BEZPIECZEŃSTWO PRACY 9/2002
mgr PAWEA
GÓRSKI
dr in . WIKTOR M. ZAWIESKA
Centralny Instytut Ochrony Pracy
System aktywnej redukcji hałasu
o przebiegu okresowym
środowisku pracy i ycia adaptacyjny. Do wytworzenia sygnału
Praca wykonana w ramach programu wielo-
człowieka cząsto mamy do odniesienia kontrolera wąskopasmowego
letniego (b. SPR-1) pn.  Bezpieczeństwo
czynienia z hałasami o prze- systemu ARH stosuje sią syntezatory lub
i ochrona zdrowia człowieka w S
rodowisku pra-
biegu okresowym (hałas transformatorów, generatory sygnałów okresowych syn-
cy dofinansowanego przez Komitet Badań Na-
wentylatorów, pomp itp.). Nierzadko jest chronizowane z sygnałem emitowanym
ukowych. Główny koordynator programu: Cen-
to z
ródło hałasu niskocząstotliwościowe- przez z
ródło hałasu [3, 6]. Wprowadzo-
tralny Instytut Ochrony Pracy
go o charakterze wÄ…skopasmowym. Wid- no dodatkowe zabezpieczenie kontrolera
mo hałasu emitowanego przez wymienio- przed przesterowaniem torów wykonaw-
Sygnał błądu jest minimalizowany
ne urzÄ…dzenia charakteryzuje siÄ… wyraz
- czych, które umieszczono wewnątrz pro-
przez zastosowanie algorytmu najmniej-
nie wyró nionymi składowymi tonalny- cedur realizujących algorytmy adaptacyj-
szych, średnich kwadratów LMS, który
mi o cząstotliwościach stanowiących wie- ne. Zabezpieczenie wykazało swoją sku-
aktualizuje wagi w00 oraz w01 filtru wyci-
lokrotność cząstotliwości sieci zasilającej. teczność podczas badań wykonywanych
nającego zgodnie z zale nościami:
W ramach badań prowadzonych w CIOP w warunkach rzeczywistych.
opracowano system aktywnej redukcji PodstawowÄ… strukturÄ… kontrolera w00(n +1)= w00(n)+ µx00(n)e(n)
hałasu (ARH), zoptymalizowany pod ką- z adaptacyjnym filtrem wycinającym dla
)=
w01(n +1 w01(n)+ µx01(n)e(n) (4)
tem redukcji hałasów o przebiegu okre- sygnału w postaci pojedynczego tonu [5]
Przedstawiona struktura przeznaczona
sowym. W wyniku analiz teoretycznych przedstawiono na rys. 1.
do redukcji hałasu w postaci pojedyncze-
i badań laboratoryjnych, do zastosowań
go tonu mo e być przez zastosowanie rów-
w warunkach rzeczywistych wybrano
noległych struktur dostosowana do reduk-
układ z filtrami wycinającymi w postaci
cji hałasu, w skład którego wchodzi kilka
równoległej, dla którego uzyskano najlep-
cząstotliwości. Dla n składowych kontro-
sze parametry akustyczne i u ytkowe.
ler zawiera n adaptacyjnych filtrów wyci-
nających. Ka dy z tych filtrów przetwarza
wewnątrznie wygenerowane sygnały sinu-
Układ ARH
soidalne (kosinusoidalne) o czÄ…stotliwo-
Konstrukcja systemu ARH transforma-
ściach odpowiadających cząstotliwościom
tora energetycznego została oparta na za-
składowym redukowanego hałasu. Sygna-
Å‚o eniach uniwersalnego systemu do ba-
Rys. 1. System aktywnej redukcji hałasu z pojedyn- ły wyjściowe (kompensujące) filtrów po-
dań nad aktywną kompensacją parame- czym adaptacyjnym filtrem wycinającym: d(n)  sy-
dawane są na wspólny wązeł sumacyjny,
gnał kompensowany; yo(n)  sygnał kompensujący;
trów pola akustycznego, zbudowanego
z którego sygnał wyjściowy przeznaczo-
e(n)  sygnał błądu; S(z)  transmitancja wtórnej ście -
w Pracowni Aktywnych Metod Redukcji
ny jest do zasilania z
ródła wtórnego. Sy-
ki sygnału
Hałasu Centralnego Instytutu Ochrony
gnał błądu jest wspólny dla wszystkich fil-
Pracy [4, 7].
trów wycinających.
Zakładamy, e sygnał wzorcowy d(n)
W projekcie układu ARH uwzglądnio-
ma postać tonu o pulsacji É0 i przesuniÄ…-
no uwagi wynikajÄ…ce z eksploatacji uni-
ciu fazy Õ0:
Pomiary
wersalnego systemu. Wprowadzono syn-
tezą ekwiwalentu sygnału odniesienia,
d(n)= A0 cos(É0n +Õ0) (1) Dla opracowanego ukÅ‚adu przeprowa-
eliminując konieczność stosowania kla-
dzono pomiary testujące przy dwóch ró -
Generator zsynchronizowany ze z
ró-
sycznego detektora pomiarowego, jakim
nych ustawieniach z
ródeł wtórnych i mi-
dłem hałasu wąskopasmowego wytwarza
jest mikrofon [1, 2]. PominiÄ…cie mikrofo-
krofonu błądu. Szkic obu ustawień przed-
sygnał odniesienia składający sią z dwóch
nu jako elementu mierzÄ…cego parametry
stawiono na rys. 2.
składników:
hałasu jest podejściem jak najbardziej
po Ä…danym, gdy eliminuje siÄ… w ten spo-
(É0n)
x00(n)= Acos
sób sprzą enie akustyczne pomiądzy z
ró-
(2)
x01(n)= Asin(É0n)
dłem wtórnym i tym e mikrofonem. Po
zminimalizowaniu wpływu wzajemnego
Sygnał kompensujący y(n) uzyskiwa-
usytuowania w przestrzeni elementów
ny jest w wyniku nastÄ…pujÄ…cej operacji
pomiarowych i wykonawczych o stabil-
(filtrowania):
nej pracy systemu aktywnej redukcji de-
Rys. 2. Schemat ustawień mikrofonu błądu i z
ródła
y(n)= w00(n)x00(n)+ w01(n)x01(n)
(3)
cyduje głównie zastosowany algorytm
wtórnego podczas pomiarów testujących
5
BEZPIECZEŃSTWO PRACY 9/2002
System aktywnej redukcji hałasu przed nego jako układ wąskopasmowy z ada-
rozpocząciem pracy powinien być prawi- ptacyjnymi filtrami wycinającymi pracu-
dłowo skonfigurowany. Ten zło ony pro- jącymi równolegle. Skuteczność reduk-
ces dotyczy zarówno odpowiedniego roz- cji hałasu w zakresie cząstotliwości
mieszczenia elementów pomiarowych 100÷500 Hz dla skÅ‚adowych harmonicz-
i wykonawczych, jak równie ustalenia nych dochodziła do 30 dB, natomiast
parametrów algorytmu sterującego zaim- w skali liniowej uzyskano redukcją pozio-
plementowanego w kontrolerze. W ra- mu ciÅ›nienia akustycznego o 11÷13 dB.
mach badań laboratoryjnych opracowa- Rozmiar obszarów, gdzie obserwowany
no procedury uruchomieniowe systemu jest efekt aktywnej redukcji, zale y od pa-
Rys. 4. Strefy aktywne wyznaczone podczas pracy
aktywnej redukcji, które nastąpnie zosta- rametrów akustycznych z
ródła hałasu,
systemu aktywnej redukcji
ły zweryfikowane podczas pomiarów wzajemnego poło enia z
ródła hałasu, z
ró-
w warunkach rzeczywistych. Sprawdzo- dła wtórnego i mikrofonu błądu oraz pa-
no poprawność działania algorytmu dla układu ARH, są zbli one kształtem do rametrów środowiska akustycznego,
poszczególnych składowych sygnału obszarów sferycznych o średnicy 1 m. w którym te elementy są zlokalizowane.
z zakresu działania układu przez ustale- Widok stref aktywnych dla ustawienia Uzyskanie pełnego efektu aktywnej
nie odpowiedniej odległości mikrofonu I i II przedstawiono na rys. 4. redukcji jest mo liwe, gdy z
ródło wtórne
błądu od z
ródła wtórnego i zdefiniowa- Pomiary wykonano w płaszczyz
nie na jest zlokalizowane w bezpośrednim są-
nie przesuniąć fazowych pomiądzy sy- wysokości 1 m nad powierzchnią ziemi. siedztwie z
ródła hałasu, tak aby mo liwe
gnałem kompensowanym i kompensują- Podczas eksperymentu system aktywnej było jego bezpośrednie oddziaływanie na
cym oddzielnie dla ka dej badanej skła- redukcji pracował w trybie dwukanało- charakterystyki promieniowania z
ródła
dowej harmonicznej. Pomiary wykona- wym (dwa mikrofony błądu i dwa z
ródła hałasu.
no dla ró nych parametrów kontrolera, ze wtórne). Obszar pomiaru był ograniczo-
szczególnym uwzglądnieniem redukcji ny z jednej strony przez badany transfor- PIŚMIENNICTWO
wielu składowych harmonicznych zawar- mator, z drugiej przez otaczające go
[1] Hulings III W.J. Noise cancellation techno-
tych w hałasie transformatora. obiekty rozdzielni energetycznej. Pomia-
logies, Inc.  products and developments, Proc.
ry wykazały, e strefa ciszy, której grani- Inter-noise 94, s. 2201-2202, 1994
ce określają wartości redukcji hałasu rów- [2] Kuo S.M., Morgan D.R. Active noise control
Wyniki
systems  algorithms and DSP implementations,
ne 3 dB stanowią sto ki o kącie bryłowym
Wiley Series in Telecomunications and Signal
Na rys. 3. przedstawiono skutecz- około 15 stopni. Wyniki pomiarów w try-
Processing, John Wiley and Sons, 1996
ność aktywnej redukcji hałasu transfor- bie dwukanałowym pokrywają sią z wy-
[3] Lee S.M., Lee H.J., Yoo Ch.H., Youn D.H.,
matora obliczoną jako ró nica poziomów nikami uzyskanymi w trybie jednokana-
Cha I.W. An active noise control algorithm for
przy wyłączonym i włączonym systemie łowym dla dwóch ustawień z
ródeł wtór-
controlling multiple sinusoids, J. Acoust. Soc.
aktywnej redukcji. nych. Oznacza to, e stosując układy wie- Am., (1) 104, s. 248-254, 1998
Strefy aktywnej redukcji, tj. obszary lokanałowe mo na zwiąkszać strefy ak-
[4] Makarewicz G., Morzyński L. i inni Opty-
przestrzeni, w których zaobserwowano tywnej redukcji przez odpowiedni dobór malizacja układu aktywnej kompensacji parame-
trów pola akustycznego pod kątem stabilnoS
ci
redukcją hałasu spowodowaną działaniem poło eń z
ródeł wtórnych, tak aby strefy
pracy w warunkach rzeczywistych, sprawozda-
związane z poszczególnymi
nie z zadania badawczego 03.8.11 wykonanego
z
ródłami nie pokrywały sią. Po-
w ramach programu wieloletniego  Bezpieczeń-
dejście polegające na nakłada- stwo i ochrona zdrowia człowieka w środowisku
pracy , CIOP, Warszawa 1998-2000
niu stref aktywnej redukcji
w celu zwiÄ…kszenia skuteczno- [5] Na H.S. Active tonal noise canceller with fre-
quency tracking, Proc. Inter-noise 96, s.1151-
ści działania systemu aktywnej
1154, 1996
redukcji nie jest prawidłowe,
[6] Usagawa T., Shimada Y., Nishimura Y., Eba-
bowiem wzajemne oddziały-
ta M. Active control of periodic noise using mo-
wanie z
ródeł wtórnych powo-
tional feedback, Proc. Inter-noise 94, Yokoha-
duje wrÄ…cz pogorszenie uzyski-
ma, Japan, s.1203-1206, 1994
wanych wyników.
[7] Zawieska W., Górski P. i inni Analiza i synte-
za układu aktywnej redukcji hałasu wytwarza-
*
nego przez transformatory energetyczne, spra-
* *
wozdanie z zadania badawczego 03.8.12 wyko-
Najlepsze parametry u yt-
Rys. 3. Skuteczność aktywnego tłumienia układu z algorytmem we- nanego w ramach programu wieloletniego  Bez-
kowe uzyskano dla systemu ak-
wnątrznej generacji sygnału odniesienia o cząstotliwościach 100, pieczeństwo i ochrona zdrowia człowieka w śro-
tywnej redukcji skonfigurowa-
200, 300, 400 i 500 Hz
dowisku pracy , CIOP, Warszawa 1998-2001
6