王素文　張松光　王淑萍　文衍廣　郭曙光陳鴻適　陶建成　邱小軍

（1汕頭供電局　汕頭　515000）

（2南京大學(xué)聲學(xué)研究所　教育部近代聲學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　南京　210093）

虛擬聲屏障在變壓器低頻降噪中的實(shí)驗(yàn)研究?

王素文1張松光1王淑萍2?文衍廣1郭曙光1陳鴻適1陶建成2邱小軍2

（1汕頭供電局汕頭515000）

（2南京大學(xué)聲學(xué)研究所教育部近代聲學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室南京210093）

在開(kāi)口處布放若干揚(yáng)聲器和誤差傳聲器構(gòu)成虛擬聲屏障，可有效抑制室內(nèi)變壓器通過(guò)開(kāi)口向外輻射的低頻噪聲。本文采用內(nèi)部合成參考信號(hào)的自適應(yīng)算法，搭建了15通道全耦合虛擬聲屏障系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明在1.6 m×3.2 m的開(kāi)口處搭建系統(tǒng)，距虛擬聲屏障10 m范圍內(nèi)100 Hz和200 Hz的降噪量分別為16.6 dB和7.7 dB。變電站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，在2.0 m×2.7 m的開(kāi)口處搭建系統(tǒng)，100 Hz、200 Hz和300 Hz的誤差點(diǎn)平均降噪量分別為12.7 dB、19.9 dB和22.2 dB，在開(kāi)口輻射聲壓貢獻(xiàn)較大的范圍內(nèi)，虛擬聲屏障的降噪效果與單層封閉窗戶相當(dāng)。相比于傳統(tǒng)被動(dòng)降噪措施，采用虛擬聲屏障有助于室內(nèi)的自然通風(fēng)、采光和變壓器的散熱。

開(kāi)口房間，虛擬聲屏障，變壓器，低頻噪聲

1　引言

電力變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來(lái)改變交流電壓的裝置，其噪聲主要來(lái)源于鐵心，構(gòu)成鐵心的硅鋼片在交變磁場(chǎng)的作用下發(fā)生磁致伸縮，使鐵心做周期性振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。電力變壓器噪聲以低頻線譜為主，頻率為工頻的偶數(shù)倍，主要集中在100 Hz、200 Hz和300 Hz［1］。傳統(tǒng)的隔聲、吸聲等方法可有效降低中高頻噪聲，但對(duì)低頻噪聲所需的治理成本較高，且通常要求使用封閉結(jié)構(gòu)，影響設(shè)備的通風(fēng)散熱。有源噪聲控制可彌補(bǔ)被動(dòng)降噪方法的不足。

有源噪聲控制技術(shù)最早由德國(guó)的Leug在1933年提出［2］，原理是通過(guò)控制源產(chǎn)生與原始噪聲頻率相同、幅度相近、相位相反的聲波，與初級(jí)噪聲疊加，使兩者相互抵消，以達(dá)到降低空間噪聲的目的。1956年，Conover首先將有源消聲應(yīng)用于變壓器噪聲控制［3］，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)放大器，在誤差點(diǎn)處對(duì)120 Hz噪聲分量實(shí)現(xiàn)了25 dB的降噪，但有效的空間角度僅23°。1978年，Ross對(duì)變壓器噪聲進(jìn)行有源控制，對(duì)100 Hz噪聲分量實(shí)現(xiàn)了20 dB的降噪，但對(duì)更高頻率的降噪僅局限在有限區(qū)域［4］。1998年，Martin等用8個(gè)控制源和10個(gè)誤差傳聲器對(duì)變壓器噪聲進(jìn)行自適應(yīng)控制，用基因算法優(yōu)化傳聲器位置，100 Hz在全空間得到10—25 dB的降噪量，200 Hz在某些方向降噪量達(dá)到30 dB，但在某些角度內(nèi)聲壓級(jí)出現(xiàn)5—10 dB的增加［5］。1999年，Li和Qiu測(cè)量了變壓器的初級(jí)聲場(chǎng)和從控制源到誤差傳聲器的傳遞函數(shù)，用近場(chǎng)聲壓平方和作為代價(jià)函數(shù)，80個(gè)揚(yáng)聲器作為控制源，96個(gè)誤差傳聲器處100 Hz、200 Hz和300 Hz的平均降噪量分別達(dá)到19.6 dB、12.8 dB和10.3 dB［6］。

由于變壓器體積較大，要對(duì)其輻射噪聲實(shí)現(xiàn)有效的全局控制，有源噪聲控制系統(tǒng)需要覆蓋其所有的輻射面，因此需要的通道數(shù)較多，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜且收斂慢。如果變壓器位于一面開(kāi)口的房間內(nèi)，且房間墻壁的隔聲量足夠高，變壓器噪聲主要通過(guò)開(kāi)口輻射到房間外，則可在開(kāi)口面上安裝有源控制系統(tǒng)控制向外輻射的噪聲，此時(shí)系統(tǒng)需要的通道數(shù)和成本將顯著減少。

Ise采用有源阻抗控制原理對(duì)安裝在房間窗戶處的有源控制系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值仿真。初級(jí)源和次級(jí)源均嵌在房間內(nèi)壁中，窗戶處安裝4個(gè)誤差傳聲器，只考慮二維聲場(chǎng)，可在房間外200 Hz為中心頻率的1/3倍頻程內(nèi)得到15 dB的平均降噪量，但同時(shí)房間內(nèi)的平均聲壓級(jí)升高了約2 dB［7］。2005年Ise利用邊界控制原理進(jìn)行了有源隔聲窗實(shí)驗(yàn)，控制通過(guò)窗戶輻射到室內(nèi)的噪聲，用16個(gè)次級(jí)源和16個(gè)誤差傳聲器構(gòu)成有源控制系統(tǒng)，每個(gè)通道進(jìn)行獨(dú)立控制，當(dāng)初級(jí)噪聲為200—700 Hz的寬帶噪聲時(shí)，室內(nèi)的平均降噪量達(dá)10 dB以上［8］。Huang等在2011年提出使用有源通風(fēng)隔聲窗來(lái)減少室外經(jīng)窗戶輻射到室內(nèi)的噪聲，數(shù)值仿真結(jié)果表明該有源隔聲窗的有效控制帶寬為390 Hz，實(shí)驗(yàn)中各誤差點(diǎn)降噪量可達(dá)10 dB［9］。

虛擬聲屏障由若干控制聲源和誤差傳聲器組成，通過(guò)有源噪聲控制原理在指定區(qū)域內(nèi)降噪。該技術(shù)基于Kirchhoff-Helmholtz方程，即若某一空間內(nèi)部不存在聲源，則該空間內(nèi)任意一點(diǎn)的聲壓僅由該空間邊界上的聲壓和聲壓梯度決定，若邊界上聲壓和聲壓梯度處處為零，則空間內(nèi)部聲壓處處為零［10］。2005年，Qiu等將24個(gè)控制源和18個(gè)誤差傳聲器排成圓柱狀陣列，在誤差傳聲器圍成的封閉空間內(nèi)產(chǎn)生局部靜區(qū)，靜區(qū)內(nèi)部降噪量達(dá)到11 dB，同時(shí)還指出，對(duì)實(shí)際可行的虛擬聲屏障，控制聲源之間的距離通常為待控頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/3到1/2［11］。Zou等在2007年提出的圓柱狀分布的16通道虛擬聲屏障系統(tǒng)可在中低頻條件下產(chǎn)生人頭大小的靜區(qū)，降噪量達(dá)10 dB以上［12］。

上述虛擬聲屏障都是三維的，目標(biāo)是在局部空間產(chǎn)生靜區(qū)。當(dāng)變電站中的噪聲主要通過(guò)某一個(gè)開(kāi)口向外輻射時(shí)，在開(kāi)口面上布放次級(jí)源，次級(jí)源前方安裝誤差傳聲器，通過(guò)控制誤差傳聲器處的聲壓，就可以降低該開(kāi)口向外空間的聲輻射，次級(jí)源與誤差傳聲器陣列以及控制電路就組成了虛擬聲屏障。本文實(shí)驗(yàn)研究了虛擬聲屏障對(duì)通過(guò)開(kāi)口向外輻射的低頻線譜噪聲的控制效果，特別是在某全封閉變電站的一面?zhèn)葔ι犀F(xiàn)場(chǎng)安裝了15通道的虛擬聲屏障，實(shí)測(cè)了其現(xiàn)場(chǎng)性能。本文屬于有源噪聲控制技術(shù)的工程案例，主要貢獻(xiàn)有兩點(diǎn)：一是現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)實(shí)驗(yàn)搭建的能夠自然通風(fēng)采光的虛擬聲屏障的隔聲效果與所替換掉的封閉單層玻璃窗相當(dāng)；二是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不需要參考傳聲器的內(nèi)部合成參考信號(hào)自適應(yīng)算法的可行性。

2　系統(tǒng)描述

如圖1所示，虛擬聲屏障系統(tǒng)基于有源噪聲控制原理，由N個(gè)控制源、M個(gè)誤差傳聲器以及相應(yīng)的控制電路組成。圖1中控制機(jī)柜內(nèi)包括多通道自適應(yīng)噪聲控制器、濾波電路、功率放大器以及信號(hào)調(diào)理器，構(gòu)成控制電路。信號(hào)調(diào)理器將誤差傳聲器采集到的信號(hào)放大后饋入控制器，控制器的輸出信號(hào)經(jīng)功率放大器后饋給次級(jí)源（控制揚(yáng)聲器）?？刂破鞑捎萌詈献赃m應(yīng)有源降噪算法［13］，參考信號(hào)為內(nèi)部合成的相應(yīng)頻率正弦信號(hào)［14］。

圖1　虛擬聲屏障系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the virtual sound barrier system

系統(tǒng)的代價(jià)函數(shù)為M個(gè)誤差傳聲器處的聲壓平方和

其中qs為次級(jí)源強(qiáng)度，等式右側(cè)第二項(xiàng)確保了qs不至于太大，使得系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性［12］。系統(tǒng)的降噪量定義為P個(gè)評(píng)價(jià)點(diǎn)控制前后聲壓poff和pon平方和比值的對(duì)數(shù)值

3　實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證

在南京大學(xué)聲學(xué)研究所隔聲室對(duì)虛擬聲屏障的降噪效果進(jìn)行測(cè)量。隔聲室長(zhǎng)6.2 m，寬5.0 m，高3.9 m，隔聲室外有一條走廊，長(zhǎng)10.1 m，寬1.8 m，高3.2 m，走廊一側(cè)有一扇門，門寬1.6 m、高3.2 m。用揚(yáng)聲器模擬初級(jí)噪聲源，其位置在室內(nèi)距開(kāi)口約2.0 m處，高度約0.5 m。在隔聲室的墻體隔聲量足夠大的條件下，初級(jí)噪聲主要通過(guò)開(kāi)口向外輻射。開(kāi)口處搭建15通道虛擬聲屏障系統(tǒng)，次級(jí)源在水平方向間隔約0.6 m，豎直方向間隔約0.7 m，15個(gè)誤差傳聲器位于對(duì)應(yīng)的次級(jí)源前方0.2 m處。15通道實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)照片見(jiàn)圖2?？刂坪?5個(gè)誤差點(diǎn)100 Hz和200 Hz降噪量見(jiàn)表1。

圖2　隔聲室開(kāi)口處15通道虛擬聲屏障系統(tǒng)照片F(xiàn)ig.2 Photo of the 15-channel virtual sound barrier system at the opening of the sound insulation room

表1　15個(gè)誤差點(diǎn)100 Hz和200 Hz降噪量Table 1 The noise reduction for 100 Hz and 200 Hz at the 15 error microphones

表1中除誤差點(diǎn)13和誤差點(diǎn)8的100 Hz降噪量較小，分別為7.6 dB和11.7 dB外，其他誤差點(diǎn)的100 Hz降噪量均大于15 dB，最大為誤差點(diǎn)9，降噪量為24.8 dB。4個(gè)誤差點(diǎn)的200 Hz降噪量在10 dB以下，最小為誤差點(diǎn)10，其降噪量為2.4 dB，除這4個(gè)點(diǎn)外其他誤差點(diǎn)的200 Hz降噪量均在12 dB以上，最大為誤差點(diǎn)4，降噪量為25.9 dB。除15個(gè)誤差點(diǎn)外，還測(cè)量了遠(yuǎn)場(chǎng)5個(gè)點(diǎn)降噪前后100 Hz和200 Hz聲壓級(jí)并計(jì)算了降噪量，結(jié)果見(jiàn)表2。5個(gè)測(cè)點(diǎn)的高度均為1.2 m左右，距開(kāi)口的距離分別約為1 m、3 m、5 m、8 m和10 m。

表2中5個(gè)測(cè)點(diǎn)的100 Hz降噪量均在16 dB以上，且相差不大，測(cè)點(diǎn)5的降噪量最大，為21.3 dB。對(duì)200 Hz，測(cè)點(diǎn)1的降噪量最小，為7.7 dB，測(cè)點(diǎn)4和測(cè)點(diǎn)2的降噪量達(dá)到10 dB以上，分別為12.2 dB和14.4 dB。5個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)的100 Hz降噪量均大于200 Hz。

表2　各測(cè)點(diǎn)100 Hz和200 Hz降噪前后聲壓級(jí)及降噪量Table 2 The sound pressure level before and after control and the noise reduction of 100 Hz and 200 Hz at the field points

隔聲室實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，當(dāng)初級(jí)源位于室內(nèi)，噪聲主要通過(guò)開(kāi)口向外輻射時(shí)，在開(kāi)口處搭建虛擬聲屏障可在遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻線譜噪聲的有效控制。但實(shí)驗(yàn)中初級(jí)噪聲為揚(yáng)聲器輻射的單頻聲場(chǎng)，而在線運(yùn)行的變壓器是一個(gè)復(fù)雜的體聲源，虛擬聲屏障對(duì)真實(shí)變壓器噪聲的控制效果需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步確認(rèn)。

4　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

15通道虛擬聲屏障現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)在廣東電網(wǎng)汕頭供電局220 kV廣興站進(jìn)行，照片見(jiàn)圖3。現(xiàn)場(chǎng)共有2組變壓器位于相鄰的2個(gè)房間中，變壓器正對(duì)上下共2排窗戶，每排30扇，窗戶總長(zhǎng)度約30 m，高度2.7 m，距離地面2.7 m。選擇2扇窗戶進(jìn)行拆除，總面積2.0 m（W）×2.7 m（H），在該位置安裝虛擬聲屏障系統(tǒng)，控制變壓器由該開(kāi)口向外輻射噪聲中的100 Hz、200 Hz和300 Hz的線譜成分。

圖3　廣興站現(xiàn)場(chǎng)照片F(xiàn)ig.3 Photos of the Guangxing substation

綜合考慮100 Hz、200 Hz、300 Hz聲壓級(jí)大小、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和施工條件，拆除窗戶并安裝虛擬聲屏障的位置如圖4所示。

圖4　虛擬聲屏障安裝位置示意圖Fig.4 Schematic diagram of the position of the virtual sound barrier

現(xiàn)場(chǎng)虛擬聲屏障系統(tǒng)由換能器陣列和控制機(jī)柜組成，見(jiàn)圖5。換能器陣列包括次級(jí)源陣列和誤差傳聲器陣列兩部分。開(kāi)口面積為2.0 m（W）×2.7 m（H），故搭建了15通道的虛擬聲屏障系統(tǒng)。次級(jí)源位于開(kāi)口面上，在豎直方向和水平方向排成5×3的陣列，豎直方向自上而下間距依次為45.5 cm、48.5 cm、64.5 cm和64.5 cm，水平方向上均勻布放，間距約58.5 cm。15只誤差傳聲器分別位于對(duì)應(yīng)的次級(jí)源正前方1 m，組成誤差傳聲器陣列。

圖5　虛擬聲屏障系統(tǒng)Fig.5 The experimental setup of the virtual sound barrier system

4.1窗戶隔聲效果

在安裝虛擬聲屏障前，首先測(cè)量了關(guān)窗時(shí)虛擬聲屏障所在位置附近墻外側(cè)5 cm處聲壓級(jí)，測(cè)量面積10 m（W）×5.4 m（H），對(duì)應(yīng)圖4中0≤x≤10 m、0≤y≤5.4 m的部分，聲壓級(jí)分布圖見(jiàn)圖6（a）、6（c）、6（e）。窗戶拆除但還未安裝虛擬聲屏障時(shí)測(cè)量了相同平面的聲壓級(jí)，分布圖見(jiàn)圖6（b）、6（d）、6（f）?？紤]到背景噪聲隨時(shí)間的隨機(jī)性，測(cè)試結(jié)果取10 s的線性平均值，噪聲頻譜中100 Hz、200 Hz和300 Hz線譜幅值穩(wěn)定且明顯高于背景噪聲的頻譜包絡(luò)。

圖6中開(kāi)窗前后100 Hz聲壓級(jí)相差不大，即窗戶對(duì)100 Hz基本沒(méi)有隔聲效果。圖6中方框內(nèi)為虛擬聲屏障所在位置，可以看出，打開(kāi)窗戶后開(kāi)口處200 Hz和300 Hz聲壓級(jí)明顯升高，即開(kāi)口輻射對(duì)200 Hz和300 Hz聲壓貢獻(xiàn)較大。此外選擇距開(kāi)口1 m、3 m、5 m和7 m處作測(cè)試平面，每個(gè)平面內(nèi)取12個(gè)測(cè)點(diǎn)，豎直方向高度約為y=3.5 m、4.0 m、4.6 m和5.1 m，水平方向位置約為x=3.5 m、4.0 m和4.5 m。12個(gè)點(diǎn)的聲壓級(jí)作能量平均代表該測(cè)試平面的聲壓級(jí)，由此計(jì)算得到窗戶的100 Hz、200 Hz和300 Hz插入損失，見(jiàn)圖7。

圖7中對(duì)于給定頻率，插入損失隨距開(kāi)口距離的增大而逐漸變小，距窗戶7 m處100 Hz和200 Hz插入損失基本降為0，300 Hz插入損失為5.5 dB，說(shuō)明開(kāi)口輻射聲壓的作用范圍集中在近場(chǎng)7 m以內(nèi)，再遠(yuǎn)處聲壓由其他窗戶和通風(fēng)隔墻整體貢獻(xiàn)。對(duì)100 Hz，3 m處插入損失較小，5 m外插入損失為負(fù)值，即開(kāi)口輻射的100 Hz聲壓僅在3 m以內(nèi)貢獻(xiàn)較大。因此下文對(duì)虛擬聲屏障降噪性能的測(cè)量局限于距離小于7 m的區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域，窗戶的插入損失基本隨頻率的升高而增大，表明所研究的頻率范圍為窗戶的質(zhì)量控制區(qū)。

圖7　窗戶插入損失Fig.7 The insertion loss of the windows

4.2虛擬聲屏障降噪效果

實(shí)驗(yàn)中次級(jí)源位于開(kāi)口面上，比較了誤差傳聲器位于次級(jí)源正前方20 cm、50 cm和1 m這3種物理配置下的降噪量，發(fā)現(xiàn)誤差傳聲器離次級(jí)源1 m時(shí)降噪效果最好，此時(shí)15個(gè)誤差點(diǎn)的100 Hz、 200 Hz和300 Hz降噪量及其平均值見(jiàn)表3。

表3中100 Hz、200 Hz和300 Hz平均降噪量達(dá)到12.7 dB、19.9 dB和22.2 dB。100 Hz平均降噪量低于200 Hz和300 Hz的原因是初級(jí)聲場(chǎng)中100 Hz成分比200 Hz、300 Hz平均低1.0 dB和9.0 dB，誤差點(diǎn)1和13的100 Hz降噪量為負(fù)，原因是初級(jí)聲場(chǎng)中100 Hz線譜的聲壓級(jí)很低。有源控制器降噪的目標(biāo)是把所有誤差點(diǎn)的對(duì)應(yīng)頻率噪聲降到本底，故在聲壓級(jí)很低的誤差點(diǎn)和頻率，相對(duì)降噪量不大。

實(shí)測(cè)100 Hz降噪量較小的另一個(gè)原因是其他窗戶和通風(fēng)隔墻對(duì)100 Hz的隔聲量較小。此時(shí)，即使虛擬聲屏障完全抑制了從開(kāi)口向外輻射的噪聲，由于其他傳聲途徑的影響，殘余噪聲依然較大，故虛擬聲屏障在100 Hz的降噪能力沒(méi)有完全表現(xiàn)出來(lái)。而對(duì)300 Hz，其他窗戶和通風(fēng)隔墻對(duì)其隔聲量較大，開(kāi)窗后300 Hz聲場(chǎng)主要從開(kāi)口向外輻射，抑制從開(kāi)口輻射的噪聲就可以顯著降低總噪聲，因此獲得的降噪量較大。

表3　誤差點(diǎn)降噪量（誤差傳聲器距次級(jí)源1 m）Table 3 Noise reductions at error points（The error sensors are 1 m in front of the secondary sources）

圖8給出了虛擬聲屏障的降噪量和窗戶的插入損失隨距離的變化曲線。圖8中可見(jiàn)，100 Hz距窗戶1 m處虛擬聲屏障降噪量為10.6 dB，比窗戶的插入損失高8.3 dB，該處虛擬聲屏障降噪量較大的原因是此時(shí)測(cè)點(diǎn)距窗戶1 m，其位置距誤差點(diǎn)很近，因此降噪量較大，這同時(shí)也證明虛擬聲屏障系統(tǒng)此時(shí)正常工作。隨著測(cè)點(diǎn)距窗戶距離的增大，100 Hz降噪量逐漸減小，原因是遠(yuǎn)場(chǎng)的100 Hz聲壓級(jí)受其他傳聲途徑漏聲影響較大。由圖7可見(jiàn)由開(kāi)口輻射的100 Hz聲場(chǎng)僅在3 m以內(nèi)貢獻(xiàn)較大，3 m外窗戶的插入損失為負(fù)值，故虛擬聲屏障對(duì)100 Hz的有效降噪范圍只限于3 m內(nèi)，在此范圍內(nèi)其降噪效果與窗戶相當(dāng)，近場(chǎng)好于窗戶，3 m外虛擬聲屏障對(duì)100 Hz的降噪量為負(fù)值，控制后100 Hz聲壓級(jí)反而增大了，由于現(xiàn)場(chǎng)條件不方便，真實(shí)原因暫時(shí)不清楚。

圖8　虛擬聲屏障系統(tǒng)降噪量與窗戶插入損失的對(duì)比Fig.8 The comparison between the noise reduction caused by the virtual sound barrier and the insertion loss of the windows

對(duì)200 Hz，近場(chǎng)3 m以內(nèi)虛擬聲屏障降噪量高于窗戶插入損失，7 m處降噪量和插入損失基本相同，僅在5 m處虛擬聲屏障降噪量低于窗戶插入損失，基本可認(rèn)為其對(duì)200 Hz的隔聲效果和窗戶相當(dāng)。對(duì)300 Hz，虛擬聲屏障的降噪量與窗戶的插入損失基本相同。由于窗戶和通風(fēng)隔墻對(duì)300 Hz的隔聲效果較好，所以虛擬聲屏障對(duì)300 Hz的有效降噪范圍較大，離虛擬聲屏障較遠(yuǎn)（7 m）處300 Hz降噪量仍在5 dB以上。

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乇碚魈摂M聲屏障的降噪效果應(yīng)首先對(duì)其他傳聲途徑（如窗戶、通風(fēng)隔墻等）進(jìn)行隔聲處理，使得變壓器噪聲主要從開(kāi)口輻射出去，然后考察遠(yuǎn)場(chǎng)某些敏感點(diǎn)的降噪量。但由于變電站現(xiàn)場(chǎng)共2排窗戶，每排30扇、總長(zhǎng)度30 m，且通風(fēng)隔墻面積較大（見(jiàn)圖4），對(duì)所有窗戶和通風(fēng)隔墻進(jìn)行隔聲處理會(huì)影響室內(nèi)通風(fēng)散熱，實(shí)施難度大，故沒(méi)有進(jìn)行處理。受這些傳聲途徑的影響，虛擬聲屏障對(duì)200 Hz和300 Hz的有效降噪范圍僅局限在距窗戶7 m以內(nèi)，對(duì)100 Hz僅限于3 m以內(nèi)，故無(wú)法給出更遠(yuǎn)處的降噪量。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了虛擬聲屏障對(duì)真實(shí)變壓器低頻噪聲控制的可行性，檢驗(yàn)了不需要參考傳聲器的自適應(yīng)算法，同時(shí)證明了在開(kāi)口輻射聲壓貢獻(xiàn)較大的范圍內(nèi)，虛擬聲屏障的降噪性能基本等同于玻璃窗。

5　結(jié)論

基于不需要參考傳聲器的自適應(yīng)有源降噪算法，研制了15通道虛擬聲屏障系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)研究了虛擬聲屏障對(duì)通過(guò)開(kāi)口向外輻射的低頻線譜噪聲的控制效果。首先在某實(shí)驗(yàn)室的隔聲室開(kāi)口處搭建系統(tǒng)，遠(yuǎn)場(chǎng)100 Hz和200 Hz的降噪量分別達(dá)到16.6 dB和7.7 dB；然后在變電站現(xiàn)場(chǎng)搭建系統(tǒng)，在誤差傳聲器距次級(jí)源1 m條件下，15個(gè)誤差點(diǎn)處的100 Hz、200 Hz和300 Hz平均降噪量分別為12.7 dB、19.9 dB和22.2 dB。由于未對(duì)現(xiàn)場(chǎng)其他傳聲途徑進(jìn)行隔聲處理，虛擬聲屏障的降噪效果測(cè)量?jī)H局限在開(kāi)口輻射聲貢獻(xiàn)較大的近場(chǎng)7 m內(nèi)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量表明，在此范圍內(nèi)200 Hz和300 Hz降噪量與現(xiàn)場(chǎng)單層封閉窗戶的插入損失相當(dāng)，但采用虛擬聲屏障可基本保持室內(nèi)自然通風(fēng)和采光，有利于變壓器的散熱。

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Experimental study of applying a virtual sound barrier to reduce low-frequency noise of transformers

WANG Suwen1ZHANG Songguang1WANG Shuping2WEN Yanguang1GUO Shuguang1CHEN Hongshi1TAO Jiancheng2QIU Xiaojun2
（1 Shantou Power Supply Bureau，Shantou 515000，China）
（2 Key Laboratory of Modern Acoustics，the Institute of Acoustics，Nanjing University，Nanjing 210093，China）

Implementing a virtual sound barrier composed of loudspeakers and error microphones at the opening of a building works as an effective way to reduce the low-frequency transformer noise radiated outside. A 15-channel fully-coupled virtual sound barrier system is implemented which applies the algorithm with an internally synthesized

ignal.The experiments in the laboratory show that such a virtual sound barrier at the opening of 1.6 m×3.2 m achieved a noise reduction of 16.6 dB and 7.7 dB for tonal noise of 100 Hz and 200 Hz，respectively，within the area 10 m away from the virtual sound barrier.Measurements in a substation show that the average noise reduction at error points is 12.7 dB for 100 Hz，19.9 dB for 200 Hz and 22.2 dB for 300 Hz when the system is implemented at a 2.0 m×2.7 m opening，and the performance of the virtual sound barrier and the windows are almost the same within the area where sound radiated from the opening dominates the sound field.Compared with traditional passive noise control methods，the advantage of applying such a virtual sound barrier system is that it helps the ventilation and lighting of the building as well as the heat dissipation of the transformers.

Open buildings，Virtual sound barrier，Transformer，Low-frequency noise

O429

A

1000-310X（2015）06-0487-08

10.11684/j.issn.1000-310X.2015.06.003

2015-02-17收稿;2015-04-25定稿

?國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11104141，11474163）

王素文（1970-），男，廣東揭陽(yáng)人，大學(xué)本科，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。

E-mail：wangsp822105@126.com