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

Aug 10, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2649 (2023) Citar este artigo

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Uma barreira acústica ativa 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 faixa de frequência pode ser reduzido conduzindo o controle ativo de ruído através de alto-falantes de controle dispostos em torno de uma barreira. No entanto, houve uma diferença significativa de desempenho em comparação com o desempenho máximo alcançado 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 procurou 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. Através de experimentos, foi confirmado que o desempenho da redução de ruído foi melhorado em cerca de 2,6 dB na frequência de interesse.

Os problemas de ruído em ambientes industriais estão a tornar-se mais variados e graves e, juntamente com regulamentações em matéria de ruído cada vez mais rigorosas, a redução do ruído está a tornar-se uma questão mais importante. O ruído em vários espaços, como áreas de descanso ou de trabalho, pode causar estresse, distração e perda auditiva1 e muitos trabalhadores nas indústrias ficam expostos a ruídos altos por longos períodos de tempo. Uma barreira de ruído pode ser usada para reduzir o ruído, mas é ineficaz para a redução de ruído em uma banda de baixa frequência devido ao ruído difratado. Com o objetivo de reforçar a redução de ruído em faixa de baixa frequência, foi estudada a barreira ativa de ruído2,3,4,5,6 que aplica 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 através do ANC. A disposição dos microfones e alto-falantes8,9, o método de obtenção do filtro de controle10,11 e a utilização de fontes de controle unidirecionais12 têm sido estudados para melhorar o desempenho da barreira ativa de ruído. No entanto, a barreira ativa de ruído usando barreira semi-infinita é cara e requer um grande local para ser instalada. Além disso, é difícil de mover, por isso é aplicável apenas a um ambiente fixo.

Para resolver este problema, foi proposta a barreira acústica ativa circular utilizando um filtro de controle calculado teoricamente13,14,15 para reduzir o ruído em um espaço externo específico em vez da redução global do ruído. A barreira acústica 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 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 a disposição de microfones no espaço alvo é usado porque os microfones dispostos para aplicar ANC obstruem os trabalhadores. O filtro de controle calculado teoricamente pode ser calibrado rapidamente, por isso é fácil responder às mudanças na posição da fonte de ruído ou no espaço de controle alvo.

No entanto, a diferença 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 de aplicação simples. A degradação do desempenho ocorre devido à diferença entre o modelo teórico simplificado e o sistema experimental. Portanto, este estudo tentou minimizar a degradação do 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, portanto é introduzido outro modelo teórico.