專利名稱：電力變壓器有源噪聲控制用的揚聲器設計方法
技術領域：
本發明涉及一種揚聲器設計方法，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聲器設計方法。
背景技術：
有源噪聲控制技術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，北京國防工業出版社，2003)。目前已經實用的有源控制系統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，10，5-10，1994 ;張瑞華，自適應有源抗噪耳罩的DSP實現，電聲技術，3，56-58，2003)、管道內的有源噪聲控制(任延榮，空調通風管道內低頻噪聲自適應有源控制研究，西安交通大學博士學位論文，1995 ;曾成、張奇志，管道低頻寬帶噪聲自適應有源控制的實驗研究，電聲技術，5，17-21，2001)、飛機和轎車艙內的有源噪聲控制以及液壓泵的有源噪聲控制系統(液壓泵有源噪聲控制系統，專利公開號CN1694161)。根據控制源的不同，有源噪聲控制可以分為兩類第一類是通過抑制結構表面的振動來降低其聲輻射(一種振動結構輻射噪聲的有源控制系統及控制方法，專利公開號CN101702093A);第二類是通過改變輻射噪聲的空間分布，使其難以傳播到遠處(王連生、張力濱，有源消噪聲耳罩，電聲技術，10，5-10，1994 ;曾成、張奇志，管道低頻寬帶噪聲自適應有源控制的實驗研究，電聲技術，5，17-21，2001)。電力變壓器產生的遠場噪聲的頻譜特點為以低頻的線譜為主，頻率為工頻的偶數倍頻關系，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，國內外已經有了一些研究(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，控制源往往使用揚聲器(一種應用于有源噪聲控制的組合次級聲源設計方法，專利公開號CN101389158)。已有學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，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，且應用在反饋控制系統中容易產生水床效應。揚聲器聲學性能設計主要通過聲學結構和幾何結構實現。利用曲面板結構的共振特性可以設計出在100Hz、200Hz、300Hz處頻率響應出現峰值的揚聲器(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)，但是結構體積較大，后腔體的體積達O. 985mX0. 418mX0. 25m,會對實際應用造成不便。另外利用倒相箱、帶通箱等聲學結構可以改善揚聲器的低頻響應(曹水軒、沙家正，揚聲器及其系統，江蘇科學技術出版社，1985 ;葛俊，聲學結構對電聲器件聲學特性的影響研究，南京大學博士學位論文，2010)，其中聲學結構參數的優化方法，主要有遺傳算法中的多目標線性優化方法(雷英杰等，Matlab遺傳算法工具箱及應用，西安電子科技大學出版社，2005)。目前還沒有檢索到采用帶通式聲學結構對電力變壓器有源噪聲控制用揚聲器進行優化設計的方法。
發明內容
I、發明目的本發明的目的在于針對變壓器噪聲頻譜的特點，提供一種帶通式揚聲器設計方法，用于優化電力變壓器有源噪聲控制系統的控制源。2、技術方案針對變壓器噪聲，需要頻響曲線在100Ηζ、200Ηζ和300Hz處有峰值，本發明采用帶通箱結構來實現。首先選用諧振頻率Fs低于IOOHz的揚聲器單元，測量其TS參數，主要包括音圈磁隙中的磁感應強度與音圈導線長度的乘積BI，音圈直流阻Re(信號源內阻很小，一般忽略)，振膜有效面積SD，揚聲器振動系統的等效聲質量Mad,支撐系統的等效聲順Cas，支撐系統的等效聲阻Ras。其次由于四階帶通箱在中低頻段會有較好的頻率響應，而六階帶通箱的頻響曲線會在中低頻段產生兩個峰值，總結這兩者的規律可以得出由三個倒相箱疊加而成的揚聲器的頻響曲線能夠在中低頻段產生三個峰值。如附圖I所示，該系統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系滿足電力聲類比原理，通過一定的參數選擇使得揚聲器系統的頻響曲線在特定的頻率處出現峰值。利用遺傳算法中的多目標線性優化方法對揚聲器參數進行優化(雷英杰等，Matlab遺傳算法工具箱及應用，西安電子科技大學出版社，2005)，以abs (T1-T2)、abs (T2-T3)、abs (T1-T3)、5+17200-1^5+17200-1^5+1^/200-1^ 為適應值函數(其中！\、T2, T3分別為IOOHz、200Hz、300Hz時離音箱正前方Im遠處的聲壓級，Tt為5Hz IOOOHz之間200個頻率點上聲壓級的總和)，權重為(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)，先使用約束優化函數 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)之間搜索出優化解，然后利用無約束局部優化函數fminsearch在此優化解附近搜索最優解。3、有益效果本發明與現有技術相比，其顯著優點是在于(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，在反饋控制系統中可以有效抑制水床效應。
四
圖I是本發明的結構示意圖；、
圖2是本發明的電力聲類比示意圖；圖3是本發明受IW電功率驅動時位于自由場中Im遠處頻率響應曲線的設計結
果O圖4是本發明樣品受IW電功率驅動時位于自由場中Im遠處頻率響應曲線的實測結果。
五具體實施方式
實施例采用本發明中所提出的設計方法設計的作為噪聲有源控制系統中的控制源。首先獲取揚聲器單元的特性，一般選用諧振頻率較低、品質因數較好的單元，本發明采用南鯨揚聲器。測量其TS參數，主要結果見表I :表I揚聲器單兀的TS參數
權利要求
1.變壓器噪聲有源控制系統中控制源揚聲器的一種設計方法，其特征在于第一步選用諧振頻率低于IOOHZ的揚聲器單元，測量其TS參數；第二步設計帶通箱結構并建立電力聲類比模型；最后利用遺傳算法優化模型參數，設計出頻響曲線僅在100Hz、200Hz、300Hz附近有三個峰值的揚聲器。
2.根據權利要求I所述設計方法中的一種帶通式揚聲器結構，其特征在于該揚聲器系統包括一個揚聲器單兀、三個腔體、三個倒相管，揚聲器單兀位于腔體2中，每個腔體各帶有一個倒相管。
3.根據權利要求I所述設計方法中使用遺傳算法多目標參數優化時選取的參數，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^ 為適應值函數(其中T1J2J3分別為100Hz、200Hz、300Hz時離音箱正前方Im遠處的聲壓級，Tt為5Hz IOOOHz之間200個頻率點上聲壓級的總和，abs表示取絕對值)，權重為(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.根據權利要求I所述設計方法設計的帶通式揚聲器結構的尺寸，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
本發明公開了一種電力變壓器有源噪聲控制用的揚聲器設計方法，該設計方法得到的揚聲器由一個揚聲器單元、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，與傳統的揚聲器相比，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，在反饋控制系統中可以有效抑制水床效應。
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 優先權日2012年4月9日
發明者鄧怡情, 邱小軍, 陶建成 申請人:南京大學