Projekty
 
Maksymalizuj
Minimalizuj
Pracownia Aktywnych Metod Redukcji Hałasu - Projekty
Streszczenie

Wielowarstwowa aktywna struktura inteligentna do ograniczania transmisji hałasu przez przegrody

Kierownik projektu: dr inż. Leszek Morzyński

Streszczenie projektu:

 

Celem projektu III.P.14 było opracowanie rozwiązania technicznego w postaci wielowarstwowej aktywnej struktury inteligentnej, umożliwiającego redukcję niskoczęstotliwościowego hałasu transmitowanego przez przegrody. W ramach realizacji 1. etapu projektu w wyniku przeprowadzonych badań symulacyjnych zaproponowano zastosowanie algorytmu sterowania,  w którym sygnał z wirtualnego mikrofonu błędu jest ekstrapolowany na podstawie sygnałów  z przetworników drganiowych. W 2. etapie opracowano model wielowarstwowej aktywnej struktury inteligentnej wraz z układem sterującym oraz zaimplementowano algorytm sterowania  w układzie sterującym. Model struktury ma wymiary poprzeczne 400 x 600 mm i jest zbudowany z blach aluminiowych o grubości 2 mm rozdzielonych przestrzenią powietrzną o szerokości 25 mm. W modelu zastosowano magnetoelektryczne, inercyjne przetworniki wykonawcze typu Monacor EX-1 umieszczone na incydentnej płycie struktury i piezoelektryczne (MFC) przetworniki pomiarowe umieszczone na płycie promieniującej struktury. Przetworniki pomiarowe  i wykonawcze są rozmieszczane na powierzchni struktury na podstawie opracowanej eksperymentalnej metody z zastosowaniem holografii akustycznej pola bliskiego, realizowanej z wykorzystaniem tzw. kamery akustycznej.

W 3. etapie projektu przeprowadzono badania eksperymentalne opracowanego modelu struktury aktywnej. Badania te przeprowadzono w komorze do badań akustycznych, znajdującej się laboratoriach Tech-Safe-Bio CIOP-PIB, charakteryzującej się krótkim czasem pogłosu i wysoką izolacyjnością akustyczną. W komorze tej umieszczono moduł falowodu akustycznego, którego jedną ze ścian stanowi płyta stalowa z oknem, w którym zamocowano badaną strukturę.

Badania modelu wielowarstwowej struktury aktywnej przeprowadzono dla pobudzeń tonalnych o częstotliwościach wybranych z zakresu od 20 do 500 Hz. W szczególności skupiono się na częstotliwościach drgań własnych struktury, dla których poziom ciśnienia akustycznego promieniowanego dźwięku jest najwyższy. Skuteczność aktywnej redukcji hałasu oceniano na podstawie pomiarów poziomu ciśnienia akustycznego całkującym miernikiem poziomu dźwięku w odległości 30 cm przed frontem struktury. W wybranych przypadkach do oceny działania układu aktywnego zastosowano kamerę akustyczną. Pomiar z wykorzystaniem kamery akustycznej umożliwił określenie natężenia dźwięku promieniowanego z poszczególnych elementów płyty i jednocześnie uzyskanie obrazu zmian rozkładu drgań płyty pod wpływem zastosowanego sterowania. Za pomocą kamery akustycznej zbadano również jak zmienia się promieniowanie dźwięku struktury wielowarstwowej w stosunku do struktury jednowarstwowej oraz jak promieniowany jest dźwięk przez pozostałe ściany modułu falowodu (co ma wpływ na globalną redukcję hałasu w pomieszczeniu). Ocenę globalnego wpływu aktywnej redukcji hałasu na poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu wykonano, dla wybranych częstotliwości pobudzeń, przy zastosowaniu mikrofonowego systemu pomiarowego komory do badań akustycznych. System ten składa się z 80 mikrofonów pomiarowych rozmieszczonych na ścianach i suficie komory.

Badania struktury aktywnej przeprowadzono dla dwóch ustawień przetworników wykonawczych na płycie struktury. Dla ustawienia pierwszego (przetworniki znajdowały się w pobliżu środków połówek płyty) największą skuteczność aktywnej redukcji hałasu, wynoszącą 27 dB, otrzymano dla częstotliwości pobudzenia  200 Hz. Jest to jedna z częstotliwości rezonansowych struktury, dla której obserwowano wysoki poziom ciśnienia akustycznego promieniowanego dźwięku. Dla częstotliwości rezonansowej 70 Hz uzyskano redukcję wynoszącą 6,3 dB. Dla trzech innych częstotliwości pobudzeń uzyskano redukcje w zakresie od 11 do 1,5 dB. Dla pozostałych częstotliwości pobudzeń nie udało się uzyskać aktywnej redukcji lub następowała utrata stabilności układu. Dla drugiego ustawienia przetworników wykonawczych (jeden przetwornik w pobliżu środka połowy płyty, drugi w pobliżu środka płyty) największą skuteczność aktywnej redukcji hałasu, wynoszącą 11,7 dB uzyskano dla częstotliwości 450 Hz (rezonansowa). Dla częstotliwości 165 Hz (rezonansowa) skuteczność aktywnej redukcji wynosiła 5,8 dB, a dla częstotliwości 350 Hz skuteczność ta wynosiła 3,8 dB. Przeprowadzone badania wykazały, że wielowarstwowa struktura aktywna z zastosowanym algorytmem sterowania z ekstrapolacją mikrofonowego sygnału błędu umożliwia redukcję hałasu promieniowanego przez obudowy dźwiękoizolacyjne. Jednak decydujące znaczenie dla jej skuteczności ma właściwe rozmieszczenie przetworników pomiarowych i wykonawczych z uwzględnieniem rozkładu drgań płyt struktury.

Na podstawie uzyskanych wyników opracowano dokumentację techniczną wielowarstwowej struktury aktywnej. Dla opracowanego rozwiązania przygotowano zastrzeżenie na wzór użytkowy pn. „Aktywny układ dźwiękoizolacyjny do ograniczania hałasu transmitowanego przez przegrody”.

Wyniki projektu przedstawiono w  3 publikacjach (2 wydanych, 1 przeznaczonej do opublikowania) oraz referatach i prezentacjach na 2 konferencjach międzynarodowych i 2 konferencjach krajowych.



Jednostka: Pracownia Aktywnych Metod Redukcji Hałasu

Okres realizacji: 01.01.2014 – 31.12.2016