Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для активного гашения акустических шумов в вентиляционных системах

Изобретение относится к средствам защиты от акустического шума, вызванного работающими системами вентиляции в жилых помещениях и в подвижных объектах.

Известно устройство для активного гашения акустического шума, содержащее возбудитель акустического поля (громкоговоритель), нагруженный на среду, и соответствующий акустический приемник давления (микрофон), расположенный напротив этого громкоговорителя. Инвертирующий усилитель и компенсатор включены в цепь обратной связи, в состав которой входят и громкоговоритель и микрофон, причем выход микрофона соединен с входом предварительного усилителя с электрически управляемым коэффициентом передачи, выход предварительного усилителя соединен с входом компенсатора, выход компенсатора соединен с входом инвертирующего усилителя, к выходу которого подключен громкоговоритель, а управляющий вход предварительного усилителя соединен с выходом формирователя управляющего напряжения, вход которого соединен с выходом микрофона.

Выходное напряжение микрофона поступает одновременно на вход предварительного усилителя с электрически управляемым коэффициентом передачи и на вход формирователя управляющего напряжения, обеспечивая возможность адаптивного изменения коэффициента передачи цепи обратной связи под действием управляющего напряжения, соответствующего перепадам воздушного давления (Патент США №5848169, МПК G11K 11/00, 1998 г.).

Недостатком данного устройства является его низкая эффективность снижения шума из-за невозможности быстрой адаптации устройства при изменениях уровня шума в вентиляционных системах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству (прототипом) является устройство, содержащее размещенный в герметичном корпусе громкоговоритель, излучающая поверхность которого расположена заподлицо в отверстии стенки вентиляционного канала перпендикулярно его оси, приемник давления, расположенный внутри вентиляционного канала вблизи излучающей поверхности громкоговорителя, электрически соединенный цепью обратной связи, включающий последовательно соединенные предварительный усилитель с электрически управляемым коэффициентом передачи, компенсатор и инвертирующий усилитель мощности, соединенный с излучателем (Патент РФ №2363992 МПК G10K 11/178, от 22.08.2008 г.).

Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность активного гашения акустических шумов вследствие того, что устройство отражает падающую на него волну обратно в канал. В вентиляционном канале образуются стоячие волны между первичным излучателем звука (вентилятор) и устройством. На резонансных частотах где с - скорость звука, l - расстояние между первичным излучателем и устройством, n=1, 2…, амплитуда стоячей волны многократно превосходит амплитуду звуковой волны в отсутствие гасящего устройства. При этом при малых потерях в канале (при отсутствии пассивных средств шумопоглощения) резонансное усиление падающей волны может быть сопоставимым с эффективностью гасящего устройства, поэтому снижение шума на резонансных частотах при применении устройства оказывается малым. В вентиляционных каналах расстояние от источника шума (вентилятора) до мест расположения гасящих устройств может составлять несколько метров, поэтому снижение эффективности гашения имеет место на большом количестве резонансных частот в рабочем частотном диапазоне, из-за чего значительная доля звуковой энергии широкополосного шумового сигнала проходит через сечение, в котором установлено устройство.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности гашения шума в вентиляционном канале за счет снижения интенсивности отраженного обратно в канал звука и снижения амплитуды стоячих волн между источником шума и гасящим устройством.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для активного гашения акустических шумов в вентиляционных системах, содержащее размещенный в герметичном корпусе громкоговоритель, излучающая поверхность которого расположена заподлицо в отверстии стенки вентиляционного канала перпендикулярно его оси, приемник давления, расположенный внутри вентиляционного канала вблизи излучающей поверхности громкоговорителя, электрически соединенный цепью обратной связи, включающей последовательно соединенные предварительный усилитель с электрически управляемым коэффициентом передачи, компенсатор и инвертирующий усилитель мощности, соединенный с громкоговорителем, снабжено вторым громкоговорителем, размещенным в герметичном корпусе, фазовращателем, дополнительным усилителем мощности, причем второй громкоговоритель расположен по оси вентиляционного канала вблизи первого громкоговорителя, излучающая поверхность которого расположена заподлицо в отверстии стенки вентиляционного канала перпендикулярно его оси, вход фазовращателя электрически соединен с выходом компенсатора цепи обратной связи первого громкоговорителя, а выход фазовращателя соединен последовательно с дополнительным усилителем мощности и вторым громкоговорителем, при этом расстояние между осями громкоговорителей в корпусе составляет много меньше длины волны на верхней граничной частоте подавляемого акустического шума.

Изобретение поясняется рисунком, на котором представлен эскиз устройства для активного гашения акустических шумов в вентиляционных системах.

Устройство для активного гашения акустических шумов в вентиляционных системах содержит два громкоговорителя 1 и 2, установленные в вентиляционном канале 3 заподлицо в отверстиях стенки вентиляционного канала 3 перпендикулярно его оси, герметичные корпусы 4 и 5, в которых размещены громкоговорители 1 и 2, приемник давления (микрофон) 6, соединенный последовательно с предварительным усилителем 7 с электрически управляемым коэффициентом передачи, компенсатором 8 и инвертирующим усилителем мощности 9, соединенным с громкоговорителем 1, и фазовращатель 10, вход которого соединен с выходом компенсатора 8, а выход фазовращателя 10 соединен последовательно с дополнительным усилителем мощности 11 и вторым громкоговорителем 2.

Работа устройства активного гашения акустических шумов в вентиляционных системах происходит следующим образом. Акустические волны, вызванные шумом вентилятора, распространяются по вентиляционному каналу 3 и достигают приемника давления (микрофона) 6. Электрическое напряжение, снимаемое с микрофона 6, усиливается предварительным усилителем 7 с электрически управляемым коэффициентом передачи и через компенсатор 8 поступает на инвертирующий усилитель мощности 9 и вход фазовращателя 10. С выхода инвертирующего усилителя мощности 9 сигнал поступает на вход громкоговорителя 1, а с выхода фазовращателя 10 сигнал поступает на усилитель мощности 11 и затем на громкоговоритель 2. Громкоговоритель 2, размещенный в герметичном корпусе 5, является отражателем звуковой волны. Громкоговоритель 1, размещенный в герметичном корпусе 4, является поглотителем звуковой волны, отраженной от громкоговорителя 2. В вентиляционном канале 3 отсутствует волна, отраженная от устройства в направлении обратном направлению распространения падающей волны. Звуковое поле в вентиляционном канале 3 между источником шума (вентилятором) и устройством является спектром бегущих волн, стоячие волны на этом участке канала отсутствуют. Таким образом, данное устройство активного гашения звука не приводит к образованию стоячих волн в вентиляционном канале и исключает усиление звука на резонансных частотах, зависящих от расстояния между источником шума (вентилятором) и громкоговорителями 1 и 2, что позволяет существенно, в несколько раз, увеличить эффективность гашения шума на этих частотах и обеспечить высокую эффективность подавления шума во всем рабочем диапазоне частот. Осевое расстояние между центрами громкоговорителей L не должно превышать четверти длины волны звука на верхней частоте рабочей полосы: