基于matlab主动降噪实验

SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

实验三 主动降噪实验

指导老师：王旭永

小组成员：吴淑标 5110209352

汤剑宏 5110209355

朱安林 5110209344

目录

TOC \o "1-1" \h \u HYPERLINK \l _Toc27719 一、实验目的 PAGEREF _Toc27719 1

HYPERLINK \l _Toc8281 二、实验原理 PAGEREF _Toc8281 1

HYPERLINK \l _Toc25270 三、实验仪器 PAGEREF _Toc25270 3

HYPERLINK \l _Toc6418 四、实验步骤 PAGEREF _Toc6418 4

HYPERLINK \l _Toc29206 五、实验过程 PAGEREF _Toc29206 5

HYPERLINK \l _Toc21872 六、程序代码及解释 PAGEREF _Toc21872 7

HYPERLINK \l _Toc30753 七、实验数据观察及解释 PAGEREF _Toc30753 10

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

HYPERLINK \l _Toc17926 九、实验感想 PAGEREF _Toc17926 12

一、实验目的

1. 了解噪声的基本概念；

2. 了解工程中处理噪声的常规方法；

3. 掌握主动降噪的基本原理与方法；

4. 通过实验模拟主动降噪，分析降噪效果。

二、实验原理

主动降噪(主动噪声控制)，又称为有源噪声控制。早在1933年就由德国物理学家Paul Lueg提出了。其主要依据了声波的干涉原理，来消除噪声。主动降噪的基本原理图如图1所示：

图1 主动降噪的原理

图1 主动降噪的原理

简单的说就是用传感器检测噪声信号，通过控制系统反馈给次声源，由次生源发出与原噪声信号频率相同、幅值大小相同、相位相反的声信号，根据声波叠加原理，达到一种降噪的效果。其逻辑程序框图如图2所示：

图2 主动降噪逻辑框图

图2 主动降噪逻辑框图

主动降噪，习惯上可以进行如下分类：

有源声控制和有源力控制；

单通道有源控制和多通道有源控制；

非自适应有源控制和自适应有源控制。

对于有源噪声控制系统而言，也可以这样分类：

1)模拟系统和数字系统；

2)前馈控制系统和反馈控制系统；

3)单通道系统和多通道系统。

主动降噪的实现：

以单通道有源噪声控制系统为例，这里也分非自适应有源噪声控制系统和自适应有源噪声控制系统。

自适应有源噪声控制系统：

该系统一般由初级声源、自适应控制器、次级声源和误差传感器组成。其特点是控制器带反馈，并具有自适应控制算法，控制器多为数字控制器。这种系统适用的范围宽，相对灵活，但其结构复杂，实现难度加大，成本增加。本系统原理图如图3所示：

图3

图3 自适应有源噪声控制系统

本实验主要采用此种控制方式。

非自适应有源噪声控制系统：

该系统一般由初级声源、控制器、次级声源和传感器组成。其特点是控制器不带反馈，可以是模拟控制器，也可以是数字控制器。这种系统适用的范围有限。

影响主动降噪性能的主要因素：

初级声源的类型与特征：

此时，最适合的噪声源是集中参数噪声源，最好是点噪声源。这样，可以使用尽可能少的次级声源获得最大降噪量。

2)次级声源的位置：

一般为获得全局空间噪声能量的降低，在进行次级声源的布置时，应该遵循从空间和时间上完全能够复制初级声场的原则，使得次级声源称为初级声源的“镜像”。

3)传感器(误差传感器)的位置与个数：

对于有源降噪而言，所使用的传感器(误差传感器)位置与个数是至关重要的。因为其位置是否合适，直接影响到获取初级声源的质量；其个数多少关系到降噪效果。

4)参考信号与质量：

参考信号能够获得并质量好，就可以构造性能良好的前馈控制器，因为前馈控制器相对于反馈控制器而言，结构简单，性能易于稳定。

5)自适应算法与控制器硬件：

对于宽带噪声的降噪而言，好的自适应算法将扮演重要的角色。它不仅关系着控制器的复杂程度、系统稳定性。因此，一个好的自适应算法应该兼顾收敛性、鲁棒性和计算量三个方面。 控制器硬件设置应该以能够实时地、准确地完成自适应算法为目标。

三、实验仪器

本实验用到的实验设备比较简单：笔记本电脑(图4)、扬声器即音箱(图5)、传感器即麦克风(图6)；所使用的编程软件是Matlab，方案简单易行。

图5 扬声器图4 笔记本电脑

图5 扬声器

图4 笔记本电脑

图6 传感器

图6 传感器

四、实验步骤

1)完成各仪器能否正常工作的检验，