Experimental study of a broadband active noise control algorithm with fast adaptation in the frequency domain

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper proposes a method for constructing an active cancellation system based on an algorithm with a block adaptation procedure in the frequency domain. The proposed method has a high convergence rate and can be implemented on a general-purpose computer. The results of the simulation modeling and experimental study of the effectiveness of the proposed active cancellation system on the created setup are presented. It is shown that using the method described in the paper for constructing an active noise control system, a suppression level up to 20 dB can be achieved on the experimental setup and up to 28 dB in the simulation model. Special attention is paid to the architecture of the experimental setup and the software used.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. V. Lvov

Federal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lvov@ipfran.ru
Russian Federation, Ulyanova 46, Nizhny Novgorod, 603950

V. А. Karaseva

Federal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: lvov@ipfran.ru
Russian Federation, Ulyanova 46, Nizhny Novgorod, 603950

А. А. Rodionov

Federal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: lvov@ipfran.ru
Russian Federation, Ulyanova 46, Nizhny Novgorod, 603950

A. G. Okunev

Federal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: lvov@ipfran.ru
Russian Federation, Ulyanova 46, Nizhny Novgorod, 603950

References

  1. Васильев А.В. Опыт исследования и снижения низкочастотного шума энергетических установок // Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Под ред. Иванова Н.И. СПб.: Институт акустических конструкций, 2021. С. 30–39.
  2. Hirose S., Kajikawa Y. Effectiveness of Headrest ANC System with Virtual Sensing Technique for Factory Noise // Asia-Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference (APSIPA ASC), Kuala Lumpur, Malaysia, 2017. P. 464–468. https://doi.org/10.1109/APSIPA.2017.8282076
  3. Васильев А.В. Перспективы использования активной компенсации для снижения низкочастотного шума и вибрации в условиях производства // Безопасность труда в промышленности. 2004. № 10. С. 47–51.
  4. Wen S., Nguyen D.H., Wang M. and Gan W.S. Design and Evaluation of Active Noise Control on Machinery Noise // Asia-Pacific Signal and Information Processing Association Annual Summit and Conference (APSIPA ASC), Tokyo, Japan, 2021. P. 1180–1186.
  5. Sharma M.K., Vig R. Server Noise: Health Hazard and its Reduction Using Active Noise Control // Recent Advances in Engineering and Computational Sciences (RAECS), Chandigarh, India, 2014. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/RAECS.2014.6799628
  6. Cheng-Yuan Chang, Chia-Tseng Chuang, Sen M. Kuo, Chia-Hao Lin. Multi-functional active noise control system on headrest of airplane seat // Mechanical Systems and Signal Processing. 2022. V. 167. P. A. 108552. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2021.108552
  7. Казаков Л.И. Резонансный звукопоглотитель воздушного шума // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 5. С. 475–481.
  8. Бобровницкий Ю.И., Томилина Т.М. Поглощение звука и метаматериалы (обзор) // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 5. С. 517–525.
  9. Denenberg J.N. Anti-noise // IEEE Potentials, April 1992. V. 11. № 2. P. 36–40. https://doi.org/10.1109/45.127730
  10. Малюжинец Г.Д. Нестационарные задачи дифракции для волнового уравнения с финитной правой частью // Тр. Акустического института. 1971. № 15. С. 124–139.
  11. Фикс И.Ш., Коротин П.И., Потапов О.А., Фикс Г.Е. Экспериментальные исследования компенсации звукового поля на дискретных частотах // Акуст журн. 2016. Т. 62. № 2. С. 208–215. https://doi.org/10.7868/S0320791916020052
  12. Elliott S.J. Signal Processing for Active Control. London, UK, Academic Press, 2001. P 511. https://doi.org/10.1016/B978-012237085-4/50012-0
  13. Kuo S.M., Morgan D.R. Active noise control: a tutorial review // Proc. IEEE. 1999. V. 87. № 6. P. 943–975. https://doi.org/10.1109/5.763310
  14. Мальцев А.А., Масленников Р.О., Хоряев А.В., Черепенников В.В. Адаптивные системы активного гашения шума и вибраций // Акуст. журн. 2005. Т. 51. № 2. С. 242–258.
  15. Королев И.А., Лепендин В.П., Мальцев А.А., Черепенников В.В. Исследование адаптивной системы активного гашения узкополосного акустического поля в прямоугольном бассейне // Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. № 1. С. 70–77.
  16. Королев И.А., Мальцев А.А., Черепенников В.В. Исследование адаптивной системы активного гашения двухмодового акустического поля в замкнутом воздушном объеме // Изв. вузов. Радиофизика. 1988. Т. 31. № 9. С. 1141–1143.
  17. Арзамасов С.Н., Мальцев А.А. Адаптивный алгоритм активной компенсации широкополосного случайного поля // Изв. вузов. Радиофизика. 1985. Т. 28. № 8. С. 1008
  18. Ross C.E An algorithm for designing a broadband active sound control system // J. Sound Vibration. 1982. V. 80. P. 373–380.
  19. Elliott S.J. and Nelson EA. Algorithm for multichannel LMS adaptive filtering // Electronics Letters. 1985. V. 21. P. 979–981.
  20. Фикс И.Ш., Фикс Г.Е. Предельные возможности активного гашения звуковых гармонических сигналов // Изв. РАН. Сер. физич. 2018. Т. 82. № 5. 601–606. https://doi.org/10.7868/S0367676518050162
  21. Tang X.L., Lee C.M. Time–frequency-domain filtered-x LMS algorithm for active noise control // J. Sound Vibration. 2012. V. 331. № 23. P. 5002–5011. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2012.07.009
  22. Kuo S.M., Yenduri R.K., Gupta A. Frequency-domain delayless active sound quality control algorithm // J. Sound Vibration. 2008. V. 318. № 4-5. P. 715–724. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.04.029
  23. Petersen K.B., Pedersen M.S. The Matrix Cookbook. Version: November 15, 2012. https://math.uwaterloo.ca/~hwolkowi/matrixcookbook.pdf
  24. Karaseva V.A., Lvov A.V., Rodionov A.A. Frequency-Domain Wideband Acoustic Noise Cancellation System // J. Applied Mathematics and Physics. 2023. V. 11. № 8. P. 2523–2532. https://doi.org/10.4236/jamp.2023.118163
  25. Львов А.В., Карасева В.А., Потапов О.А., Соков А.М. Адаптивная система активного гашения акустического широкополосного излучения с динамической калибровкой // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 3. С. 357–366. https://doi.org/10.31857/S0320791922100148

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Structural diagram of the active damping system.

Download (105KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Mutual arrangement of the elements of the active quenching system.

Download (137KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Suppression levels at the control receivers of the simulation model.

Download (82KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Comparison of convergence rate and suppression level for the FxLMS algorithm and the block adaptation algorithm in the frequency domain.

Download (133KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Layout of the active noise reduction system.

Download (307KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Power spectral density of the original and residual signals.

Download (79KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Suppression level at the control receivers.

Download (77KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».