淺談主動式噪音控制@ 生活環境安全的保姆 - 隨意窩

A ：主動式噪音控制就是以改變聲場或抵消聲場而達到減低噪音的方法，最簡單的方式是以控制系統驅動揚聲器，揚聲器產生與噪音完全相反的聲波聲音來抵消噪音的聲波，使聲 ... 生活環境安全的保姆住的好也要住的安全；安全是選擇居家環境的第一要素日誌相簿影音好友名片 200704251118淺談主動式噪音控制?未分類勞工衛生組　盧士一副研究員行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所曾委請學術單位進行管路噪音的控制研究，於實驗室內測試顯示，以主動式控制法可將管路噪音降低5～15dB。

（詳見本所83年度「管路噪音的分析與控制之研究」）以下對主動式噪音控制做一簡單介紹：Q：何謂主動式噪音控制？A：主動式噪音控制就是以改變聲場或抵消聲場而達到減低噪音的方法，最簡單的方式是以控制系統驅動揚聲器，揚聲器產生與噪音完全相反的聲波聲音來抵消噪音的聲波，使聲場的聲波總和歸於零。

然而，在實際運用上，可就複雜多了。

取名「主動」控制的意思，被用來與傳統的「被動」噪音控制區別。

被動噪音控制包括隔離、阻尼處理、吸音處理、或裝置消音器等方法，對於中高頻較有效，如被用來處理低頻噪音，將會變成很笨重。

被動噪音控制的結構尺寸與重量取決於聲音波長，越低頻越厚重。

此時，在現代社會，輕巧的主動式控制系統便成為重要的優點。

一般來說，主動式控制分成四個主要部分，一）工廠(Plant)—是指被控制的物理系統，例如耳機內的空氣或流動於空調管路的空氣。

二）感知器(Sensor)—如麥克風或其他可偵測波動的設備。

三）驅動器(Actuator)—為實際作功改變工廠反應的機電設備，如揚聲器等。

四）控制器(Controller)—依據感知器的訊號控制驅動器如何動作的數位式或類比式訊號處理器。

Q：主動式噪音控制的種類？A：基本上主動式控制有兩種方式：一）主動噪音抵消式(ANC)—驅動器為發聲設備（如揚聲器）產生與噪音反相的聲音將噪音抵消，談起主動式噪音控制時，多數人會聯想到的方式。

二）主動結構聲學控制式(ASAC)—驅動器為振動設備（如振動器Shaker）可改變結構的振動，因此改善輻射的聲音。

當噪音由撓性結構振動所產生時，則主動結構聲學控制式將比主動噪音抵消式更適用。

Q：主動式噪音控制與噪音遮蓋(是否Masking)是否相同？A：兩者有非常大的不同，聲音遮蓋是指故意地加入低位準的背景聲音，以達到減少噪音引起的困擾性或防止隔壁房間偷聽到談話的目的。

主動式噪音控制的目的不是要遮蓋噪音而是要消滅它。

遮蓋會增加整體噪音的聲壓位準，主動式噪音控制則會降低聲壓位準，如無法全面性的降低，最少也是部分位置。

Q：如何加入聲音使聲音變安靜？A：「加入聲音使聲音變小」聽起來像是矛盾的話，但確實是可行且有效的方法。

主動式噪音控制的效果之所以能達到是因以下兩種物理機制之一項或兩項發生作用，破壞性干涉(DestructiveInterference)與阻抗耦合(ImpedanceCoupling)。

一方面我們說控制系統創造一個反相的聲場抵消噪音的聲場，原理就是所謂的破壞性干涉。

聲波是一系列移動的疏（低壓）密（高壓）波，假如聲波的高壓部分與另一聲波的低壓部分重疊，兩波由於破壞性干涉使壓力變動消失，也就是聲音消失，此種干涉的發生必須空間位置與時間都必須配合恰當。

另一方面我們說控制系統改變了被控系統的輸入阻抗，其作動原理說明如下。

一個有彈簧裝置的門，出力推時會打開，不推時彈簧的力量可將門關閉，當一個人在一側重複地推動，門則以低頻率地開與閉。

現在假想有一個人在一側重複地推門，你也在另一側同時用力地推，你的肌肉已因出力作功有熱量產生，但結果是門移動的不多。

此一情況你可以說，一人開門而你「反開」去抵消門開，但事實上可能並看不到「開門」與「反開」的動作，也許你可能這樣說更恰當，你改變了門的阻抗，使得另一人出力推門但門不開。

這個例子中彈簧門的彈簧就如聲波的壓縮空氣，雖不是完美的比喻，但可幫助瞭解什麼是阻抗耦合。

另外，破壞性干涉在某些情形單獨存在或與阻抗耦合同時發生，取決於聲波行進是否因距離而衰減。

懸吊於體育館的揚聲器，其聲波球狀式輻射因距離而衰減，距離夠遠的話，聲波強度可衰減至零。

另一方面，在管路內的聲波可行進至非常遠的距離且衰減很少。

如果主動式控制系統的驅動器距離噪音發生源較近，破壞性干涉與阻抗耦合均可發生，但當驅動器距離噪音發生源很遠時，驅動器產生的聲波在到達噪音源已衰減至無法發揮阻抗耦合的效果，但在驅動器附近仍有破壞性干涉的效果。

例如，一個在主動式控制防音耳罩內的小型揚聲器，恐無法影響一公里外加農炮聲場的阻抗，但是在耳罩內能產生一個破壞性干涉減低進入耳朵的聲音。

Q：什麼情況下主動式噪音控制最有效？A：主動式噪音控制對於聲場空間為一維的問題較為有效，一個典型的例子就是在管路內流動的低頻聲波。

聲場的空間特性取決於波長或頻率，主動式控制對波長相對於周圍環境尺寸為大（即低頻）最為有效，而被動控制則對高頻噪音效果較佳。

對於聲場空間複雜的問題，以今日主動式控制的技術尚無法有效的控制。

假如你的家因鄰居的小孩彈電吉他造成了干擾你的噪音，因為房間幾何結構與周圍環境的複雜，想以主動式控制有效地減低噪音，幾乎是不可能達成的。

但如以主動式控制減低汽車內的低頻噪音，因聲音波長較接近（或大於）車廂內空間尺寸，則可能比較容易達到目的。

一個較容易控制的例子是管路內的低頻噪音，因為侷限空間的兩個尺寸比噪音波長小。

有些主動式噪音控制系統屬於局部性減低噪音而非全面性，經常，在某特定位置的聲音被降低，但其他地方的聲音被增大了。

一般來說，全面性的噪音減低較易發生於阻抗耦合功能發揮的簡單聲場環境。

當聲場環境複雜時，可能需要多個驅動器以達到全面性的減低噪音。

除了空間複雜性影響控制的效果，另一個最重要的影響因素則是，可否在聲波到達之前偵測到聲場的變化。

假如能即早偵測到變化，便可以此數據計算驅動器的控制訊號，此種方式謂之前授控制(FeedforwardControl)。

但如無法早期量測到，則驅動器的控制必須仰賴誤差值的量測，謂之回饋控制(FeedbackControl)。

在許多情況下，回饋控制不如前授控制系統穩定，對較高頻率的噪音效果較差。

噪音的頻寬也是影響主動式控制效果的因素，寬頻的聲音比窄頻或諧波音更難控制。

另外，阻尼小的系統將比阻尼大的系統容易控制，此處所說的阻尼是指聲音衰減速度的快慢。

Q：主動式噪音控制的運用有何典型的例子？A：比較成功的例子是運用到侷限空間的噪音控制，如管路、車廂、排氣管、與耳罩等，主動式控制型耳罩是其中最廣泛的商品。

主動式控制型耳罩就是運用破壞性干涉的原理來抵消低頻噪音，使佩戴者仍能聽見屬於中、高頻的交談聲與警報聲。

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