基于matlab主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn)

SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

實(shí)驗(yàn)三 主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn)

指導(dǎo)老師：王旭永

小組成員：吳淑標(biāo) 5110209352

湯劍宏 5110209355

朱安林 5110209344

目錄

TOC \o "1-1" \h \u HYPERLINK \l _Toc27719 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc27719 1

HYPERLINK \l _Toc8281 二、實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc8281 1

HYPERLINK \l _Toc25270 三、實(shí)驗(yàn)儀器 PAGEREF _Toc25270 3

HYPERLINK \l _Toc6418 四、實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc6418 4

HYPERLINK \l _Toc29206 五、實(shí)驗(yàn)過程 PAGEREF _Toc29206 5

HYPERLINK \l _Toc21872 六、程序代碼及解釋 PAGEREF _Toc21872 7

HYPERLINK \l _Toc30753 七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察及解釋 PAGEREF _Toc30753 10

HYPERLINK \l _Toc8703 八、誤差分析 PAGEREF _Toc8703 11

HYPERLINK \l _Toc17926 九、實(shí)驗(yàn)感想 PAGEREF _Toc17926 12

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1. 了解噪聲的基本概念；

2. 了解工程中處理噪聲的常規(guī)方法；

3. 掌握主動(dòng)降噪的基本原理與方法；

4. 通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M主動(dòng)降噪，分析降噪效果。

二、實(shí)驗(yàn)原理

主動(dòng)降噪(主動(dòng)噪聲控制)，又稱為有源噪聲控制。早在1933年就由德國物理學(xué)家Paul Lueg提出了。其主要依據(jù)了聲波的干涉原理，來消除噪聲。主動(dòng)降噪的基本原理圖如圖1所示：

圖1 主動(dòng)降噪的原理

圖1 主動(dòng)降噪的原理

簡單的說就是用傳感器檢測噪聲信號(hào)，通過控制系統(tǒng)反饋給次聲源，由次生源發(fā)出與原噪聲信號(hào)頻率相同、幅值大小相同、相位相反的聲信號(hào)，根據(jù)聲波疊加原理，達(dá)到一種降噪的效果。其邏輯程序框圖如圖2所示：

圖2 主動(dòng)降噪邏輯框圖

圖2 主動(dòng)降噪邏輯框圖

主動(dòng)降噪，習(xí)慣上可以進(jìn)行如下分類：

有源聲控制和有源力控制；

單通道有源控制和多通道有源控制；

非自適應(yīng)有源控制和自適應(yīng)有源控制。

對(duì)于有源噪聲控制系統(tǒng)而言，也可以這樣分類：

1)模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)；

2)前饋控制系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)；

3)單通道系統(tǒng)和多通道系統(tǒng)。

主動(dòng)降噪的實(shí)現(xiàn)：

以單通道有源噪聲控制系統(tǒng)為例，這里也分非自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)和自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)。

自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)：

該系統(tǒng)一般由初級(jí)聲源、自適應(yīng)控制器、次級(jí)聲源和誤差傳感器組成。其特點(diǎn)是控制器帶反饋，并具有自適應(yīng)控制算法，控制器多為數(shù)字控制器。這種系統(tǒng)適用的范圍寬，相對(duì)靈活，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度加大，成本增加。本系統(tǒng)原理圖如圖3所示：

圖3

圖3 自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)主要采用此種控制方式。

非自適應(yīng)有源噪聲控制系統(tǒng)：

該系統(tǒng)一般由初級(jí)聲源、控制器、次級(jí)聲源和傳感器組成。其特點(diǎn)是控制器不帶反饋，可以是模擬控制器，也可以是數(shù)字控制器。這種系統(tǒng)適用的范圍有限。

影響主動(dòng)降噪性能的主要因素：

初級(jí)聲源的類型與特征：

此時(shí)，最適合的噪聲源是集中參數(shù)噪聲源，最好是點(diǎn)噪聲源。這樣，可以使用盡可能少的次級(jí)聲源獲得最大降噪量。

2)次級(jí)聲源的位置：

一般為獲得全局空間噪聲能量的降低，在進(jìn)行次級(jí)聲源的布置時(shí)，應(yīng)該遵循從空間和時(shí)間上完全能夠復(fù)制初級(jí)聲場的原則，使得次級(jí)聲源稱為初級(jí)聲源的“鏡像”。

3)傳感器(誤差傳感器)的位置與個(gè)數(shù)：

對(duì)于有源降噪而言，所使用的傳感器(誤差傳感器)位置與個(gè)數(shù)是至關(guān)重要的。因?yàn)槠湮恢檬欠窈线m，直接影響到獲取初級(jí)聲源的質(zhì)量；其個(gè)數(shù)多少關(guān)系到降噪效果。

4)參考信號(hào)與質(zhì)量：

參考信號(hào)能夠獲得并質(zhì)量好，就可以構(gòu)造性能良好的前饋控制器，因?yàn)榍梆伩刂破飨鄬?duì)于反饋控制器而言，結(jié)構(gòu)簡單，性能易于穩(wěn)定。

5)自適應(yīng)算法與控制器硬件：

對(duì)于寬帶噪聲的降噪而言，好的自適應(yīng)算法將扮演重要的角色。它不僅關(guān)系著控制器的復(fù)雜程度、系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，一個(gè)好的自適應(yīng)算法應(yīng)該兼顧收斂性、魯棒性和計(jì)算量三個(gè)方面。 控制器硬件設(shè)置應(yīng)該以能夠?qū)崟r(shí)地、準(zhǔn)確地完成自適應(yīng)算法為目標(biāo)。

三、實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較簡單：筆記本電腦(圖4)、揚(yáng)聲器即音箱(圖5)、傳感器即麥克風(fēng)(圖6)；所使用的編程軟件是Matlab，方案簡單易行。

圖5 揚(yáng)聲器圖4 筆記本電腦

圖5 揚(yáng)聲器

圖4 筆記本電腦

圖6 傳感器

圖6 傳感器

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1)完成各儀器能否正常工作的檢驗(yàn)，

總結(jié)

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