削減入室噪音的裝置設(shè)計(jì)

張鴻志　寧 靜　郭力元（沈陽工業(yè)大學(xué)，信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧　沈陽　110870）

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削減入室噪音的裝置設(shè)計(jì)

張鴻志寧 靜郭力元
（沈陽工業(yè)大學(xué)，信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧沈陽110870）

摘要：隨著社會的大力發(fā)展，噪聲污染日益突出，嚴(yán)重影響著人們的身心健康。削減入室噪音的裝置通過干涉相消的原理，采用主動降噪的技術(shù)，在窗外放置采集噪聲裝置，在紗窗處放置擴(kuò)音器件發(fā)射與傳入聲波反相的聲波來與噪聲相互抵消，在噪聲傳入室內(nèi)的過程中大大減小噪聲，讓人們可以免受噪聲的困擾。主動降噪紗窗實(shí)現(xiàn)了削弱生活噪聲、交通噪聲對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?，讓人們的生活質(zhì)量得到了提高。

關(guān)鍵詞：主動降噪；干涉相消；去噪紗窗

1 引言

1.1 噪聲的危害

炎熱的夏天打開窗戶通風(fēng)換氣才會讓人覺得舒服一些，紗窗當(dāng)然是必不可少的。然而，隨之而來的噪聲往往困擾著人們。我國對城市噪音與居民健康的調(diào)查表明，地區(qū)的噪音每上升一分貝，該地區(qū)的高血壓發(fā)病率就增加3%。噪音影響人的神精系統(tǒng)，使人暴躁、易怒，使人的大腦興奮和抑制失去平衡，注意力不集中，記憶力減退，重者引起神精衰弱癥，還可使人的心情煩躁，反應(yīng)遲鈍，工作效率下降，重者引起工傷事故。所以解決噪聲問題勢在必行。

噪音是引起聽力喪失的常見原因，事實(shí)上不只是暴露職業(yè)的工人，一般人在日常生活中都會有機(jī)會暴露在各種不同程度的噪音中，可能發(fā)生各種不同程度的聽力喪失。噪音不只是影響聽力而己，噪音也會影響心臟血管的健康，睡眠的品質(zhì)，甚至胎兒的發(fā)育。

1.2 本設(shè)計(jì)的意義及應(yīng)用

主動降噪紗窗研究的目標(biāo)是在開窗狀態(tài)下，減少進(jìn)入室內(nèi)的噪聲，為人們提供了一個(gè)相對較舒適的生活和工作環(huán)境，減輕噪聲對人類生活及身心健康的干擾。主動降噪紗窗主要應(yīng)用在飛機(jī)場、馬路附近等比較嘈雜的地方的居民區(qū)、養(yǎng)老院、學(xué)校、辦公樓、醫(yī)院和圖書館等場所。

2 主動降噪紗窗的構(gòu)成及其原理

2.1 噪聲的特性

噪聲也是聲波，因此，噪聲具有以下特性：波的反射、波的疊加、波的干涉、波的衍射。

根據(jù)波的特性，波的干涉相消原理可以用來降低噪音。

聲音的頻率是用赫茲（Hz）作單位，低頻噪音是指頻率在200Hz以下的聲音。我國對于低頻噪音的聲音頻率范圍定為20Hz～200Hz，其中對人體影響較為明顯的頻率主要在3Hz～50Hz的頻率范圍內(nèi)。對于人耳而言，在20Hz～200Hz范圍內(nèi)是低頻，即在一秒內(nèi)振動20～200次所發(fā)出無規(guī)律的聲音稱之為低頻噪音，頻率在500Hz～2kHz為中頻，而高頻則是2kHz～16kHz。本文主要消除的噪音為低頻噪音。

2.2 主動降噪技術(shù)原理

聲音的傳播是通過介質(zhì)的振動來實(shí)現(xiàn)，在理論上，波與波之間如果呈反相則會實(shí)現(xiàn)抵消。主動降噪的原理在于首先要收集噪音的波形特點(diǎn)，然后通過內(nèi)置的處理芯片運(yùn)算出反相的波，再通過高還原度揚(yáng)聲器相抵消。

與被動除噪方式相比，主動降噪在降低入室噪音方面具有優(yōu)越性。主動降噪對于低頻噪音信號的消除有明顯的效果，最多可降低25dB～30dB的環(huán)境噪音。相比于被動降噪來說，主動降噪的效果更加智能。被動降噪屏蔽的是高頻噪聲，它更適合一些比較規(guī)則的降噪場景，通過堆積隔音材料來實(shí)現(xiàn)。但是對付環(huán)境復(fù)雜，且大量低頻共振噪聲就束手無策。主動降噪通過麥克風(fēng)拾音，可以有效地處理復(fù)雜環(huán)境的噪音。

2.3 主動降噪紗窗構(gòu)成

主動降噪紗窗根據(jù)干涉相消的原理，采用主動去噪的技術(shù)，通過語音信號采集裝置采集窗外的噪音并轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過反相裝置和輸出裝置在紗窗處向外播放，以此來達(dá)到降低入室噪音的目的。

2.3.1 去噪主電路

主電路是由TEA2025芯片和tda2030芯片構(gòu)成，此電路的工作原理是：通過傳聲器采集室外的噪音，通過由tda2030構(gòu)成的反相放大器和由TEA2025構(gòu)成的功率放大器及語音信號輸出裝置將取反的噪聲信號發(fā)射出去。

2.3.2 裝置開關(guān)部分

主動降噪紗窗是在開窗時(shí)工作，在窗戶關(guān)閉時(shí)停止工作。紗窗工作開/關(guān)控制裝置由細(xì)線、滑輪、金屬薄片、彈簧、主電路電極、電源電極等組成，當(dāng)窗戶開啟時(shí)，通過細(xì)線的牽引力經(jīng)過滑輪使金屬薄片移動，移動到一定位置時(shí)與主電路電極、電源電極同時(shí)接觸，使電路導(dǎo)通，裝置工作。

2.3.3 紗窗外觀

紗窗的外觀設(shè)計(jì)為傳聲器在窗戶外側(cè)，揚(yáng)聲器在窗戶內(nèi)側(cè)。傳聲器與揚(yáng)聲器均為圓形，且兩者放置于同一高度處，因此，從窗戶的正面方向看上去，傳聲器與揚(yáng)聲器為同心圓，這樣的設(shè)計(jì)會使波的相消干涉更為準(zhǔn)確徹底，達(dá)到更好的去噪效果。

結(jié)語

主動降噪紗窗根據(jù)干涉相消原理削減入室噪音，可實(shí)現(xiàn)在開窗狀態(tài)下減弱噪聲，既能保證室內(nèi)通風(fēng)，又能為人們提供一個(gè)安靜而舒適的生活以及工作環(huán)境，對于提高生活質(zhì)量具有重要意義。

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