一個將要被控制的噪聲場被稱為初級聲場，其聲源為初級聲源，所產生的噪聲為初級噪聲或初級聲波。人為產生的、用於抵消初級噪聲的“反”噪聲稱為次級噪聲或次級聲波，形成的聲場為次級聲場；產生次級噪聲的作動器稱為次級作動器，如果該作動器為聲源，則稱為次級聲源；如果為力源，則稱為次級力源。在空間某一點，通過初級聲波與次級聲波的相消性干涉達到降噪目的的噪聲控制方式稱為有源噪聲控制。
基本介紹
- 中文名：有源噪聲控制
- 外文名：Active noise control
- 適用領域：環境生態
- 簡稱：ANC
- 構成：感測-作動和控制器
- 性質：噪聲控制方式
簡介,有源噪聲控制的機理,有源噪聲控制系統的構成,有源噪聲控制系統的分類,
簡介
有源噪聲控制，簡稱為ANC，是指有目的地人為產生次級聲信號去控制原有噪聲的概念與方法；其中以降低噪聲為目的的亦常稱為有源降噪、有源噪聲衰減或反聲技術；而有源降噪中，原有噪聲的能量被次級聲源吸收並轉化為熱能的特別情況又稱為有源消聲或有源吸聲。相應地，能夠實現上述這些功能的設備或器件分別稱為有源控制器、有源衰減器、有源吸收器等等。將有源控制方法用於一般的噪聲防護或電聲器件以提高其抗噪性能時，均在原有器件的名稱前冠“有源”的字頭，如有源護耳器，有源抗噪聲送、受話器等。由於有源控制系統實際上是電子、電聲技術在噪聲控制中的套用，所以又常稱之為電子抗噪器件，如電子吸聲器等等。
有源噪聲控制的機理
有源噪聲控制有三種基本機理可以解釋區域內聲能量的流向：能量反射、能量吸收和能量存儲。在一個特定的有源噪聲控制問題中，這三種機理也可能同時存在。對於前兩種機理究竟哪一種起作用，決定於次級聲源的空間輻射特性，而第三種機理總是伴隨著前兩者之一存在著，它的影響與初級聲源的距離有關。
聲場中能量反射可以用干涉原理來解釋，它使聲能在空間重新分布，聲能從相消干涉區轉給相長干涉區。例如在管道有源降噪系統中，在下游區消聲的條件下，將聲能反射回上游形成駐波場。
能量吸收可以用JMC理論（由Jessel，Mangiante，Canevet創立的理論）來解釋。在JMC理論出現以前，有源噪聲控制系統中次級聲源均使用點聲源。這時空間內部分區域中噪聲降低，必然會引起另外某些區域內的噪聲升高，降噪原理是聲能量從一個區域轉移到另一個區域。當把點聲源降噪方法用到三維空間時，就只能得到局部區域的降噪效果。JMC理論利用惠更斯原理解決了這一困難，將包圍初級聲源的閉合曲面作為次級聲源，使初級聲源變成一個具有吸收截面的能量陷阱，而令傳播到一定區域內的聲能變成抗性而不傳播能量，並且逐漸通過吸收轉變為熱能。例如在管道內由兩個揚聲器單元組成的次級聲源，在滿足單指向性條件下就會吸收初級聲源的能量，並以熱能形式消耗在音圈上。吸收能量的過程是聲波在揚聲器之間作往復反射和吸收。
應該指出，多極子理論與JMC理論在概念上不完全相同。在JMC理論中，次級聲源輻射不會對初級聲源的輻射阻抗和初、次級聲源之間的聲場產生任何影響，噪聲能量是單向地從初級聲源流向次級聲源。但是JMC理論可以用多極子聲源來解釋：因為惠更斯原理指出，一個聲源向任意封閉曲面外輻射的聲場都可以用該曲面上分布聲源的輻射來替代。若把這一分布聲源離散化，就可以得到許多點聲源；JMC理論就相當於在這些點聲源附近布置了三極子次級聲源，從而在該面上形成一系列四極子聲源，降低了封閉曲面以外的噪聲場。
有源噪聲控制系統的構成
一個有源噪聲控制系統包括兩部分或兩個子系統：感測-作動和控制器。感測-作動中的感測器包括參考感測器和誤差感測器（如果它們為傳聲器，則稱為參考傳聲器和誤差傳聲器），作動器為產生次級聲場的次級聲源（揚聲器）或次級力源（激振器），有時簡稱次級源；控制器包括硬體和軟體，其中軟體以實現有源控制算法為目的，而硬體為軟體提供物理平台。如果有源控制系統只包含一個次級源和一個誤差感測器，則該系統為單通道系統；如果包含兩個以上的次級源和誤差感測器，則該系統為多通道系統。如果有源控制算法能夠根據誤差信號實時調整次級源強度，則該系統為自適應有源噪聲控制系統。控制器硬體分為模擬和數字兩種，模擬控制器一般只適合完成單通道、非自適應有源控制，而數字控制器的功能要強得多，可以實現多通道自適應有源控制。
有源噪聲控制系統的分類
有源噪聲控制系統的分類方法達數十種之多，涉及的分類因素也很複雜。例如，可以構成這樣一種系統：採用近場誤差感測策略、基於集中式的聲控制方式的自適應前饋數字式多通道有源噪聲控制系統。實際中，下列系統需要特別關注。
（1）模擬系統和數字系統
這兩種系統的控制器分別由模擬電路和數字電路構成。模擬系統構造簡單，成本低廉，但它只能完成傳遞函式簡單（通常僅針對單通道有源控制系統）的控制器，系統特性不能適應環境的變化。數字系統多由數位訊號處理器完成特定算法，通常是自適應的，適合完成多通道和時變環境下的有源噪聲控制，可靠性好，但其價格相對較高，電路結構複雜。
（2）前饋系統和反饋系統
這兩種系統的差別在於前饋系統需要獲得參考信號，而反饋系統因無法得到參考信號，整個系統由誤差感測器同時檢測參考信號和誤差信號。一般而言，只要可能人們寧願採用前饋系統，因為它的穩定性比反饋系統要好得多。
（3）單通道系統和多通道系統
單通道系統中僅包含一個次級源和一個誤差感測器，而多通道系統則包含兩個以上的次級源和誤差感測器。多數情況下，多通道系統對擴大消聲空間、提高降噪量是必需的，但隨著通道數的增多，控制器算法的複雜程度將大幅度地增加，這對保持系統的實時性和穩定性都十分不利。需要說明的是，多通道系統的實現方式又分為分散式、集中式和集群式三種。
