主動式入室噪音消除裝置配置仿真設計

陳鶴銘 劉根利 劉興華 胡剛

摘? 要：隨著經濟和社會的快速發展，人們對生活環境的要求日益提高。聲環境作為人們主要生活環境之一，噪聲對人們的生活產生了極大的不良影響。因此，怎樣消除噪聲污染成為了當前的研究熱點，也是目前工程界的難題之一。采用主動式降噪方法，可以降低來自外界的噪音，讓室內變得安靜。主動式降噪利用“聲波干涉”原理，通過生成與噪聲源反相的聲波，達到相互抵消以消除噪聲。生成聲波的參數、聲源位置以及數量等對都會影響去噪效果。該文利用COMSOL多物理場仿真軟件，建立室內模擬聲場，研究噪聲與反相的聲波的干涉過程以及消音裝置配置方式對去噪效果的影響，為消音裝置的設計、配置奠定理論基礎。

關鍵詞：主動式? 降噪? COMSOL

中圖分類號：TB535? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0032-02

噪音污染是一個嚴重的環境問題。根據歐盟2015年調查的數據顯示，15.6%的立陶宛人宣布他們要么受到鄰居的噪音影響，要么受到街道車輛的噪音影響，噪音污染讓人們的生活產生了巨大的煩惱[1]。噪聲不但影響了人們的健康，而且還形成噪聲污染，污染了城市。因此，怎樣消除噪聲污染成為科學研究和工程實踐中的重要難題和研究的熱點問題之一。

噪聲控制技術可分為被動降噪技術和主動降噪技術（ ANC，Active Noise Control） 兩大類。主動降噪技術是基于兩個聲波干涉相消原理，次級聲源依靠控制算法生成聲波，該聲波與噪聲聲波幅度相等但相位相反，二者在一定的空間內相疊加，次級噪聲就會抵消原有噪聲[2]。

“聲學模塊”是COMSOL Multiphysics軟件的一個附加產品，其中提供的強大工具用于為揚聲器、移動設備、麥克風、消聲器、傳感器、聲吶和流量計等應用的聲學和振動進行建模。通過使用內置的專用特征來可視化顯示聲學器件或元件的聲場，并構建其虛擬原型[3]。論文通過COMSOL仿真軟件模擬聲波傳播、干涉過程，分析室內主動降噪效果。

1? COMSOL仿真分析

該文研究的主要問題與聲波在室內的傳播有關，可采用壓力聲學模塊、頻域等。接口設計用于分析各種類型在頻域中的壓力聲學問題，關于流體中的壓力波。聲學模型可以是更大的多物理模型的一部分，例如描述結構與聲波。該文通過COMSOL所建聲場仿真模型如圖1（a）所示，其中以客廳電視發出的聲音作為噪聲源，在臥室門處放置主動降噪裝置。仿真表明，噪聲源和生成聲源作用后，床附近區域的聲強有所減小，但屋頂和立柜附近聲強減小不明顯，如圖1（b）所示。因此，當客廳有人看電視時，通過主動降噪裝置，能夠有效降低床附近區域的噪聲水平，讓人們可以舒適的休息。

該文研究的是在室內消除室外汽車、工廠等傳來的噪音。在物理模型中，利用COMSOL軟件仿真研究室內空間多聲源相互干涉原理、方法及效果，根據仿真效果建立室內多源聲場模型，分析噪音源入射方式、頻率、幅值以及主動聲源安裝位置因素等對聲波干涉效果的影響，進行噪聲及主動聲源多環境參數干涉過程仿真。

在仿真過程中，在室外放置以發聲裝置作為噪聲源，在窗戶處放置多個主動降噪裝置。仿真表明，開啟一個主動降噪裝置時，經過噪聲源和生成聲源作用后，床附近區域雖然有些減小，但降噪的效果不明顯，如圖2所示。

當開啟兩個主動降噪裝置時，經過噪聲源和生成聲源作用后，床附近區域減小噪音的效果有明顯的改變，如圖3所示。

隨著主動降噪裝置的增多，并將其放置到適當的位置，經過噪聲源和生成聲源作用后，床附近區域的聲強減小效果很明顯，如圖4所示。

2? 結語

通過COMSOL仿真軟件進行聲場建模仿真，能夠有效地分析判斷主動降噪裝置的作用和效果。實驗表明，為了有效消除室內噪聲，需要配置足夠數量的主動式降噪裝置并放置在合適的位置。在研究主動式入室噪音消除方法時，應考慮如何使裝置自適應滿足數量及位置的需要。

參考文獻

[1] Olga Khrystoslavenko，Raimondas Grubliauskas. Simulation of Room Acoustics Using Comsol multiphysics[A]. Proceedings of the 20th Conference for Junior Researchers“Science-Future of Lithuania”[C].Vilnius， Lithuania，2017.

[2] 陳承義.主動降噪技術應用于柜式空調室內機的研究[J].河池學院學報，2016，158（2）：83-87.

[3] COMSOL.聲學模塊：分析聲學和振動EB/OL].https：//cn.comsol.com/acoustics-module.

①基金項目：論文由重慶市大學生創新訓練計劃項目（項目編號：201711551014）和重慶科技學院本科教育教學改革研

究項目（項目編號：201527）資助完成。