Список разработок

Акустический институт

Устройства для активного снижения шума

1. Активные глушители шума для систем тепловентиляции и кондиционирования жилых и производственных зданий, энергетического оборудования, бытовых приборов и на транспорте.

Любая проблема, в том числе и проблема снижения шума, имеет две стороны: техническую и экономическую. Квалифицированный специалист по снижению шума может выбрать компромисс между эффектом снижения шума и стоимостью средств его снижения.

Поскольку пока нет универсальных средств снижения шума, то в каждом конкретном случае специалисту приходится искать способы и устройства, позволяющие решить эту сложную задачу.

Средства активного снижения шума позволяют эффективно бороться с шумом на частотах от 20 до 500 Гц, тогда как пассивные средства снижения шума на этих частотах теряют свою эффективность, как с акустической, так и с экономической точки зрения.

В частности, для снижения шума в воздуховодах систем подогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха, используемых в жилых, офисных и индустриальных зданиях, был разработан алгоритм активного снижения шума, названный NoiseSuppressor. На основе этого алгоритма создана серия устройств, которые эффективно снижают низкочастотный шум и не увеличивают аэродинамическое сопротивление воздуховодов (известные пассивные устройства для решения этой задачи весьма неэффективно снижают шум на низких частотах).

Разработаны NoiseSuppressor для цилиндрических воздуховодов с диаметром 50, 70, 100, 125, 150, 250 и 315 мм. NoiseSuppressor для воздуховодов диаметром более 315 мм и воздуховодов не круглого сечения может быть разработан на заказ.

NoiseSuppressor устанавливается вблизи вентилятора, перед разветвителями воздушного потока или на выходе системы вентиляции в помещениях поверх вентиляционной решетки. При этом не требуется вносить изменения в систему вентиляции (рис.1).

Устройство для 150 мм воздуховода с переходниками Устройство, установленное в воздуховоде
Устройство для 150 мм воздуховода
с переходниками

 
Устройство, установленное в воздуховоде
Устройство для установки на выходе вентиляции Устройство установлено вместо вентиляционной решетки
Устройство для установки на выходе
вентиляции
Устройство установлено вместо
вентиляционной решетки

Рис.1. Различные варианты устройств активного снижения шума вентиляционных каналов
на основе технологии NoiseSuppressor.

Технические характеристики устройства NoiseSuppressor для воздуховода диаметром 150 мм:

Рабочий диапазон частот .......................................50… 900 Гц
Диапазон уровней начального шума ......................60…100 дБ
Напряжение питания .............................................12 В
Потребляемая мощность, не более.........................3 Вт
Максимальная скорость потока воздуха..................10 м/с
Диапазон температур потока воздуха ....................-10…60°С
Диапазон влажности...............................................30…90%
Рабочий режим....................................................... непрерывный
Установочный размер..............................................150 мм


Эффективность и адаптация NoiseSuppressor

Эффективность NoiseSuppressor и примеры настроек на подавление максимума спектра начального шума представлены на рисунке 2. Наличие подстроечных элементов позволяет получать максимум эффективности с учетом спектра начального шума. Например, красная линия соответствует настройке NoiseSuppressor на эффективное подавление шума в максимально широкой полосе частот, голубая линия демонстрирует настройку на максимум спектра вентилятора, лежащего в полосе 240-300 Гц. Эффективность подавления узкополосного шума достигает 40 дБ. Возможна настройка устройства и на более глубокое подавление шума при наличии ярко выраженной частотной составляющей спектра исходного шума (рис.2).

Эффективность снижения шума с помощью системы NoiseSuppressor в зависимости от исходного спектра шумового сигнала вентилятора.
Рис.2. Эффективность снижения шума с помощью системы NoiseSuppressor
в зависимости от исходного спектра шумового сигнала вентилятора.

Оценка эффективности NoiseSuppressor "на слух".

Ниже представлены звуковые фрагменты сигналов, имитирующих работу системы тепловентиляции и запись шумов системы тепловентиляции при включенном и выключенном устройстве NoiseSuppressor.

Записи состоят из чередующихся десятисекундных фрагментов с выключенным и включенным NoiseSuppressor. Длительность каждой записи 60 сек. Для запуска нажмите на пиктограмму.

Тестовый сигнал - прослушать.
Шум системы тепловентиляции. Скорость потока воздуха 5 м/сек. - прослушать.

При прослушивании желательно использовать компьютерные акустические системы, способные воспроизводить частоты, начиная с 63 Гц. В противном случае будет слышан только шум цифрового магнитофона.

Приведем еще варианты возможного применения системы активного снижения шума на примере вентилятора компьютера (кулера) и шумозащитных наушников (антифонов).

2. Макет устройства для снижения шума вентилятора компьютера.


Макет устройства для снижения шума вентилятора компьютера. Модуль снижения шума крепится к задней стенке системного блока компьютера напротив вентилятора блока питания. Производительность системы охлаждения при этом не уменьшается.

На рисунке 3 представлен спектр шума вентилятора блока питания мощностью 300 Вт системного блока на базе процессора "Интел Пентиум - 4, 2,4 ГГц". Красная линия - спектр шума при выключенном устройстве шумоподавления, зеленая линия - при включенном устройстве шумоподавления.

Интегральное значение шума при выключенном устройстве шумоподавления составляло 35 дБА, после включения устройства 27 дБА.

Спектр шума вентилятора блока питания.
Рис.3. Спектр шума вентилятора блока питания. Красная линия - спектр шума при выключенном устройстве шумоподавления, зеленая линия - при включенном устройстве шумоподавления.

3. Шумозащитные наушники (антифоны) с активной системой снижения внешнего шума (АСШ)


Разработка относится к средствам индивидуальной защиты человека и используется при защите органов слуха от внешнего шума с уровнем до 120 дБ. Использование шумозащитных наушников позволяет улучшить разборчивость передаваемой информации, повысить комфортность и соблюдение санитарных норм при работе человека в условиях повышенного шума. Это приводит к снижению усталости и, в конечном итоге, к повышению производительности и безопасности труда.

Наушники эффективно снижают уровень внешнего шума во всем диапазоне звуковых частот благодаря комбинированному применению звукопоглощающих материалов (пассивное снижение шума) и системы активного снижения шума (АСШ).

Нами разработана система активного снижения шума (АСШ) для наушников, имеющих высокую степень пассивной звукоизоляции на частотах выше 300 - 400 Гц. Активная система снижения шума наиболее эффективна в низкочастотном диапазоне до 400 Гц. Объединение пассивного и активного методов позволяет добиться максимального эффекта снижения шума во всем диапазоне звуковых частот.

Активная система снижения шума размещена внутри каждого наушника и содержит микрофон, громкоговоритель и электронный аналоговый контроллер. Окружающий шум принимается микрофоном и передается в контроллер, который с учетом передаточных характеристик микрофона и громкоговорителя формирует сигнал в противофазе к внешнему шуму. При интерференции происходит существенное снижение шума, попадающего в слуховой канал (см. раздел "Технологии".

Технические характеристики экспериментального образца наушников.

1. Допустимый уровень внешнего шума.......................................до 120 дБ
2. Полоса рабочих частот системы АСШ.......................................60 - 400 Гц
3. Эффективность снижения шума (на частоте 200Гц)....................не менее 35 дБ
4. Уровень собственного шума не выше.......................................35 дБА
5. Напряжение питания (4 аккумулятора ААА)..............................(4,8-6,0) В
6. Автоматическое включение системы АСШ при уровне...............более 70 дБ
7. Диапазон уровней контроля качества акустического контакта.....70 до 120 дБ
8. Потребление тока в режиме Standby..........................................не более 0,5 мА

На рис. 4 представлен опытный образец наушников с АСШ, установленный на специализированном измерительном стенде.

Экспериментальный образец наушников с АСШ на измерительном стенде
Рис.4. Экспериментальный образец наушников с АСШ на измерительном стенде

Результаты испытаний опытного образца наушников, представленные на рис. 5, демонстрируют, что, начиная с частот около 70 Гц, эффективность снижения внешнего шума достигает 40 дБ.

Результаты испытаний экспериментального образца наушников.
Рис. 5. Результаты испытаний экспериментального образца наушников.

Спектр шума, измеренного на входе слухового канала: черная линия - при снятых наушниках, голубая линия - при надетых наушниках с выключенной системой АСШ, зеленая линия - при надетых наушниках с включенной системой АСШ.

Преимущество перед известными аналогами

Специальная электронная схема защиты повышает устойчивость работы системы активного снижения шума при действии внешних дестабилизирующих факторов, таких как резкое качание головы, изменение степени прижатия наушников и др. Это позволяет гарантировать максимальную защиту пользователя и отсутствие раздражающих эффектов.

Области применения

Промышленность, наземный, воздушный и морской транспорт, строительство, сельское хозяйство.


Контактная информация:
тел.: (499) 126-7401, факс: (499) 126-8411, e-mail: ,
директор Гладилин Алексей Викторович.