Barreira de ruído ativo circular usando filtro de controle teórico considerando a interação entre alto-falante e barreira

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2649 (2023) Citar este artigo

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Uma barreira de ruído ativo circular usando um filtro de controle calculado teoricamente sem adaptação em tempo real foi proposta para redução de ruído em um espaço externo específico. Uma barreira circular compacta é usada para o sistema móvel lidar com mudanças na localização do espaço de trabalho, e o ruído em uma ampla banda de frequência pode ser reduzido conduzindo o controle de ruído ativo por meio de alto-falantes de controle dispostos em torno de uma barreira. No entanto, houve uma lacuna de desempenho significativa em relação ao desempenho máximo obtido com o uso do filtro fixo experimental devido a um modelo teórico extremamente simplificado que ignora a interação entre os alto-falantes de controle e a barreira. Portanto, este estudo tentou minimizar a degradação do desempenho ao aplicar o filtro de controle calculado teoricamente. Outro modelo teórico é introduzido para melhorar o desempenho da redução de ruído considerando a interação entre o alto-falante de controle e a barreira. Por meio de experimentos, confirma-se que o desempenho da redução de ruído é aprimorado em cerca de 2,6 dB na frequência de interesse.

Os problemas de ruído em ambientes industriais estão se tornando cada vez mais diversos e sérios e, juntamente com regulamentações de ruído cada vez mais rígidas, a redução de ruído está se tornando uma questão mais importante. O ruído em vários espaços, como áreas de descanso ou espaços de trabalho, pode levar ao estresse, distração e perda auditiva1 e muitos trabalhadores nas indústrias são expostos a ruído alto por longos períodos de tempo. Uma barreira de ruído pode ser usada para reduzir ruído, mas é ineficaz para redução de ruído em uma banda de baixa frequência devido ao ruído difratado. Para reforçar a redução de ruído em uma faixa de baixa frequência, foi estudada a barreira ativa de ruído2,3,4,5,6 que aplica o controle ativo de ruído (ANC)7 a uma barreira. Ao colocar alto-falantes e microfones de erro acima da barreira, o ruído difratado em uma banda de baixa frequência é reduzido por meio do ANC. A disposição de microfones e alto-falantes8,9, o método de obtenção do filtro de controle10,11 e o uso de fontes de controle unidirecionais12 têm sido estudados para melhorar o desempenho da barreira ativa de ruído. No entanto, a barreira de ruído ativa usando barreira semi-infinita é cara e requer um local grande para ser instalada. Além disso, é difícil de mover, por isso é aplicável apenas a um ambiente fixo.

Para resolver este problema, a barreira de ruído ativa circular usando um filtro de controle calculado teoricamente13,14,15 foi proposta para reduzir o ruído em um espaço externo específico em vez da redução de ruído global. A barreira de ruído ativa circular consiste em uma barreira circular compacta e alto-falantes de controle colocados ao redor da barreira com o objetivo de reduzir o ruído em um espaço-alvo individual, como um espaço de trabalho ou espaço de descanso. Requer menos custo e espaço em comparação com a barreira semi-infinita e pode ser movida e reinstalada. Um filtro de controle calculado teoricamente sem dispor microfones sobre o espaço-alvo é usado porque os microfones dispostos para aplicar o ANC obstruem os trabalhadores. O filtro de controle calculado teoricamente pode ser calibrado rapidamente, por isso é fácil responder a mudanças na posição da fonte de ruído ou no espaço de controle alvo.

No entanto, a lacuna de desempenho entre o desempenho teoricamente obtido e os resultados experimentais é significativa. No estudo anterior13, um filtro de controle é calculado com base em um modelo teórico extremamente simplificado que visa fornecer um método de controle de ruído simplesmente aplicável. A degradação do desempenho ocorre devido à diferença entre o modelo teórico simplificado e o sistema experimental. Portanto, este estudo tentou minimizar a degradação de desempenho que ocorre quando o filtro de controle calculado teoricamente é aplicado ao sistema de controle de ruído híbrido circular. A interação entre o alto-falante de controle e a barreira, que é uma das principais causas, não pode ser considerada pelo modelo teórico simplificado anterior, então outro modelo teórico é introduzido.