基本介紹
- 中文名：有源消聲器
- 外文名：Active Muffler
- 起源：上世紀三十年代中期
- 舉例：管道有源消聲器
- 特點：抑制低頻噪聲效果較好
- 組成：傳聲器、放大器、相移裝置等
簡介,發展,機理,管道有源消聲器,
簡介
在噪聲控制工程中 , 低頻噪聲的抑制一直是困難的。因為一般吸聲材料的低頻吸聲效率都不高 ; 共振型吸聲結構往往占去較大體積 , 而且吸聲頻帶也不很寬; 一般隔聲結構的低頻隔聲量也很小 。所以傳統的降噪方法 , 都難以滿足要求。有源消聲器在抑制低頻噪聲方面 , 有它顯著的優點 , 並且對管道消聲來說 , 有源消聲器幾乎不影響原來氣流的動力性能 。而現代電子技術的進步以及微處理機的普及套用 , 能夠提供複雜的有源消聲器的控制系統 , 有了改進它的消聲性能的可能性。
有源消聲器是在風道內，用電腦控制電子發聲器產生一種與需消噪聲的頻率、強度相合，但相位相反的干涉聲波來消除噪聲的消聲裝置。
有源消聲器基本原理是在原來的聲場中，利用電子設備再產生一個與原來的聲壓大小相等、相位相反的聲波，使其在一定範圍內與原來的聲場相抵消。
發展
Paul Lueg在這方面進行了開拓性的工作。他在1934年提出了一個專利，他套用聲波疊加原理，對幾種可以實現有源消聲的情況作了清楚的說明。Lueg只是作了原理上的說明，也可能限於當時的技術水平，沒有得到套用，也沒有發表論文。
1953年，H. F. Olson發表了“電子吸聲器”。設計了一種電子管傳聲器。
1955年，Simsbauser把這種結構用於抗噪聲耳機，能使100一1000Hz的環境噪聲比不用電子吸聲器時多減噪近10dB。美國RCA公司將此設備用於軍方訂貨——有源耳罩和高噪聲中改進語言通訊。但在以後一段時期，並沒有這方面進一步的實用訊息和文章報導。
1956年，W . B . Conover討論了變壓器噪聲的有源控制。一座15000KVA大型變壓器，基頻60Hz噪聲最大, 120Hz次之 , 高次諧波很小。因為變壓器體積很大 , 當用單個通道一隻揚聲器作干涉聲源時 , 只能選擇某些方向來降低噪聲 。
這些有源消聲器的效果都不理想。直到 60年代中期 , 主要是技術上的困難 , 進展一直不大 。但在沉默了一段時 間後 , 從60年代末期開始 , 隨著固體電子學的發展 , 有了提供複雜而價廉的先進的電子控制系統的可能 , 有源消聲器進入了一個新的發展階段。不少國家的聲學家先後轉向這方面的研究。
機理
1、 有源消聲器在滿足單指向聲源的條件下 , 它對初級聲源的作用 , 是吸收了初級源的能量 , 而不是把能量反射回上游。
2、 次級聲源吸收能量的方式主要的是能量在音圈上被耗為熱能。
3、 有源消聲器吸收能量的過程是在揚聲器單元 I 和 H 之間產生來回往返的反射和吸收。
以上三點僅適用於次級源為單指向聲源的情況。對於次級源為單元的情況，其消聲的機理既有吸收又有反射。
管道有源消聲器
管道中噪聲的抑制，以往主要採用阻性和抗性消聲器的方法。前者適用於中高頻，對低頻噪聲的效果很差；後者雖然可用於低中頻，但對甚低的頻率(例如低於200Hz)，消聲器的尺寸往往要很大。此外，阻性和抗性消聲器或多或少會引起風管中的壓力損失，減低風速，減少風量，而有源消聲器對原有通風條件幾乎沒有影響。
有源消聲器是套用電子技術和電聲器件，這個構想最早在40年代提出，但沒能實現。到60年代末至70年代，有源消聲器有了新的發展，並在管道消聲套用方面取得了較大的進展。
原理和要求
在管道截止頻率以下，管中聲波以平面波形式傳播，相對頻譜基本上不會改變，如果用一傳聲器拾取管中噪聲的全部低頻信息，經過延時、反相、放大，由稱為次級聲源的揚聲器在管中“下游”輸出，如果次級聲源所輻射的噪聲與原噪聲的振幅相同，而位相相反，就能互相抵消，於是在管道下游實現了抑制噪聲的目的。這種有源消聲器的原理很簡單，但在實踐中有幾個技術難點：
1.所用傳聲器、揚聲器、放大器的振幅和位相的頻率回響至少在所需頻段內要求平直。
2.不同頻率的聲波經過從傳聲器到揚聲器的距離之後，它們的位相變化是不同的。為了使次級聲源與原始噪聲在儘可能寬的頻率上都能反相，就要設計專門的相移器。
3. 為了避免次級聲源輻射的消噪聲訊號向“上游”傳播到傳聲器形成聲反饋，必須使揚聲器和傳聲器具有良好的單指向特性。
