Устройство для подавления шума вентилятора в воздуховоде

Изобретение относится к акустической технике, а именно к устройствам Для ослабления шума, распространяющего вдоль оси воздуховода и вызванНого работой вентилятора.Цель изобретения - повышение эффективности подавления постоянного И прерывистого шума в воздуховоде Вентилятора.На Фиг. 1 изображена структурная схема устройства для подавления шума т вентилятора в воздуховоде; на фиг. 2 - структурная схема блока обработки сигналов; на Фиг. 3 - сигналы функционирования блока обработки сигналов; на фиг. 4 - статические характеристики системы.Устройство содержит микрофон 3, востановленный в канале воздуховода, оставленного из элементов 1 и 2, Й подключенный через последовательно соединенные усилитель 4, набор полозовых фильтров 5, сумматор 6 и усили 1 ель 7 мощности к излучателям 8 эвуКа, первый измерительный канал, составленный из последовательно соединенных 1 ибродатчиков 9, усилителя 10, набо а Фильтров 11, блока 12 ключей и подключенный через блок 13 регулируемых Фазовращателей к дополнительным ходам сумматора 6, второй измерильный канал, составленный из последовательно соединенных вибродатчика 4, усилителя 15, набора Фильтров 16 й блока 17 ключей и подключенный к фторым входам блока 18 фазовых комфараторов, на первые входы которого подаются выходы блока 12 ключей первого измерительного канала, набор 40 сглаживающих фильтров 19 низких часот, соединенный, с соответствующими выходами блока 18 фазовых компараторов и подключенный к первым входам блока 20 сумматоров, на вторые входы которого подключены источники напряжений начальной установки регулируемых Фазовращателей 13, и блок,21 обработки сигналов.Блок обработки сигналов содержит первый канал сравнения, состоящий из, последовательно соединенных мультиплексора 22, детектора 23 фильтра 24 низких частот, компаратора. 25 и синхронного триггера 26., второй ка" жал сравнения, состоящий из последо 55 дательно соединенных мультиплексора 27, детектора 28, Фильтра 29 низких частот, компаратора 30 и синхронного0-триггера 31, распределитель 32 импульсов, имеющий импульсные и потенциальные выходы, третий мультиплексор 33, на вход которого подключены источники 34 напряжений сравн ения,четвертый мультиплексор 35, на входы которого подключен источник 36 напряжений сравнения, генератор 37 синхроимпульсов, инвертор 38, элемент И 39 и регистр 40 памяти, составленный из В-триггеров, причем каждый потенциальный выход Р распределителя 32 импульсов соединен с одним входом управления каждого иэ четырех мультиплексоров 22, 27, 33 и 35 блока обработки сигналов, а каждый импульсный выход 1 - с синхронизирующими входами регистра 40 памяти, генератор 37 синхроимпульсов соединен с переключающим входом распределителя 32 импульсов и через инвертор 38 с входами синхронизации Р-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 соответственно 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 нри 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 соответствующих полосах частот. Для этого предварительно определяются спектры виброскоростей в полосах частот, соответствуецих узкополосным фильтрам набора фильтров 11 и спектры звукового давления в полосах частот, соответствующих полосовым фильтрам набора фильтров 9 и 14,Калибровка воздуховода производится путем подачи шумового сигнала от генератора "белого" или "розового" шума через линейку фильтров, анало1550575 гичную набору фильтров 11 или 16 и последовательно подключаемую к выходу указанного генератора, к усилителю мощности подключенному к входу широУ5 кополосного вибратора, сопряженного с корпусом воздуховода на начальном участке элемента 1 и вблизи сеченйя 1-1 (не показано), снятия показаний на выходе двух соответствующих фильт.-О ров, входящих в наборы фильтров 11 и 16 первого и второго измерительных каналов, и одновременного снятия показаний на выходе двух соответствующих фильтров, первый из которых входит 15 в набор полосовых фильтров 5, обрабатывающих сигнал с микрофона 3, установленного вблизи сечения 1-1, а второй - в набор полосовых фильтров, обрабатывающих сигнал с микрофона, установленного временно вблизи сече- ния 11-11 (не показаны), и аналогичных набору Фильтров 5. Затем производится вычисление модулей передаточных функций воздуховода по эффектив ной виброскорости и звуковому давлению. Поскольку двум одинаковым фильтрам, входящим в наборы фильтров 11 и 16, поставлены в соответствие два одинаковых фильтра, входящие в набор 30 полосовых фильтров 5 и набор полосовых фильтров, обрабатывающих сигнал с микрофона в сечении 11-11, 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 40 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 укаэанной полосе частот в сечениях 1-1 и 11-11 имеют иные фазовые соотношения, чем будут иметь составляющие воздушного шума в указанной полосе частот при распространении их в канале воэдуховода от сечения 1-1 до сечения 11-11, а именно определяемые скоростью распространения структурного шума между указанными сечениями. 55Таким образом, в наборы фильтров 11 и 16 первого и второго измерительных каналов входят узкополосные фильтры, полосы пропускания которых б,соответствуют полосам частот эффективного распространения и структурногошума и излучения его в .канал воздуховода.Исходя из предварительно известныхметрологических характеристик измерительного тракта, составленного измикрофойа 3, усилителя 4, наборафильтров 5, детектора 23 и фильтра 24низких частот, с помощью источника34 напряжений сравнения устанавливается для каждой заданной частотнойполосы напряжение сравнения, величина которого соответствует эффективному напряжению на выходе указанногоизмерительного тракта при преобразовании допустимого звукового давленияв укаэанной частотной полосе в каналевоздуховода. Установка напряженийсравнения 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 вышее, определяется эффективное напряжение на выходе данного измерительного трактав указанной частотной полосе приуровне воздушного шума в сечении 1111, например на 8-10 дБ меньшем допустимого значения, которое затемс помощью источника 36 напряжений,дсравнения устанавливается и подается на вход соответствующего мультиплексора 35. На этом предустановкаустройства заканчивается,Устройство для подавления шумав воздуховоде работает следующим образом.Воздушный шум воспринимается микрофоном 3, преобразуется в электрический сигнал и через усилитель 4,параллельно подключенный к его выходунабор полосовых фильтров 5 поступаетна входы сумматора 6, выходной сигналкоторого подается через усилитель 7.мощности на излучатели 8 звука, компенсирующие исходный шум, распространяющийся в воздушном канале. Распространяющийся структурный шум воспринимается первым и вторым измерительнымиканалами, составленными из соответственно элементов 9-12 и элементов 1417Одновременно сигналы с выходовнаборов фильтров 5 и 6 поступают навходы мультиплексоров 22 и 27 первоГо и второго каналов сравнения блока 21 обработки,На Фиг. 3 представлены сигналыФункционирования блока 2" обработкисигналов. С выхода генератора 37 синхроимпульсы (Фиг. За) поступают напереключательный вход распределителя 32 импульсов, выполненный, например, на однофаэной многоустойчивойпересчетной схеме, выходя.ые потен 10циальные сигналы которогс поступаютна управляющие входы мультиплексоров22 и 27, последовательно подключающихвасоды пары фильтров наборов Фильтрбв 5 и 6 к входу детекторов 23 и 2815фрвого и второго каналов сравнения.фппрямленное напряжение с выходовуказанных детекторов через усреднядщие фильтры -. Фильтры 24 и 29 ниэ 20их частот " поступают не первые вхоф компараторов 25 и 30, на вторыевходы которых подается н.пряжениеравнения для заданной частопной поосы от источников 36 и 34 напряжеий сравнения через мультиплексоры3 и 35, также управляемые потенциальми сигналами распределителя 32фиг. Зг, е, з). Инвертированные синоимпульсы (фиг Зб) поступают нанхронизирующие входы О-триггеров26 и 31, Фиксирующих состояние выхов компараторов 25 и 30 по отрица"ельному Фронту на синхровходах. Выодные сигналы триггеров 26 и 31 потупают на элемент И 39 и с его вы, 35Мода на входы Э-триггеровсоставли-,кщих регистр 40 памяти, При этомЙ-триггеры регистра 40 памяти собираются импульсными сигналами распреЦелителя 32 импульсов (Фиг.Зв, д, ж),то отрицательному Фронту которых .производится запись состояния выходаЭлемента И в соответствукщий О.-триггер регистра 40 памяти, причем запиСываетсй "1" при срабатывании обоихиомпараторов (имеется превышение установленных напряжений в обоих кана-Лах сравнения) и записывается "О"в любом пругом случае Выход каждоготриггера регистра 40 памяти подаетсяна вход одного. ключа блок а 12 ключейи блока 17 ключей, вызывая срабатывание соответствующих ключей при нали. -Чии сигнала "1" и запирание при сигнале "О".55 В работе устройство возможны следующие ситуации. 1, В заданной полосе частот не имеется превышений допустимых значений уровня шума в сечении 1-1 и уровня вибраций в сечении 11-11, В данном случае работает только канал, составленный из элементов 3-8, а блоки 12 и 17 ключей заперты (фиг.3).2. В заданной полосе частот имеется превышение допустимого значения уровня шума в сечении 1-1 и нет превышений вибраций в сечении 11-11, В этом случае работает также канал, составленный иэ элементов 3-8, а блоки 12 и 17 ключей заперты (фиг. 3,).3. В заданной полосе частот нет превьппения допустимого значения уровня шука в сечении 1-1, но есть превышение допустимого уровня вибрации в сечении 11-11. Указанная ситуация реально имеет место, поскольку воздушный шум в канале воэдуховода 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 компенсацчя 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 превьппения допустимого уровня шума и вибраций в соответствующих сечениях 1-1 и 11-П, При этом срабатывают компараторы 25 и 30, сигнализирующие о превьппении установленных напряжений сравнения в указанной полосе частот, и на их выходах устанавливаются потенциалы, соответствующие 13111 . В момент времени йсостояние компараторов фиксируется в 0-триггерах,по отрицательному фронту на их синхровходах, что приводит к появлению "1" на выходе элемента И 39, запоминаемой в соответствующем триггере регистра 40 памяти по отрицательному Фронту стробирующего импупьса, появляющегося на импульсном выходе распределителя 32 в момент времени , также для.импульсов Р и 1 распреСигнал с вйхода данного фильтра 11 набора, проходя через соответствующие ключ блока 12 и фаэовращатель блока 13, поступает на один из допол 40 нительных входов сумматора 6, тем саьим обеспечивая возможность компенсации структурного шума в заданной полосе частот, излучаемого в канал воздуховода. При этом имеют место45 следующие соотношения: Ч= %Ь+ Рф М+ РИл.2фи 6 т+ Рфл фЭ = 6,2 ь 50 где Ч - суммарный фазовый сдвиг взаданной полосе частот в канале компенсации воздействия структурного шума;ЧФ 6 ф Ф 61 ффт 1тизл.2р-- фазовый сдвиг в задан-Уной полосе частот соот 55/делителя 32 (не показаны) . Появившаяся "1" на выходе соответствующеготриггера регистра 40 памяти открывает один из кпючей блоков ключей 12 и 17, тем самым обеспечивая подачусигналов с выходов пары фильтров из набора фильтров 11 и .16 на фазовые компараторы 18. На фиг. 4 приведены совмещенные статические характеристи 1 О ки системы, состоящей из блока 18 фазовых компараторов, набора фильтров19 низких частот, блока 20 сумматоров и блока 14 регулируемых Фаэовращателей и имеющей связи в соответствии с Фиг. 1. Статические характеристики приведены в плоскости параметров Чф Пфк Пуф фв где 8 Ф- разность на входе данного Фазового компаратора блока 18, определяемая сигналами на .выходах соответствующих фильтров 11 и 12 наборами Уф- постоянное.напряжение на выходе данного компаратора, подаваемое через соответствующий фильтр 19 НЧ набора на первый вход одного из сумматоров, входящих в блок 20; У= У; + М ф - постоянное напряжение на выходе данного сумматора, подаваемое на управляющий входсоответствующего Фазовращателя, входящего в блок 13;сф - сдвиг фазы сигнала в заданной полосе частот, обеспечиваемый данным фазовращателем; П - постоянное напряжение для установки начального сдвига фаэ, обес 35 печиваемого данным фазовращателем. ветственно полосовогоФильтра 11 набора, фазовращателя блока 13,полосового фильтра 1 бнабора, излучателя 8 имежду сечениями .воздуховода 1-1 и 11-11,Таким образом, канал компенсациивоздействия от структурного шума, состоящий из последовательно соединенных вибродатчика 9, усилителя 10,набора полосовых фильтров 11, блбка12 ключей, блока 13 фаэовращателей,сумматора б, усилителя 7 мощности,излучателей 8 и обладающий возможностью предустановки необходимыхфазовых соотношений, определяемыхвзаимным расположением вибродатчиков 9 и 14 и осуществляемых с помощью последовательно соединенныхблока 18 фазовых компараторов, набора фильтров 19 низких частот и блока 30 сумматоров, работает толькопри эффективном распространенииструктурного шума в воздуховоде,составленном из элементов 1 и 2,в некоторых полосах частот и излучении его в воздушный канал воздуховода.так, что.суммарный уровень звукового давления на выходе указанноговоздуховода определяется одновременно воздействием воздушного и структурного шума воздуховода и превышаетзаданную величину, принимаемую задопустимую, при повышении допустимого порога каждым иэ указанных источников шума.При этом вибродатчик 9, входящийв первый измерительный канал, является одновременно и датчиком канала компенсации воздействия от структурногошума, вибродатчик 14, входящий во вто"рой измерительный канал, определяетэффективность распространения структурного шума по всей длине воздуховода, а, сигналы с обоих вибродатчиков9"и 14 служат также для установки спомощью блока 13 фазовращателей необходимых фазовых соотношений в указанном канале компенсации. Возможна организация канала компенсации и толькос помощью второго измерительного канала (без элементов 9-12 и 18-20, см.пунктирные линии на фиг. 1), однакоуказанный 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 позволяет ограничить широкополосность устройства для подавления шума за счет подключения полосовых фильтров канала компенсации воздействия от структурного шума только при выполнении указанных условии, что исключает возмож 10 йость самовозбуждения в системе комсенсации всего устройства при подавлении прерывистого шума, а также позйоляет обеспечить включение указанноГо канала компенсации только при пре 15 Ьышении допустимого уровня шума и виб, ации одновременно в соответствующих сечениях 1-1 и 11-11. При этом устраяется возможность работы указанного канала компенсации в ситуации 3, ко 20 да имеет место возможная компенсациязаданном частотном диапазоне звуковых полей от нескольких источников 1 пумообразования. 25Предлагаемое устройство для подавления шума вентилятора в воздуховоде озволяет значительно повысить эффек. ивность подавления постоянного и рерывистого шума от вентилятора за чет учета переизлучения структурноо шума и обеспечения его компенсации, сключив при этом в широкой полосеастот возможность самовозбуждения системы компенсации всего устройства три подавлении прерывистого шума вен"гилятора. Формула изобретенияУстройство для подавления шума40 Вентилятора в воздуховоде, содержаЩее последовательно соединенные микрофон, усилитель, набор полосовых фильтров, сумматор, усилитель мощнос ти и излучатели звука, о т л и ч а- М щ е е с я тем, что, с целью повы 1 пения эффективности подавления постоянного и прерывистого шума от вентилятора, оно снабжено двумя измеритель 50 ными каналами, каждый из которых состоит из последовательно соединенных .Вибродатчика, усилителя, набора фильтров и блока ключей, последовательно соединенными блоком фазовых компараФоров, набором фильтров низких час 55 Фот и блоком сумматоров, а также блоЖом регулируемых фазоврацателей и блоком обработки сигналон, содержащим два канала сравнения, каждый из которых состоит иэ последовательно соединенных мультиплексора, детектора,фильтра низких частот, компаратораи синхронного П-триггера, а такжегенератор синхроимпульсов, инвертор,элемент И,. регистр памяти, распределитель импульсов, третий и четвертыймультиплексоры, и источники напряжения сравнения, причем выходы блокаключей первого измерительного каналаподключены к первым входам блока фазовых компараторов и к входам блокарегулируемых фазовращателей, выходыкоторого подключены к дополнительнымвходам сумматора, выходы блока ключей второго измерительного каналаподключены к вторым входам блокаФазовых компа 1 аторов, выходы блокасумматоров подключены к соответствующим входам управления блока регулируемых фазовращателей, выходы набораполосовых Фильтров соединены с соответствующими входами мультиплексорапервого канала сравнения, выходы набора фильтров второго измерительногоканала соединены с соответствующимивходами мультиплексора второго канала сравнения, выходы набора фильтроввторого измерительного канала соединены с соответствующими входами мультиплексора второго канала сравнения,при этом каждый потенциальный выходраспределителя импульсов соединен содним входом управления каждого изчетырех мультиплексоров блока обработки сигналов, а каждый импульсныйвыход - с входами синхронизации регистра памяти, составленного изЭ-триггеров, генератор синхроимпульсов соединен с переключающим входомраспределителя импульсов и черезинвертор с входами синхронизации0-триггеров первого и второго каналов сравнения, выходы которых под-ключены к первому и второму входамэлемента И, выход которого подключен.одновременно ко всем информационнымвходам регистра памяти, каждый выходкоторого соединен с одним управляющим входом каждого блока ключейпервого и второго измерительных каналов, источники напряжении сравнения соединены с входами третьего ичетвертого мультиплексоров,.выходыкоторых подключены соответственнок вторым входам компараторов первогои второго каналов сравнения.