专利名称：电力变压器有源噪声控制用的扬声器设计方法
技术领域：
本发明涉及一种扬声器设计方法，尤其涉及一种作为电力变压器有源噪声控制中控制源的带通式扬声器设计方法。
背景技术：
有源噪声控制技术是噪声传播路径控制的一种有效手段(陈克安，有源噪声控制，北京国防工业出版社，2003)。目前已经实用的有源控制系统包括有源抗噪声耳罩(王连生、张力滨，有源消噪声耳罩，电声技术，10，5-10，1994 ;张瑞华，自适应有源抗噪耳罩的DSP实现，电声技术，3，56-58，2003)、管道内的有源噪声控制(任延荣，空调通风管道内低频噪声自适应有源控制研究，西安交通大学博士学位论文，1995 ;曾成、张奇志，管道低频宽带噪声自适应有源控制的实验研究，电声技术，5，17-21，2001)、飞机和轿车舱内的有源噪声控制以及液压泵的有源噪声控制系统(液压泵有源噪声控制系统，专利公开号CN1694161)。根据控制源的不同，有源噪声控制可以分为两类第一类是通过抑制结构表面的振动来降低其声辐射(一种振动结构辐射噪声的有源控制系统及控制方法，专利公开号CN101702093A);第二类是通过改变辐射噪声的空间分布，使其难以传播到远处(王连生、张力滨，有源消噪声耳罩，电声技术，10，5-10，1994 ;曾成、张奇志，管道低频宽带噪声自适应有源控制的实验研究，电声技术，5，17-21，2001)。电力变压器产生的远场噪声的频谱特点为以低频的线谱为主，频率为工频的偶数倍频关系，对于我国的供电频率50Hz，噪声峰值主要集中在100Hz、200Hz、300Hz附近。针对电力变压器噪声的有源控制，国内外已经有了一些研究(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)。米用第一类方式控制电力变压器噪声时，可以使用惯性激振器作为控制源(X. Li et al.，Tunable inertialshakers for active control, International Journal of Acoustics and Vibration,6 (4) ,180-184，2001);釆用第二类方式时，控制源往往使用扬声器(一种应用于有源噪声控制的组合次级声源设计方法，专利公开号CN101389158)。已有学者在电力变压器噪声有源控制中使用了封闭式音箱作为控制源(电力变压器噪声多通道有源控制系统，专利公开号CN102208263A)，但是闭箱的频响曲线比较平坦，作为控制源效率较低，且应用在反馈控制系统中容易产生水床效应。扬声器声学性能设计主要通过声学结构和几何结构实现。利用曲面板结构的共振特性可以设计出在100Hz、200Hz、300Hz处频率响应出现峰值的扬声器(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)，但是结构体积较大，后腔体的体积达O. 985mX0. 418mX0. 25m,会对实际应用造成不便。另外利用倒相箱、带通箱等声学结构可以改善扬声器的低频响应(曹水轩、沙家正，扬声器及其系统，江苏科学技术出版社，1985 ;葛俊，声学结构对电声器件声学特性的影响研究，南京大学博士学位论文，2010)，其中声学结构参数的优化方法，主要有遗传算法中的多目标线性优化方法(雷英杰等，Matlab遗传算法工具箱及应用，西安电子科技大学出版社，2005)。目前还没有检索到采用带通式声学结构对电力变压器有源噪声控制用扬声器进行优化设计的方法。
发明内容
I、发明目的本发明的目的在于针对变压器噪声频谱的特点，提供一种带通式扬声器设计方法，用于优化电力变压器有源噪声控制系统的控制源。2、技术方案针对变压器噪声，需要频响曲线在100Ηζ、200Ηζ和300Hz处有峰值，本发明采用带通箱结构来实现。首先选用谐振频率Fs低于IOOHz的扬声器单元，测量其TS参数，主要包括音圈磁隙中的磁感应强度与音圈导线长度的乘积BI，音圈直流阻Re(信号源内阻很小，一般忽略)，振膜有效面积SD，扬声器振动系统的等效声质量Mad,支撑系统的等效声顺Cas，支撑系统的等效声阻Ras。其次由于四阶带通箱在中低频段会有较好的频率响应，而六阶带通箱的频响曲线会在中低频段产生两个峰值，总结这两者的规律可以得出由三个倒相箱叠加而成的扬声器的频响曲线能够在中低频段产生三个峰值。如附图I所示，该系统中两个长方体腔体上下叠加，第三个长方体腔体与前两个腔体左右叠加。每个腔体带有一个倒相管,在低频时,每个腔体可以等效为一个霍姆赫兹共鸣器，腔体的大小和倒相管的有效长度以及横截面积决定了每个共鸣器的共振频率，它们之间互相影响耦合，每个共鸣器之间的关系满足电力声类比原理，通过一定的参数选择使得扬声器系统的频响曲线在特定的频率处出现峰值。利用遗传算法中的多目标线性优化方法对扬声器参数进行优化(雷英杰等，Matlab遗传算法工具箱及应用，西安电子科技大学出版社，2005)，以abs (T1-T2)、abs (T2-T3)、abs (T1-T3)、5+17200-1^5+17200-1^5+1^/200-1^ 为适应值函数(其中！\、T2, T3分别为IOOHz、200Hz、300Hz时离音箱正前方Im远处的声压级，Tt为5Hz IOOOHz之间200个频率点上声压级的总和)，权重为(O. 15，O. 15，O. 15，O. 2,0. 2,0. 15)，以Vi+V2+V3 ( O. 006m3为约束条件(其中Vp V2, V3为各个腔体的体积)，先使用约束优化函数 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)之间搜索出优化解，然后利用无约束局部优化函数fminsearch在此优化解附近搜索最优解。3、有益效果本发明与现有技术相比，其显著优点是在于(I)频响曲线在100Hz、200Hz,300Hz附近均有峰值，其他频段处声压迅速衰减，有着较好的带通特性(2)扬声器体积较小，使用起来灵活方便(3)效率高，在反馈控制系统中可以有效抑制水床效应。
四
图I是本发明的结构示意图；、
图2是本发明的电力声类比示意图；图3是本发明受IW电功率驱动时位于自由场中Im远处频率响应曲线的设计结
果O图4是本发明样品受IW电功率驱动时位于自由场中Im远处频率响应曲线的实测结果。
五具体实施方式
实施例采用本发明中所提出的设计方法设计的作为噪声有源控制系统中的控制源。首先获取扬声器单元的特性，一般选用谐振频率较低、品质因数较好的单元，本发明采用南鲸扬声器。测量其TS参数，主要结果见表I :表I扬声器单兀的TS参数
权利要求
1.变压器噪声有源控制系统中控制源扬声器的一种设计方法，其特征在于第一步选用谐振频率低于IOOHZ的扬声器单元，测量其TS参数；第二步设计带通箱结构并建立电力声类比模型；最后利用遗传算法优化模型参数，设计出频响曲线仅在100Hz、200Hz、300Hz附近有三个峰值的扬声器。
2.根据权利要求I所述设计方法中的一种带通式扬声器结构，其特征在于该扬声器系统包括一个扬声器单兀、三个腔体、三个倒相管，扬声器单兀位于腔体2中，每个腔体各带有一个倒相管。
3.根据权利要求I所述设计方法中使用遗传算法多目标参数优化时选取的参数，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^ 为适应值函数(其中T1J2J3分别为100Hz、200Hz、300Hz时离音箱正前方Im远处的声压级，Tt为5Hz IOOOHz之间200个频率点上声压级的总和，abs表示取绝对值)，权重为(O. 15，.O.15，O. 15,0. 2,0. 2,0. 15)，以 VjVjV3 ≤ O. 006m3 为约束条件(其中 V1'V2、V3 为各个腔体的体积)。
4.根据权利要求I所述设计方法设计的带通式扬声器结构的尺寸，其特征在于腔体I的体积V1 = O. 0019m3,腔体2的体积V2 = O. 0026m3,腔体3的体积V3 = O. 0042m3,倒相管I的横截面半径apl = O. 0214m，倒相管I的长度Ipl = O. 0184m，倒相管2的横截面半径ap2=O. 0057m，倒相管2的长度Ip2 = O. 0314m，倒相管3的横截面半径ap3 = O. 0233m，倒相管.3 的长度 Ip3 = O. Olrtio
全文摘要
本发明公开了一种电力变压器有源噪声控制用的扬声器设计方法，该设计方法得到的扬声器由一个扬声器单元、三个长方体腔体和三个倒相管组成，可作为电力变压器有源控制系统中的控制源，专门用于降低变压器辐射噪声中100Hz、200Hz及300Hz附近的分量，与传统的扬声器相比，在上述频率附近的频响值较高，而在其它频段的频响值则迅速衰减，体积小、效率高，在反馈控制系统中可以有效抑制水床效应。
文档编号H04R9/06GK102638750SQ20121009999
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者邓怡情, 邱小军, 陶建成 申请人:南京大学