采用压电材料的主动消声器研究.pdf

中原工学院硕士学位论文

摘要

随着国家经济的发展和生活水平的提高，人们对各种污染的容忍度越来越低。如今，

距离人们最近的污染类型是噪声污染，其中汽车是最重要的噪声污染源之一。车辆在发

展历史中具有革命性，但它们也一直是噪声污染的主要制造者。汽车中，废气产生的噪

音是噪声污染的主要来源之一。为了抑制这些气体产生的噪音，汽车制造商使用了消声

器。目前，多采用被动消声器来解决发动机的排气噪声问题。被动消声器利用穿孔板、

共振腔、穿孔管或玻璃棉等结构或材料来降低噪声，在高频噪声的控制上效果良好，但

对低频噪声的控制不理想。

基于此，本文从降低排气低频噪声的角度出发，提出了一种使用压电材料的主动消

声结构，并通过理论计算和仿真方法对其声学性能进行了研究。首先，介绍了压电材料

的吸声功能，理论上计算了压电材料作为吸声体的可行性，并根据传感器及其布置方法

推导了实验用传感器的信号提取原理。为了进行主动控制研究，修改了传感器信号提取

方法使之适合软件仿真，并研究了线性二次型最优控制算法在仿真实验中的应用。最终，

在ANSYS和MATLAB的联合仿真下，对压电材料主动消声器的控制进行了研究。结

果表明，本文设计的主动消声器对噪声有明显的控制效果。

其次，针对本文设计的采用压电材料的主动消声器，其工作原理是主动吸声，与有

源噪声主动控制算法在原理上相似。因此，本文提出使用多通道有源噪声控制算法来控

制采用压电材料的主动消声器。在单通道有源噪声控制的基础上，推导了多通道有源噪

声控制算法，并提出使用多通道自适应控制算法对主动消声器进行控制。

最后，对采用压电材料的主动消声器进行了实车实验。首先分析了消声器出口噪声

信号，表明消声器出口噪声主要集中在低频段。完成了汽车怠速和匀速状态下的噪声主

动控制实验，最高实现了4.23dB的降噪效果。这说明主动噪声控制有效，验证了本文

设计的采用压电材料的主动消声器的有效性。

本文通过研究采用压电材料的主动消声器对汽车低频噪声的控制，提供了一个解决

低频噪声问题的有效途径。

关键词：消声器；压电材料；主动控制；多通道；FxLMS算法

I

中原工学院硕士学位论文

Abstract

Withthedevelopmentofthenationaleconomyandtheimprovementoflivingstandards,

peoplestoleranceforvarioustypesofpollutionisdecreasing.Nowadays,thetypeof

pollutionclosesttopeopleisnoisepollution,withcarsbeingoneofthemostsignificant

sources.Vehicleshaveplayedarevolutionaryroleinhumandevelopment,buttheyhavealso

beenmajorcontributorstonoisepollution.Incars,noisegeneratedbyexhaustgasesisa

primarysourceofnoisepollution.Tosuppressthisnoise,carmanufacturersusemufflers.

Currently,passivemufflersarecommonlyusedtoaddressengineexhaustnoise.These

passivemufflersutilizestructuresormaterialssuchasperforatedplates,resonantcavities,

perforatedpipes,orglasswooltoreducenoise,whichiseffectiveforhigh-frequencynoise

butlessidealforlow-f