Meluanalyysi siirrettävän ilmanpuhdistimen ANC toteutusta varten : Case UniqAir Oy

Abstract

Kandidaatintyössä selvitettiin aktiivisessa äänenvaimennuksessa käytössä olevia topologioita niiden käyttökohteiden mukaan, sekä vertailtiin tutkittujen topologioiden hyviä ja huonoja puolia eri käyttökohteissa. Kokeellisessa osassa suoritettiin melumittauksia ja analysoitiin tuloksia liikuteltavan ilmanpuhdistimen meluspektristä sekä tehtiin suosituksia, kuinka ilmanpuhdistimen ANC-toteutuksen kanssa tulisi toimia. Tutkimuksessa selvitettiin mikä topologia sopii juuri tähän käyttökohteeseen parhaiten, pystyykö ANC järjestelmä käyttämään muitakin signaalilähteitä kuin vain mikrofoneja vastamelun tuottamiseen, kuinka paljon ilmanpuhdistimen melua saadaan vaimennettua passiivisin keinoin sekä onko ilmanpuhdistimen suuntakuvio tasainen vai vaihteleeko se kuuntelusuunnan perusteella. Myös tehdyt mittaukset dokumentoitiin siten, että ne pystytään tarvittaessa toistamaan käyttäen tätä työtä ohjeena.

Tutkimuksessa selvisi, että ilmanpuhdistin on erittäin hiljainen jo valmiiksi tehtaalta tullessaan ja passiivisten vaimentimien asentaminen vaimensi huomattavasti yksittäisiä mitattavia ääneksiä. Vaikka laitteen melu on pääsääntöisesti leveäkaistaista, on tämä melu niin hiljaista että se alittaa ohjearvot yleisten tilojen sekä asuinhuoneistojen melutasoille. Mittausten perusteella aktiivisen melunvaimennuksen toteutus kyseiseen laitteeseen on haastavaa, koska laite on jo lähtökohtaisesti hiljainen ja äänenpaine sekä taajuussisältö on selvästi riippuvainen mittaussuunnasta ja -korkeudesta. Pahimmillaan ANC-järjestelmä voi siis lisätä melua toiseen suuntaan, vaikka johonkin suuntaan saavutettaisiinkin vaimennusta.

Tulosten perusteella tutkimuksen kohteena olevan ilmanpuhdistimen melunvaimennus onnistuu parhaiten passiivisella vaimennuksella ja sen järjestelmällisellä suunnittelulla. Jatkotutkimuksena moottorimelua pitää mitata vielä tarkemmin, sillä se on hyvä melunlähde ANC-käyttöön.

This study was carried out in two parts: literature study and noise measurements. The literature study examines different topologies active noise cancellation can be achieved with and the advantages and disadvantages of each system. In the second part we perform noise measurements on the device under test and analyze the results. In particular this study will aim to find an answer for which topology would be most suitable for the device; can an ANC system use other sensors than microphones to get a signal source; how much passive attenuation can be achieved with structural design choices; is the radiation pattern of the device uniform all around or does it radiate differently depending on the direction observations are being made from.

Based on my measurements the device is very silent straight out of the factory and installation of passive dampeners improved the overall noise level when being observed by ear. The noise produced by the device is mainly broadband with some distinct frequencies that can be noticed and measured while still being well within the regulations for indoor noise. The findings of this study conclude that while it's possible to design an ANC system inside a movable air filter, not only is it difficult since the interior size is very limiting and the noise coming from the device radiates differently based on the measuring direction and height but also the practical benefits achieved with such system could be limited. In a worst-case scenario, an ANC-system could achieve some attenuation in one direction while causing amplification to other directions.

In conclusion of this study, the design of passive dampeners to the device is the best solution to begin with. Once these dampeners have been carefully designed, a 2nd set of measurements should be performed and analyzed. Main focal points for the measurements should be the noise generated by the motor and fan since these are most likely to produce noise suited for ANC applications.