專利名稱：電力變壓器有源噪聲控制用的揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種作為電力變壓器有源噪聲控制中控制源的帶通式揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
有源噪聲控制技術(shù)是噪聲傳播路徑控制的一種有效手段(陳克安，有源噪聲控制，北京國防工業(yè)出版社，2003)。目前已經(jīng)實(shí)用的有源控制系統(tǒng)包括有源抗噪聲耳罩(王連生、張力濱，有源消噪聲耳罩，電聲技術(shù)，10，5-10，1994 ;張瑞華，自適應(yīng)有源抗噪耳罩的DSP實(shí)現(xiàn)，電聲技術(shù)，3，56-58，2003)、管道內(nèi)的有源噪聲控制(任延榮，空調(diào)通風(fēng)管道內(nèi)低頻噪聲自適應(yīng)有源控制研究，西安交通大學(xué)博士學(xué)位論文，1995 ;曾成、張奇志，管道低頻寬帶噪聲自適應(yīng)有源控制的實(shí)驗(yàn)研究，電聲技術(shù)，5，17-21，2001)、飛機(jī)和轎車艙內(nèi)的有源噪聲控制以及液壓泵的有源噪聲控制系統(tǒng)(液壓泵有源噪聲控制系統(tǒng)，專利公開號CN1694161)。根據(jù)控制源的不同，有源噪聲控制可以分為兩類第一類是通過抑制結(jié)構(gòu)表面的振動來降低其聲輻射(一種振動結(jié)構(gòu)輻射噪聲的有源控制系統(tǒng)及控制方法，專利公開號CN101702093A);第二類是通過改變輻射噪聲的空間分布，使其難以傳播到遠(yuǎn)處(王連生、張力濱，有源消噪聲耳罩，電聲技術(shù)，10，5-10，1994 ;曾成、張奇志，管道低頻寬帶噪聲自適應(yīng)有源控制的實(shí)驗(yàn)研究，電聲技術(shù)，5，17-21，2001)。電力變壓器產(chǎn)生的遠(yuǎn)場噪聲的頻譜特點(diǎn)為以低頻的線譜為主，頻率為工頻的偶數(shù)倍頻關(guān)系，對于我國的供電頻率50Hz，噪聲峰值主要集中在100Hz、200Hz、300Hz附近。針對電力變壓器噪聲的有源控制，國內(nèi)外已經(jīng)有了一些研究(C. Teoch et al. , ActiveNoise Control of Transformer Noise， Proceedings of the 1998 2nd InternationalConference on Energy Management and Power Delivery, EMPD Vol. 2，747—753，1998 ;P. Micheau et al.，Implementation of decentralized active control of powertransformer noise， First European Forum on Materials and Methods for Machineryand Transportation Noise Control, Senlis juillet，2001)。米用第一類方式控制電力變壓器噪聲時，可以使用慣性激振器作為控制源(X. Li et al.，Tunable inertialshakers for active control, International Journal of Acoustics and Vibration,6 (4) ,180-184，2001);釆用第二類方式時，控制源往往使用揚(yáng)聲器(一種應(yīng)用于有源噪聲控制的組合次級聲源設(shè)計(jì)方法，專利公開號CN101389158)。已有學(xué)者在電力變壓器噪聲有源控制中使用了封閉式音箱作為控制源(電力變壓器噪聲多通道有源控制系統(tǒng)，專利公開號CN102208263A)，但是閉箱的頻響曲線比較平坦，作為控制源效率較低，且應(yīng)用在反饋控制系統(tǒng)中容易產(chǎn)生水床效應(yīng)。揚(yáng)聲器聲學(xué)性能設(shè)計(jì)主要通過聲學(xué)結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。利用曲面板結(jié)構(gòu)的共振特性可以設(shè)計(jì)出在100Hz、200Hz、300Hz處頻率響應(yīng)出現(xiàn)峰值的揚(yáng)聲器(Xun Li，Physicalsystems for the active control of transformer noise， The thesis for the degreeof Ph. D. of Engineering of The University of Adelaide，2000)，但是結(jié)構(gòu)體積較大，后腔體的體積達(dá)O. 985mX0. 418mX0. 25m,會對實(shí)際應(yīng)用造成不便。另外利用倒相箱、帶通箱等聲學(xué)結(jié)構(gòu)可以改善揚(yáng)聲器的低頻響應(yīng)(曹水軒、沙家正，揚(yáng)聲器及其系統(tǒng)，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1985 ;葛俊，聲學(xué)結(jié)構(gòu)對電聲器件聲學(xué)特性的影響研究，南京大學(xué)博士學(xué)位論文，2010)，其中聲學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化方法，主要有遺傳算法中的多目標(biāo)線性優(yōu)化方法(雷英杰等，Matlab遺傳算法工具箱及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2005)。目前還沒有檢索到采用帶通式聲學(xué)結(jié)構(gòu)對電力變壓器有源噪聲控制用揚(yáng)聲器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
I、發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對變壓器噪聲頻譜的特點(diǎn)，提供一種帶通式揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)方法，用于優(yōu)化電力變壓器有源噪聲控制系統(tǒng)的控制源。2、技術(shù)方案針對變壓器噪聲，需要頻響曲線在100Ηζ、200Ηζ和300Hz處有峰值，本發(fā)明采用帶通箱結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。首先選用諧振頻率Fs低于IOOHz的揚(yáng)聲器單元，測量其TS參數(shù)，主要包括音圈磁隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與音圈導(dǎo)線長度的乘積BI，音圈直流阻Re(信號源內(nèi)阻很小，一般忽略)，振膜有效面積SD，揚(yáng)聲器振動系統(tǒng)的等效聲質(zhì)量Mad,支撐系統(tǒng)的等效聲順Cas，支撐系統(tǒng)的等效聲阻Ras。其次由于四階帶通箱在中低頻段會有較好的頻率響應(yīng)，而六階帶通箱的頻響曲線會在中低頻段產(chǎn)生兩個峰值，總結(jié)這兩者的規(guī)律可以得出由三個倒相箱疊加而成的揚(yáng)聲器的頻響曲線能夠在中低頻段產(chǎn)生三個峰值。如附圖I所示，該系統(tǒng)中兩個長方體腔體上下疊加，第三個長方體腔體與前兩個腔體左右疊加。每個腔體帶有一個倒相管,在低頻時,每個腔體可以等效為一個霍姆赫茲共鳴器，腔體的大小和倒相管的有效長度以及橫截面積決定了每個共鳴器的共振頻率，它們之間互相影響耦合，每個共鳴器之間的關(guān)系滿足電力聲類比原理，通過一定的參數(shù)選擇使得揚(yáng)聲器系統(tǒng)的頻響曲線在特定的頻率處出現(xiàn)峰值。利用遺傳算法中的多目標(biāo)線性優(yōu)化方法對揚(yáng)聲器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化(雷英杰等，Matlab遺傳算法工具箱及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2005)，以abs (T1-T2)、abs (T2-T3)、abs (T1-T3)、5+17200-1^5+17200-1^5+1^/200-1^ 為適應(yīng)值函數(shù)(其中！\、T2, T3分別為IOOHz、200Hz、300Hz時離音箱正前方Im遠(yuǎn)處的聲壓級，Tt為5Hz IOOOHz之間200個頻率點(diǎn)上聲壓級的總和)，權(quán)重為(O. 15，O. 15，O. 15，O. 2,0. 2,0. 15)，以Vi+V2+V3 ( O. 006m3為約束條件(其中Vp V2, V3為各個腔體的體積)，先使用約束優(yōu)化函數(shù) fmincon 在下限(O. 0002,0. 0009,0. 0002,0. 01,0. 01,0. 01,0. 01,0. 01,0. 01)和上限(O. 003，O. 0033，O. 003，O. 03，O. 05，O. 03，O. 05，O. 03，O. 05)之間搜索出優(yōu)化解，然后利用無約束局部優(yōu)化函數(shù)fminsearch在此優(yōu)化解附近搜索最優(yōu)解。3、有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是在于(I)頻響曲線在100Hz、200Hz,300Hz附近均有峰值，其他頻段處聲壓迅速衰減，有著較好的帶通特性(2)揚(yáng)聲器體積較小，使用起來靈活方便(3)效率高，在反饋控制系統(tǒng)中可以有效抑制水床效應(yīng)。
四

圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；、
圖2是本發(fā)明的電力聲類比示意圖；圖3是本發(fā)明受IW電功率驅(qū)動時位于自由場中Im遠(yuǎn)處頻率響應(yīng)曲線的設(shè)計(jì)結(jié)
果O圖4是本發(fā)明樣品受IW電功率驅(qū)動時位于自由場中Im遠(yuǎn)處頻率響應(yīng)曲線的實(shí)測結(jié)果。
五具體實(shí)施方式
實(shí)施例采用本發(fā)明中所提出的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的作為噪聲有源控制系統(tǒng)中的控制源。首先獲取揚(yáng)聲器單元的特性，一般選用諧振頻率較低、品質(zhì)因數(shù)較好的單元，本發(fā)明采用南鯨揚(yáng)聲器。測量其TS參數(shù)，主要結(jié)果見表I :表I揚(yáng)聲器單兀的TS參數(shù)
權(quán)利要求
1.變壓器噪聲有源控制系統(tǒng)中控制源揚(yáng)聲器的一種設(shè)計(jì)方法，其特征在于第一步選用諧振頻率低于IOOHZ的揚(yáng)聲器單元，測量其TS參數(shù)；第二步設(shè)計(jì)帶通箱結(jié)構(gòu)并建立電力聲類比模型；最后利用遺傳算法優(yōu)化模型參數(shù)，設(shè)計(jì)出頻響曲線僅在100Hz、200Hz、300Hz附近有三個峰值的揚(yáng)聲器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計(jì)方法中的一種帶通式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其特征在于該揚(yáng)聲器系統(tǒng)包括一個揚(yáng)聲器單兀、三個腔體、三個倒相管，揚(yáng)聲器單兀位于腔體2中，每個腔體各帶有一個倒相管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計(jì)方法中使用遺傳算法多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化時選取的參數(shù)，其特征在于:以 abs (T1-T2)、abs (T2-T3)、abs (T1-T3) '5+1^/200-1^5+1^/200-1^5+17200-1^ 為適應(yīng)值函數(shù)(其中T1J2J3分別為100Hz、200Hz、300Hz時離音箱正前方Im遠(yuǎn)處的聲壓級，Tt為5Hz IOOOHz之間200個頻率點(diǎn)上聲壓級的總和，abs表示取絕對值)，權(quán)重為(O. 15，.O.15，O. 15,0. 2,0. 2,0. 15)，以 VjVjV3 ≤ O. 006m3 為約束條件(其中 V1'V2、V3 為各個腔體的體積)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的帶通式揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)的尺寸，其特征在于腔體I的體積V1 = O. 0019m3,腔體2的體積V2 = O. 0026m3,腔體3的體積V3 = O. 0042m3,倒相管I的橫截面半徑apl = O. 0214m，倒相管I的長度Ipl = O. 0184m，倒相管2的橫截面半徑ap2=O. 0057m，倒相管2的長度Ip2 = O. 0314m，倒相管3的橫截面半徑ap3 = O. 0233m，倒相管.3 的長度 Ip3 = O. Olrtio
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力變壓器有源噪聲控制用的揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法得到的揚(yáng)聲器由一個揚(yáng)聲器單元、三個長方體腔體和三個倒相管組成，可作為電力變壓器有源控制系統(tǒng)中的控制源，專門用于降低變壓器輻射噪聲中100Hz、200Hz及300Hz附近的分量，與傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器相比，在上述頻率附近的頻響值較高，而在其它頻段的頻響值則迅速衰減，體積小、效率高，在反饋控制系統(tǒng)中可以有效抑制水床效應(yīng)。
文檔編號H04R9/06GK102638750SQ20121009999
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者鄧怡情, 邱小軍, 陶建成 申請人:南京大學(xué)