Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Active Control of Propeller-Induced Noise in Aircraft: Algorithms & Methods
Responsible organisation
2000 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

In the last decade acoustic noise has become more and more regarded as a problem. In cars, boats, trains and aircraft, low-frequency noise reduces comfort. Lightweight materials and more powerful engines are used in high-speed vehicles, resulting in a general increase in interior noise levels. Low-frequency noise is annoying and during periods of long exposure it causes fatigue and discomfort. The masking effect which low-frequency noise has on speech reduces speech intelligibility. Low-frequency noise is sought to be attenuated in a wide range of applications in order to improve comfort and speech intelligibility. The use of conventional passive methods to attenuate low-frequency noise is often impractical since considerable bulk and weight are required; in transportation large weight is associated with high fuel consumption. In order to overcome the problems of ineffective passive suppression of low-frequency noise, the technique of active noise control has become of considerable interest. The fundamental principle of active noise control is based on secondary sources producing ``anti-noise.'' Destructive interference between the generated and the primary sound fields results in noise attenuation. Active noise control systems significantly increase the capacity for attenuating low-frequency noise without major increase in volume and weight. This doctoral dissertation deals with the topic of active noise control within the passenger cabin in aircraft, and within headsets. The work focuses on methods, controller structures and adaptive algorithms for attenuating tonal low-frequency noise produced by synchronized or moderately synchronized propellers generating beating sound fields. The control algorithm is a central part of an active noise control system. A multiple-reference feedforward controller based on the novel actuator-individual normalized Filtered-X Least-Mean-Squares algorithm is introduced, yielding significant attenuation of such period noise. This algorithm is of the LMS-type, and owing to the novel normalization it can also be regarded as a Newton-type algorithm. The new algorithm combines low computational complexity with high performance. For that reason the algorithm is suitable for use in systems with a large number of control sources and control sensors in order to reduce the computional power required by the control system. The computational power of the DSP hardware is limited, and therefore algorithms with high computational complexity allow fewer control sources and sensors to be used, often with reduced noise attenuation as a result. In applications, such as controlling aircraft cabin noise, where a large multiple-channel system is needed to control the relative complex interior sound field, it is of great importance to keep down the computational complexity of the algorithm so that a large number of loudspeakers and microphones can be used. The dissertation presents theoretical work, off-line computer experiments and practical real-time experiments using the actuator-individual normalized algorithm. The computer experiments are principally based on real-life cabin noise data recorded during flight in a twin-engine propeller aircraft and in a helicopter. The practical experiments were carried out in a full-scale fuselage section from a propeller aircraft.

Abstract [sv]

Buller i vår dagliga miljö kan ha en negativ inverkan på vår hälsa. I många sammanhang, i tex bilar, båtar och flygplan, förekommer lågfrekvent buller. Lågfrekvent buller är oftast inte skadligt för hörseln, men kan vara tröttande och försvåra konversationen mellan personer som vistas i en utsatt miljö. En dämpning av bullernivån medför en förbättrad taluppfattbarhet samt en komfortökning. Att dämpa lågfrekvent buller med traditionella passiva metoder, tex absorbenter och reflektorer, är oftast ineffektivt. Det krävs stora, skrymmande absorbenter för att dämpa denna typ av buller samt tunga skiljeväggar för att förhindra att bullret transmitteras vidare från ett utrymme till ett annat. Metoder som är mera lämpade vid dämpning av lågfrekvent buller är de aktiva. De aktiva metoderna baseras på att en vågrörelse som ligger i motfas med en annan överlagras och de släcker ut varandra. Bullerdämpningen erhålls genom att ett ljudfält genereras som är lika starkt som bullret men i motfas med detta. De aktiva bullerdämpningsmetoderna medför en effektiv dämpning av lågfrekvent buller samtidigt som volymen, tex hos bilkupen eller båt/flygplanskabinen ej påverkas nämnvärt. Dessutom kan fordonets/farkostens vikt reduceras vilket är tacksamt för bränsleförbrukningen. I de flesta tillämpningar varierar bullrets karaktär, dvs styrka och frekvensinnehåll. För att följa dessa variationer krävs ett adaptivt (självinställande) reglersystem som styr genereringen av motljudet. I propellerflygplan är de dominerande frekvenserna i kabinbullret relaterat till propellrarnas varvtal, man känner alltså till frekvenserna som skall dämpas. Man utnyttjar en varvtalssignal för att generera signaler, så kallade referenssignaler, med de frekvenser som skall dämpas. Dessa bearbetas av ett reglersystem som generar signaler till högtalarna som i sin tur generar motljudet. För att ställa in högtalarsignalerna så att en effektiv dämpning erhålls, används mikrofoner utplacerade i kabinen som mäter bullret. För att åstadkomma en effektiv bullerdämpning i ett rum, tex i en flygplanskabin, behövs flera högtalare och mikrofoner, vilket kräver ett avancerat reglersystem. I doktorsavhandlingen ''Active Control of Propeller-Induced Noise in Aircraft'' behandlas olika metoder för att reducera kabinbuller härrörande från propellrarna. Här presenteras olika strukturer på reglersystem samt beräkningsalgoritmer för att ställa in systemet. För stora system där många högtalare och mikrofoner används, samt flera frekvenser skall dämpas, är det viktigt att systemet inte behöver för stor beräkningskapacitet för att generera motljudet. Metoderna som behandlas ger en effektiv dämpning till låg beräkningskostnad. Delar av materialet som presenteras i avhandlingen har ingått i ett EU-projekt med inriktning mot bullerundertryckning i propellerflygplan. I projektet har flera europeiska flygplanstillverkare deltagit. Avhandlingen behandlar även aktiv bullerdämpning i headset, som används av helikopterpiloter. I denna tillämpning har aktiv bullerdämpning används för att öka taluppfattbarheten.

Place, publisher, year, edition, pages
Karlskrona, Ronneby: Blekinge Institute of Technology , 2000. , 214 p.
Series
Blekinge Institute of Technology Dissertation Series, ISSN 1650-2159
Keyword [en]
active control of sound, active noise control, anc, actuator individual normalized filtered-x lms, filtered-x lms algorithm, newton algorithm, complex lms, multireference algorithm, leaky lms, control effort weighting, feedforward control, feedback contro
National Category
Signal Processing
Identifiers
URN: urn:nbn:se:bth-00171ISBN: 91-631-0172-6 (print)OAI: oai:DiVA.org:bth-00171DiVA: diva2:838066
Available from: 2012-09-18 Created: 2001-02-12 Last updated: 2016-02-16Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(7128 kB)195 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 7128 kBChecksum SHA-512
0568c38fbeaf046671a62e16a59c8473993cbaf1bc03e2504cbdce3e8c3c43061c88a41731fec4bd2d844a774ec82af6ca1e3cfa6a82676ecd07d5a886dce862
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Johansson, Sven
Signal Processing

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 195 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 90 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf