一種預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪效果的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪效果的方法，包括：建立車身結(jié)構(gòu)和車內(nèi)空腔的聲固耦合模型；布置M個(gè)麥克風(fēng)和K個(gè)揚(yáng)聲器；得到M個(gè)麥克風(fēng)對(duì)應(yīng)的初級(jí)信號(hào)矢量d；獲取傳遞函數(shù)矩陣H；設(shè)定每個(gè)麥克風(fēng)的加權(quán)值λi，組成對(duì)角矩陣Λ；求解揚(yáng)聲器的穩(wěn)態(tài)輸出X；計(jì)算在發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì)和揚(yáng)聲器激勵(lì)同時(shí)作用時(shí)車內(nèi)聲場(chǎng)的分布情況；通過調(diào)整揚(yáng)聲器的數(shù)量和位置、麥克風(fēng)的數(shù)量和位置以及麥克風(fēng)信號(hào)加權(quán)值，觀察車內(nèi)聲場(chǎng)的分布情況，得到不同硬件布置方案下主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的降噪效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對(duì)比不同硬件布置方案下系統(tǒng)的降噪效果，可以評(píng)價(jià)系統(tǒng)硬件布置的好壞以及優(yōu)化硬件布置方案，有利于主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。
【專利說明】一種預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪效果的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種降噪效果預(yù)測(cè)方法，尤其是涉及一種基于有限元的預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪穩(wěn)態(tài)效果的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]主動(dòng)噪聲控制是一項(xiàng)新技術(shù)。它的基本原理是，用揚(yáng)聲器發(fā)出與噪聲聲波相位相反的聲波，使兩者疊加，從而達(dá)到“以聲消聲”的目的。傳統(tǒng)的車內(nèi)聲學(xué)包裝，對(duì)解決高頻噪聲效果明顯，但是對(duì)低頻噪聲效果不顯著。不僅如此，傳統(tǒng)的聲學(xué)包裝價(jià)格昂貴，還會(huì)對(duì)車輛帶來額外負(fù)重，影響汽車動(dòng)力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性。而主動(dòng)噪聲控制技術(shù)，可以利用車內(nèi)娛樂用音響系統(tǒng)，配套相應(yīng)的麥克風(fēng)和控制器，即可實(shí)現(xiàn)低頻降噪的目的，成本也相對(duì)低廉。
[0003]主動(dòng)噪聲控制技術(shù)，一般用以降低20-200HZ范圍內(nèi)的噪聲。對(duì)于20_60Hz頻率范圍內(nèi)的噪聲，其聲學(xué)現(xiàn)象主要以氣體絕熱變化為主，車內(nèi)噪聲同幅值同相位，單輸入單輸出的主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)即能滿足要求。對(duì)于60-200HZ頻率范圍內(nèi)的噪聲，由于車內(nèi)空腔聲學(xué)模態(tài)的產(chǎn)生而使得車內(nèi)噪聲的幅值和相位分布變得復(fù)雜。為了增大降噪?yún)^(qū)域，提高降噪效果，則需要引入多輸入多輸出的主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)。
[0004]正因?yàn)橐肓硕噍斎攵噍敵鱿到y(tǒng)，所以這個(gè)系統(tǒng)麥克風(fēng)的數(shù)量與位置、揚(yáng)聲器的數(shù)量與位置和誤差信號(hào)的加權(quán)值對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)最終的降噪效果都會(huì)產(chǎn)生影響。因此，對(duì)于多輸入多輸出的主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的預(yù)測(cè)就十分重要。目前，主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的硬件布置形式主要靠經(jīng)驗(yàn)，并且以沿用以前娛樂用揚(yáng)聲器布置方式為主，缺乏試驗(yàn)與仿真依據(jù)。因此，研究一種可以預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的降噪效果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其硬件配置的對(duì)比與評(píng)價(jià)的方法十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪效果的方法，用以優(yōu)化主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)中揚(yáng)聲器的數(shù)量和位置、麥克風(fēng)的數(shù)量和位置以及誤差信號(hào)的加權(quán)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)硬件配置的對(duì)比與評(píng)價(jià)。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪效果的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007](I)建立車身結(jié)構(gòu)和車內(nèi)空腔的聲固耦合模型；
[0008](2)設(shè)定主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的硬件布置方案，在聲固耦合模型中布置M個(gè)麥克風(fēng)和K個(gè)揚(yáng)聲器,所述的M個(gè)麥克風(fēng)分別表不為對(duì)應(yīng)位置的場(chǎng)點(diǎn),所述的K個(gè)揚(yáng)聲器分別表不為對(duì)應(yīng)位置的邊界網(wǎng)格的速度邊界條件；
[0009](3)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì),在聲固耦合模型上施加發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì),計(jì)算各個(gè)麥克風(fēng)對(duì)應(yīng)的場(chǎng)點(diǎn)在某個(gè)頻率下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，得到M個(gè)麥克風(fēng)對(duì)應(yīng)的初級(jí)信號(hào)矢量d = [(11；(12,…，dM]T，其中，Cli表示第i個(gè)麥克風(fēng)的初始信號(hào)，Cli為復(fù)數(shù)，用以表示初始信號(hào)的幅值和相位；
[0010](4)獲取第j個(gè)揚(yáng)聲器到第i個(gè)麥克風(fēng)之間在對(duì)應(yīng)頻率的傳遞函數(shù)Hij, Hij為復(fù)數(shù)，用以表示傳遞函數(shù)的增益和相位差，并形成傳遞函數(shù)矩陣H，
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪效果的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立車身結(jié)構(gòu)和車內(nèi)空腔的聲固耦合模型； (2)設(shè)定主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的硬件布置方案，在聲固耦合模型中布置M個(gè)麥克風(fēng)和K個(gè)揚(yáng)聲器，所述的M個(gè)麥克風(fēng)分別表不為對(duì)應(yīng)位置的場(chǎng)點(diǎn)，所述的K個(gè)揚(yáng)聲器分別表不為對(duì)應(yīng)位置的邊界網(wǎng)格的速度邊界條件； (3)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì),在聲固耦合模型上施加發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì),計(jì)算各個(gè)麥克風(fēng)對(duì)應(yīng)的場(chǎng)點(diǎn)在某個(gè)頻率下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，得到M個(gè)麥克風(fēng)對(duì)應(yīng)的初級(jí)信號(hào)矢量(1=?, d2，…，山]'其中，Cli表示第i個(gè)麥克風(fēng)的初始信號(hào)，Cli為復(fù)數(shù)，用以表示初始信號(hào)的幅值和相位； (4)獲取第j個(gè)揚(yáng)聲器到第i個(gè)麥克風(fēng)之間在對(duì)應(yīng)頻率的傳遞函數(shù)Hu，Hij為復(fù)數(shù)，用以表示傳遞函數(shù)的增益和相位差，并形成傳遞函數(shù)矩陣H， TJTJU
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Jti <%| it H *.* J ￡.% r* H=，其中，i=l，2，-,M, j = 1,2,…，K;
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^ M2 … (5)設(shè)定每個(gè)麥克風(fēng)的加權(quán)值A(chǔ)i，組成對(duì)角矩陣A=CliagU1,λ2,…，λΜ)； (6)利用多通道濾波算法的收斂特性，求解揚(yáng)聲器的穩(wěn)態(tài)輸出X=[Xl，x2,…，xk]τ； (7)將揚(yáng)聲器的穩(wěn)態(tài)輸出X=[Xl，χ2,…，xk]τ作為邊界條件，發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì)作為結(jié)構(gòu)激勵(lì)源，輸入到聲固耦合模型中，計(jì)算在發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì)和揚(yáng)聲器激勵(lì)同時(shí)作用時(shí)車內(nèi)聲場(chǎng)的分布情況； (8)通過調(diào)整揚(yáng)聲器的數(shù)量和位置、麥克風(fēng)的數(shù)量和位置以及麥克風(fēng)信號(hào)加權(quán)值，觀察車內(nèi)聲場(chǎng)的分布情況，得到不同硬件布置方案下主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)的降噪效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪效果的方法，其特征在于，步驟(6)所述的求解揚(yáng)聲器的穩(wěn)態(tài)輸出X=[Xl，χ2,…，xk]T具體是，在多通道有源控制系統(tǒng)中，為了使目標(biāo)函數(shù)J=I I Ad+AHX| I2達(dá)到最小，即求解線性代數(shù)方程AHX=-Ad的矛盾解，利用偽逆可求得其矛盾解為X= - (Λ H) + X (Λ d)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測(cè)主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)降噪效果的方法，其特征在于，步驟(3)所述的獲取發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì)具體是，先在實(shí)車上通過傳遞路徑分析試驗(yàn)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)力激勵(lì)，然后獲得發(fā)動(dòng)機(jī)在特定工況下懸置點(diǎn)的力激勵(lì)的頻譜圖。
【文檔編號(hào)】G10K11/16GK103500575SQ201310442058
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】張立軍, 張頻捷, 孟德建 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)