Микропроцессорная адаптивная система активной индивидуальной защиты от акустических воздействий

• Автор: Семенцов, Станислав Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Обозначения
Введение
Глава 1. Анализ существующих методов и средств индивидуальной защиты от акустических воздействий
1.1. Анализ источников транспортных и промышленных шумов и исследование их воздействия на организм человека

1.1.1. Оценка уровня шумов современной техники

1.2. Психофизиологическая характеристика человека как объекта защиты

1.2.1. Влияние интенсивных низкочастотных шумов на динамический диапазон и частотное разрешение
1.2.2. Частотный диапазон слуха в области низких частот и физиологическое воздействие низкочастотных шумов

1.3. Общие методы построения систем акустической

1.3.1. Пассивные методы защиты

1.3.2. Активные методы защиты.
1.4. Анализ примеров конкретной реализации систем индивидуальной защиты.
Выводы по главе 1.
Глава 2. Физикоматематические модели построения адаптивных
систем активного гашения акустических полей
2.1. Модели и методы построения систем активного
гашения.
2.1.1. Работы Г.Д. Малюжннца и М. Жесселя в решении задачи активного гашения
2.1.2. Адаптивные системы активного гашения.
стр.
2.2. Физнкоматсматлчсское обоснование применимости активных методов для построения систем индивидуальной акустозащиты
2.2.1. Характеристики акустического поля в слуховом тракте человека
2.2.1.1. Анатомическая модель слуха.
2.2.1.2. Тип акустической волны в слуховом канале
2.3. Математическая модель акустического поля в слуховом тракте человека.
2.3.1. Поведение плоской акустической волны в замкнутом волноводе с бесконечно мягкими стенками.
2.3.2. Анализ требований к количеству датчиков исходною поля и излучателей компенсирующего поля при гашении плоской акустической волны
2.4. Синтез моделей акустического канала
2.4.1. Синтез модели акустического канала на участке
2.4.2. Синтез модели акустического канала на участке
2.4.3. Синтез модели акустического канала в области
Выводы по главе 2.
Глава 3. Структурнофункциональное построение аппаратнопрограммных средств индивидуальной защиты
3.1. Структурнофункциональное построение средств индивидуальной защиты
3.1.1. Цифровые адаптивные системы индивидуальной защиты.
3.1.2. Анализ недостатков адаптивных систем индивидуальной защиты при наличии полезного сигнала.
3.2. Синтез структурной схемы адаптивно системы индивидуальной защиты с возможностью работы с источником полезного сигнала.
3.2.1. Синтез структурной схемы адаптивной системы индивидуально защиты с аппаратным выделением сигнала ошибки
3.3. Разработка требований к аппаратному и программному обеспечению.
3.3.1. Синтез элементов регистрирующего и компенсирующего блоков
3.3.1.1. Микрофоны
3.3.1.2. Излучатели.
3.3.2. Предложения по составу блока управления
3.3.2.1. Выбор сигнального процессора.
3.3.2.2. Выбор аналогоцифровых и цифроаналоговых преобразователей
3.3.2.3. Выбор микрофонных усилителей и усилителей для головных телефонов.
3.4. Предложения по составу программного обеспечения адаптивной системы индивидуальной защиты.
3.4.1. Анализ существующего программного обеспечения для разработки систем активного ашения.
3.4.2. Отладчики пользовательской системы
3.4.3. Специализированное программное обеспечение
3.5. Алгоритмы построения адаптивных систем активного гашения на основе различных цифровых
фильтров.
3.5.1. Фильтры с бесконечной импульсной характеристикой БИХ
3.5.2. Фильтры с конечной импульсной характеристикой КИХ
3.5.3. Адаптивные фильтры
3.5.3.1. Структура трансверсального фильтра.
3.5.3.2. Структура симметричного трансверсального фильтра.
3.5.3.3. Структура решетчатого фильтра
3.6. Алгоритмы адаптивной фильтрации
3.6.1. Алгоритм наименьших средних квадратов
3.6.2. Рекурсивный алгоритм наименьших квадратов
3.7. Предложения по конструктивной реализации системы индивидуальной зашиты с учетом предполагаемой области применения
3.7.1. Стационарная система активной индивидуальной защиты
3.7.2. Мобильная система активной индивидуальной зашиты
Выводы по главе 3.
Глава 4. Экспериментальные исследования индивидуальных адаптивных систем активного гашения акустических шумов
4.1. Структу рнофункциональное построение экспериментальной установки для исследования
И АСА Г.
4.2. Искусственное ухо как модель объекта управления.
4.2.1. Искусственное ухо с объемом камеры акустической связи 9 см
4.2.2. Искусственное ухо с объемом камеры акустической
связи 6 см
4.3. Применение отладочных средств I и I для реализации блока управления экспериментальной установки.
стр.
4.3.1. Реализация блока управления на основе I
4.3.2. Реализация блока управления на основе I I .
4.4. Методика экспериментальной оценки качества гашения ИАСАГ
4.4.1. Описание лабораторной установки.
4.4.2. Оценка качества гашения при воздействии синусоидальных сигналов.
4.4.3. Оценка качества гашения при воздействии широкополосных псевдослучайных сигналов
4.4.4. Анализ полученных экспериментальных результатов
Выводы по главе
Заключение.
Список литературы


Для достижения поставленной цели разработаны несколько вариантов конструктивной реализации адаптивной микропроцессорной системы активной индивидуальной акустической защиты с аппаратным выделением сигнала ошибки гашения с применением алгоритмов цифровой фильтрации решена задача локального управления акустическим полем посредством современных средств цифровой сигнальной обработки создан структурноалгоритмический базис построения индивидуальных адаптивных систем активного гашения ИАСАГ проведены экспериментальные исследования микропроцессорных адаптивных систем индивидуальной акустической защиты. ИАСАГ, реализация ИАСАГ на различной элементной базе, возможность применения для построения ИАСАГ средств цифровой обработки сигналов, создание пакета программного обеспечения для блока управления ИАСАГ, разработка ИАСАГ с учетом возможной области применения, создание экспериментальной установки ИАСАГ на базе различных средств цифровой сигнальной обработки, детальные экспериментальные исследования эффективности снижения шума с помощью ИАСАГ, исследование зависимости эффективности компенсации от характеристик объекта управления и используемых алгоритмов. Для анализа влияния интенсивных низкочастотных шумов на восприятие звуковой информации человеком в работе использованы элементы теории психоакустики. Рассмотрение физикоматематических моделей построения систем активного гашения и синтез моделей акустического канала проведены с применением математического аппарата линейной алгебры, спектрального анализа, основ математической физики. Разработка структурноалгоритмического базиса построения ИАСАГ осуществлена на базе теории автоматического управления и цифровой сигнальной обработки. Рассмотрим основные аспекты развития теории и практики построения индивидуальных систем активного гашения, проанализировав наиболее значимые работы. Первые разработки систем активного гашения САГ относятся к начату х годов XX века. В году П. Луегом 3 была запатентована система активного гашения шума, которая состояла из микрофона, блока управления, включающего в себя усилители, линии задержки и фильтры, и излучателя Рис. В.2. В основе ее функционирования лежат физический принцип, заключающийся в том, что скорость распространения звука значительно меньше скорости распространения электрических сигнатов. Г
ЛТ
Ж. С.,. Г л. Рис. В.2. Рисунок из патента П. Это дает возможность, измерив в некоторой точке пространства параметры звуковой волны и, установив на некотором расстоянии от этой точки компенсирующий Щ излучатель, сформировать за время прохождения звуком этого расстояния, управляющий сигнал на излучатель, формирующий поле инверсное исходному. Несмотря на кажущуюся простоту метода вплоть до начала х годов его строгое теоретическое обоснование не рассматривалось. Большинство авторов ограничивались качественным описанием методов и средств гашения звуковых полей. В этот период были опубликованы работы Г. Олсона и Е. Мэйя , посвященные локальному подавлению шума в случае индивидуальной защиты Рис. В.З. Рис. В.4. Дальнейшее развитие систем активного гашения шло в направлении реализации двух классов САГ неадаптивных САГ классические и адаптивных САГ АСАГ. Рис. В.З. Рисунок из патента Г. Олсона и Е. Мэйя. Рис. В.4. Локальное подавление шумов
Строгое теоретическое решение задачи активного гашения впервые было дано в работах Г. Д Малюжинца и М. Жесселя 6. Значительный вклад в развитие вышеупомянутых направлений внесли представители научных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана . Проводимые здесь работы посвящены разработке статистических и спектральных методов, методов идентификации, теории систем с переменными параметрами, теории аналитических самонастраивающихся систем и других направлений в управлении. Рис. В.5. Пример реализации СИЗ . С работами, посвященными системам активного гашения акустических полей тесно связаны работы в смежных областях. Такая широкая межпредметная связь теории активного гашения с целым рядом смежных областей обусловила необходимость проведение анализа большого числа работ.