主动式入室噪音消除装置配置仿真设计

陈鹤铭 刘根利 刘兴华 胡刚

摘  要：随着经济和社会的快速发展，人们对生活环境的要求日益提高。声环境作为人们主要生活环境之一，噪声对人们的生活产生了极大的不良影响。因此，怎样消除噪声污染成为了当前的研究热点，也是目前工程界的难题之一。采用主动式降噪方法，可以降低来自外界的噪音，让室内变得安静。主动式降噪利用“声波干涉”原理，通过生成与噪声源反相的声波，达到相互抵消以消除噪声。生成声波的参数、声源位置以及数量等对都会影响去噪效果。该文利用COMSOL多物理场仿真软件，建立室内模拟声场，研究噪声与反相的声波的干涉过程以及消音装置配置方式对去噪效果的影响，为消音装置的设计、配置奠定理论基础。

关键词：主动式  降噪  COMSOL

中图分类号：TB535                                 文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）04（b）-0032-02

噪音污染是一個严重的环境问题。根据欧盟2015年调查的数据显示，15.6%的立陶宛人宣布他们要么受到邻居的噪音影响，要么受到街道车辆的噪音影响，噪音污染让人们的生活产生了巨大的烦恼[1]。噪声不但影响了人们的健康，而且还形成噪声污染，污染了城市。因此，怎样消除噪声污染成为科学研究和工程实践中的重要难题和研究的热点问题之一。

噪声控制技术可分为被动降噪技术和主动降噪技术（ ANC，Active Noise Control） 两大类。主动降噪技术是基于两个声波干涉相消原理，次级声源依靠控制算法生成声波，该声波与噪声声波幅度相等但相位相反，二者在一定的空间内相叠加，次级噪声就会抵消原有噪声[2]。

“声学模块”是COMSOL Multiphysics软件的一个附加产品，其中提供的强大工具用于为扬声器、移动设备、麦克风、消声器、传感器、声呐和流量计等应用的声学和振动进行建模。通过使用内置的专用特征来可视化显示声学器件或元件的声场，并构建其虚拟原型[3]。论文通过COMSOL仿真软件模拟声波传播、干涉过程，分析室内主动降噪效果。

1  COMSOL仿真分析

该文研究的主要问题与声波在室内的传播有关，可采用压力声学模块、频域等。接口设计用于分析各种类型在频域中的压力声学问题，关于流体中的压力波。声学模型可以是更大的多物理模型的一部分，例如描述结构与声波。该文通过COMSOL所建声场仿真模型如图1（a）所示，其中以客厅电视发出的声音作为噪声源，在卧室门处放置主动降噪装置。仿真表明，噪声源和生成声源作用后，床附近区域的声强有所减小，但屋顶和立柜附近声强减小不明显，如图1（b）所示。因此，当客厅有人看电视时，通过主动降噪装置，能够有效降低床附近区域的噪声水平，让人们可以舒适的休息。

该文研究的是在室内消除室外汽车、工厂等传来的噪音。在物理模型中，利用COMSOL软件仿真研究室内空间多声源相互干涉原理、方法及效果，根据仿真效果建立室内多源声场模型，分析噪音源入射方式、频率、幅值以及主动声源安装位置因素等对声波干涉效果的影响，进行噪声及主动声源多环境参数干涉过程仿真。

在仿真过程中，在室外放置以发声装置作为噪声源，在窗户处放置多个主动降噪装置。仿真表明，开启一个主动降噪装置时，经过噪声源和生成声源作用后，床附近区域虽然有些减小，但降噪的效果不明显，如图2所示。

当开启两个主动降噪装置时，经过噪声源和生成声源作用后，床附近区域减小噪音的效果有明显的改变，如图3所示。

随着主动降噪装置的增多，并将其放置到适当的位置，经过噪声源和生成声源作用后，床附近区域的声强减小效果很明显，如图4所示。

2  结语

通过COMSOL仿真软件进行声场建模仿真，能够有效地分析判断主动降噪装置的作用和效果。实验表明，为了有效消除室内噪声，需要配置足够数量的主动式降噪装置并放置在合适的位置。在研究主动式入室噪音消除方法时，应考虑如何使装置自适应满足数量及位置的需要。

参考文献

[1] Olga Khrystoslavenko，Raimondas Grubliauskas. Simulation of Room Acoustics Using Comsol multiphysics[A]. Proceedings of the 20th Conference for Junior Researchers“Science-Future of Lithuania”[C].Vilnius， Lithuania，2017.

[2] 陈承义.主动降噪技术应用于柜式空调室内机的研究[J].河池学院学报，2016，158（2）：83-87.

[3] COMSOL.声学模块：分析声学和振动EB/OL].https：//cn.comsol.com/acoustics-module.

①基金项目：论文由重庆市大学生创新训练计划项目（项目编号：201711551014）和重庆科技学院本科教育教学改革研

究项目（项目编号：201527）资助完成。