Akustické aplikace pro IB

Akustické aplikace pro IB Ondřej Jiříček jiricek@fel.cvut.cz Marek Brothánek, Vojtěch Jandák Akustické aplikace pro IB p.1/22

Aktivní snižování hluku Akustické aplikace pro IB p.2/22

Obsah Princip Historie Jednorozměrný příklad Trojrozměrný příklad lokální tlumení hluku Hlavní směry vývoje aktivního snižování hluku Akustické aplikace pro IB p.3/22

Princip Interference zvukových vln Akustické aplikace pro IB p.4/22

Princip Interference zvukových vln Huygensův princip Z H Z H ~Z P oblast ticha Z S =-Z H Z S Z P S 0 S 0 Z P S 0 a) b) c) Akustické aplikace pro IB p.4/22

Princip Interference zvukových vln Huygensův princip Akustická vazba Vyzářený akustický výkon je snížen pomocí druhého zdroje v blízkosti primárního zdroje hluku Monopól dipól Dipól kvadrupól Akustické aplikace pro IB p.4/22

Princip Interference zvukových vln Huygensův princip Akustická vazba Řízení módů Malé uzavřené prostory Amplitudy módů vytvářených primárním zdrojem hluku jsou potlačovány sekundárními zdroji Rozmístění sekundárních zdrojů je klíčové Akustické aplikace pro IB p.4/22

Princip Interference zvukových vln útlum 20 db ϑ 4, 7 útlum 30 db ϑ 2, 8 Akustické aplikace pro IB p.4/22

Princip 20 log ψ p ψ s [db] 15 10 5 0 15 db 10 db 5 90 270 (φ p φ s ) [ ] -5-10 L =0 L =+3 L =+6dB Akustické aplikace pro IB p.4/22

Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877 Akustické aplikace pro IB p.5/22

Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877 Paul Lueg 1936 Akustické aplikace pro IB p.5/22

Historie aktivního snižování hluku Akustické aplikace pro IB p.5/22

Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877 Paul Lueg 1936 Olson a May 1953 Akustické aplikace pro IB p.5/22

Historie aktivního snižování hluku Christian Huygens 1678 Lord Rayleigh 1877 Paul Lueg 1936 Olson a May 1953 Conover 1956 Akustické aplikace pro IB p.5/22

Řízení zvuku v potrubí Jednorozměrný případ x =0 λ>1, 7d, resp. λ>2h x = L R ψ p (x) ψ s(x) ψ s (x) ψ s (x) q p q s Akustické aplikace pro IB p.6/22

Řízení zvuku v potrubí x =0 x = L R ψ p (x) ψ s(x) ψ s (x) ψ s (x) q p q s ( 2 t 2 c2 0 2 ) x 2 ψ =0 ψ(x, t) =Ae j(ωt kx) + Be j(ωt+kx), k = ω/c 0 Akustické aplikace pro IB p.6/22

Řízení zvuku v potrubí x =0 x = L R ψ p (x) ψ s(x) ψ s (x) ψ s (x) q p q s D/Dt = / t + U / x ( D 2 Dt 2 c2 0 2 ) x 2 ψ =0 ψ(x, t) =Ae j(ωt ωx/(c 0+U)) + Be j(ωt+ωx/(c 0 U)). Akustické aplikace pro IB p.6/22

Řízení zvuku v potrubí x =0 x = L R ψ p (x) ψ s(x) ψ s (x) ψ s (x) q p q s p(x) = ρ 0c 0 2S p p (x) = ρ 0c 0 2S q pe jkx (1 + R) [q p (1 + R)+q s ( e jkl + Re jkl)] e jkx, q s = q p 1+R e jkl + Re jkl x > L Akustické aplikace pro IB p.6/22

Řízení zvuku v potrubí x =0 x = L R ψ p (x) ψ s(x) ψ s (x) ψ s (x) q p q s q s = q p 1+R e jkl + Re jkl, pro R =1, q s = q p cos(kl) f = c 0(2n +1), n =0, 1, 2,... q s 4L p(x) = ρ 0c 0 2S [q p (1 + R)e jkx + q s ( e jk(l x) + Re jk(l+x))], 0 <x<l Akustické aplikace pro IB p.6/22

Řízení zvuku v potrubí ventilátor referenční mikrofon sekundární zdroje y 2 (t) chybové mikrofony e 2 (t) měřicí mikrofon x(t) y 1 (t) e 1 (t) DSP analyzátor Akustické aplikace pro IB p.6/22

Řízení zvuku v potrubí 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] Akustické aplikace pro IB p.6/22

ˆF 1 (z) x(n) Σ W 1 (z) y 1 (n) Ĉ 11 (z) Ĉ 12 (z) Ĉ 21 (z) Ĉ 22 (z) LMS LMS W 2 (z) e 1 (n) e 2 (n) y 2 (n) ˆF 2 (z) Akustické aplikace pro IB p.7/22

0.06 measured by MLSSA IIR model c 11 (n), ĉ 11 (n) 0.04 0.02 0-0.02-0.04-0.06 50 100 150 200 250 300 n Akustické aplikace pro IB p.8/22

0.06 measured by MLSSA IIR model f 1 (n), ˆf 1 (n) 0.04 0.02 0-0.02-0.04-0.06 50 100 150 200 250 300 n Akustické aplikace pro IB p.9/22

Aktivní systémy v 3D Zóny ticha p(x) = V Q vol (y)g(x y)dv + V p(x) = jωρ 0q exp( jk x y ) 4π x y [G(x y) y p(y) p(y) y G(x y)] n y/λ 1 zóna ticha y/λ 4 zóny ticha 0,5 2 z s z p z s z p 0 0,5 1 1,5 x/λ 0 2 4 6 x/λ Akustické aplikace pro IB p.10/22

Aktivní systémy v 3D Zóny ticha Akustické aplikace pro IB p.10/22

Aktivní systémy v 3D Zóny ticha 1. konfigurace analyzátor měřená oblast primární zdroj e 2 (t) 2. konfigurace e 1 (t) y 1 (t) DSP y 2 (t) x(t) Gen. Akustické aplikace pro IB p.10/22

Aktivní systémy v 3D Zóny ticha K ˆF k (z) K x(n) Σ W k (z) K y k (n) Ĉ i (z) x i (n) K M LMS M e m (n) Akustické aplikace pro IB p.10/22

Aktivní systémy 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] Akustické aplikace pro IB p.10/22

Aktivní systémy 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] Akustické aplikace pro IB p.10/22

160 Hz 50 20,00 12,00 40 y [cm] 30 20 4,000-4,000-12,00-20,00 L [db] 10 0 10 20 30 40 50 x [cm] Akustické aplikace pro IB p.11/22

650 Hz 50 20,00 12,00 y [cm] 40 30 4,000-4,000-12,00-20,00 20 L [db] 10 0 10 20 30 40 50 x [cm] Akustické aplikace pro IB p.13/22

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 Tlumení kmitání (budovy, lodě, nosné konstrukce...) Akustické aplikace pro IB p.19/22

Aktivní metody Výhody Účinné na nízkých frekvencích Malé rozměry Hygienicky nezávadné Akustické aplikace pro IB p.20/22

Aktivní metody Výhody Účinné na nízkých frekvencích Malé rozměry Hygienicky nezávadné Nevýhody Nutná údržba Cena za pořízení a provoz Nevhodné pro vysoké frekvence Jen pro některé typy zdrojů Akustické aplikace pro IB p.20/22

Pasivní metody Výhody Při vhodné konstrukci velmi trvanlivé Obvykle nevyžaduje údržbu Velký výběr materiálů a variant Nevýhody Malá účinnost na nízkých frekvencích Prostorově náročné Účinnost je omezena fyzikálními vlastnostmi použitých materiálů Hygienické problémy Akustické aplikace pro IB p.21/22

Hlavní směry vývoje Měniče pro aktivní řízení zvuku i vibrací Vývoj stabilnějších algoritmů Hledání nových aplikací Protihlukové bariéry Extrémní podmínky (letecké motory, nelineární akustika) Aktivní snižování vibrací a kmitání Přechod ke komerčnímu využití Aktivní a hybridní tlumiče hluku v potrubích Aktivní úprava doby dozvuku Aktivní chrániče sluchu Aktivní tlumení náprav vozidel... Akustické aplikace pro IB p.22/22