ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL
Principy a perspektivy aktivních metod v akustice Ondˇrej Jiˇr´ıcˇ ek 5.3.2010
ˇ ´ ´ ım fondem a statn´ ´ ım rozpoˇctem Cesk Tato prezentace je spolufinancovana Evropsk´ym socialn´ e´ republiky. Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 1/31
O čem to bude Princip Trocha historie Jednorozměrný případ – zvukovody Strategie aktivního řízení zvukových polí I feedback I feedforward Trojrozměrné případy I globální řízení I lokální řízení Aplikace Co dál... ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 2/31
Princip Interference zvukových vln
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 3/31
Princip Interference zvukových vln Huygensův princip ZH
ZH~ZP
oblast ticha ZS=-ZH ZS
ZP
S0
a)
S0
b)
ZP
S0
c)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 3/31
Princip Interference zvukových vln Huygensův princip Akustická vazba I Vyzářený akustický výkon je snížen pomocí druhého zdroje v blízkosti primárního zdroje hluku I Monopól → dipól I Dipól → kvadrupól
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 3/31
Princip Interference zvukových vln Huygensův princip Akustická vazba Řízení módů I Malé uzavřené prostory I Amplitudy módů vytvářených primárním zdrojem hluku jsou potlačovány sekundárními zdroji I Rozmístění sekundárních zdrojů je klíčové
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 3/31
Princip Interference zvukových vln
útlum 20 dB ⇒ ϑ ≤ 4, 7◦ útlum 30 dB ⇒ ϑ ≤ 2, 8◦
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 3/31
Princip
|ψp | [dB] 20 log |ψs |
15
−15 dB
10
−10 dB −5
5
(φp − φs ) [◦ ] 0 -5 -10
270
90
∆L = 0 ∆L = +3 ∆L = +6 dB
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 3/31
Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 4/31
Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877 Paul Lueg 1936
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 4/31
Historie aktivního snižování hluku
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 4/31
Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877 Paul Lueg 1936 Olson a May 1953
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 4/31
Historie aktivního snižování hluku
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 4/31
Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877 Paul Lueg 1936 Olson a May 1953
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 4/31
Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877 Paul Lueg 1936 Olson a May 1953 Conover 1956
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 4/31
Historie aktivního snižování hluku
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 4/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ
λ > 1, 7d, resp.
λ > 2h
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ
2
2
∂ 2 ∂ − c0 2 2 ∂t ∂x
ψ=0
ψ(x, t) = Ae j(ωt−kx) + Be j(ωt+kx) , k = ω/c0
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ D/Dt = ∂/∂t + U ∂/∂x
2
2
D 2 ∂ − c0 2 2 Dt ∂x
ψ=0
ψ(x, t) = Ae j(ωt−ωx/(c0 +U)) + Be j(ωt+ωx/(c0 −U)) . Proudění obvykle zanedbáváme
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ
q(t) = Ae
jωt
q q −jk|x| q , v− = − , v (x) = e v+ = 2S 2S 2S
∂v ρ0 c0 −jk|x| ∂p = −ρ0 , p = ρo c0 v , p(x) = qe ∂x ∂t 2S
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ
ρ0 c0 pp (x) = qp e −jk|x| 2S
ρ0 c0 ps (x) = qs e −jk|x−L| 2S
p(x) = pp (x) + ps (x)
p(x) = 0, pro x > L
ρ0 c0 ρ0 c0 −jkx qp e + qs e −jk(x−L) = 0 2S 2S
⇒
qs = −qp e −jkL
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ
ρ0 c0 p(x) = qp e −jkL e jk(L−x) − e −jk(L−x) , 0 < x < L 2S ρ0 c0 jkx −j2kL qp e p(x) = 1−e , x <0 2S
kL = nπ
⇔
L = nλ/2
⇒
p(x) = 0, x < 0
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ
x >L+d ρ0 c0 −jkx ρ0 c0 −jk(x−L) ρ0 c0 p(x) = qp e + qs1 e + qs2 e −jk(x−(L+d)) 2S 2S 2S qs1 = −qs2 e −jkd , qs2
e −jkL = −qp 2j sin kd
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ
ρ0 c0 pp (x) = qp e −jkx (1 + R) 2S −jkx ρ0 c0 jkL −jkL p(x) = qp (1 + R) + qs e + Re e , x >L 2S
i ρ0 c0 h qp (1 + R)e −jkx + qs e −jk(L−x) + Re −jk(L+x) , 0 < x < p(x) = 2S
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Řízení zvuku v potrubí – 1D případ
p(x) = 0, x > L 1+R qs = −qp jkL e + Re −jkL qp R = 1, qs = − cos(kL) c0 (2n + 1) f = , n = 0, 1, 2, . . . 4L
⇒
qs → ∞
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 5/31
Strategie aktivního řízení zvukových polí Zpětná vazba - feedback strategie
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 6/31
Strategie aktivního řízení zvukových polí Zpětná vazba - feedback strategie
1 E(ω) = D(ω) 1 − G(jω)C(jω) 1 . See (ω) = Sdd (ω) 2 |1 − G(jω)C(jω)|
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 6/31
Strategie aktivního řízení zvukových polí „Feedforward“ strategie
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 7/31
Strategie aktivního řízení zvukových polí „Feedforward“ strategie
E(ω) = D(ω) + G(jω)C(jω)X(ω). D(ω) = P (jω)S(ω) Systém bez šumu: X(ω) = S(ω) E(ω) = [P (jω) + G(jω)C(jω)]S(ω)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 7/31
Strategie aktivního řízení zvukových polí „Feedforward“ strategie
E(ω) = [P (jω) + G(jω)C(jω)]S(ω) Z požadavku E(ω) = 0 v místě chybového mikrofonu plyne P (jω) G(jω) = − C(jω)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 7/31
Krátká rekapitulace adaptivních algoritmů FIR filtry y (n) =
I−1 X
gi x(n − i )
i=0
1. Pro konečné koeficienty jsou vždy stabilní. 2. Fázová odezva odpovídá prostému zpoždění – jejich fáze je lineární. 3. Změny frekvenční odezvy způsobené malými změnami koeficientů jsou malé a snadno predikovatelné.
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 8/31
Krátká rekapitulace adaptivních algoritmů IIR filtry y (n) =
I−1 X
gi x(n − i ) +
i=0
K X
bk y (n − k)
k=1
1. Nemusí být vždy stabilní. 2. Jejich fáze nemůže být lineární. 3. Malé změny koeficientů bk mohou způsobit velké změny frekvenční odezvy.
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 8/31
Krátká rekapitulace adaptivních algoritmů Adaptivní filtry d(n)
-
gi x(n)
e(n) = d(n) −
y(n)
I−1 X
+ e(n)
gi x(n − i )
i=0
2
∂e(n) ∂E[e (n)] = 2E e(n) = −2E[e(n)x(n − k)] ∂gk ∂gk
∂E[e 2 (n)] gi (n + 1) = gi (n) − µ |gi =gi (n) ∂gi
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 8/31
Krátká rekapitulace adaptivních algoritmů Adaptivní filtry d(n)
-
gi x(n)
+
y(n)
e(n)
gi (n + 1) = gi (n) + αe(n)x(n − i ), pro vešchna i 1 0<α< IE[x 2 (n)]
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 8/31
Krátká rekapitulace adaptivních algoritmů Adaptivní filtry d(n)
-
gi x(n)
+
y(n)
e(n)
gi (n + 1) = gi (n) + αe(n)x(n − i ), pro vešchna i 1 0<α< IE[x 2 (n)] Wiener a Hoff – LMS
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 8/31
Aktivní systém s LMS adaptací
P(z)
+
x(n)
d(n)
-
y(n) G(z)
C(z)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 9/31
Aktivní systém s LMS adaptací Kompenzace chybové cesty P(z)
+
x(n)
d(n)
-
y(n) G(z)
C-1(z)
e(n)
C(z)
Cˆ−1 (z) nelze realizovat širokopásmově
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 9/31
Aktivní systém s LMS adaptací P(z)
+ d(n)
x(n)
-
y(n) G(z)
e(n)
C(z)
C(z)
x’(n)
gi (n + 1) = gi + αe(n)x 0 (n − i ) Widrow a Burgess (1981) – FXLMS (filtered-x LMS)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 9/31
Identifikace systému Off-line identifikace
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 10/31
Identifikace systému On-line identifikace – Widrow a Stearns +
P(z) x(n)
d(n) y(n) G(z)
e(n)
-
y’(n) C(z) y’(n)
C(z) +
C(z) x’(n)
-
-
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 10/31
Identifikace systému Úplná on-line identifikace +
P(z) x(n)
d(n)
e(n)
-
y(n) G(z)
C(z)
C(z)
x’(n)
C(z)
-
e(n) +
-
+
P(z)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 10/31
Akustická zpětná vazba
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 11/31
Akustická zpětná vazba
X(ω) = S(ω) + F (jω)Y (ω) + N1 (ω) E(ω) = P (jω)S(ω) + C(jω)Y (ω) + N2 (ω)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 11/31
Akustická zpětná vazba
Pro systém bez šumu: S(ω) Y (ω) = G(jω)X(ω), X(ω) = 1 − F (jω)G(jω) C(jω)G(jω) E(ω) = S(ω) P (jω) + 1 − F (jω)G(jω)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 11/31
Akustická zpětná vazba
Z požadavku E(ω) = 0 v místě chybového mikrofonu plyne P (jω) G(jω) = − C(jω) − P (jω)F (jω)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 11/31
Metody polačení akustické zpětné vazby
Směrové mikrofony Směrové sekundární zdroje Vhodný kompenzační algoritmus
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 12/31
Metody polačení akustické zpětné vazby Swinbanksův zdroj
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 12/31
Metody polačení akustické zpětné vazby Swinbanksův zdroj
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 12/31
Metody polačení akustické zpětné vazby Swinbanksův zdroj
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 12/31
Metody polačení akustické zpětné vazby Kompenzace zpětné vazby pevným filtrem P(z) x(n)
+ d(n)
e(n)
+
+
F(z)
-
F(z)
G(z)
C(z)
C(z)
x’(n)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 12/31
Metody polačení akustické zpětné vazby Kompenzace zpětné vazby pevným filtrem
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 12/31
Metody polačení akustické zpětné vazby Kompenzace zpětné vazby adaptivním filtrem
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 12/31
Metody polačení akustické zpětné vazby Kompenzace zpětné vazby adaptivním filtrem
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 12/31
x-LMS v kmitočtové oblasti x(n)
y (n)
W (z) omezení funkce
ˆ C(z)
F −1 x 0 (n) F (N, N)
µ(k) X 0∗ (k)
E(k)
F (N, 0)
e(n)
∗ (k)Em (k)}+ wi (m + 1) = wi (m) + F −1 {µ(k)Xm
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 13/31
x-LMS v kmitočtové oblasti 110 control-off control-on 100
90
80
L [dB]
70
60
50
40
30 50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
f [Hz]
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 14/31
Aktivní řízení zvuku v 3D Dvoukanálový systém v potrubí
ventilátor
referenční mikrofon
x(t)
sekundární zdroje
chybové mikrofony e2 (t)
y2 (t)
y1 (t)
měřicí mikrofon
e1 (t)
DSP analyzátor
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D Dvoukanálový systém v potrubí Fˆ1 (z) x(n)
W1 (z)
Σ Cˆ11 (z) Cˆ12 (z) Cˆ21 (z) Cˆ22 (z)
LMS
y1 (n)
e1 (n) e2 (n)
LMS W2 (z)
y2 (n)
Fˆ2 (z)
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D Dvoukanálový systém v potrubí
0 0 (n)e1 (n) + µ2 x12 (n)e2 (n) w1 (n + 1) = w1 (n) + µ1 x11 0 0 (n)e1 (n) + µ1 x22 (n)e2 (n) w2 (n + 1) = w2 (n) + µ2 x21
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D 80 control-off control-on 70
60
L [dB] 50
40
30
20 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
f [Hz]
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D
0.06 measured by MLSSA IIR model 0.04
c11 (n), cˆ11 (n) 0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06 50
100
150
200
250
300
n
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D
0.06 measured by MLSSA IIR model 0.04
f1 (n), fˆ1 (n) 0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06 50
100
150
200
250
300
n
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D Čtyřkanálový systém v potrubí ventilátor
referenční mikrofon
sekundární zdroje
x(t)
chybové mikrofony
měřicí mikrofon
em (t) yk (t) DSP
analyzátor
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D Čtyřkanálový systém v potrubí Fˆk (z)
4 x(n)
Wk (z)
Σ
4 yk (n) 4
ˆi (z) C xi0 (n)
LMS 6
em (n) 4
w1 (n + 1) = w1 (n) + µ1 x10 (n)e1 (n)+
+ µ3 x30 (n)e3 (n) + µ5 x50 (n) [e2 (n) + e4 (n)] ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D 90 control-off control-on 85
80
75
L [dB] 70 65
60
55
50 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
f [Hz]
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 15/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha
p(x ) =
Z
Qv ol (y )G(x |y )dV + V Z + [G(x |y )∇y p(y ) − p(y )∇y G(x |y )] · ndS V
jωρ0 q exp(−jk|x − y |) p(x ) = 4π|x − y |
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 16/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha
y /λ 1
zóna ticha
0,5
zóny ticha
2 zs
0
y /λ 4
0,5
zs
zp 1
1,5 x/λ
0
zp 2
4
6
x/λ
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 16/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 16/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 1. konfigurace
analyzátor primární zdroj
měřená oblast e2 (t) e1 (t) DSP
2. konfigurace y1 (t)
y2 (t)
x(t) Gen.
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 16/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha
Fˆk (z) K
K
x(n)
yk (n)
Wk (z)
Σ
K Cˆi (z) xi0 (n)
em (n)
LMS K×M
M
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 16/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 70 control-off control-on 65
60
55
L [dB] 50 45
40
35
30 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
f [Hz]
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 16/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 70 control-off control-on 65
60
55
L [dB] 50
45
40
35 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
f [Hz]
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 16/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 160 Hz 20,00
50
12,00 40
4,000
y [cm]
-4,000
30
-12,00 -20,00
20
L [dB]
10
0
10
20
x [cm]
30
40
50
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 17/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 500 Hz 50
20,00 12,00
40
4,000
y [cm]
-4,000
30
-12,00 -20,00
20
L [dB]
10
0
10
20
x [cm]
30
40
50
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 17/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 650 Hz 20,00
50
12,00 40
4,000
y [cm]
-4,000
30
-12,00 -20,00
20
L [dB]
10
0
10
20
x [cm]
30
40
50
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 17/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 900 Hz 50
20,00 12,00
40
4,000
y [cm]
-4,000
30
-12,00 -20,00
20
L [dB]
10
0
10
20
x [cm]
30
40
50
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 17/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 160 Hz 20,00
50
12,00 40
4,000
y [cm]
-4,000
30
-12,00 -20,00
20
L [dB]
10
0
10
20
x [cm]
30
40
50
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 17/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 500 Hz 20,00
50
12,00 40
4,000
y [cm]
-4,000
30
-12,00 -20,00
20
L [dB]
10
0
10
20
x [cm]
30
40
50
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 17/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 650 Hz 20,00
50
12,00 40
4,000
y [cm]
-4,000
30
-12,00 -20,00
20
L [dB]
10
0
10
20
x [cm]
30
40
50
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 17/31
Aktivní řízení zvuku v 3D – Zóny ticha 900 Hz 20,00
50
12,00 40
4,000
y [cm]
-4,000
30
-12,00 -20,00
20
L [dB]
10
0
10
20
x [cm]
30
40
50
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 17/31
Příklady aplikací
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 18/31
Hlavní aplikace Potrubí - klimatizace, výfuky Vniřní hluk automobilů Vnitřní hluk letadel a vrtulníků Tlumení hluku ventilátorů Tlumení hluku transformátorů Aktivní protihlukové bariéry Aktivní úprava vnitřní akustiky Aktivní absorbéry Aktivní úprava doby dozvuku Aktivní chrániče sluchu Zóny ticha ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 19/31
Hlavní aplikace Tlumení kmitání (budovy, lodě, nosné konstrukce ...) Aktivní izolace vibrací Semiaktivní tlumení vibrací, „chytré“ materiály Aktivní řízení strukturální akustiky (ASAC) ...
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 20/31
Vnitřní hluk letadel
Převzato od S.J. Elliott, Active 2009
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 21/31
Vnitřní hluk letadel
Převzato od S. Leth a W.G. Halvorsen, Inter-noise 99
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 22/31
Vnitřní hluk letadel
Převzato od S. Leth a W.G. Halvorsen, Inter-noise 99
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 23/31
Vnitřní hluk letadel
Převzato od S. Leth a W.G. Halvorsen, Inter-noise 99
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 24/31
Aktivní protihlukové bariéry
Převzato od Ohnishi et al., Active 1999
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 25/31
Závěr
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 26/31
Aktivní metody Výhody I Účinné na nízkých frekvencích I Malé rozměry I Hygienicky nezávadné
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 27/31
Aktivní metody Výhody I Účinné na nízkých frekvencích I Malé rozměry I Hygienicky nezávadné Nevýhody I Nutná údržba I Cena za pořízení a provoz I Nevhodné pro vysoké frekvence I Jen pro některé typy zdrojů
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 27/31
Pasivní metody Výhody I Při vhodné konstrukci velmi trvanlivé I Obvykle nevyžaduje údržbu I Velký výběr materiálů a variant Nevýhody I Malá účinnost na nízkých frekvencích I Prostorově náročné I Účinnost je omezena fyzikálními vlastnostmi použitých materiálů I Hygienické problémy
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 28/31
Hlavní směry vývoje
Měniče pro aktivní řízení zvuku i vibrací Vývoj stabilnějších algoritmů Hledání nových aplikací
I I I
Extrémní podmínky (letecké motory, nelineární akustika) Aktivní snižování vibrací a kmitání
Přechod ke komerčnímu využití
I I I I
Protihlukové bariéry
Aktivní a hybridní tlumiče hluku v potrubích Aktivní úprava doby dozvuku Aktivní chrániče sluchu Aktivní tlumení náprav vozidel
...
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 29/31
Čas na dotazy...
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 30/31
Děkuji za pozornost
ˇ AV ´ AN ´ ´I INVESTICE DO ROZVOJE VZDEL Principy a perspektivy aktivn´ıch metod v akustice – p. 31/31
