噪音主動控制系統

 

隨著環境噪音問題的日益嚴重,降低噪音的方法顯得越來越重要。噪音,亦即不想要的聲音,可以採用兩種基本方法予以降低:被動式(passive)噪音控制與主動式(active)噪音控制。傳統的噪音改善方法,主要為被動式控制方法,例如:實際之噪音環境如汽機車的排氣管與大樓或工廠的通風管路等等,可藉著管道內截面改變,以造成其音響阻抗的變化,增加反射的效果,而降低聲音之能量傳輸,或在管道內裝設吸音材料造成聲波的吸收衰減。當上述方法用於汽機車的排氣管時,易造成積碳( carbon clogging )、吸音材料之熱裂( thermal cracking )以及回壓( back pressure )等等問題。至於對欲阻隔噪音之防制效果而言,也僅500Hz以上者,始具較理想之隔絕效果,而對於低頻噪音( 500Hz以下 ),則既不實用也不經濟。

 

主動式噪音控制(ANC)的方法,係藉由數個可控制之第二聲源的適當配置,產生與噪音相位差180度的聲波,致其兩者間形成破壞性的干涉疊加,達到消除噪音的目的。與被動式噪音控制方法比較,ANC適合應用於低頻的噪音環境,因此正可彌補被動式噪音控制方法的缺點。

 

近十餘年來,由於數位訊號處理器(DSP)運算速度的突飛猛進與適應性訊號處理演算法的理論發展趨近成熟,促使ANC技術的各種應用得以逐步實現,而成為聲學應用研究的主流之一。雖然噪音的主動控制基本概念十分簡單,然而實際上卻是涉及物理聲學、訊號處理、控制理論、與系統整合等之結合問題。每一個環節都必須瞭解清楚,始能克服研究中所遭遇到的困難。

 

在物理聲學方面,最常遇到的問題是聲場回饋(acoustical feedback)造成控制的不穩定,此項問題需要從聲學角度來探討感測器與第二聲源的最佳配置位置,以降低聲場回饋的影響。訊號處理的方法會決定參考輸入訊號是否會有aliasingdistorsion,處理不恰當會造成控制發散。近年來,適應性主動控制的應用研究中,有相當多的研究是採用Filtered-X LMS演算法,其與傳統適應性主動控制的差異在於考慮誤差路徑的影響。

 

以往研究之適應性主動噪音控制器對於寬頻帶噪音的控制效果不佳,而在許多實際的噪音環境卻是屬於寬頻帶,如通風空調或工業排氣管道等等,這使得適應性主動噪音控制技術一直無法實現成為穩定有效的產品。而本實驗室即針對時間域Filtered-X LMS演算法的缺點進行研究改善。