建筑施工有源振動(dòng)噪聲主動(dòng)抑制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾思文

摘? 要： 針對(duì)綠色建筑施工過(guò)程中的有源噪聲問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新的建筑施工有源振動(dòng)噪聲主動(dòng)抑制系統(tǒng)，抑制建筑施工產(chǎn)生的高分貝噪聲，避免影響當(dāng)?shù)鼐用裆?、損害施工場(chǎng)地管理人員的聽(tīng)力。該系統(tǒng)通過(guò)傳聲器MIC1和MIC2采集建筑施工有源振動(dòng)噪聲信號(hào)后，采用LMS自適應(yīng)濾波算法，去除噪聲信號(hào)中干擾因子并通過(guò)數(shù)控放大器放大，將放大后的噪聲信號(hào)傳輸至信號(hào)處理器中，先采用基于梯度下降的次級(jí)通道在線建模有源噪聲控制方案，準(zhǔn)確計(jì)算次級(jí)通道傳遞函數(shù)，再設(shè)定抑制噪聲指令，疊加噪聲控制信號(hào)與噪聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)有源振動(dòng)抑噪。經(jīng)驗(yàn)證，某建筑施工場(chǎng)地降噪前噪聲最大分貝高達(dá)79 dB，使用該系統(tǒng)后，噪聲分貝數(shù)值降低到27～32 dB之間。實(shí)驗(yàn)不僅驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性，還驗(yàn)證了系統(tǒng)具有較高的降噪量與降噪速度優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 建筑施工; 有源振動(dòng);? 噪聲抑制; 噪聲信號(hào)采集; 指令設(shè)定; 信號(hào)疊加

中圖分類號(hào)： TN753.9?34; TP301.6? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2019）16?0018?04

有源振動(dòng)噪聲控制（Active Noise Control， ANC）表示通過(guò)人為、有目的性創(chuàng)造的次級(jí)聲信號(hào)來(lái)抑制噪聲 [1]。在創(chuàng)造的抵消聲波（次級(jí)聲源）衍生后，通過(guò)2個(gè)聲波相消性干擾或者輻射抑制的形式，和被抵消聲源（初級(jí)聲源）的聲波輻射相互作用相互抵消，最終達(dá)到抑制噪聲的目的[2]。通常情況下，使用吸聲材料或隔聲結(jié)構(gòu)等聲學(xué)抑制方法簡(jiǎn)稱無(wú)源法，該方法僅能抑制高頻噪聲，面對(duì)低頻噪聲時(shí)，無(wú)源材料的聲衰減性能受到頻率影響，收斂速度較慢，降噪量較小，想要達(dá)到較好的抑噪性能，必須增大材料的厚度與容重，不僅成本較高，實(shí)際抑制實(shí)施過(guò)程也較為困難[3]。但是有源法可對(duì)低頻噪聲較好的抑制，消聲量達(dá)到最高、體積較好、控制簡(jiǎn)單。對(duì)此，本文設(shè)計(jì)新的建筑施工有源振動(dòng)噪聲主動(dòng)抑制系統(tǒng)，以此克服無(wú)源振動(dòng)噪聲主控抑制法的弊端，提高降噪效率和降噪量。

1? 建筑施工有源振動(dòng)噪聲主動(dòng)抑制系統(tǒng)

1.1? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

建筑施工有源振動(dòng)噪聲主動(dòng)抑制系統(tǒng)里傳聲器MIC1和MIC2用于獲取建筑施工中的有源噪聲信號(hào)，采集信號(hào)后通過(guò)數(shù)控放大器放大，把放大后的噪聲信號(hào)傳輸至信號(hào)處理器分析后設(shè)定抑制噪聲指令，通過(guò)平滑濾波與變換后控制揚(yáng)聲器S，讓噪聲控制信號(hào)與噪聲信號(hào)疊加，實(shí)現(xiàn)有源振動(dòng)抑噪[4]。建筑施工有源振動(dòng)噪聲主動(dòng)抑制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

1） 數(shù)控放大器

數(shù)控放大器中包含了計(jì)算放大器與模擬開(kāi)關(guān)，圖2為其電路原理圖。計(jì)算放大器可將建筑施工中的噪聲信號(hào)放大，實(shí)行防折疊濾波和模/數(shù)變換，模擬開(kāi)關(guān)用于變換放大器的反饋電阻，調(diào)整電路增益，電路增益的數(shù)字設(shè)置范圍為[1，256]倍。圖中，E表示電阻;[ω]表示電壓。

2） 信號(hào)處理器

建筑施工有源振動(dòng)噪聲主動(dòng)抑制系統(tǒng)里信號(hào)處理器使用ADSP?2111芯片，具有16位頂點(diǎn)，整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

ADSP?211芯片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為哈佛樣式，片里設(shè)定1條程序總線、2條數(shù)據(jù)總線、2條地址總線與1條DMA總線，分離式程序總線與數(shù)據(jù)總線不僅能夠?qū)崟r(shí)提取抑制噪聲指令程序與操作程序，還能在一個(gè)周期里同步設(shè)定抑制噪聲指令與數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性較好，且信號(hào)處理器比單片機(jī)速度快，具有一定優(yōu)勢(shì)[5]。ADSP?2111使用流水線處理，能夠提高噪聲抑制指令的執(zhí)行效率[6?7]。

3? 結(jié)? 論

有源降噪技術(shù)是當(dāng)前噪聲控制領(lǐng)域中新型高效的技術(shù)，基于社會(huì)需求與應(yīng)用前景，本文設(shè)計(jì)建筑施工有源振動(dòng)噪聲主動(dòng)抑制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)在降低建筑施工有源噪聲方面效果良好，并且同對(duì)比系統(tǒng)相比，降噪過(guò)程收斂速度快，降噪量與降噪速度都占有一定優(yōu)勢(shì)，且步長(zhǎng)值隨系統(tǒng)需求實(shí)行變動(dòng)，靈活性高，可為建筑施工有源降噪工程化提供價(jià)值參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 李自強(qiáng)，李以農(nóng)，鐘銀輝，等.基于非線性自適應(yīng)濾波算法的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制[J].振動(dòng)與沖擊，2017，36（6）：181?187.

LI Ziqiang， LI Yinong， ZHONG Yinhui， et al. Nonlinear adaptive filtering algorithm for the active vibration control of gear transmission [J]. Journal of vibration and shock， 2017， 36（6）： 181?187.

[2] 姜宇程，關(guān)添，王佳飛.窄帶噪聲主動(dòng)控制系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2017，43（9）：61?63.

JIANG Yucheng， GUAN Tian， WANG Jiafei. The FPGA implementation of narrowband active noise control system [J]. Application of electronic technique， 2017， 43（9）： 61?63.

[3] 崔懷峰，胡如夫，陳南.多智能體的振動(dòng)噪聲前饋主動(dòng)控制技術(shù)[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2017，30（1）：62?70.

CUI Huaifeng， HU Rufu， CHEN Nan. Multi?gent feedforward active vibration control technology [J]. Journal of vibration engineering， 2017， 30（1）： 62?70.

[4] 肖麗麗.強(qiáng)烈震動(dòng)對(duì)山區(qū)巖石屬性參數(shù)變化的影響分析[J].地震工程學(xué)報(bào)，2018，40（2）：344?349.

XIAO Lili. Influence of strong motion on the attribute parameters variation of rocks in mountainous areas [J]. China earthquake engineering journal， 2018， 40（2）： 344?349.

[5] JAFARBOLAND M， FARAHABADI H B. Optimum design of the stator parameters for noise and vibration reduction in BLDC motor [J]. IET electric power applications， 2018， 12（9）： 1297?1305.

[6] 王娟.高層建筑在連續(xù)振動(dòng)下的壁板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)定BIM模型設(shè)計(jì)[J].地震工程學(xué)報(bào)，2018，40（3）：413?420.

WANG Juan. Panel structure instability BIM model design of high?rise buildings under continuous vibration [J]. China earthquake engineering journal， 2018， 40（3）： 413?420.

[7] PIPPITT L D. Noise reduction of heating， ventilating， and air conditioning systems in previously constructed buildings， primarily focusing on health facilities [J]. Journal of the Acoustical Society of America， 2016， 139（4）： 2059.

[8] 王曉飛，賈虎，王鵬飛，等.多齡期鋼框架結(jié)構(gòu)地震損傷模型研究[J].地震工程學(xué)報(bào)，2018，40（2）：198?205.

WANG Xiaofei， JIA Hu， WANG Pengfei， et al. Seismic damage model of a multi?age steel frame structure [J]. China earthquake engineering journal， 2018， 40（2）： 198?205.

[9] 趙靜，楊化超.融合Canny算子和小波變換的邊緣檢測(cè)方法[J].計(jì)算機(jī)仿真，2017，34（6）：277?280.

ZHAO Jing， YANG Huachao. Edge detection algorithm based on canny operator and wavelet transform [J]. Computer simulation， 2017， 34（6）： 277?280.

[10] 張頻捷，張立軍，孟德建，等.汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲主動(dòng)控制系統(tǒng)揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)布放優(yōu)化方法[J].振動(dòng)與沖擊，2017，36（5）：169?175.

ZHANG Pinjie， ZHANG Lijun， MENG Dejian， et al. Vehicle ANC hardware optimal placement using multi?objective genetic algorithm [J]. Journal of vibration and shock， 2017， 36（5）： 169?175.