【ANC系统】主动噪声控制系统结构分类

1. 根据是否获取参考信号划分

前馈 ANC 系统（Feedforward ANC）

• 原理：前馈 ANC 系统的基本工作原理是利用参考信号来生成反噪声。参考信号通常是由传感器检测到的“初级噪声”信号，系统在噪声发生之前就进行干预。参考信号通常是直接测量环境噪声或通过传感器（如麦克风）测量噪声源的信号。反噪声生成器根据这个参考信号来计算和生成与噪声相反的信号（即抗噪声），从而实现噪声抑制。

• 应用场景：前馈系统通常用于噪声源较为固定或者噪声源位置已知的环境，比如车载噪声控制（如消声车厢）、工业设备噪声抑制、空调和通风系统中的噪声控制等。

• 优点：

  • 能够在噪声发生前提前生成反噪声。
  • 对于宽频率范围的噪声有较好的抑制效果。

• 缺点：

  • 对系统的时延和噪声源的变化较敏感。
  • 需要多个传感器和较复杂的计算，可能增加系统的成本和复杂度。

反馈 ANC 系统（Feedback ANC）

• 原理：反馈 ANC 系统通过实时监测环境中的噪声来生成反噪声。系统并不依赖于外部参考信号，而是通过一个误差传感器（通常是麦克风）在噪声源附近直接捕获噪声信号。反馈系统根据误差信号来实时调整反噪声，从而实现噪声抑制。反馈型ANC系统依赖于系统的反馈机制，即实时控制次级噪声，以达到最小化噪声的效果。

• 应用场景：反馈 ANC 系统适用于较为封闭或局部的噪声控制环境，通常用于耳机、耳塞、车内特定区域的噪声控制等。由于误差传感器直接测量噪声，反馈型系统也常用于动态变化的噪声环境。

• 优点：

  • 适应性强，能够实时调整反噪声。
  • 系统架构相对简单。

• 缺点：

  • 需要实时反馈，因此对延迟和时变噪声有较高的要求。
  • 控制区域可能有限，适应大范围或多个噪声源的能力较差。

混合 ANC 系统（Hybrid ANC）

• 原理：混合 ANC 系统结合了前馈和反馈的特点，通常同时使用参考信号和误差传感器。这种系统能够在噪声源未知或者动态变化时进行更加精确的控制。通过前馈部分获取初步的参考信号，并通过反馈部分实时修正反噪声，从而实现更为精确和有效的噪声抑制。

• 应用场景：适用于噪声环境复杂且变化较大的应用场景，例如车载噪声控制、复杂工业环境、飞机客舱噪声控制等。

2. 根据次级声源及误差传声器的数量划分

单通道 ANC 系统（Single-Channel ANC）

• 原理：单通道 ANC 系统使用一个误差传感器和一个次级声源（例如扬声器）来实现噪声抑制。通常这种系统应用在噪声源较简单或空间相对较小的环境中。在这种系统中，单一的传感器检测到噪声并生成反向噪声，通过次级声源进行噪声抵消。

• 应用场景：典型的应用包括耳机、耳塞和单一空间的噪声控制系统。

• 优点：

  • 设计简单，系统成本低。
  • 安装和配置方便。

• 缺点：

  • 只能处理单一噪声源或特定方向的噪声，灵活性差。
  • 对复杂噪声环境（如多个噪声源）不适用。

多通道 ANC 系统（Multi-Channel ANC）

• 原理：多通道 ANC 系统使用多个误差传感器和多个次级声源来进行噪声控制。这些传感器可以分布在噪声源区域的不同位置，通过多通道的协作来抑制多个噪声源或复杂的噪声模式。每个误差传感器的信号都可以输入到控制系统中，通过多个次级声源共同作用来实现噪声抑制。

• 应用场景：这种系统广泛应用于车载噪声控制、飞机客舱噪声控制、工业噪声抑制等场景。

• 优点：

  • 能够处理多个噪声源。
  • 更加适应复杂和动态变化的噪声环境。

• 缺点：

  • 系统设计较为复杂，计算量大。
  • 成本较高，系统安装复杂。

3. 根据目标降噪对象的频谱特征划分

宽带 ANC 系统（Wideband ANC）

• 原理：宽带 ANC 系统旨在抑制广泛频谱范围内的噪声，通常可以处理频率范围从低频到高频的噪声。它的设计能够适应不规则或多频段的噪声，因此通常需要更强的计算能力和精确的噪声预测。

• 应用场景：这种系统适用于那些噪声具有宽频带特性的应用场景，如工业噪声控制、机器设备噪声、车内噪声等。

• 优点：

  • 能够有效处理多种类型的噪声。
  • 能覆盖更广的频谱范围。

• 缺点：

  • 对于低频噪声的处理比较复杂，需要较大的执行功率和更强的控制系统。
  • 计算复杂，可能导致较大的时延。

窄带 ANC 系统（Narrowband ANC）

• 原理：窄带 ANC 系统主要针对特定频段的噪声进行抑制，通常应用于周期性噪声或纯音噪声（如风扇噪声、发动机噪声等）。窄带系统设计上专注于特定频率范围，因此控制精度较高。

• 应用场景：常用于控制低频、周期性噪声，如电动机、发电机的噪声，风扇噪声，或者汽车中的发动机噪声。

• 优点：

  • 设计和控制较为简单。
  • 对特定频段的噪声抑制效果较好。

• 缺点：

  • 只能处理特定频段的噪声，灵活性差。
  • 对多频段噪声环境不适用。

宽窄带混合 ANC 系统（Hybrid Wideband and Narrowband ANC）

• 原理：宽窄带混合 ANC 系统结合了宽带和窄带 ANC 系统的特点，既可以处理宽频带噪声，又可以处理窄频带噪声。这种系统通过综合使用不同的控制策略，在不同频段上实现噪声抑制。

• 应用场景：适用于需要同时控制宽频和窄频噪声的场景，如复杂的车载噪声控制、工业设备噪声控制等。

• 优点：

  • 能够在不同频段提供有效的噪声抑制。
  • 灵活性高，能够适应复杂噪声环境。

• 缺点：

  • 系统设计和控制算法复杂，计算量大。
  • 成本较高。

总结

根据不同的标准，主动噪声控制（ANC）系统可以进行多种划分，每种分类都有其应用场景和优缺点。除了常见的按控制信号获取方式、误差传声器数量、频谱特征等方式划分外，还可以根据噪声源的分布、控制方式以及系统复杂度等因素进一步细分。