

2.不同频率的声波经过从传声器到扬声器的距离之后，它们的位相变化是不同的。为了使次级声源与原始噪声在尽可能宽的频率上都能反相，就要设计专门的相移器。

3. 为了避免次级声源辐射的消噪声讯号向“上游”传播到传声器形成声反馈，必须使扬声器和传声器具有良好的单指向特性。

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