Przykłady zastosowań metod aktywnego tłumienia hałasu

Transkrypt

1 Przykłady zastosowań metod aktywnego tłumienia hałasu

2 Tłumienie hałasu szerokopasmowego w dukcie Układ powietrznego ogrzewania w biurowcu (1994) - powierzchnia ogrzewana: 46 tys. m 2 (!) - 85 jednakowych układów aktywnego tłumienia hałasu w 33 niezaleŝnych systemach grzewczych - zastosowano układ ze sprzęŝenie do przodu (bez odsprzęgania) wykorzystujący algorytm LMS - modele są tu jednak typu IIR - uzyskano średnio 10dB tłumienia

3 Tłumienie hałasu szerokopasmowego w dukcie Układ powietrznego ogrzewania w biurowcu - tłumienie hałasu pomp powietrznych - mikrofon referencyjny jest umieszczony blisko silnika napędzającego dmuchawę w komorze - mikrofon błędu jest umieszczony tuŝ przed układem dystrybucji powietrza - wykorzystuje się tu algorytm FxLMS

4 Tłumienie hałasu szerokopasmowego w dukcie Wyniki badań efektywności tłumienia (dmuchawa) - ton 800 Hz jest zredukowany o 17.8 db - całość daje średnie tłumienie 10.9 db

5 Tłumienie hałasu szerokopasmowego w dukcie Tłumienie hałasu lodówki (1991) - lodówka ma specjalną konstrukcję dzięki której moŝna zastosować ANC jak w dukcie - sygnał odniesienia otrzymuje się z miernika przyśpieszenia zamontowanego na kompresorze - zastosowano algorytm FxLMS - fakt, Ŝe sygnał referencyjny jest nieakustyczny powoduje, Ŝe nie ma problemu z odsprzęganiem - w typowej kuchni uzyskuje się zmniejszenie hałasu o 7 db.

6 Tłumienie hałasu szerokopasmowego Tłumienie hałasu w pomieszczeniu pogłosowym (1995) - hałas generowany przez pierwotne źródło dźwięku miał spektrum Hz i był próbkowany z częstotliwością 1 khz - zastosowano FIR o rzędzie uzyskano ok. 15 db tłumienia

7 Tłumienie hałasu szerokopasmowego Tłumienie hałasu w pomieszczeniu pogłosowym - wyniki badań) - wykorzystano odpowiednią kartę DSP, która pozwoliła na wykonywanie 383 mnoŝeń w jednym okresie próbkowania - powyŝszy rysunek pokazuje sytuacje po uzyskaniu zbieŝności algorytmu adaptacji filtra FIR

8 Tłumienie hałasu wąskopasmowego w układach wydechowych - układy wydechowe są jednym z najwaŝniejszych zastosowań systemów ANC - poniewaŝ główną składową częstotliwościową hałasu jest cykl pracy silnika - układy tłumienia są wąskopasmowe - jedna trudność polega na tym, Ŝe częstotliwość ta się moŝe silnie i szybko zmieniać - tłumienie pasywne polega na przeprowadzaniu spalin przez odpowiednie przegrody - im tłumienie jest silniejsze tym bardziej ogranicza efektywność pracy silnika spalinowego - nazwy ang.: active silencer, electronic mufflers - Ograniczenia: - wielkość i waga - odpowiedni zapas stabilności - niestacjonarność obiektu sterowania - bardzo wysoki hałas (170 db wewnątrz rury wydechowej) - wysoka temperatura (do 550 o C) - duŝa prędkość wylotowa gazów ( do 200 m/s)

9 Tłumienie hałasu wąskopasmowego w układach wydechowych Typowe moŝliwości tłumienia Warunki hałas [dba] Prosta rura 123 Standardowy układ wydechowy 89 Układ wydechowy wspomagany ANC 81

10 Tłumienie hałasu wąskopasmowego w układach wydechowych Trudności konstrukcyjne - przykład rozwiązania (1991) - zastosowano 4 głośniki otaczające wylot układu wydechowego - szczelina powietrzna pomiędzy układem wydechowym a głośnikami zapewnia odpowiednie chłodzenie - obudowa głośników jest pokryta specjalnym pokrowcem zabezpieczającym przed wpływami atmosferycznymi - mikrofon jest zamontowany w specjalnej obudowie na końcu układu wydechowego - układ zastosowano do tłumienie sześciocylindrowego silnika wysokopręŝnego; temp. spalin 480 o C, szybkość u wylotu 40 m/s. Uzyskano db tłumienia harmonicznych w zakresie do 200 Hz.

11 Tłumienie hałasu wąskopasmowego w układach wydechowych Przykład ulepszonego rozwiązania konstrukcyjnego (1993) - zastosowano 2 głośniki niskotonowe o specjalnej konstrukcji, zapewniającej odporność na wysoką temperaturę - tłumienie (interferencja fal dźwiękowych) następuje poza układem wydechowym: mikrofon jest umieszczony na zderzaku w odległości ok.20 cm od wylotu rury wydechowej - układ rezonatorowy w sposób pasywny wspomaga układ aktywny - wycisza wyŝsze harmoniczne i składowe losowe - zastosowano tu układ syntezy fali dźwiękowej poprzez specjalny generator harmoniczny

12 Tłumienie hałasu wąskopasmowego w układach wydechowych Przykład ulepszonego rozwiązania konstrukcyjnego (1993) c.d. bez ANC z ANC - w zakresie Hz uzyskano 16 db - przy pracy ustalonej silnika z częstotliwością podstawową 90 Hz uzyskano 26 db

13 Tłumienie hałasu wąskopasmowego w układach wydechowych Przykład rozwiązania konstrukcyjnego dla silnika wysokopręŝnego pracującego w warunkach stacjonarnych (1986) - zastosowano metodę syntezy fali dźwiękowej - wykorzystano 4 głośniki wtórne zamontowane u wylotu układu wydechowego - zakres częstotliwości Hz (zawierają się tu od 3 do 27 harmoniczne) - osiągnięto tłumienie rzędu 20 db Przy przyśpieszaniu lub zwalnianiu algorytm FxLMS dostrajał układ - jednak ze znacznym opóźnieniem

14 Tłumienie hałasu wąskopasmowego w aktywnym ochronniku słuchu Przykład rozwiązania dla szczególnie silnych hałasów (samoloty,1987) - standardowe, komercyjne rozwiązania wykorzystują metody sprzęŝenia zwrotnego - wykorzystuje się róŝne sposoby synchronizacji z dźwiękiem zakłócającym (elektroniczne, optyczne itp.) - często wykorzystuje się przekaz radiowy dzięki czemu układ synchronizacji jest wspólny dla wszystkich odbiorców

15 Inne układy tłumienie hałasu wąskopasmowego Poszerzony układ tłumienia hałasu w samochodzie (1992) - oba układy ANC działają niezaleŝnie ale są synchronizowane do obrotów silnika, które są mierzone i tworzą sygnał referencyjny - układ tłumienia hałasu powietrza wlatującego wspomaga pasywne tłumienie wewnątrz kabiny samochodu

16 Inne układy tłumienie hałasu wąskopasmowego Układ tłumienia hałasu w systemach wentylacji (1992) - mierzy się prędkość obrotową łopat wirnika wentylatora i odpowiednio wysterowuje się głośnik wtórny - z badań wynika, Ŝe moŝna uzyskać nawet 12 db tłumienia hałasu wentylatora.

17 Wielokanałowe tłumienie hałasu w układach ze sprzęŝeniem do przodu ANC odnosi największe sukcesy w zastosowaniach jednokanałowych potrzeby dotyczą jednak głównie zastosowań wielokanałowych - poszukiwanie odpowiednich rozwiązań jest główną treścią obecnych badań ANC podstawowe kierunki zastosowań są następujące: - tłumienie wewnątrz samochodów - tłumienie w kabinach samolotów - tłumienie hałasu generowanego przez duŝe transformatory - tłumienie w duktach o znacznych rozmiarach

18 System aktywnego tłumienia hałasu NANCY Układ aktywnego tłumienia hałasu posiadający: wejście mikrofonowe - primary wejście mikrofonowe - secondary (sygnał błędu) wyjście głośnikowe 20 W dodatkowe wyjście liniowe (moŝliwość wzmocnienia) Samonastrajający się w dwóch fazach algorytm tłumienia typu feed-forward faza I - identyfikacja modelu głośnik - mikrofon wtórny faza II - identyfikacja modelu źródło pierwotne - mikrofon wtórny i nastrojenie filtra.

19 Zastosowania Urządzenia klimatyzacyjne Instalacje grzewcze Kompresory Pompy Dmuchawy

20 Tłumienie hałasu kotła gazowego

21 Tłumienie hałasu w instalacji wentylacyjnej

22 Tłumienie hałasu transformatora

23 Charakterystyka tłumienia

24 Elektronika

25 Elektronika DSP56002

26 DSP bit Digital Signal Processor TIMER - 40 MHz 512 x 24 bit program memory +64 x 24 bit program memory 512 x 24 bit RAM 512 x 24 bit ROM SSI - Synchronous Serial Interface SCI - Serial Communication Interface HI - Host interface EXT.BUS - External Bus PLL Phase Locked Loop OnCE - On-chip Emulation 33 MIPS 198 MOPS

27 Wielokanałowe tłumienie hałasu w układach ze sprzęŝeniem do przodu Układy tłumienia w pomieszczeniach zamkniętych - przykład wnętrza samochodu Sposoby pasywnego tłumienia hałasu: panele absorbcyjne specjalne ukształtowanie drzwi i okien tłumiki wlotu powietrza oraz tłumienie w układzie wydechu izolacja wibracji Pomimo to poziom hałasu zwłaszcza niskoczęstotliwościowego wciąŝ jest zbyt wysoki.

28 Wielokanałowe tłumienie hałasu w układach ze sprzęŝeniem do przodu Układy tłumienia w pomieszczeniach zamkniętych - przykład wnętrza samochodu c.d. (1993) - sygnał referencyjny pochodzi od obrotów silnika - wykorzystuje się 6 głośników wtórnych - 8 mikrofonów błędu wykorzystuje się w cela adaptacji - układ zapewnia redukcje hałasu o db.

29 Wielokanałowe tłumienie hałasu w układach ze sprzęŝeniem do przodu Układy tłumienia w pomieszczeniach zamkniętych - przykład wnętrza samochodu, tłumienie hałasu od kół (1994) - 6 czujników przyśpieszenia mierzy sygnał sygnał referencyjny od kół samochodu - wykorzystuje się dwa głośniki wtórne i dwa mikrofony - Algorytm adaptacji: wielowymiarowy (tu 2x2) FxLMS - dla typowych dróg uzyskano do 7 db tłumienia

30 Aktywne tłumienie hałasu w pomieszczeniach nieograniczonych Aktywne bariery dźwiękowe (1993) - bariera pasywna jest wspomagana barierą aktywną, która składa się z 4 mikrofonów i 4 głośników wtórnych - głośniki są ułoŝone wzdłuŝ drogi dyfrakcji dźwięku pierwotnego na ścianie pasywnej - wykorzystuje się algorytm FxLMS - uzyskuje się tłumienie 6-30 db

31 Aktywne tłumienie hałasu w pomieszczeniach nieograniczonych Aktywne bariery dźwiękowe dla kompresora (1994) - otrzymuje się ok. 15 db tłumienia w zakresie Hz - zastosowana algorytm FxLMS

32 Aktywne tłumienie hałasu w pomieszczeniach nieograniczonych Aktywne bariery dźwiękowe dla transformatora (1993) - wykorzystano 4 głośniki wtórne oraz sześć mikrofonów - zastosowano algorytm wielowymiarowy FxLMS - uzyskano tłumienie db w azymucie 35 o - 40 o dla harmonicznej 120 Hz - na poziomie db w azymucie 15 o - 35 o tłumiono harmoniczną 240 Hz.