Устройство для подавления шума вентилятора в воздуховоде Советский патент 1990 года по МПК G10K11/00 

1

(21)4413027/24-10

(22)18.04.88

(46) 15.03.90. Бюл. № 10

(75) А.В. Самсонов и А.Е. Кобылян- i

скнй

(53) 534.232(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР IP 619952, jcn. G 10 К 1/36, 1978.

Авторское свидетельство СССР Р 570080. кл. G 10 К 11/00, 1977.

Патент США № 4122303, кл. Н 04 R 1/28, 1976.

Патент Великобритании № 492963, кл. G 10 К 11/00, 1978.

Т54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ШУМА ВЕНТИЛЯТОРА В ВОЗДУХОВОДЕ

(57)Изобретение относится к акустической технике. Устройство дли активного подавления шума содержит последовательно соединенные микрофон, первый усилитель, первый набор полосовых фильтров, последовательно соединенные первый вибродатчик, второй усилитель, второй набор полосовых фильтров, первый блок ключей, блок регулируемых фазовращателей, последовательно соединенные второй вибродатчик, третий усилитель, третий набор полосовых фильтров и второй блок ключей, последовательно соединенные блок фазовых ком- пара тов, набор фильтров низких частот и блок двухвходовых сумматоров, блок обработки сигналов, а также последовательно соединенные многовходо- вой сумматор, усилитель мощности и блок излучателей. Выходы блока регулируемых фазовращателей подключены к

первым входам многовходового сумматора, выходы первого набора полосовых фильтров подключены к вторым входам указанного сумматора, выходы первого блока ключей и выходы второго блока ключей соединены соответственно с первыми и вторыми входами блока фазовых компараторов, выходы блока двухвходовых сумматоров соединены с входами управления блока регулируемых фазовращателей, выходы первого набора полосовых фильтров и выходы третьего набора полосовых фильтров соединены также соответственно с первыми и вторыми входами блока обработки сигналов, каждый выход которого подключен одновременно к одному из входов первого и второго блока ключей. Блок обработки сигналов содержит два канала сравнения, каждый из которых выполнен по принципу мультиплексирования входных сигналов и заранее установленных порогов сравнения, генератор тактовых импульсов (синхроимпульсов), распределитель импульсов, регистр памяти, два синхронных D-триггера и элемент И. К выходу каждого канала сравнения подключен один D-триггер, авыходы указанных триггеров через элемент И подключены одновременно ко всем разрядам регистра памяти. Устройство позволяет .эффективно подавлять постоянный шум от вентилятора -за счет компенсации действия структурного шума, а также прерывистый шум за счет указанной компенсации при исключении возможности возбуждения в широкой полосе частот, из-за акустической обратной связи. 4 ил.

(Л

СЛ ел

о ел ел

Изобретение относится к аку|Стичес- (сой технике, а именно к устройствам для ослабления шума, распространяющего вдоль оси воздуховода ч вызванного работой вентилятооа.

Цель изобретения - повышение эффективности подавления постоянного И прерывистого шумг Е воздуховоде вентилятора.

На фиг. 1 изображена структурная Ьхема устройства для подавления шума вентилятора в воздуховодеj на фиг, 2 - структурная блока обработки сигналов на фиг, 3 - сиг на- hbi функционирования блока обработки Јигналов; на фиг, 4 - статические Характеристики системы

Устройство содержит микрофон 3, установленный в канале воздуховода, Доставленного из элементов 1 и 2, и подключенный через последовательно Соединенные усилитель 4, набор поло- Јовых фильтров 5, сумматор 6 и усилитель 7 мощности к излучателям 8 зву- ка, первый измерительный канал, состаленный из последовательно соединенных щиброцатчиков 9, усилителя 10, набора фильтров 11, блока 12 ключей и подключенный через блок 3 регулиру- Јмых фазовращателей к дополнительным входам сумматора 6, второй измерительный каналs составленный из последовательно соединенных вибродатчика 14, усилителя 15, набора фильтров 16 и блока 17 ключей и подключенный к торым входам блока 18 фазовых ком- йараторов, на первые входы которого Додаются выходы блока 12 ключей Первого измерительного канала, набор Сглаживающих фильтров 19 низких частот, соединенный,с соответствующими з&ыходами блока 18 фазовых компараторов и подключенный к первым входам $лока 20 сумматоров,, «а вторые входы которого подключены источники напря- йений начальной установки регулиру- &мых фазовращателей 13, и блок 21 обработки сигналов.

Блок обработки сигналов содержит первый канал сравнения, состоящий из Последовательно соединенных мультиплексора 22, детектора фильтра 24 низких частот, компаратора 25 и Синхронного триггера 26, второй ка нал сравнения, состоящий из последовательно соединенных мультиплексора 27, детектора 289 фильтра 29 низких частот, компаратора 30 и синхронного

„д ,-

0

5

D-триггера 31, распределитель 32 импульсов, имеющий импульсные и потенциальные выходы, третий мультиплексор 33, на вход которого подключены источники 34 напряжений сравнения четвертый мультиплексор 35, на входы которого подключен источник 36 напряжений сравнения3 генератор 37 синхроимпульсов, инвертор 38, элемент И 39 и регистр 40 памяти, составленный из D-триггеров, причем каждый потенциальный выход Р распределителя 32 импульсов соединен с одним входом управления каждого из четырех мультиплексоров 22, 27, 33 и 35 блока обработки сигналов, а каждый импульсный выход 1-е синхронизирующими входами регистра 40 памяти, генератор 37 синхроимпульсов соединен с переключающим входом распределителя 32 импульсов и через инвертор 38 с входами синхронизации D-триггеров 26 и 31 первого и второго каналов сравнения, выходы которых подключены к первому и второму входам элемента И 39, выход которого одновременно подключен ко всем информационным входам регистра 40 памяти. Входы мультиплексоров 22 и 27 соединены соответстве, 7но с выходами набора полосовых фильтров 5 и выходами набора фильтров 16 второго измерительного канала. Каждый выход регистра 40 памяти соединен с одним управляющим входом блока 13 и 17 ключей, а выходы мультиплексоров 33 и 35 соединены соответственно с вторыми входами компараторов 25 и 30 первого и второго каналов сравнения.

Перед началом работы устройства производится при выключенном вентиляторе и отключенном блоке 8 излучателей звука, калибровка воздуховода, составленного из элементов 1 и 2, заключающаяся в нахождении передаточных функций указанного воздуховода по эффективной виброскорости и звуковому давлению в роответствующих полосах частот. Для этого предварительно определяются спектры виброскоростей в полосах частот, соответствующих узкополосным фильтрам набора фильтров 11 и спектры звукового давления в полосах частот, соответствующих полосо- вьм фильтрам набора фильтров 9 и 14.

Калибровка воздуховода производится путем подачи шумового сигнала от генератора белого или розового шума через линейку фильтров, зналогичную набору фильтров 11 или 16 и последовательно подключаемую к выход указанного генератора, к усилителю мощности, подключенному к входу широкополосного вибратора, сопряженного с корпусом воздуховода на начальном участке элемента 1 и вблизи сечения I-I (не показано), снятия показаний на выходе двух соответствующих фильт ров, входящих в наборы фильтров 11 и 16 первого и второго измерительных каналов, и одновременного снятия покзаний на выходе двух соответствующих фильтров, первый из которых входит в набор полосовых фильтров 5, обрабатывающих сигнал с микрофона 3, установленного вблизи сечения I-I, a второй - в набор полосовых фильтров, обрабатывающих сигнал с микрофона, установленного временно вблизи сечения II-II (не показаны), и аналогичных набору фильтров 5. Затем производится вычисление модулей передаточных функций воздуховода по эффективной виброскорости и звуковому давлению. Поскольку двум одинаковым фильтрам, входящим в наборы фильтров 11 и 16, поставлены в соответствие два одинаковых фильтра, входящие в набор полосовых фильтров 5 и набор полосовых фильтров, обрабатывающих сигнал с микрофона в сечении II-II, и имеющие каждый полосу частот, перекрывающую полосу частот каждого из первых фильтров, то при одновременном получении в заданной полосе частот модулей передаточных функций воздуховода близких к единице можно сделать вывод об эффективном распространении структурного шума в воздуховоде, составленном из элементов 1 и 2, в указанной полосе частот и излучении в воздушный канал воздуховода. Причем составляющие излучаемого звука в указанной полосе частот в сечениях I-I и II-II имеют иные фазовые соотношения, чем будут иметь составляющие воздушного шума в указанной полосе частот при распространении их в канале воздуховода от сечения I-I до сечения II-II, а именно определяемые скоростью распространения структурного шума между указанными сечениями.

Таким образом, в наборы фильтров 11 и 16 первого и второго измерительных каналов входят узкополосные фильтры, полосы пропускания которых

10

15

20

25

5505756

соответствуют полосам частот эффективного распространения и структурного шума и излучения его в чсанал воздуховода.

Исходя из предварительно известных метрологических характеристик измерительного тракта, составленного из микрофона 3, усилителя 4, набора фильтров 5, детектора 23 и фильтра 24 низких частот, с помощью источника 34 напряжений сравнения устанавливается для каждой заданной частотной полосы напряжение сравнения, величина которого соответствует эффективному напряжению на выходе указанного Измерительного тракта при преобразовании допустимого звукового давления в указанной частотной полосе в канале воздуховода. Установка напряжений сравнения для измерительного тракта, составленного из вибродатчика 14, усилителя 15, набора фильтров 16, детектора 28 и фильтра 29 низких частот, осуществляется следующим образом, при калибровке воздуховода в заданной полосе частот с помощью технических средств, указанных выше, определяется эффективное напряжение на выходе данного измерительного тракта в указанной частотной полосе при уровне воздушного шума в сечении II- II, например на 8-10 дБ меньшем допустимого значения, которое затем с помощью источника 36 напряжений сравнения устанавливается и подается на вход соответствующего мультиплексора 35. На этом предустановка устройства заканчивается.

Устройство для подавления шума в воздуховоде работает следующим образом.

Воздушный шум воспринимается мик- - рофоном 3, преобразуется в электрический сигнал и через усилитель 4, параллельно подключенный к его выходу набор полосовых фильтров 5 поступает на входы сумматора 6, выходной сигнал которого подается через усилитель 7 5Q мощности на излучатели 8 звука, компенсирующие исходный шум, распространяющийся в воздушном канале. Распространяющийся структурный шум воспринимается первым и вторым измерительными каналами, составленными из соответственно элементов 9-12 и элементов 14- 17. Одновременно сигналы с выходов наборов фильтров 5 и 6 поступают на входы мультиплексоров 22 и 27 перво30

35

40

45

55

I

Го и второго каналов сравнения блока 21 обработки.

На фиг„ 3 представлены сигналы функционирования блока 2 обработки Сигналово С выхода генератора 37 синхроимпульсы (фиг. За) поступают на переключательный вход распределителе 32 импульсов, выполненный, напри- м|ер, на однофазной многоустойчивой пересчетной схемеэ выходные потен- дуальные сигналы которого поступают lifL управляющие входы мультиплексоров 22 и 27, последовательно подключающих в|ыходы пары фильтров наборов фильтров 5 и 6 к входу детекторов 23 и 28 первого и второго каналов сравнения, Й трямлеиное напряжение с выходов указанных детекторов через усреднявшие фильтры - фильтры 24 и 29 низ- к}их частот - no-ступают нг первые вхо- ;ф1 компараторов 25 и 30, на вторые входы которых подается напряжение сравнения для заданной частотной полосы от источников 36 и 24 напряже- и|ий сравнения череэ мультиплексоры 3j3 и 35, также управляемые потенциальными сигналами распределителя 32 Сфиг Зг, е, з). Инвертированные синхроимпульсы (фиг,, 36) поступают на синхронизирующие входу D-триггеров и 31, фиксирующих состояние выхо- рръ компараторов 25 и 30 по отрица- тельному фронту на синхровходах. Выходные сигналы триггеров 26 и 31 поступают на элемент И 39 и с его вывода на входы D-триггеров,, составля- кйцих регистр 40 памяти. При этом 0-григгеры регистра 40 пЈ1мяти собираются импульсными сигналами распределителя 32 импульсов (фиг.Зв, д, ж) тЮ отрицательному фронту которых ПРОИЗВОДИТСЯ запись состояния выхода элемента И в соответствующий Б-триг- х ер регистра 40 памяти, гричем запи сбывается 1 при срабатывании обоих компараторов (имеется превышение ус- рановленных напряжений в обоих каналах сравнения) и записывается О в любом другом случае,, Вькод каждого триггера регистра 40 памяти подается на вход одного.ключа блока 12 ключей и блока 17 ключей, вызывая срабатыва ние соответствующих ключей при нали- Пии сигнала 1 и запирание при сигнале

В работе устройство возможны следующие ситуации

0

5

0

5

0

5

0

5

1,В заданной полосе частот не имеется превышений допустимых значений уровня шума в сечении 1-1 и уровня вибраций в сечении II-II. В данном случае работает только канал, составленный из элементов 3-8, а блоки 12 и 17 ключей заперты (фиг.З).

2,В заданной полосе частот имеется превышение допустимого значения уровня шума в сечении I-I и нет превышений вибраций в сечении II-II.

В этом случае работает также канал, составленный из элементов 3-8, а блоки 12 и 17 ключей заперты (фиг. 3,).

3,В заданной полосе частот нет превышения допустимого значения уровня шума в сечении I-I, но есть превышение допустимого уровня вибрации в сечении II-II Указанная ситуация реально имеет место, поскольку воздушный шум в канале воздуховода складывается под воздействием многих источников шума, таких как воздушный поток, исходящий от лопаток рабочего колеса вентилятора и взаимодействующий с языком вентилятора, столб воздуха, находящийся в воздуховоде и резонирующий на частоте, определяемой частотой вращения лопаток вентилятора, пульсирующий воздушный поток в проточной части вентилятора, вызывающий резонансные явления, и т,д„, так что может иметь место известная компенсация в заданном частотном диапазоне звуковых полей нескольких источников звука, В этой ситуации также работает канал, составленный из элементов 3-8. Ключи 12 и 17 заперты.

В заданной полосе частот имеются превышения допустимого уровня шума и вибраций в соответствующих сечениях 1-Х и II-II При этом срабатывают компараторы 25 и 30, сигнализирующие о превышении установленных напряжений сравнения в указанной полосе, частот, и на их выходах устанавливаются потенциалы, соответствующие 1, В момент времени t состояние компараторов фиксируется в D-тригге- рах, по отрицательному фронту на их синхровх одах, что приводит к появлению 1 на выходе элемента И 39, запоминаемой в соответствующем триггере регистра 40 памяти по отрицательному фронту стробирующего импульса, появляющегося на импульсном выходе распределителя 32 в момент времени t, также для импульсов Р«, и 14 распре91550575

32 (не показаны) . Появившана выходе соответствующего регистра 40 памяти открываиз ключей блоков ключей 12 м самым обеспечивая подачу 5 с выходов пары фильтров из ильтров 11 и-16 на фазовые оры 18. На фиг. 4 приведены ные статические характеристи10

в с ны н 1 су и но ф вз ко мо бл ра ка пр ст со в ни да во во но ту за до го ни

ки системы, состоящей из блока 18 фазовых компараторов, набора фильтро 19 низких частот, блока 20 сумматоро и блока 14 регулируемых фазовращателей и имаощей связи в соответствии с фиг. 1. Статические характеристики приведены в плоскости параметров 4V иу %ы где - разность на входе данного фазового компаратора блока 18, определяемая сигналами на выходах соответствующих фильтров 11 и 12 набораJ ифк- постоянное напряжение на выходе данного компаратора, подаваемое через соответствующий фильтр 19 НЧ набора на первый вход одного из сумматоров, входящих в блок 20; Uv U j + к1)фк - постоянное напряжение на выходе данного сумматора, подаваемое на управляющий вход соответствующего фазовращателя, входящего в блок сдвиг фазы сигнала в заданной полосе частот, обеспечиваемый данным фазовращателем; U-- - постоянное напряжение для установки начального сдвига фаз, обес- печиваемого данным фазовращателем.

Сигнал с выхода данного фильтра 11 набора, проходя через соответствующие ключ блока 12 и фазовращатель блока 13, поступает на один из допол- нительных входов сумматора 6, тем самым обеспечивая возможность компенсации структурного шума в заданной полосе частот, излучаемого в канал воздуховода. При этом имеют место следующие соотношения:

ЧУ + 4W.H

%tT Чц+ if,- Ч« вМ 50

де if - суммарный фазовьй сдвиг в

заданной полосе частот в канале компенсации воздействия структурного шума; «

М фз 4Vв

qr- ,, - фазовый сдвиг в заданной полосе частот соот10

5

0

5

0

5

0

5

5

0

ветственно полосового фильтра 11 набора, фазовращателя блока 13, полосового фильтра 16 набора, излучателя 8 и между сечениями воздуховода I-I и II-II. Таким образом, канал компенсации воздействия от структурного шума, состоящий из последовательно соединенных вибродатчика 9, усилителя 10, набора полосовых фильтров 11, блока 12 ключей, блока 13 фазовращателей,, сумматора 6, усилителя 7 мощности, излучателей 8 и обладающий возможностью предустановки необходимых фазовых соотношений, определяемых взаимным расположением вибродатчиков 9 и 14 и осуществляемых с помощью последовательно соединенных блока 18 фазовых компараторов, набора фильтров 19 низких частот и блока 30- сумматоров, работает только при эффективном распространении структурного шума в воздуховоде, составленном из элементов 1 и 2, в некоторых полосах частот и излучении его в воздушный канал воздуховода, так, что.суммарный уровень звуко- « вого давления на выходе указанного воздуховода определяется одновременно воздействием воздушного и структурного шума воздуховода и превышает заданную величину, принимаемую за допустимую, при повышении допустимого порога каждым из указанных источников шума.

При этом вибродатчик 9, входящий в первый измерительный канал, является одновременно и датчиком канала компенсации воздействия от структурного шума, вибродатчик 14, входящий во вто- рой измерительный канал, определяет эффективность распространения структурного шума по всей длине воздуховода, а.сигналы с обоих вибродатчиков 9 и 14 служат также для установки с помощью блока 13 фазовращателей необходимых фазовых соотношений в указанном канале компенсации. Возможна организация канала компенсации и только с помощью второго йзмерительнбго ка- нгЬта (без элементов 9-12 и 18-20, см. пунктирные линии на фиг. 1), однако указанный канал вследствие близко расположенных вибродатчика 14 и излучателей 8 звука будет склонен к самовозбуждению, например, при щелчке

от срабатывания соответствующего ключа блока 17, из-за акустической обратной связи.

Блок 21 обработки сигналов позволя ет ограничить широкополосность устрой ства для подавления шума за счет подключения полосовых фильтров канала (компенсации воздействия от структурного шума только при выголнении указанных условий, что исключает возмож- юсть самовозбуждения в системе ком- тенсации всего устройства при подавлении прерывистого шума, а также позволяет обеспечить включение указанного канала компенсации только при превышении допустимого уровня шума и виб- Ьации одновременно в соответствующих сечениях I-I и Н-11„ При этом устра- яется возможность работы указанного (канала компенсации в ситуации 3, ко- Ьда имеет место возможная компенсация р заданном частотном диапазоне звуковых полей от нескольких источников щумообразования.

Предлагаемое устройство для подавления шума вентилятора в воздуховоде тозволяет значительно повысить эффективность подавления постоянного и трерывистого шума от вентилятора за :чет учета переизлучения структурноЕо шума и обеспечения его компенсации сключив при этом в широкой полосе астот возможность самовозбуждения системы компенсации всего устройства При подавлении прерывистого шума вентилятора.

Формула изобретения

40

Устройство для подавления шума Вентилятора в воздуховоде, содержащее последовательно соединенные микрофон, усилитель, набор полосовых фильтров, сумматор, усилитель мощное- .„ ти и излучатели звука, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности подавления постоянного и прерывистого шума от вентилятора, оно снабжено двумя измеритель- д ными «аналами, каждый из которых состоит из последовательно соединенных Вибродатчика, усилителя, набора фильтров и блока ключей, последовательно

соединенными блоком фазовых компараторов, набором фильтров низких час- от и блоком сумматоров, а также блоком регулируемых фазоврацателей и блоком обработки сигналов, содержащим

5

0

5

0

25

30

35

40

.„ д 55

два канала сравнения, каждый из которых состоит из последовательно соединенных мультиплексора, детектора, фильтра низких частот, компаратора и синхронного D-триггера, а также генератор синхроимпульсов, инвертор, элемент И, регистр памяти, распределитель импульсов, третий и четвертый мультиплексоры, и источники напряжения сравнения, причем выходы блока ключей первого измерительного канала подключены к первым входам блока фазовых компараторов и к входам блока регулируемых фазовращателей, выходы которого подключены к дополнительным входам сумматора, выходы блока ключей второго измерительного канала подключены к вторым входам блока фазовых компараторов, выходы блока сумматоров подключены к соответствующим входам управления блока регулируемых фазовращателей, выходы набора полосовых фильтров соединены с соответствующими входами мультиплексора первого канала сравнения, выходы набора фильтров второго измерительного канала соединены с соответствующими входами мультиплексора второго канала сравнения, выходы набора фильтров второго измерительного канала соединены с соответствующими входами мультиплексора второго канала сравнения, при этом каждый потенциальный выход распределителя импульсов соединен с одним входом управления каждого из четырех мультиплексоров блока обработки сигналов, а каждый импульсный выход - с входами синхронизации регистра памяти, составленного из D-триггеров, генератор синхроимпульсов соединен с переключающим входом распределителя импульсов и через инвертор с входами синхронизации D-триггеров первого и второго каналов сравнения, выходы которых подключены к первому и второму входам элемента И, выход которого подключен одновременно ко всем информационным входам регистра памяти, каждый выход которого соединен с одним управляющим входом каждого блока ключей первого и второго измерительных каналов, источники напряжений сравнения соединены с входами третьего и четвертого мультиплексоров, выходы которых подключены соответственно к вторым входам компараторов первого и второго каналов сравнения.

Изобретение относится к акустической технике. Устройство для активного подавления шума содержит последовательно соединенные микрофон, первый усилитель, первый набор полосовых фильтров, последовательно соединенные первый вибродатчик, второй усилитель, второй набор полосовых фильтров, первый блок ключей, блок регулируемых фазовращателей, последовательно соединенные второй вибродатчик, третий усилитель, третий набор полосовых фильтров и второй блок ключей, последовательно соединенные блок фазовых компараторов, набор фильтров низких частот и блок двухвходовых сумматоров, блок обработки сигналов, а также последовательно соединенные многовходовой сумматор, усилитель мощности и блок излучателей. Выходы блока регулируемых фазовращателей подключены к первым входам многовходового сумматора, выходы первого набора полосовых фильтров подключены к вторым входам указанного сумматора, выходы первого блока ключей и выходы второго блока ключей соединены соответственно с первыми и вторыми входами блока фазовых компараторов, выходы блока двухвходовых сумматоров соединены с входами управления блока регулируемых фазовращателей, выходы первого набора полосовых фильтров и выходы третьего набора полосовых фильтров соединены также соответственно с первыми и вторыми входами блока обработки сигналов, каждый выход которого подключен одновременно к одному из входов первого и второго блока ключей. Блок обработки сигналов содержит два канала сравнения, каждый из которых выполнен по принципу мультиплексирования входных сигналов и заранее установленных порогов сравнения, генератор тактовых импульсов (синхроимпульсов), распределитель импульсов, регистр памяти, два синхронных Д-триггера и элемент И. К выходу каждого канала сравнения подключен один D-триггер, а выходы указанных триггеров через элемент И подключены одновременно ко всем разрядам регистра памяти. Устройство позволяет эффективно подавлять постоянный шум от вентилятора за счет компенсации действия структурного шума, а также прерывистый шум за счет указанной компенсации при исключении возможности возбуждения в широкой полосе частот из-за акустической обратной связи. 4 ил.