СПОСОБ АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ШУМОВ Российский патент 1997 года по МПК G01K11/16 

Описание патента на изобретение RU2097715C1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для гашения шума ограниченной области, содержащей шумящий объект, а также при защите объекта от внешних шумов при сохранении всего спектра полезного звукового сигнала.

Известен способ управления акустическим полем в кабине транспортного средства или аналогичном пространстве, заключающийся в том, что устанавливают измерительные микрофоны в местах локализации шумов, например, в кабине, у двигателя, колес и формируют противофазные подавляющие сигналы в конкретных областях кабин, например, за спинкой сиденья в салоне автомобиля [1]
Недостатком данного способа является низкая точность и малая область применения, так как учитываются сигналы лишь в конкретных зонах области, а подавление осуществляется в малых локальных зонах замкнутого пространства.

Известен также способ шумового контроля, заключающийся в том, что контролирующие элементы устанавливают в узлах сетчатой структуры и осуществляют с учетом полученных сигналов, а также сигналов ошибки с другой группы контролирующих элементов, регулирование противофазных подавляющих сигналов, которые поступают также с одной определенной поверхности [2]
Недостатком известного способа также является малая область применения, так как для сохранения необходимой точности датчики необходимо устанавливать по поверхностям, имеющим элементарные пространственные формы и решать для регулировки уравнение с учетом только таких поверхностей, что в свою очередь не позволяет применять способ для контроля шума в любых объемах. Низка также точность измерения, так как излучающее гасящее поле может восприниматься в зоне контроля, что вызывает не только искаженные измерения, но также за счет акустической обратной связи может возникнуть генерация.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ активного подавления шумов, заключающийся в том, что формируют измерительную зону за счет дискретного расположения микрофонов в точках вокруг зоны источника шума, формируют активную зону за счет дискретного расположения монопольных источников звука в точках вокруг измерительной зоны с образованием между этими зонами промежуточной зоны и защищенной от шума внешней зоны, измеряют микрофонами звуковое давление шума и излучают монопольными источниками звука компенсирующие сигналы, противофазные сигналам с микрофонов [3]
Недостатком способа является то, что достаточную точность можно получить только при допущении, что поверхности являются гладкими, замкнутыми и имеют элементарные пространственные формы, а эти допущения снижают область применения способа.

Целью изобретения является повышение точности и расширение области использования за счет применения способа для нестационарных звуковых полей и в полосе частот для стационарных звуковых полей, а также за счет гашения нежелательных источников звука путем увеличения числа зон контроля и излучения (а также активных зон).

Цель достигается тем, что микрофоны и монопольные источники звука помещают в узлах соответствующих энергетических трехмерных прямоугольных разностных сеток, образуя внешнюю и внутреннюю сеточные границы Gi измерительной зоны и внешнюю и внутреннюю сеточные границы Ge активной зоны, измеряют значения звуковых давлений шума за следующие друг за другом интервалы времени, вычисляют значения суммарной энергетической плотности fi (t, gi) источников шума измерительной зоны и значения суммарной энергетической плотности fe (t, ge) компенсирующих сигналов источников и звука активной зоны, осуществляют регулировку значения fe (t, ge) суммарной энергетической плотности, учитывая значения звукового давления шума за текущий t и предшествующий ему T интервалы времени, причем значения fe (t, ge) и fi (t, gi) вычисляют как:

где Pi (t, gi) значение звукового давления шума в узлах измерительной зоны;
значение звукового давления шума звуковых источников в узлах активной зоны;

rei расстояние между соответствующими узлами сеточных границ измерительной и активной зон;
C скорость звука в среде;
hi, he соответствующие шаги прямоугольных разностных сеток в измерительной и активной зонах соответственно;
QGi,e, QDi,e, Qde,i характеристические функции сеточных границ Gi,e и зон Di,e и di,e соответственно;
Ai, Ae матрицы систем конечно-разностных уравнений, аппроксимирующих уравнений Лапласа конечно-разностной сетки в измерительной и активной зонах соответственно.

На фиг. 1 представлена схема принципа формирования сеточных границ; на фиг.2 пример схемы размещения сеточных границ поверхностей.

На произвольной замкнутой измерительной поверхности Si, окружающей область Di с шумящим оборудованием 1, расположены в точках Gi монопольные измерительные микрофоны 2. На активной поверхности Se, охватывающей измерительную поверхность, расположены в точках Ge монопольные звуковые источники 3. Измерительные микрофоны 2 и звуковые источника 3 связаны через блок 4 измерения и регулирования.

Способ осуществляют следующим образом.

Предположим, что область Di с шумящим оборудованием окружена измерительной поверхностью Si, которая целиком погружена в акустическую среду, а звуковое давление P(t) в окрестности Si описывается волновым уравнением:
,
Δ оператор Лапласа.

В окрестности поверхности Si рассчитываем трехмерную прямоугольную разностную сетку с шагом hi. Эти сетки используются при построении системы разностных уравнений для значений давления в узлах разностной сетки. Эта система аппроксимирует уравнение Гельмгольца относительно давления в окрестности поверхности Si области Di.

Выбор шага hi определяет точность решения. Звуковое давление P(t, xi) в узлах xi этой разностной сетки описывается системой разностных уравнений:

где коэффициенты m и K образуют матрицу A1.

Двойной слой узлов трехмерной прямоугольной разностной сетки, лежащих наиболее близко к поверхности по обе ее стороны, образуют сеточные границы Gi. В точках gi сеточных границ Gi устанавливают набор микрофонов 2, которые измеряют текущее звуковое давление Pi(ti, gi).

На основе получаемой информации формируется набор fi(t, gi) значений плотностей "фиктивных" звуковых источников в текущий момент времени в точках gi по формулам:

где QM характеристическая функция множества M, под M обобщены все множества, входящие как индексы Q.

Таким образом, использование двойной решетки микрофонов, установленных на двух сеточных границах области Di, источники которой необходимо "выключить" и формулы /1/ теории разностного потенциала, позволяет выделить поле этих нежелательных источников звука из общего звукового фона, причем нежелательные источники могут иметь ту же частоту, что и прочие.

Далее, в окрестности активной поверхности Se рассчитывается своя трехмерная прямоугольная разностная сетка с шагом he, матрица конечно-разностных уравнений, а также сеточные границы Ge.

В узлах ge "активных" сеточных границ Ge вычисляется текущее значение P(t, ge) звукового поля "фиктивных" звуковых источников fe(t, ge), находящихся в узлах измерительных сеточных границ Ge, при этом используются формулы разностного потенциала безграничного пространства:

где rei расстояние между соответствующими точками измерительных и активных Ge сеточных границ.

В узлах сеточных границ Ge устанавливают монопольные звуковые источники 3. На основе полученных значений P(t, ge) вычисляют значения fе (t, gе) плотности источников 3, чтобы "выключить" поле нежелательных источников в области Di. Значение плотности вычисляется по формулам:

где de защищаемая от нежелательных источников области Di часть области De.

C помощью блока 4 измерения и регулирования плотности монопольных звуковых источников.

Следует отметить, что для вычисления мощностей источников используется не только текущее звуковое давление P(t, gi), но и давление за конечный предшествующий интервал времени
T /C,
где C скорость звука в среде;
максимальное из расстояний между точками сеточных границ измерительных и активных поверхностей.

При вычислении параметров по формулам /1/ /3/ нахождение собственных источников в защищаемой части пространства не препятствует выработке необходимых управляющих значений, хотя и вносит свой вклад в значения давления на измерительных сеточных границах.

Монопольные звуковые источники 3 также вносят свой вклад в звуковое давление на сеточных границах Gi, однако их суммарный вклад не препятствует вычислению мощностей при применении формул /1/ /3/.

Описанный способ годится и для случаев, когда разделительная поверхность Si пересекает границу помещения. В этом случае в формулу /2/ вместо запаздывающего потенциала безграничного пространства представляется подходящее фундаментальное решение волнового уравнения в виде запаздывающего потенциала, удовлетворяющее заданным на границе помещения условиям.

Для частного случая, когда измерительные и активные Ge сеточные границы совпадают (т. е. когда информация о значениях суммарного давления P(t, ge), вызванного как нежелательными источниками области Di, так и источниками области De, в точках активных границ каким-либо образом уже определена), предлагаемый способ упрощается.

Подстановка значений суммарного поля P(t, ge) в формулу /3/ дает необходимые значения плотностей источников.

Таким образом, способ используют аппроксимацию интеграла Гельмгольца-Гюйгенса с помощью разностного потенциала, формулы /1/ /3/, что позволяет:
использовать только монопольные источники;
произвольно выбирать форму измерительной и активной поверхности;
выделять из общего звукового поля и гасить шум, находящийся внутри измерительной поверхности;
использовать способ как для гармонических источников с фиксированной частотой звука, так и для шума в полосе частот.

Похожие патенты RU2097715C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА МОРСКОГО ДНА ПРИ ДИСКРЕТНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ ГЛУБИН ПОСРЕДСТВОМ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2006
  • Авдонюшкин Виктор Алексеевич
  • Алексеев Сергей Петрович
  • Аносов Виктор Сергеевич
  • Бродский Павел Григорьевич
  • Денесюк Евгений Андреевич
  • Добротворский Александр Николаевич
  • Жуков Юрий Николаевич
  • Ильющенко Григорий Иванович
  • Леньков Валерий Павлович
  • Ставров Константин Георгиевич
  • Чернявец Владимир Васильевич
RU2326408C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА СВИСТА В ЛЕГКИХ ЧЕЛОВЕКА 2014
  • Коренбаум Владимир Ильич
  • Тагильцев Александр Анатольевич
  • Горовой Сергей Владимирович
  • Власов Денис Игоревич
  • Ширяев Антон Дмитриевич
  • Фершалов Юрий Яковлевич
RU2545422C1
ФИЛЬТР И СПОСОБ ДЛЯ ИНФОРМИРОВАННОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ, ИСПОЛЬЗУЯ МНОГОЧИСЛЕННЫЕ МГНОВЕННЫЕ ОЦЕНКИ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИБЫТИЯ 2013
  • Хабетс Эмануэль
  • Тиргарт Оливер
  • Браун Себастьян
  • Тазеска Мая
RU2641319C2
СПОСОБ АКТИВНОГО ГАШЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ШУМА 2008
  • Гладилин Алексей Викторович
  • Догадов Альберт Алексеевич
  • Миронов Михаил Арсеньевич
RU2368017C1
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ШУМА КОЛЕСНЫХ ПАР РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА О СТЫКИ РЕЛЬС 2009
  • Колыхалин Виталий Михайлович
  • Давыдов Владимир Вениаминович
  • Иванов Николай Игоревич
RU2434987C2
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КОНТРОЛИРУЕМОЙ СРЕДЫ 2012
  • Синицын Антон Александрович
  • Синицын Александр Павлович
RU2526586C2
Способ акустических исследований системы впуска двигателя внутреннего сгорания 2022
  • Дерябин Игорь Викторович
  • Андреянов Сергей Александрович
RU2791855C1
Способ акустических испытаний автомобильного электрогенератора 2022
  • Дерябин Игорь Викторович
  • Андреянов Сергей Александрович
RU2798588C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ОСТАТКА ТВЕРДОГО НЕФТЕПРОДУКТА В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ВАГОНЕ-ЦИСТЕРНЕ 2007
  • Колыхалин Виталий Михайлович
  • Залипаев Виктор Васильевич
  • Давыдов Владимир Вениаминович
RU2348015C1
УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ О НАПРАВЛЕНИИ И КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ 2011
  • Кюх, Фабиан
  • Дель, Гальдо, Джованни
  • Тиргарт, Оливер
  • Пулкки, Вилле
  • Ахонен, Юкка
RU2555188C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 097 715 C1

Реферат патента 1997 года СПОСОБ АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ШУМОВ

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для подавления шума ограниченной области, содержащей шумящий объект. Сущность изобретения: формируют измерительную зону Si расположением микрофонов в точках gi вокруг источника шума и активную зону Se за счет дискретного расположения монопольных источников звука в точках ge вокруг измерительной зоны, измеряют звуковое давление в измерительной зоне в следующие друг за другом интервалы времени и излучают компенсирующие сигналы источниками звука активной зоны, при этом микрофоны и источники звука помещают в узлах энергетических трехмерных разностных сеток, вычисляют значения суммарной энергетической плотности источников шума fi и компенсирующих сигналов источников звука fe и регулируют fe с учетом значения давления шума. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 097 715 C1

Способ активного подавления шумов, заключающийся в формировании измерительной зоны Si за счет дискретного расположения микрофонов в точках gi вокруг зоны источника шума Di, формирования активной зоны Se за счет дискретного расположения монопольных источников звука в точках ge вокруг измерительной зоны с образованием между этими зонами промежуточной зоны di и защищенной от шума внешней зоны de, измерений микрофонами звукового давления шума, излучения монопольными источниками звука компенсирующих сигналов, противофазных сигналов с микрофонов, отличающийся тем, что микрофоны и монопольные источники звука помещают в узлах соответствующих энергетических трехмерных прямоугольных разностных сеток, образуя внешнюю и внутреннюю сеточные границы Gi измерительной зоны и внешнюю и внутреннюю сеточные границы Ge активной зоны, измеряют значения звуковых давлений шума за следующие друг за другом интервалы времени, вычисляют значения суммарной энергетической плотности fi (t, gi) источников шума измерительной зоны и значения суммарной энергетической плотности fe (t, ge), компенсирующих сигналов источников звука активной зоны, осуществляют регулировку fe (t, ge) суммарной энергетической плотности, учитывая значения звукового давления шума за текущий t и предшествующий ему T интервала времени, причем значение fe (t, ge) и fi (t, gi) вычисляют как


где Pi (t, gi) значения звукового давления шума в узлах измерительной зоны;
значение звукового давления шума звуковых источников в узлах активной зоны;

rei расстояние между соответствующими узлами сеточных границ измерительной и активной зон;
C скорость звука в среде;
hi, he соответствующие шаги прямоугольных разносных сеток в измерительной и активной зонах соответственно;
QGi,e, QDi,e, Qde,i характеристические функции сеточных границ Gi,e и зон Di,e и di,e соответственно;
Ai, Ae матрицы систем конечно-разностного уравнения аппроксимирующего уравнения Лапласа конечно-разностной сетки в измерительной и активной зонах соответственно.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2097715C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
EP, патент, 0098594, кл
Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами 1921
  • Богач В.И.
SU10A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
EP, патент, 0557071, кл
Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами 1921
  • Богач В.И.
SU10A1
SU, авторское свидетельство, 506042, кл
Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами 1921
  • Богач В.И.
SU10A1

RU 2 097 715 C1

Авторы

Зиновьев Евгений Викторович

Рябенький Виктор Соломонович

Даты

1997-11-27Публикация

1995-05-16Подача