建筑施工有源振动噪声主动抑制系统设计

曾思文

摘  要： 针对绿色建筑施工过程中的有源噪声问题，设计一种新的建筑施工有源振动噪声主动抑制系统，抑制建筑施工产生的高分贝噪声，避免影响当地居民生活、损害施工场地管理人员的听力。该系统通过传声器MIC1和MIC2采集建筑施工有源振动噪声信号后，采用LMS自适应滤波算法，去除噪声信号中干扰因子并通过数控放大器放大，将放大后的噪声信号传输至信号处理器中，先采用基于梯度下降的次级通道在线建模有源噪声控制方案，准确计算次级通道传递函数，再设定抑制噪声指令，叠加噪声控制信号与噪声信号，实现有源振动抑噪。经验证，某建筑施工场地降噪前噪声最大分贝高达79 dB，使用该系统后，噪声分贝数值降低到27～32 dB之间。实验不仅验证了该系统的有效性，还验证了系统具有较高的降噪量与降噪速度优势。

关键词： 建筑施工; 有源振动;  噪声抑制; 噪声信号采集; 指令设定; 信号叠加

中图分类号： TN753.9?34; TP301.6                  文献标识码： A                  文章编号： 1004?373X（2019）16?0018?04

有源振动噪声控制（Active Noise Control， ANC）表示通过人为、有目的性创造的次级声信号来抑制噪声 [1]。在创造的抵消声波（次級声源）衍生后，通过2个声波相消性干扰或者辐射抑制的形式，和被抵消声源（初级声源）的声波辐射相互作用相互抵消，最终达到抑制噪声的目的[2]。通常情况下，使用吸声材料或隔声结构等声学抑制方法简称无源法，该方法仅能抑制高频噪声，面对低频噪声时，无源材料的声衰减性能受到频率影响，收敛速度较慢，降噪量较小，想要达到较好的抑噪性能，必须增大材料的厚度与容重，不仅成本较高，实际抑制实施过程也较为困难[3]。但是有源法可对低频噪声较好的抑制，消声量达到最高、体积较好、控制简单。对此，本文设计新的建筑施工有源振动噪声主动抑制系统，以此克服无源振动噪声主控抑制法的弊端，提高降噪效率和降噪量。

1  建筑施工有源振动噪声主动抑制系统

1.1  系统硬件设计

建筑施工有源振动噪声主动抑制系统里传声器MIC1和MIC2用于获取建筑施工中的有源噪声信号，采集信号后通过数控放大器放大，把放大后的噪声信号传输至信号处理器分析后设定抑制噪声指令，通过平滑滤波与变换后控制扬声器S，让噪声控制信号与噪声信号叠加，实现有源振动抑噪[4]。建筑施工有源振动噪声主动抑制系统原理图如图1所示。

1） 数控放大器

数控放大器中包含了计算放大器与模拟开关，图2为其电路原理图。计算放大器可将建筑施工中的噪声信号放大，实行防折叠滤波和模/数变换，模拟开关用于变换放大器的反馈电阻，调整电路增益，电路增益的数字设置范围为[1，256]倍。图中，E表示电阻;[ω]表示电压。

2） 信号处理器

建筑施工有源振动噪声主动抑制系统里信号处理器使用ADSP?2111芯片，具有16位顶点，整体结构如图3所示。

ADSP?211芯片设计结构为哈佛样式，片里设定1条程序总线、2条数据总线、2条地址总线与1条DMA总线，分离式程序总线与数据总线不仅能够实时提取抑制噪声指令程序与操作程序，还能在一个周期里同步设定抑制噪声指令与数据，实时性较好，且信号处理器比单片机速度快，具有一定优势[5]。ADSP?2111使用流水线处理，能够提高噪声抑制指令的执行效率[6?7]。

3  结  论

有源降噪技术是当前噪声控制领域中新型高效的技术，基于社会需求与应用前景，本文设计建筑施工有源振动噪声主动抑制系统。实验结果表明，本文系统在降低建筑施工有源噪声方面效果良好，并且同对比系统相比，降噪过程收敛速度快，降噪量与降噪速度都占有一定优势，且步长值随系统需求实行变动，灵活性高，可为建筑施工有源降噪工程化提供价值参考。

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