Pubblicazione risultati di progetto SASCAR

STUDIO E APPLICAZIONE DI SISTEMI DI CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE SU IMBARCAZIONI DA DIPORTO E NAVI

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gennaio 2012

STUDIO E APPLICAZIONE DI SISTEMI DI CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE SU IMBARCAZIONI DA DIPORTO E NAVI

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INDICE p. 5

INTRODUZIONE

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SISTEMI DI CONTROLLO VIBRO-ACUSTICO PER VEICOLI TRASPORTO PASSEGGERI LO STATO DELL’ARTE SUL CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE (ANC) Prof. Paolo Gardonio Dipartimento di Ingegneria Elettrica Gestionale e Meccanica, Università di Udine

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ASPETTI TECNOLOGICI DEL PROTOTIPO

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RICADUTE POSITIVE DELL’INTRODUZIONE DEL CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE SULLA SALUTE

Ing. Gabriele Castelli, ESION Srl

Dott. Ezio Gallas, Medico Chirurgo

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L’IMPORTANZA DI SOLUZIONI PER L’ANC PER I PRODUTTORI DI IMBARCAZIONI IL CONTROLLO ATTIVO NEGLI IMPIANTI DI BORDO Ing. Francesco De Lorenzo Fincantieri

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LE NUOVE FRONTIERE DEL COMFORT SUGLI YACHTS

Ing. Paolo Cerisola, Monte Carlo Yachts

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PROSPETTIVE FUTURE PER L’USO DEI RISULTATI DELLA RICERCA INDUSTRIALE CONDOTTA NELL’AMBITO DEL PROGETTO SASCAR Intervento di apertura di Tullio Paiza, Presidente di ESION Srl, all’evento di presentazione del progetto – Marina di Lepanto 9 giugno 2011

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CREDITS

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INTRODUZIONE Il progetto SASCAR - Studio ed applicazione di sistemi di controllo attivo del rumore su imbarcazioni da diporto e navi, prevede lo sviluppo e l’applicazione di un sistema di controllo attivo del rumore dedicato al controllo delle emissioni con componenti a bassa frequenza propagate da alcuni sistemi presenti a bordo, come ad esempio gli impianti di ventilazione e condizionamento, o i generatori. L’obiettivo è rendere più comoda e piacevole l’esperienza di navigazione per i passeggeri e ridurre l’esposizione al rumore del personale di bordo.

Già nei primi mesi di attività, il progetto ha dimostrato di possedere potenziali risvolti commerciali molto interessanti, come emerso nel corso dell’evento di presentazione del progetto medesimo (Monfalcone, 9 giugno 2011), al quale hanno partecipato importanti imprese del settore navale e nautico, come Ansaldo Sistemi Industriali, Fincantieri, Montecarlo Yacht (gruppo Beneteau) e Wartsila.

Un altro elemento significativo del progetto SASCAR riguarda il partenariato che sta portando avanti questa iniziativa, composto da: > Esion Srl (capofila), piccola e media impresa specializzata nel campo dell’acustica e delle vibrazioni; > Università degli Studi di Udine - Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica; > Friuli Innovazione - Centro di Ricerca e di Trasferimento Tecnologico, ente gestore del Parco Scientifico e Tecnologico “Luigi Danieli” di Udine; > RINAVE - Consorzio per l’Alta Ricerca Navale.

Il progetto è co-finanziato dal POR FESR 2007 - 2013 Obiettivo Competitività regionale e Occupazione della Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia ed è una delle sette iniziative approvate a fine 2010 nell’ambito del bando per la realizzazione di progetti di ricerca industriale nei settori della cantieristica navale e della nautica da diporto.

Il contesto nel quale si inserisce SASCAR vede la competizione tra costruttori (tanto di yacht di grandi dimensioni e imbarcazioni da diporto, quanto di navi trasporto merci e passeggeri) sempre più incentrata sul miglioramento del comfort a bordo.

Tra gli aspetti che incidono maggiormente sulla sensazione di comfort c’è quello del controllo del rumore e delle vibrazioni. I sistemi tradizionali utilizzano metodi passivi, che prevedono l’impiego di materiali fono isolanti e/o fonoassorbenti e di materiali antivibranti. Questi sistemi, tuttavia, comportano degli svantaggi legati al peso dei materiali medesimi, di cui si deve tener conto nelle soluzioni ingegneristiche applicate nell’architettura navale.

La composizione del consorzio che ha promosso il progetto SASCAR è un esempio concreto di collaborazione tra il mondo della ricerca e quello dell’impresa, in cui Esion e il Dipartimento dell'ateneo udinese svolgono le attività di ricerca e sviluppo, mentre Friuli Innovazione e RINAVE si occupano delle attività di coordinamento progettuale e di diffusione e divulgazione dei risultati.

Questo modello di collaborazione pubblico-privato, nel quale esperienze e competenze diverse e multidisciplinari concorrono al raggiungimento di risultati concreti a beneficio della comunità imprenditoriale e scientifica, è stato reso possibile grazie al sopracitato bando per la realizzazione di progetti di ricerca industriale nei settori della cantieristica navale e della nautica da diporto. Il bando, elaborato dalla Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia per investire i fondi del POR FESR 2007-2013, ha messo a disposizione oltre 5 milioni di Euro per iniziative ad elevato impatto sistemico.

Il progetto SASCAR punta a studiare soluzioni migliorative dei sistemi di mitigazione del rumore e delle vibrazioni su imbarcazioni di qualsiasi dimensione e tipologia, attraverso l’adozione di un approccio innovativo ed efficace laddove i tradizionali sistemi di insonorizzazione si rivelano inadeguati.

Si prevede, infatti, l’applicazione di un sistema a controllo attivo del rumore (ANC - Active Noise Control), dedicato al controllo delle emissioni con componenti a bassa frequenza.

Gli obiettivi specifici del progetto SASCAR sono: > ottenere una base di dati relativa al rumore prodotto dagli impianti a bordo di navi o yacht; > sviluppare un sistema ANC, nelle sue componenti hardware e software, che sia efficace, economico e versatile nei confronti delle diverse problematiche che si possono riscontrare sulle imbarcazioni.

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SISTEMI DI CONTROLLO VIBRO-ACUSTICO PER VEICOLI TRASPORTO PASSEGGERI * LO STATO DELL’ARTE SUL CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE (ANC) Prof. Paolo Gardonio Dipartimento di Ingegneria Elettrica Gestionale e Meccanica, Università di Udine

Abstract

1. Introduzione

La nuova generazione di veicoli per il trasporto passeggeri, in particolare auto e aerei, richiede soluzioni innovative per la riduzione del rumore interno che possano soddisfare i nuovi criteri di progettazione. In particolare, dato il crescente costo del carburante causato dalla riduzione delle scorte di petrolio e vista la sempre più pressante richiesta per la riduzione delle emissioni di gas inquinanti nell’aria, vi è un grande interesse a realizzare veicoli leggeri a basso consumo. Le tecnologie del controllo attivo del rumore e delle vibrazioni offrono soluzioni interessanti che possono essere efficacemente combinate a trattamenti passivi leggeri per il controllo del rumore a basse e medie frequenze audio.

La parte introduttiva dell’articolo offre una panoramica dei principi del controllo attivo del rumore con sistemi in “feed-forward” e “feedback” per il controllo di disturbi tonali e stocastici rispettivamente. Le tre sezioni seguenti presentano i concetti base del controllo attivo del rumore all’interno di un veicolo, l’isolamento attivo della trasmissioni delle vibrazioni generate da specifiche componenti meccaniche ed infine il controllo della trasmissione del rumore attraverso le pareti sottili del veicolo.

Durante gli ultimi venticinque anni, la ricerca sul controllo del rumore e delle vibrazioni ha subito un forte impulso grazie ad una nuova metodologia nota come “controllo attivo del rumore e delle vibrazioni”. I concetti base del controllo attivo acustico furono introdotti da Lueg nel 1936 [1] che presentò un brevetto per il controllo attivo in avanti (feed-forward) di onde acustiche tonali che si propagano su guide monodimensionali ed anche nello spazio tridimensionale libero. Tuttavia i primi studi sperimentali con semplici circuiti analogici di controllo furono presentati circa due decenni dopo da Olson e May [2] e da Conover [3]. Ci vollero in seguito altri vent’anni per arrivare allo studio e allo sviluppo delle prime applicazioni con sistemi di controllo più complessi basati su tecnologia digitale [4,5].

Durante gli anni 80, diversi ricercatori iniziarono a studiare la fattibilità della tecnologia “Active Noise Control” (ANC) per ridurre i forti disturbi tonali rilevati nelle cabine di aerei e prodotti dalle pale dei propulsori ad elica [6,7,8] e per ridurre i disturbi tonali percepiti all’interno di auto-vetture e generati dal motore [9,10]. In seguito vennero realizzate dimostrazioni sperimentali su veicoli in scala reale e si procedette alle prime prove per testare l’efficacia di questa tecnologia sia negli aerei a propulsione ad elica e negli elicotteri [5], sia nelle autovetture [11,12,13]. Solitamente questi tipi di sistemi di controllo utilizzano un controllore multicanale che guida degli altoparlanti posizionati dietro i pannelli interni della cabina passeggeri o dell’automobile (soprattutto i pannelli laterali e quelli sottostanti gli scomparti per i bagagli della cabina degli aerei op-pure i pannelli degli sportelli dell’auto) in modo da ridurre il rumore nelle vicinanze della testa dei passeggeri. Questo tipo di controllo è realizzato con un algoritmo feed-forward adattativo che si basa su un segnale di riferimento normalmente misurato con un tachimetro posizionato sul rotore di una delle eliche di propulsione dell’aereo oppure sull’albero motore dell’auto e su segnali di errore forniti da microfoni posizionati sui poggia testa dei sedili dei passeggeri [4,5]. I sistemi di controllo per il rumore in cabina sviluppati recentemente utilizzano attuatori elettrodinamici inerziali [14] oppure risuonatori accordati attivamente

* Questo articolo è stato pubblicato sugli atti del 37 Convegno Nazionale Associazione Italiana di Acustica. Siracusa 26 – 28 Maggio 2010.

Si ringrazia l’Associazione Italiana di Acustica per aver concesso la possibilità di utilizzare l’articolo in questa pubblicazione.

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grande attività di ricerca per svilup-pare le cosidette “smart structures” (strutture intelligenti) per l’“Active Structural Acoustic Control” (ASAC). Questi sistemi di controllo sono stati studiati principalmente per applicazioni aeronautiche [25]. Essi sono costituiti da sensori e attuatori direttamente connessi alla struttura dell’aereo che pertanto risulta essere leggera e compatta e in grado di ridurre la trasmissione del rumore vibro-acustico verso la cabina [26,27]. L’interesse per le smart structures è motivato anche dal fatto che, utilizzando coppie di sensori e attuatori collocati, si possono implementare controlli in retroazione (feedback) che permettono il controllo di disturbi stocastici (random) stazionari come ad esempio il rumore aerodinamico dovuto al flusso turbolento dell’aria sulla superfice della fusoliera oppure il rumore dei motori a reazione [26]. Una prima applicazione è stata sviluppata recentemente per il veicolo trasporto mezzi A400M dell’Airbus: questa prevede un grande numero di attuatori elettrodinamici inerziali montati direttamente sulla fusoliera dell’aereo in modo da ridurre il rumore dei quattro propulsori fissati sulle ali dell’aereo, rumore efficacemente trasmesso all’intero tramite i pannelli sottili di alluminio (circa 1.3-1.5 mm) di cui è composta la fusoliera.

Questo articolo* introduce gli aspetti principali che caratterizzano i sistemi di controllo del rumore e delle vibrazioni con architetture feed-forward e feedback. Inoltre, presenta una breve descrizione delle applicazioni di maggior successo che sono state studiate e sviluppate fino ad oggi in campo aeronautico e automobilistico.

L’articolo è organizzato in cinque sezioni. La seconda sezione introduce i concetti base delle architetture di controllo feed-forward e feedback. Le sezioni 3, 4 e 5 presentano i sistemi principali che sono stati studiati a) per il controllo del rumore interno, b) per l’isolamento di organi vibranti e c) per il controllo della trasmissione del rumore attraverso pareti sottili.

[15,16] che vengono montati sulla struttura della fusoliera dell’aereo cosicchè il campo acustico di controllo viene generato dai pannelli della fusoliera stessa con maggiore efficienza rispetto agli altoparlanti. I primi esperimenti condotti su aerei con propulsione ad elica diedero risultati molto incoraggianti e quindi, pochi anni dopo i primi test di prova, si procedette alla realizzazione e allo sviluppo delle prime applicazioni commerciali [14,17,18]. Ad oggi sono stati istallati più di mille sistemi di controllo del rumore in cabina in aerei con propulsione ad elica di vari produttori. Ad esempio, questo tipo di sistema viene installato su tutti i veicoli Bombardier DASH-8. Al contrario, nel settore automobilistico questo tipo di tecnologia non ha ancora trovato un utilizzo commerciale diffuso. Pro-babilmente questa situazione è dovuta sia al costo delle componenti (microfoni, altoparlanti, controllore) che al costo di istallazione di questi sistemi attivi (connessioni elettriche, software di controllo) che quindi porterebbe ad una riduzione consistente dei già bassi margini di guadagno tipici del settore automobilistico. Tuttavia, questa situazione sta progressivamente cambiando, soprattuto in relazione al fatto che oggi si può integrare il sistema di controllo nei sistemi Hi-Fi digitali attualmente utilizzati nelle vetture e quindi ridurre notevolmente sia i costi delle componenti (solo microfoni) che i costi di istallazione (solo il software di controllo). Inoltre, il problema del costo dei carburanti (dovuto alla ridotta disponibilità futura di petrolio) e il problema del riscaldamento terrestre (dovuto principalmente alle emissioni di CO2) stanno forzando l’industria automobilistica a produrre autovetture sempre più leggere e con motori leggeri di bassa cilindrata che tuttavia presentano grandi problemi di rumore. I sistemi di controllo attivo del rumore permettere di risolvere parte di questi problemi (sopratutto il rumore prodotto dal motore e parzialmente il rumore prodotto dalle ruote a basse frequenze) senza influire sul peso dell’autovettura. Infine un dato sistema di controllo può essere istallato su più modelli di autovetture con notevole riduzione dei costi di progettazione e sviluppo dei veicoli.

I successi ottenuti con il controllo attivo del rumore hanno spinto la ricerca verso nuove so-luzioni basate sul controllo attivo. Ad esempio sistemi di “Active Vibration Control” (AVC) sono stati sviluppati per mitigare la trasmissione delle vibrazioni attraverso gli elementi strutturali che connettono il rotore alla struttura della cabina degli elicotteri [19,20]. Inoltre, assorbitori dinamici adattativi sono stati utilizzati per controllare il rumore vibro-acustico generato dai motori a getto montati sulla parte posteriore della fusoliera degli aerei DC-9 and MD-80 della McDonnel Douglas [21]. In parallelo, sono stati sviluppati anche dei sistemi di sospensione attiva per i motori delle automobili, comandati da un controllore di tipo feed-forward che minimizza il rumore all’interno dell’autovettura [22,23,24].

A partire dalla prima metà degli anni 90, c’è stata una

2. Architetture di controllo In generale le architetture dei sistemi di controllo acustico e vibratorio sono divise in due categorie principali: architettura feed-forward e architettura feedback.

Entrambi gli approcci si pos-sono implementare con una sola coppia sensore-attuatore ed un controllore a canale singolo, oppure con più sensori e attuatori e un controllore multicanale. I principi fondamentali di questi due approcci sono riassunti brevemente nelle due sottosezioni riportate di seguito con riferimento al problema del controllo del rumore all’interno della cabina di un aereo a propulsione ad elica oppure all’interno di un’autovettura con un sistema multi-canale di controllo. L’obiettivo è di introdurre i concetti fondamentali dei due approacci e di mettere in risalto le limitazioni di tali sistemi con riferimento alle applicazioni nel campo aeronautico e automobilistico.

* Parte di questo articolo prende spunto dalla referenza [25].

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interno,dieb)organi di organi vibranti c) per il controllo della trasmissione del amento vibranti e c) per il controllo della e trasmissione del vibranti c)per perl’isolamento il controllo della trasmissione del di controllo attraverso pareti sottili. tili. 2. Architetture In generale le architetture dei sistemi di controllo acustico e vibratorio sono divise in due ca-

oitetture c) per il di controllo della trasmissione tegorie principali: architettura del feed-forward e architettura feedback. Entrambi gli approcci si poscontrollo

sono implementare con una sensore-attuatore ed b) unper controllore a canale singolo, di organiacustico vibranti c)sola per ilcoppia controllo della del rumore interno, l’isolamento di organi e c)Active per ilNoise controllo trasm eper deil’isolamento sistemi di controllo ee vibratorio sono divise in trasmissione due caFigura 1 -della Schema di Figura 1ca- Schema di vibranti un sistema Control multicana oppure conepiù sensori e attuatori einun controllore multicanale.

I pareti principi fondamentali di questi enerale le architetture dei sistemi di controllo acustico e vibratorio sono divise in due pareti sottili. ontrollo acustico vibratorio sono divise due carumore attraverso sottili. a feed-forward e architettura feedback.

Entrambi gli approcci si posfeed-forward per la rid feed-forward per la riduzione del rumore tonale in cabina di aere Figura 1architettura - Schema di un sistema Active Noise Control multicanale con approcci sono riassunti brevemente nelle due sottosezioni disi seguito conarchitettura riferiarchitettura feed-forward e feedback.

Entrambi gliriportate posrumore interno, b) l’isolamento di organi vibranti e c) per ilapprocci controllo della trasmissione del organi vibranti e c)2.1 per ilEntrambi controllo della trasmissione del Architettura feed-forward architettura feedback. gli approcci siala posaprincipali: soladue coppia sensore-attuatore ed unper controllore canale singolo, ad elicaaActive (a) e all’intern ad elica (a) e con all’interno di autovetture con motore scoppio (b). C Figura 1 Schema di un sistema Noise feed-forward per riduzione del rumore tonale in cabina di aerei propulsione rumore attraverso sottili. mento al problema delcoppia controllo del rumore all’interno cabinaa dicanale unFigura aereo a- propulsione ad plementare con una sola sensore-attuatore ed questi un della controllore singolo, per controllo del tuatori e un controllore multicanale.

Iapareti principi sore-attuatore ed unil controllore canale singolo, 1Control di Noise un sistema Active Noise Control multicanale feed-forward per la riduzione del rumore tonale ad elica (a)rumore efondamentali all’interno di di autovetture con a scoppio (b).Schema 1 -motore Schema diNoise un sistema Active Control multicanale con architettura Figura 1tonale -un Schema diFigura un sistema Active multicanale con architettura controllo elica oppure all’interno di un’autovettura con sistema multi-canale di controllo.

L’obiettivo è di con più sensori e attuatori e un controllore multicanale.

I principi fondamentali di questi i brevemente nelle due sottosezioni riportate di seguito con riferiFigura 1 Schema di un sistema Active Noise Control multicanale con architettur custicomulticanale. e vibratorio sono divise in due cafeed-forward per la riduzione del rumore tonale in cabina di motor aerei ollore I principi fondamentali di questi 2.

Architetture di controllo ad elica (a) e all’interno di autovetture con Figura 1 Schema di un sistema Active Noise Control multicanale con architettura feed-forward per la riduzione del rumore tonale in cabina di aerei con propulsione feed-forward per la riduzione del rumore tonale in cabina di aerei con propulsione introdurre i Iconcetti fondamentali due approacci eriportate di mettere inall’interno risalto leriduzione limitazioni di tali siollo del rumore all’interno della cabina di undei aereo afeed-forward propulsione ad procci sono riassunti brevemente nelle due sottosezioni di eseguito con riferifeed-forward per lamotore del rumore tonale in cabina di aereia con propulsion a feedback.

Entrambi gli approcci siseguito posad elica (a) e all’interno di autovetture con motore scoppio (b). e due sottosezioni riportate di con riferisistemi di controllo feed-forward sono particolarmente per la riduzione del rumore tonale in cabina di aerei con propulsione ad elica (a) di autovetture con motore a scoppio (b). ad elica (a) e all’interno di autovetture con a scoppio (b). architetture dei sistemi di controllo acustico vibratorioL’obiettivo sono divise in ca2.sistema Architetture di controllo ’autovettura con un multi-canale diecontrollo. è all’interno di due adaereo elica (a) e all’interno di autovetture con (b). motore a scoppio (b). stemi con riferimento applicazioni neldeterministici, campo aeronautico automobilistico. l problema delcabina controllo del rumore all’interno della cabina di un a propulsione ad atore ed un controllore aeper canale singolo, ad (a) di autovetture con motore aControl scoppio l’interno della un aereo afeedback. propulsione In le architetture dei sistemi di controllo vibratorio sono divise adattidi ilalle controllo di disturbi come adedi architettura feed-forward architettura Entrambi glidiapprocci posFigura 1 e-generale Schema un sistema Active Noise multicanale con earchitettura Figura 1ad -elica Schema di unsisistema Active Noise Control multicanale con acustico architettura entali dei due approacci e di mettere in risalto le limitazioni tali siticanale.

I principi fondamentali di questi pure all’interno di un’autovettura con un sistema multi-canale di controllo.

L’obiettivo è di sistema multi-canale di controllo.

L’obiettivo è di en con una sola coppia sensore-attuatore ed un controllore a canale singolo, In generale le architetture dei sistemi di controllo acustico e vibratorio sono divise in due categorie principali: architettura feed-forward e architettura feedback.

Entrambi gli appr feed-forward per la riduzione del rumore tonale in cabina di aerei con propulsione esempio i disturbi armonici oppure periodici per i quali feed-forward per la riduzione del rumore tonale in cabina di aerei con propulsione mi di controllo acustico e vibratorio sono divise in due cab) per l’isolamento di organi vibranti e c) per il controllo della trasmissione del plicazioni nel campodiaeronautico e automobilistico. ottosezioni riportate con riferi2.1 Architettura feed-forward per rumore il controllo del rumore tonale re i concetti fondamentali dei due approacci einterno, disimettere in risalto le limitazioni disola tali nsori earchitettura attuatori e un un controllore multicanale.

Iad principi fondamentali diall’interno questi tegorie principali: architettura e architettura feedback.

Entrambi gliasiapprocci siscoppio posroacci e di mettere inseguito risalto le limitazioni difeed-forward tali ad elica (a) e di autovetture con motore a (b). elica (a) esono all’interno di autovetture con motore scoppio (b). implementare con una coppia sensore-attuatore ed un controllore cana segnale di riferimento può essere misurato con relatiard e feedback.

Entrambi gli approcci si posrumore attraverso pareti sottili.

Figura 2: Diagramma a blocchi dicanale un sistema Active Noise Control multicanale con aarchidella cabinabrevemente di un aereo aimplementare propulsione ad on riferimento alle applicazioni campo e automobilistico. o riassunti due nel sottosezioni riportate di oppure seguito con sono con unaaeronautico sola coppia sensore-attuatore ed un e controllore singolo, multicanale. I principi fondamenta aeronautico eva automobilistico. con riferipiù sensori attuatoriaper e un controllore pia sensore-attuatore ednelle unL’obiettivo controllore a canale singolo, dapo per il controllodidel rumore tonale facilità.

Per esempio, considerando il problema del tettura di controllo feed-forward la riduzione dei disturbi tonali. multi-canale controllo. è di a del controllo del rumore all’interno della cabina di aereo a propulsione ad oppure piùfeed-forward sensori e attuatori e particolarmente un controllore multicanale.

I principi fondamentali di questi I sistemi di controllo sono adatti il controllo di disturbi de-due sottosezioni riportate di seguito n controllore I con principi fondamentali diunquesti due approcci sono per riassunti brevemente 2. Diagramma a blocchinelle di un sistema Active Noise Control del rumore tonale prodotto dalle eliche dell’aedi mettere in multicanale. risaltocontrollo le con limitazioni di talimulti-canale siFigura 2: Diagramma erno diterministici, un’autovettura un sistema diarmonici controllo.

L’obiettivo è di Figura due approcci sono riassunti brevemente nelle due sottosezioni riportate di 2:seguito con riferiFigura Diagramma a blocchi di un sistema Active Noise Contr come ad esempio i disturbi oppure periodici per i quali un segnale di rifehitettura feed-forward per il controllo del rumore tonale nte nelle due sottosezioni riportate di per seguito con riferi2.

Architetture di controllo multicanale con archi-tettura di controllo feed-forward per la ridud-forward sono particolarmente adatti il controllo ditonale disturbi deel rumore tonale mento al diproblema del1 controllo del rumore all’interno dellaControl cabina di un aereo aarchi prop e automobilistico. reo (Figura 1a) oppure del rumore prodotto dal controllo Figura Schema di un sistema Active Noise multicanale con tiautico fondamentali dei due approacci e di mettere in risalto le limitazioni tali simento al problema del controllo del rumore all’interno della cabina di un aereo a propulsione ad architettura di controllo feed-forward per la architettura riduzione deidi disturbi t Figura 2: Diagramma a blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale con rimento può essere misurato con relativa facilità.

Per esempio, considerando il problema del zione dei disturbi tonali. more all’interno della cabina di un aereo a propulsione ad pio i disturbi armonici oppure periodici per i quali un segnale di oppure rifeelica all’interno di un’autovettura con un sistema multi-canale di controllo.

L’o nto alle applicazionimotore nel campo aeronautico e automobilistico. elica oppure all’interno di un’autovettura con un sistema multi-canale di controllo.

L’obiettivo è di feed-forward per la riduzione del rumore tonale in cabina di aerei con propu di un’autovettura (Figura 1b), come rappresentaFigura 2: Diagramma a blocchi di un sistema Ac architettura diIn controllo per dei disturbi tonali. aemi con un sistema multi-canale di controllo. difeed-forward generale le architetture dei di controllo acustico eapproacci vibratorio sono divise in due cacontrollo del rumore tonale prodotto dalle eliche dell’aereo (Figura 1a) oppure del rumore tonale può essere ricavato dal prodotto della matrice ((b). ω 0architettura ) lecon dime Iladatti vettore (ωla Figura 10sistemi -)riduzione Schema di un sistema Active Noise Control multicanale to con relativa facilità.

Per ilesempio, considerando il èproblema del di controllo feed-forward sono particolarmente per controllo di disturbi dec di escon tonale articolarmente adatti per di L’obiettivo disturbi deintrodurre idileFiguconcetti fondamentali dei due edi di mettere inG risalto introdurre i controllo concetti fondamentali dei due approacci in risalto le2:limitazioni di tali si-Active ad elica (a) e all’interno di autovetture con motore acon scoppio Diagramma atonale blocchi un sistema Noise Contro schematicamente con il diagramma a architettura blocchi in architettura di controllo feed-forward perlimitazio la riduz Figura 2:mettere Diagramma a blocchi di un sistema Noise Control multicanale con Figura 2:rumore Diagramma a rappresentato blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale tegorie principali: feed-forward eFigura architettura feedback.

Entrambi gli approcci siActive posue approacci eeliche di to mettere indisturbi risalto le limitazioni di tali sifeed-forward per la riduzione del rumore in cabina di aerei con propulsione prodotto dalle dell’aereo (Figura 1a) oppure del tonale prodotto dal motore di un’autovettura (Figura 1b), come schematicamente con il tici, come ad esempio i armonici oppure periodici per i quali un segnale di rifeed-forward perperiodici il controllo deli rumore tonale nici oppure quali un segnale di rifestemiper con riferimento alle applicazioni nel campo aeronautico eDiagramma automobilistico. stemi con alle applicazioni nel campo aeronautico e prodotautomobilistico.

Figura 2: a (blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale co ne n tachimetro × m ,riferimento isola cui elementi sono formati dalle risposte in frequenza tra ogni sen architettura di controllo feed-forward per la riduzione dei disturbi to Il vettore può esse d ( ω ) Figura 2: Diagramma a blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale con architettura di controllo feed-forward per la riduzione dei disturbi tonali. architettura di controllo feed-forward per la riduzione dei disturbi tonali.

Il vettore può essere ricavato dal prodotto della matrice ra 2, il segnale di riferimento, misurato con un Il vettore può essere ricavato dal d ω ) G sono implementare con una coppia sensore-attuatore ed un controllore a canale singolo, nel campo aeronautico e automobilistico. utovettura (Figura 1b), come rappresentato schematicamente con il ad elica (a) e all’interno di autovetture con motore a scoppio (b). c 0 c del 0 diagramma a blocchi Figura 2,problema il segnale di riferimento, misurato con un tachimetro sul rotore ente permisurato il controllo di in disturbi depuò adatti essere con relativa facilità.

Per del esempio, considerando ildiproblema architettura controllo feed-forward per la riduzione dei disturbi tonali. con i se cilità.

Per esempio, considerando il architettura di controllo feed-forward per la riduzione dei disturbi tonali. dʼerrore (microfono) e gli attuatori di controllo (altoparlanti), e il vettore oppure con più sensori e attuatori e un controllore multicanale.

I principi fondamentali di questi Figura 2: Diagramma a blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale con archiura 2, il segnale di riferimento, misurato con un tachimetro sul rotore sul rotore dell’elica di un propulsore, viene passato attrato della matrice con dimensione , i cui elementi sono f Il vettore può essere ricavato dal prodotto della matrice dimensione n × m d ( ω ) G ( ω ) , i cui elementi sono formati dalle risposte in frequenza tra ogni n × m re periodici per i quali un segnale di rifentrollo feed-forward sono particolarmente adatti per il attraverso di disturbi de2.1 Architettura feed-forward per controllo del rumore tonale c rumore 0passato es che 0 ohedel rumore tonale prodotto dalle eliche dell’aereo (Figura 1a)banco oppure rumore tonale dell’elica di un propulsore, viene un dididel filtri h1,Figura hsono , Active  ,Diagramma hIlmNoise dell’aereo (Figura 1a) oppure del tonale 2.1 Architettura feed-forward per controllo del rumore tonale 2:il ageneblocchi diControl un sistema Active Noise Control multicanale tettura controllo feed-forward per la riduzione dei disturbi tonali.

2un due approcci sono riassunti brevemente nelle due sottosezioni riportate di seguito con riferirollo del rumore tonale vettore può essere ricavato dali segnali prodotto d ( ω ) Figura 2: Diagramma a blocchi di sistema Active Noise multicanale con Figura 2: Diagramma a blocchi di un sistema Control multicanale con che guidano gli attuatori di di controllo (altoparlanti ) ( ) s ω , fono) e gli attuatori di contro verso un banco di filtri elementi formati dalle risposte in frequenza tra che generano i seviene passato attraverso un banco di filtri che genefono) e gli attuatori di controllo (altoparlanti), e il vettore con ch h , h ,  , h esempio, considerando il problema del c 0 ad esempio i disturbi armonici oppure periodici per i quali un segnale di rife, i cui elementi sono formati dalle risposte in frequenza tra ogni sensore d’errore (micron × m 0 dal motore di un’autovettura (Figura 1b), rappresentato schematicamente con 1 con 2 come m tettura controllo feed-forward la riduzione dei disturbi tonali.

1b), comedi rappresentato con ilarchitettura un segnale riferimento può schematicamente essere Per esempio, Ilconsivettore può essere ricavato dal prodotto d (di ωdella )ilndei Gfre alrelativa problema controllo del)adatti rumore all’interno cabina di un aereo a propulsione ad difeed-forward controllo feed-forward la riduzione dei disturbi tonali.

Ilsegnali vettore può essere ricavato dal prodotto della matrice con dimens architettura controllo per lai ilriduzione disturbi tonali. può essere ricavato dal prodotto matrice con dimensione dguidano (ilω (della ω ) matrice d ω )difacilità.

G (per ) attuatori cper 0della es reo (Figura oppure rumore tonale e misurato con relativa esempio, considerando ildel problema I del sistemi diPer controllo feed-forward particolarmente per controllo di× disturbi derano i1a) segnali di controllo Questi segnali gli attuatori (altoparlanti)o in , dal cui elementi sono formati inesp m smisurato , Ilgli sdi2vettore ,mento  ,oppure scontrollo sensore d’errore (microfono) gli diG congnali difacilità. controllo .c.(Questi guida0 ogni esdalle 0 )risposte di controllo (altoparlanti )dim 0sono es)attuatori 0 fono) edel gli di (altoparlanti), ecdel vettore con segnali che guidano gli di di controllo (altoparlanti )i particolarmente ,eω cioè s ( ω d ( ω ) = G ( ω ω ) . Quind ma a,particolarmente blocchi in Figura 2, ilun segnale riferimento, misurato con un tachimetro sul rotore 1attuatori m Il vettore può essere ricavato prodotto della matrice d ω = G ω s ω .

Quindi, il vettore con i segnali di errore può ( ) ( ) ( ) .

Questi segnali guidano attuatori (altoparlanti)o in d ( ω ) G (ωs(0essere ) tra sderando , s  , s 0 c 0 es 0 con il problema del controllo rumore tonale prodotto dalle eliche dellʼaereo (Firiferimento, misurato con tachimetro sul rotore elica all’interno di un’autovettura con un sistema multi-canale di controllo.

L’obiettivo è di I sistemi di controllo feed-forward sono adatti per diss( ono adatti per il controllo di disturbi deFigura 2: a un sistema Active Noise Control multicanale con archic rumore 0 Diagramma es 0cblocchi 0 di Il vettore può essere ricavato dal prodotto della matrice con dimensione 0× esil0 controllo d ( ω ) 2 m G ( ω ) , i cui elementi sono formati dalle risposte in frequenza ogni n m e1 tonale rappresentato schematicamente con il re prodotto dalle eliche dell’aereo (Figura 1a) oppure del tonale terministici, come ad esempio i disturbi armonici oppure periodici per i quali un segnale di rifec 0 es 0 , formati i (cui elementi sono formati dalle in frequenza tra ogni sensore d’errore (mi ×m fono) e gli attuatori di controllo (altoparlanti), e espress il vettor , i cui sono in)controllo frequenza tra ogni sensore d’errore (micron ×introdurre mdal trollo e potrebbero ilespresso vettore con isegnali segnali guidanorumore gli attuatori (altoparlanti) o in modo produrre il=dalle diche errore può controllo (altoparlanti )elementi , nda cioè .formati ilrisposte vettore con ω (risposte ω )(altoparlanti), ssono (gli ω (ωdi )unʼautovettura modo da produrre controllo del rumore desiderato. iesempio filtri di di errore essere come i srelativa concetti fondamentali due approacci e diilmettere in risalto le limitazioni di tali sigura 1a) oppure del tonale prodotto motore (Figura 1b), tettura di controllo feed-forward per riduzione dei disturbi tonali. oppure periodici i teorica quali segnale di a di un propulsore, viene passato attraverso un banco di filtri che genecome ad iQuindi, disturbi armonici oppure periodici per quali un seg cvettore 0 )teorica es 0considerando 0può 0terministici, h,con hesempio, ,dG  ,dalle elementi dalle risposte ini della frequenza tra ogni sensore d’errore nIn ×dIllinea m oito, del rumore desiderato.

Inildi linea di × controllo potrebbero ω può essere ricavato dal G (ω )i essere con dimensio)h earmonici dimisurato un’autovettura (Figura 1b), come il2dei averso un banco di filtri che generimento può essere misurato con facilità.

Per problema del ela attuatori di controllo (altoparlanti), eattuatori ild’errore vettore con i segnali che con un tachimetro sul rotore come hper hrumore rappresentato ,un hi filtri 1i ,cui m ,schematicamente irifecui elementi sono formati in frequenza tra ogni sensore (microm c (fono) 0 controllo es di 0 fono) e gli attuatori di (altoparlanti), e ilprodotto vettore con i matrice segnali che guidano gli attuato fono) engli attuatori diteorica controllo (altoparlanti), eattuatori ilrisposte vettore con icontrollo segnali che guidano gli 1 ,da 2 ,minimizzare mstemi di (altoparlanti ) , no gli di di controllo (altoparlanti) controllo del desiderato.

In linea i filtri di cioè d ( ω ) = G s ( ω ) d ω può essere ricavato dal prodotto della matrice G ( ω )( Il vettore ( ) con riferimento alle applicazioni nel campo aeronautico e automobilistico. essere scelti in modo l’energia potenziale acustica nella cavità; tuttavia in praticome rappresentato schematicamente con il adel blocchi insistema Figura 2,attuatori il segnale tivainfacilità.

Per esempio, ildiagramma problema c 0 es diconsiderando errore può essere espresso come nimizzare l’energia potenziale acustica nella cavità; indi(pratic prodotto 0 relativa es 0 rimento può essere misurato con Per esempio, considerando pr fono) erotore gli di controllo (altoparlanti), ematrice il,vettore con i frequenza segnali che guidano gliil att Figura 2, ilhsegnale di riferimento, con un tachimetro sul del rumore tonale prodotto 1a) oppure del rumore tonale Ildvettore può essere ricavato dal con dimensione deliche ω )dell’aereo Ilmisurato vettore può essere dal prodotto della matrice con dimensione (con ω )=i 0gli (tuttavia ω G (risposte ω ) G Figura 2:controllo Diagramma aglidalle blocchi un Active Control multicanale con archifono) ein attuatori controllo (altoparlanti), e(altoparlanti il,(sono vettore con ifacilità. segnali che guidano attuatori di0 )con n)ricavato × m , (Figura i Noise cui elementi formati dalle in tra ogni sensore ne di controllo )della cioè . Quindi, nchi banco di controllo filtri che gened ( ω ) G ( ω ) s ( ω s ( ω ) hcontrollo ,s , h c controllo 0di es 0Quindi, c(altoparlanti 0) es il 0 )s di (altoparlanti ) cioè . il vettore i seg egnali di .

Questi segnali guidano gli attuatori (altoparlanti)o in di ) , cioè Quindi, il vettore d ( ω ) = G ( ω ( ω ) s ( ω ) , s ,  , s d ( ω ) = G ω ) s ( ω ) s ( ω c 0 es 0 0 1 ,controllo 2dove m potrebbero essere scelti modo da minimizzare .

Quindi, vettore segnali (1) lle eliche dell’aereo (Figura 1a) oppure del rumore tonale esti segnali guidano gli attuatori (altoparlanti)o in di errore può essere espresso come e ( ω ) ca viene implementata una strategia alternativa dove gli altoparlanti di controllo sono guidati in c 0 es 0 0 0 di riferimento, misurato con un tachimetro sul rotore dellʼelica di un propulsore, viene (1) strategia alternativa gli altoparlanti di controllo sono guidati in ctonale 0n × m esi cui 0 elementi 0 e(eliche 0 rumore 1 2 dal motore m ωogni )sono =) d (G ω dsensore ωω0 ))risposte =. d’errore d(1a) ω )in +(microG s(rum ω prodotto 1b), come rappresentato schematicamente con ildell’aereo ne tonali. formati frequenza controllo del dalle oppure 0tra tettura di×un’autovettura controllo feed-forward la riduzione dei disturbi 0 )(+ es (ω 0 )con 0i controllo (altoparlanti )prodotto vettore pulsore, viene passato attraverso un banco di,difiltri che (0ω ωild’errore )cdalle s((ω ((Figura s, frequenza ω , h,2 ,ili(Figura  ,per hmdi dʼerrore e(può gli attuatori di (altoparlanti), e(microil vettore con i del segnali cui elementi sono formati dalle risposte in frequenza n2, ×helementi inella cui sono formati dalle risposte inrumore tra ndi m controllo (altoparlanti )genecioè .sensore Quindi, con segnali c()ω 0d es 0 vettore 0)sNoise 1m sessere (di ω ) ,di dcon ω =00 )G (espresso ω )ds0controllo Figura Diagramma aescioè di un sistema multicana di errore essere espresso come (1) (2:ω )potrebbero (()essere )ω,+tonale (= )ogni ((altoparlanti), ) i 0Control eespresso = d ω dblocchi =attuatori ωtra +(ωG ωQuindi, . ilschematicam 2.1 feed-forward per il(microfono) controllo del 1b), rappresentato schematicamente l’energia potenziale acustica cavità; tuttavia pratierrore può come 0controllo cdal 0come 0) di errore può essere può essere come aliprodurre guidano gli attuatori (altoparlanti)o 0G c(Figura 0 come 0 dimensio0 diagramma afiltri Figura ilcon segnale di misurato un tachimetro rotore passato attraverso un banco di hdesiderato. , di hinin ,errore L ,eArchitettura h1quadrati che generano i0 )d segnali di controllo despresso ωriferimento, può ricavato prodotto della matrice G )esActive con Il vettore aFigura ilcome controllo del rumore In linea teorica iin filtri (1) .(0eωsul dʼerrore (microfono) gli e il vettor mma dei dei valori medi dei segnali prodotti ω ) = d ( ω ( ω ) = d ( ω ) + ( ω ) s ( ) prodotto dal motore di un’autovettura 1b), rappresentato , ,  , e modo da minimizzare la somma dei valori medi dei segnali prodotti 1 2 dei m e( c0 () + esdi controllo 0 e , e ,  , e derato.

Inquadrati linea teorica i filtri diblocchi controllo potrebbero 0 c 0 0 es 0 0 2 n di errore può essere che guidano gli attuatori diconche controllo (altoparlanti ) stonali. (ω 0di ) , cioè fono) e glidiessere attuatori di(altoparlanti), controllo (altoparlanti), il vettore i segnali che guidano 1controllo 2 ecome n fono) edistrategia glierrore attuatori controllo eespresso ildivettore con idisegnali guidano attuatori diattuatori feed-forward per la riduzione dei gli ontrollo . Questi segnali guidano gli attuatori (altoparlanti)o inarchitettura nale diinriferimento, misurato con tachimetro sul rotore s1 , s 2i ,filtri  ,di sminimizzare può espresso come implementata una dove gli mviene eNoise (gli ω =Control dsensore (ωdisturbi +(altoparlanti dun ( ωtachimetr dche (ven ω scelti daca l’energia potenziale acustica nella cavità; tuttavia pratiFigura 2: Diagramma sistema Active multicanale dell’elica di un un propulsore, viene passato un banco filtri che geneteorica controllo potrebbero h1a,in hblocchi ,s ,(1) hdim, sun che guidano gli attuatori di gli di )0 ada blocchi in il risposte segnale riferimento, misurato I )segnali ne ndi×alternativa mdiagramma , attraverso i cui elementi sono formati dalle indi frequenza tra ogni 0controllo 0con c,controllo 0,)s= con aslinea acustica nella cavità; indi pratis)de,potenziale s 2 , dai L,modo ssensori . Questi segnali guidano glituttavia attuatori (altoparlanti)o in modo produrre ilFigura ore.

Idi segnali che guidano altoparlanti di m sQuindi, ,2(2,  1 m 1 ,+s 2segnali ms(ω I sistemi controllo feed-forward sono particolarmente adatti per il controllo di disturbi (microfoni) d’errore.

1ω 2),) mω controllo (altoparlanti ) , cioè .

Quindi, il vettore con i d ( = G s ( ω ) s ( ω ) di controllo (altoparlanti ) , cioè .

Quindi, il vettore con i segnali d ( ω ) = G ω s ( ω ) s ( ω ) (1) e ( ) = d ( ω ) + d ( ω ) = d ( ω ) G ( ω ) d ω = G ω s ω . il vettore con i segnali di errore può essere espresso ( ) ( ) ( ) il implementata controllo del rumore desiderato.

In linea teorica i filtri di controllo potrebbero attraverso un banco dituttavia filtri che geneh , h ,  , h (1) . c( 0) 0+ es 0)s(la 0) .0 0 c controllo (1) ( ω ) = d ( ω ) + d G ( ω ) s ( ω ) architettura di feed-forward per riduzione dei disturbi tonali.

0 es 0 0 altoparlanti di controllo sono guidati in modo da minimizcdi 0ω ) +es(1) 0e 0 guidati e ( ω ) = d ( d ( ω ) = d ω G ( ω ω 0 c 0 0 es 0 0) ale acustica nella cavità; in pratieato una strategia alternativa dove gli altoparlanti controllo sono in 1 2 m d ω essere ricavato prodotto della matrice G ( ω ) con dimensioIlcontrollo vettore ), spuò 0 ) controllo 0vengono cgli 0attraverso 0 vettore es 0 controllo 0di dʼerrore (microfono) e gli attuatori di (altoparlanti), e il con i segnali 0dalpotrebbero 0propulsore, csdarmonici 0ω 0es es 0generati 0 in va dove gli èrumore altoparlanti di sono guidati in I segnali , s , s , L che guidano m altoparlanti di vengono gen c (teorica 0 0 = G ω s ω .

Quindi, il vettore con i segnali di errore può e ( ( ) ( ) I segnali che guidano gli altoparlanti di controllo passando dell’elica di un viene passato un banco di filtri terministici, come ad esempio i disturbi oppure periodici per i quali un segnale riferbo primario armonico con pulsazione allora, come mostrato m s , s , , s rano i segnali di controllo ω .

Questi segnali guidano gli attuatori (altoparlanti)o h , h ,  , h controllo del desiderato.

In linea i filtri di controllo essere , s ,  , s (1) . )di=es=riferimento dd(come d ccorrelato (ω(ω (ωdisturbo (ω0 )s(ωdi 1 c 0ω0 ) + 0 mostrato corre 1 di mdi2 errore o (1) odo da minimizzare l’energia potenziale acustica nella cavità; tuttavia in pratiil msegnale al primario 2attraverso m 1 può mpuò ω1 m Se, ad esempio, il disturbo primario èvalori armonico con pulsazione allora, 0) = d 0 ) .+ Giles segnale 0r)(riferimento essere espresso esegnali (ω ) =2 d(ωcome doe0c,((ω ω0prodotti (ω ( ω ω errore essere espresso come gli altoparlanti dilacontrollo sono guidati in2(altoparlanti)o come zare la somma dei quadrati dei medi dei o) 0 attuatori 0)+ 0 ) controllo 0)+G es s , 0s)s 0 ,)s) s ω , cioè che guidano gli di di (altoparlanti ( ) .

Questi segnali guidano gli attuatori in I segnali che guidano gli altoparlan a minimizzare somma dei quadrati dei valori medi dei segnali , rimento può essere misurato con relativa facilità.

Per esempio, considerando il problema del e , e ,  , e ne n × m , i cui elementi sono formati dalle risposte in frequenza tra ogni sensore scelti in modo da minimizzare lʼenergia potenziale acustica nella cavità; tuttavia in pra0 Il vettore può essere ricavato dal prodotto della matrice con dei valori medi dei segnali prodotti d ( ω ) G ( ω ) m 1 disturbo 2 m primario r (ω ) attraverso e1prodotti ,prodotti egli  ,glieasensori come amma a blocchi in Figura 2,il ilprodurre vettore fasori complessi deiguidati 1 2teorica n attraverso ntata una strategia alternativa dove altoparlanti dirumore controllo sono in modo da ilcon controllo del desiderato.

Insegnale linea controllo potrebbero passando il riferimento u cdi 0 i )filtri riferimento disturbo set di al filtri digli 2 ,di nnblocchi mdei r (ω rano iche segnali di controllo .che Questi segnali guidano (altop I,segnali che guidano altoparlanti controllo veng ss11ehdell’aereo ,cavità;  ,un trollo dai d’errore.

Icon guidano gliconaltoparlanti medi dei implementata segnali e1 , e2una ,di2sil,con , ,segnali ssmm hessere , gli h2 ,dioattuatori  , eshm ;0 perciò , ,segnale schematicamente nel Figura 2, gli fasori complessi o hn trollo ;mcon perciò il vettore può espresso come ,icorrelato hcontrollo sdel (m ωcorrelato ) passando controllo del rumore tonale prodotto dalle eliche 1a) oppure segnali che gli altoparlanti di controllo vengono generati passa I segnali gli altoparlanti di vengono generati svettore ,)primario , (altoparlanti),  ssegnali m se1d,correlato s(microfoni) ,in  ,,G sIal 2 1tonale n in modo dʼerrore (microfono) gli attuatori di controllo vettore segnali ica viene strategia alternativa dove gli altoparlanti di sono 1 ,guidano m (Figura orumore e desiderato. linea teorica iediagramma filtri dimedi controllo potrebbero essere scelti da minimizzare l’energia potenziale acustica tuttavia ini di pratiωd .ss2Quindi, vettore errore può essere espresso (ilguidano 1controllo m il nella mes (,ω sori (microfoni) d’errore. il segnale di riferimento al disturbo primario , i cui elementi sono formati dalle risposte in frequenza tra ogni sensore d’e n × m are la misurati somma In dei quadrati dei valori dei segnali prodotti c (2ω 0,)e=espresso 0))s 0e e  e ustica dai microfoni d’errore può essere I segnali che guidano gli altoparlanti di controllo vengono generati pa e ( ω ) (1) . m , s ,  , s ( ω ) = d + d ( ω ) = d ( ω ) + G ( ω ) s ( ω ) (1) .

Il vettore può essere ricavato dal prodotto della matrice con dimens e ( ω = ( ω ) + d ( ω ) = ( ω ) + G ( ω ) s ( ω ) d ( ω ) G ( ω ) e ω = d ω + d ω = d ω + G ω s ω .

(1) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1è 2s ,  nsconche prodotto dal motore di 0,da (Figura 1b), rappresentato schematicamente con Se, ad esempio, il, hdisturbo armonico pulcontrollo vengono generati Iprimario segnali guidano gli diespresso controllo passando 0 essere 0come 0c desiderato. es 00 In il 0es silalternativa 0caltoparlanti 0 passando 0 ) 0di rife0 1dei 0espresso 0come es 0guidati 0cioè ccontrollo 0 2di esi filtri 0 di di filtri di hm)1 di ,mdi hpuò ,del L ,(ω hdisturbo ;eattraverso vettore ssegnale ()ωgenerati essere trollo ; quadrati perciò può , il ,0 misurati hdei sun’autovettura (dove ω )di modo ilattuatori controllo rumore controllo guidati inpotenziale modo da minimizzare la somma dei valori medi segnali ’energia acustica nellahacustica tuttavia in pratica viene implementata una strategia gli controllo 1 ,vettore 2 m m produrre sperciò ωcorrelato che guidano gli attuatori di controllo (altoparlanti )0msono ilce segnale di riferimento alvengono disturbo uc segnali della pressione dai microfoni essere 2 controllo ofiltri ω(ilω )0di)espresso (come ω 1cavità; m od’errore + ωlinea =primario dteorica +conGr (esset sattraverso ω . dico (1) ((ω ))=, dil (ωin (ωpuò (m il di segnale correlato attraverso un segnale di riferimento correlato alallora, primario un di di fono) ealtoparlanti gli (altoparlanti), il(dω vettore con guidano g rset come ral )disturbo oche 0 di 00primario 0 )e c( 0m 0i )segnali 0 )filtri oni) d’errore. ad esempio, ilpressioni disturbo primario è2, armonico con ,riferimento mostrato ω o; )perciò otrollo diagramma a pulsazione blocchi in Figura 2, ildisturbo segnale riferimento, misurato con un tachimetro sul rotore , i cui elementi sono formati dalle risposte in frequenza tra ogni sensore d’errore (m n × m monico con pulsazione , allora, come mostrato il vettore può esse h , h ,  , h s ( ω ) ω sazione rimento correlato al primario , allora, come mostrato schematicamente attraverso o con le acustiche generate dal did d ,  , d d ( ω ) il segnale di riferimento correlato al disturbo primario attraverso un set di filtri m lternativa dove gli altoparlanti di controllo sono guidati in r ( ω ) essere scelti in modo da minimizzare l’energia potenziale acustica nella cavità; tutta (2) on allora, come mostrato 1)prodotti 2 ms o, e1 , pulsazione e2 , 0L, en prodotti dai sensori (microfoni) dʼerrore. ω o , modo o (ω (2) da minimizzare quadrati dei valori medi dei segnali 1G la 2(ωsomma n) .dei e , e ,  , e ( ω ) = h ( ω ) r ( ω ) il segnale di riferimento correlato al disturbo primario attraverso un set di filtri di cono m r ( ω d = s ω Quindi, il vettore con i segnali di errore può essere espresso ) ) ( 1 2( ncioè o ) . Quindi, o diviene controllo (altoparlanti )altoparlanti ilgli vettore c d (ωhdove (segnali );generati scome (ω s,dei ωmcontrollo );ω,perciò trollo il vettore vettore essere espresso come 0con d 0) con , h,ilessere , (altoparlanti), s,G ( ωesioo,altoparlanti )ω o, il disturbo è armonico pulsazione ,2, allora, come come laprimario somma vettore le acustiche generate dal di;d vettore può espresso attuatori controllo e ilcontrollo con che guidano attuato dh1)sguidano ,(di ,attraverso (essegnali ω ;,fono) perciò ilgli può espresso come heI1mostrato ,implementata hvettore , ,fasori s0di (alternativa )o di cessere 0) = 0controllo 0 genedell’elica di passato un banco filtri che hI0 ω ,ilvettore hpropulsore, )complessi 1gli 2d hpuò vengono passando m sgli ,mun , perciò L sdi che guidano m altoparlanti di generati segnali ,h diagramma ac ndel blocchi in ilpressioni con s 2che  Itrollo guidano altoparlanti dih vengono nel diagramma aeblocchi in,heFigura vettore filtri controllo perciò ilvengono nche m ,,2, scon ,un  ,spressioni s1trollo o ca gli son o gli 0Figura 1, s 2segnali m 2 oset 1 , hgenerati mpassando uadrati dei valori medi deidel segnali prodotti Figura 2,esempio, ilnel vettore con gli fasori complessi dei  2 mviene (2) ,cm(ωstrategia ,ticamente il Se, vettore con gli fasori complessi dei ndai denza dei microfoni e(microfoni) vettore lepulsazione s,trollo (con ω )ωsgli (2ω,=vettore r1((sω,ω ω sensori d ( ω ad ild’errore disturbo primario armonico con ,,hh allora, come ;d perciò può essere espresso comedidicontrollo 1, e 2 ,èd’errore. n 01)(1) eh=om2(errore ω dpuò +)suna + G s()ω )mo2segnali )sn1=il, sdvettore (,sωL )come (ω ) o.2) gli h s ( ω ) (2) ( ) ( ( = h ω r , s che m altoparlanti controllo ven I , operciò o come c 0 )il 0 essere 0 può 0ω es 0 )guidano 0ω trollo ; essere espresso come 1 o h , h ,  , h ( ω ) di espresso 2 m o o nel diagramma a blocchi in Figura 2,dei il vettore con glipressione complessi dei il segnale diriferimento controllo ) diso(espresso . Quindi, vettore 1 n 2fasori m passando ω, 0allora, )segnali dattraverso ) =)dei G (set ωcome )smedi (primario ω fasori complessi della acustica mivettore può attraverso riferimento correlato alattraverso disturbo (ω ofiltri )ils(in ωdi = hcon (ωuni)set rse c( 0espresso esvalori 0 di 0) rano i segnali dimodo controllo .primario Questi guidano gli attuatori (altoparlanti)o della pressione acustica dai microfoni d’errore può essere se10con ,)del s(altoparlanti  snm al ilmicrofoni segnale correlato disturbo un set di e(ω m da minimizzare la dei quadrati dei sturbo primario corrispondenza dei d’errore vettore con le pressioni rωmostrato (ω ilsegnali diprimario riferimento correlato al un filtri dirsegnali conm econ,(ω e dsomma r,primario (cioè ω o(2) )essere o) adcontrollo esempio, ilsegnale èdi armonico pulsazione come ω igenerate microfoni può essere espresso ni d’errore puòSe, espresso 2 ,disturbo einessere (ω )misurati e(d’errore ωaltoparlanti famostrato schematicamente nel diagramma adisturbo blocchi in Figura 2, il dei vettore con gli,(2) o 1 , er2(,ωo c (oω 0) dagli ine(corrispondenza 0 )surati dai passando ilrcome segnale di) riferimento correlato al disturbo primario , s ( ω ) = h ( ω ) r ( ω ) sione acustica misurati microfoni sempre d’errore essere espresso o ) at daidi0microfoni d’errore può essere espresso ω ) (2) , di errore può essere espresso (2) , s ( ω = h ( ω ) r ( ω ) s ( ω ) = h ( ω ) ( ω ) o o o 0produrre il controllo o o o m filtri di controllo h , h , L , h ; perciò il vettore s ( ω ) può essere espresso come di modo da del rumore desiderato.

In linea teorica i filtri di controllo potrebbero o o o o è armonico con pulsazione , allora, come mostrato ω ehmisurati =blocchi dh,(dai ω +sensori ω ωvettore ω 0 )gli s(essere ωe1nm . espresso (1) (ωI,acustiche )aaltoparlanti )microfoni )silguidano (può (ω )ωfasori schematicamente nel diagramma ind Figura 2,d(ilche dei 2può m sori complessi dei della acustica dʼerrore (oωes)scon )ω eG dai d’errore. sd(2) L altoparlanti di=dcontrollo vengono generati ,)vettore trollo perciò vettore essere espresso (1) . essere e s(ω (ω0ho),)come ) 0 ,)o +il G hdove s)gli trollo (di + (ω,0oh) rcome =(ω dperciò (oω (ω)0 )lʼequazion 0segnali 0;s c,(h h1 ,dagli ,hpressioni (+(2) ω somma vettore le pressioni generate 1 , 2, m dω ,;s)=(microfoni)  (ω, )pressione acustiche generate sempre in corrispondenza dei custiche generate dal didsegnali ,d1ledn,dcdla , con d,odcnacustiche ddel ,)  2 ,perciò mil02controllo =potenziale ho0dal (ω )=rfiltri (dcomplessi ωacustica 0 o)dicL es (ω0 )ss 2  essioni acustiche generate dal controllo h2 ,h vettore (ω può di 0(m come del vettore con lediacustiche (di è ,ild0vettore con gli m sostituendo 1h 0 c,1d 2 ,2 somma ofiltri o )di 1 ,controllo. m ;Quindi, o essere scelti da minimizzare nella cavità; tuttavia in pratiodal di- n l’energia n fasori el vettore pressioni generate d(2) ,ind1) mnmodo d1 ,espresso (dω202, cchi in Figura ilcon vettore con glipressione complessi dei n 1 , d 2 , d segnali della acustica misurati dai microfoni d’errore può essere espresso e ( ω ) può essere come la somma del vettore ( ω con le pressioni acustiche Se, ad esempio, il disturbo primario è armonico con pulsazione , allora, com r ω attraverso un set passando il segnale di riferimento correlato al disturbo primario ( ) ω 0 o G ( disturbo primario inimplementata corrispondenza (1) . ino e(ωle0 )0pressioni = dove d(ω0 gli ) +saltoparlanti d(ω ddi()ω ω0medio )s(guidati ω0 ) quadrato ca viene unadei strategia alternativa controllo microfoni d’errore. e del vettore le pressioni dgenerate (vettore ω0 ) condal primario in corrispondenza dei microfoni d’errore e del vettore con c (ω 0 )h= 0)+ es sono dminellʼequazione (1), la somma del valore dei se nied’errore e del con le pressioni = ω r ω , (2) ) ( ( ) d ( ω ) c (ω 0 ) perdiminimizzare corrispondenza deicd’errore microfoni d’errore e del vettore con le pressioni d ( ω ) s , s , L s che guidano gli m altoparlanti controllo vengono generati I segnali , rati dai microfoni può essere espresso o o o e ( ω ) c 0 1 2 m (2) , m c con 0schematicamente I segnali guidano vengono genera (ω h)(avettore ωgenerate ωdei )gli ,o )r (con , sd,=2diagramma so)m)rèvalori sdʼerrore ωche 0 eprimario d1 , d 2 , L, d n generate dalla disturbo in corrispondenza dei e come somma vettore pressioni acustiche dal di- altoparlanti m filtri controllo h1 ,dei h(2ω ,snel h1,mh perciò so(ω può crofoni d’errore del(2) vettore le di pressioni dove gli filtri di controllo.

Quinds(;ω ,(= dda (ωdiminimizzare blocchi in 2, ilespresso con, gli co n fasori sessere hvettore (eωdi )= (ωdie)rncontrollo (ωcome modo lamicrofoni somma quadrati medi segnali prodotti 1L o )(2) o o ) Figura 2 ,dei 0) o) 1 ,o ecosto 2 , ,oquadratica: dʼerrore, si acudeve minimizzare lad(ilωilnovettore seguente funzione die controllo sempre in corrispondenza generate dagli altoparlanti di controllo sempre in corrispondenza dei  ,) dstiche r attraverso un set passando ildei segnale di riferimento correlato al disturbo primario ) dagli altoparlanti di controllo sempre in corrispondenza dei ,n  ,pressioni oparlanti sempre in corrispondenza dei di, sostituendo l’equazione (2) nell’equazione (1), per migenerate dagli altoparlanti di conled acustiche generate dal dio cd 1 ,cndgenerate cdi 2d, controllo cn d , d ,  , d ω con le pressioni acustiche d , d , L , d generate dagli altoparlanti del vettore ( I segnali che gli le altoparlanti di controllo passa m il ssegnale correlato alpressioni disturbo primario attraverso un setesser di (2) , ) sriferimento m dai sensori (microfoni) d’errore. r (ω o )vengono sturbo primario in corrispondenza dei microfoni d’errore del con 1 2 n segnali della pressione acustica misurati dai microfoni d’errore può dguidano e(ω 0lʼequazione )generati c 0 c1 c2 cn 1 ,hs 2e m c (ωgli 0 ) m filtri di controllo. Quindi, sostituendo èdi,ilvettore vettore con dove (ω o nimizzare del, con valore medio quadrato dei Quindi, sesempre corrispondenza dei ni d’errore. filtri di controllo hl’isolamento , hmicrofoni , L, hm ildi ;d’errore. perciò ilvibranti vettore ss(ω )h) può essere come di min =ωlahilo )(somma ωèocon (2) (c)ω )rvettore (ωespresso 4 il gli m filtri di controllo. sostituendo dove ( 1 esempio, 2 o oper rumore interno, b) per organi controllo trasmissione del di controllo sempretrollo corrispondenza dei microfoni dʼerrore. neè o ) della Se, ad disturbo primario armonico pulsazione , allora, come mostrato ω microfoni d’errore ein del vettore con le pressioni d ( ω ) 2 ilaltoparlanti segnale didiriferimento al )disturbo primario attraverso un set filtri di acustiche d c1 , dc c 2 , 0, d cn generate dagli sempre in corrispondenza trollo ;d perciò il Hvettore essere espresso r (ω hcontrollo , hgnali , vettore  ,correlato hper s(ωdei ) opuò H Hla H Hmedio (1), valore lanellʼequazione somma le pressioni acustiche gene o) dh1+,quadrato dd2Hcome , di.,dei dmn segnali (eω m si=0deve minimizzare la rumore attraverso pareti sottili.come (3) diagramma =2 ∑ ed’errore, eminimizzare hilcon Gper G somma h +oh Hdel Gseguente + dcomplessi Gfunzione 41Jadel r in = es minimizzare escon gli n es es nellʼequazione (1), lad somma del valore quadr schematicamente blocchi Figura 2, vettore fasori deid medio dʼerrore, si deve minimizzare la seguente funzione di costo quadratica: microfonisempre d’errore.in corrispondenza agli altoparlanti di controllo dei nel r =1 ;, perciò il vettore puòsostituendo essere espresso h=1 ,hh(ω2 ,o )con  , hgli s(ω di quadratica: 4 con l r (in ω (2) )m costo o) ω o trollo vettore m filtri di Quindi, lʼequazione dove h(sturbo )s(èωilo )primario dʼerrore, sicontrollo. devedei minimizzare seguente funzione di (2) costodquadratica: microfoni e delcome vettore o corrispondenza segnali della pressione acustica misurati dai4 microfoni d’errore può essere espresso c (ω 0 ) eo()la ω=d’errore (2) s ( ω 0 )h(ωo )r (ωo ) 4, 4 nellʼequazione (1), per minimizzare n la somma del Hvalore medio quadrato dei segnali 2 4il Hcui H H altoparlanti H di controllo H H 2. Architetture di controllo acustiche dagli sempre in corrispo dduna ,con seguente ,=dpressioni tratta funzione quadratica hermitiana è dato dai ve la dʼerrore, somma del vettore generate dal d ,quadratica: ,rh Jle egenerate =4e acustiche es=(ω hdin )G G hdH +2)(2) GH, esd dminimo ddi. H seguenti (3) ∑ c1(,ωd cn = ω ( ω ) r funzione es2h1(es nH,+ d G es hH + d 0 c)2 (3) H si deve minimizzare la costo il vettore con gliSi m(2) filtri didicontrollo.

Quindi, sostituendo lʼequazione dove h(ω o ) è come o o o r =1 J = e = e e = h G G h + h G d + d G h + dHd .

(3) ∑ r es es es es con i filtri ottimali: microfoni d’errore. r =1sono sturbo primario in dei valore microfoni vettore con le pressioni ω0 )caIn generale le architetture deicorrispondenza sistemi di controllo acustico ed’errore vibratorio divisedinc (due nellʼequazione (1), per minimizzare la somma del quadrato dei segnali 4 e del 4medio n Si tratta di una funzione quadratica hermitiana cui mi2 H costo H H H Hhermitiana Happrocci Hsiminimo tegorie architettura feed-forward e architettura feedback.

Entrambi gli posdʼerrore,principali: si deve minimizzare la seguente funzione di quadratica: Si tratta di una funzione quadratica il cui èildato dai vettori er = enimo e Si =H htratta G es−1G h + hdi G es d +vettori d sempre G escon h + di in dcorrispondenza .ottimali: (3)d c1 , d c 2 , , Jd cn= ∑ acustiche generate dagli altoparlanti controllo deiseguenti esuna −1 H seguenti Hdai s di funzione quadratica hermitiana il cuihminimo èHdato è dato dai filtri sono implementare con una sola coppia sensore-attuatore ed un controllore a canale singolo, conr =1h i filtri ottimali: (4) (a) = − G G G d , (b) h = − G d , (c) = − G G opt es opt es es G es opt es es es microfoni d’errore. con i filtri ottimali: oppure con più sensori e2 attuatori e un controllore multicanale.

I principi fondamentali di questi n H H H J =∑ eSir tratta = e Hbrevemente edi= una h H Gfunzione G esnelle h + hquadratica G esH dsottosezioni + d Hhermitiana G h +−1driportate d . di seguito (3) approcci sono due riassunti due condai −1 es −1riferiH es Hil cui minimo è dato seguenti r =1 [ ] h = − G G G , aereo (b) a−1hpropulsione , (c) vettori h opt−1 = −G esH [G esH G es ] d , (4) (a) opt escabina es es d optH = −G es d ad H mento al problema delcon controllo del rumore all’interno della di un che valgono rispettivamente per (a) il caso sovra-determinato con più sensori che i filtri ottimali: (4) (4) (a) (a) h opt = −[G es G es ] G es d , (b) h opt = −G es d , (c) h opt = −aG elica oppure all’interno di un’autovettura con un sistema multi-canale di controllo. L’obiettivo è di 4 numero tori; (b) il casoilcompletamente-determinato con ugual di sensori e attuatori Si tratta dii una funzione quadratica cui eminimo è dato dai seguenti vettori introdurre concetti fondamentali deihermitiana due di mettere in risalto le limitazioni di tali si-H Hcon più che approacci valgono rispettivamente per (a) il caso sovra-determinato che attua− 1 −1 H H [ ] [ ]−1 d sensori il caso sotto-determinato con meno sensori che attuatori [4].

In base equaz h = − G G G d , (b) h = − G d , (c) h = − G G G ,a queste (4) (a) 4 con i filtri ottimali:

(b) che valgono rispettivamente per (a) il caso sovra-determinato con più sen opt es es es opt es opt es es es stemi con riferimento alle applicazioni nel aeronautico e automobilistico. con ugual numero di sensori tori;campo (b) il caso completamente-determinato e attuatori e (c) tori; (b) il caso completamente-determinato con ugual numero di sensori i filtri di controllo ottimale , h , h , L h possono essere derivati misurando il ve il caso sotto-determinato con meno sensori che attuatori [4]. In base a queste equazioni, 1 2 m 3 −1 −1 −1 H H H il caso sotto-determinato con meno sensori che attuatori [4].

In base a qu 2.1 per il controllo del rumore tonale

(c) ] [ ] −[G esH G G d , (b) h = − G d , (c) h = − G G G d , (4) Architettura (a) h opt =feed-forward che valgono rispettivamente per (a) il caso sovra-determinato con più sensori che attuaes es es opth , h , L es , hes es possono essere derivatidʼerrore misurandod ilevettore filtrioptdidei controllo ottimale con gli ispettri disturbi primari dei sensori la ma 1 in 2 corrispondenza m h1 ,dih2sensori , L, hm e attuatori possono eessere i filtri di controllo ottimale tori; (b) il caso completamente-determinato con ugual numero (c) derivati misur d e la matrice con gli spettri dei disturbi primari in corrispondenza dei sensori dʼerrore G es con le risposte in frequenza tra segnali di uscita degli n microfoni dʼerrore e I sistemi di controllo feed-forward sono particolarmente adatti per ili controllo di base disturbi de-sovra-deteril caso sotto-determinato conche meno sensori che attuatori [4].

In queste equazioni, valgono per (a)inil acorrispondenza caso con gli spettri dei disturbi primari dei sensori dʼerrore che valgonocome rispettivamente per (a) il caso sovra-determinato conrispettivamente più che Garmonici in frequenza i segnali di uscita terministici, ad esempio i disturbi oppure periodici persensori itra quali un attuasegnale di degli rife- n microfoni dʼerrore e i sees con le risposte hminato L hmdi possono essere derivati misurando i filtri dignali ottimale ,altoparlanti di ingresso agli di controllo. pratica, levettore misure spettr 3controllo con sensori che attuatori; ildel caso G2 ,esm con lepiù risposte frequenza i(b) segnali diilcompleuscita degli degli n microfoni caso completamente-determinato con ugual numero sensori ein attuatori (c)tra In 1, h 3tori; (b) ilpuò rimento essere misurato con relativa facilità.

Per esempio, considerando il eproblema m altoparlanti diequazioni, controllo.

In pratica, le misure degli spettri dei gnaliche di ingresso agli il caso sotto-determinato con meno sensori attuatori [4].

In base a queste tamente-determinato con ugual numero di sensori e atd e la matrice con gli spettri dei disturbi primari in corrispondenza dei sensori dʼerrore m altoparlanti di controllo. In pratica, le misure d gnali di ingresso controllo del rumore tonale prodotto dalle eliche dell’aereo (Figura 1a) agli oppure del rumore tonale h1 ,leh2 risposte , L,3h(Figura possono essere misurando il vettore i filtri di dal controllo esegnali (c) il caso sotto-determinato con meno sensori prodotto motoreottimale diGun’autovettura 1b), tuatori come schematicamente condʼerrore il frequenza tra rappresentato iderivati di uscita degli n microfoni e i sem in es con 3Control diagramma a blocchi in Figura 2, il segnale di riferimento, misurato con un tachimetro sul rotore che attuatori [4].

In base a queste equazioni, i filtri di Active Noise multicanale con architettura feed3 Figura 1 - Schema di un sistema d e la matrice con gli spettri dei disturbi primari in corrispondenza dei sensori dʼerrore gnali di ingresso agli m altoparlanti di controllo. In pratica, le misure degli spettri dei Figura 1. del Schema ditonale undisistema Active Noise multicanale 3 per la riduzione forward rumore in cabina difrequenza aerei conControl propulsione adattraverso elica (a) controllo e un dell’elica un propulsore, viene passato banco di filtri che geneottimale possono essere derivah , h ,  , h G con le risposte in tra i segnali di uscita degli n microfoni dʼerrore e i se1 2 m es feed-forward per la riduzione del rumore tonale in con architettura allʼinterno di autovetture con motore a scoppio (b). ti misurando il vettore conspettri gli(altoparlanti)o primari 55spettri cabina di aerei conidi propulsione ad elica autovetm (a) altoparlanti pratica, le misure degli dei dei disturbi gnali ingresso agli rano segnali di controllo . Questi In segnali guidano gli attuatori in5 se1all’interno , s 2 , ,disdimcontrollo.

[

]

[

in corrispondenza dei sensori d’errore d e la matrice Ges modo da produrre il controllo del rumore desiderato. In linea teorica i filtri di controllo potrebbero essere scelti in modo da minimizzare l’energia potenziale acustica in prati5 nella cavità; tuttavia 3 guidati in ca viene implementata una strategia alternativa dove gli altoparlanti di controllo sono 3 modo da minimizzare la somma dei quadrati dei valori medi dei segnali e1 , e2 , , en prodotti

ture con motore a scoppio (b).

5

dai sensori (microfoni) d’errore.

8 Se, ad esempio, il disturbo primario è armonico con pulsazione

ω o , allora, come mostrato

4 schematicamente nel diagramma a blocchi in Figura 2, il vettore con gli n fasori complessi dei

n 2 miglior acustico primario da controllare. Anche H Hdi H He attuatori H H porterebbe a hrisultati di controllo non co Il vettore d c (ω può essere ricavato (3) J = dal er laprodotto = e H e =della hconfigurazione Gmatrice G )sensori dcon +mediocri ddimensione G es hse + dlʼalgoritmo d .

G es G es h + 0) es (ω0 es porterebbe a risultati mediocri se lʼalgoritmo di controllo non convergesse verso il minimo della funzione costo di ottimizzazione o fosse perfino instab r=1 risposte in frequenza tra ogni sensore d’errore (micron × m , i cui elementi sono formati dalle nimo della funzione costo di ottimizzazione o fosse perfino instabile e viene quindi divergesse. primo aspetto normalmente riportato come la fisica de fono) e gli attuatori di controllo (altoparlanti), e il vettore con iIlsegnali che guidano gli attuatori di Si tratta di una funzione quadratica hermitiana ilprincipale cuidel minimo è dato dai seguenti vettori con i vibrazioni filtri se.di Ilcontrollo primo (altoparlanti aspetto viene normalmente riportato come la fisica sistema di controllo.

La sfida del controllo del rumore e delle ne ) s(ω0 ) , cioè d c (ω0 ) = G es (ω0 )s(ω0 ) . Quindi, il vettore con i segnali ottimali: Ladi sfida principale del controllo del rumore e delle vibrazioni nel dominio audio delle frequenze è data dalla complessità geometrica dei disturbi prima errore può essere espresso come frequenze è data dalla complessità geometrica dei impone disturbilʼutilizzo primari da controllare, che di sensori ed attuatori per p di un numero elevato 1 1 H H H H 1 impone lʼutilizzo di un numero elevato di sensori ed attuatori per produrre effetti di conragionevoli. h0opt) ==d(ω0G d0 ), +trollo d, h s(ω=0 ) G (4) (a)e(ω (c) h opt = G es G es G es (1) . es d , ) +esdGc (esω0 ) =Gdes(ω G(b) es (ω0 )opt trollo ragionevoli.

Come esempio viene analizzato lʼeffetto prodotto da un contro con le risposte in frequenza tra i segnali di uscita degli n siasi funzione di costo) sul campo acustico generato in Come esempio viene analizzato lʼeffetto prodotto da un controllore ideale (quindi in grado di minimizzare qualsiasi funzione di costo) sul campo acu I segnali guidanoagli gli m altoparlanti di controllo vengono generati passando cavità rettangolare dacon una sorgente tipoattuatori; mono- (b) il microfoni d’errore segnali di ingresso altopars1 , s 2eche , i ,valgono sm che rispettivamente per (a) il una caso sovra-determinato più sensoridiche grado di minimizzare qualsiasi funzione di costo) sul campo acustico generato in una cavità rettangolare da una sorgente di tipo monopolo acustico ideale in prossimità dell’anglo lantiil di controllo.

In pratica, le misure degli spettri dei con caso completamente-determinato numero diposizionata sensori attuatori e (c) il caso sottosegnale di riferimento correlato al disturbo primario attraverso un set di m filtrie di conr (polo ω ougual ) acustico cavitàprimari rettangolare da unacon sorgente did’errore tipoche monopolo acustico ideale posizionata in in equazioni, basso a ha della cavità.

La c inprossimità basso a destra della cavità.

La cavità dimensioni disturbi in determinato corrispondenza dei sensori e attuatori meno sensori [4].

In dellʼanglo base a queste idestra filtri di controllo ot3 trollo delle perciò ilbasso vettore può essere espresso come h1 , h2risposte ,dellʼanglo , hm in; frequenza s(ωdestra prossimità in a della cavità.

La cavità ha dimensioni o ) d’errore le misure tra i sensori e smorzamento modal × l × l = 6 × 2 .

5 × 1 .

8 m e smorzamento modale ζ = 0 .

03 . In timale h1 , h32 , , hm possono esserex derivati y z misurando il vettore con gli spettri dei disturbi e glil xattuatori sonoemai sufficientemente le ζ = 0.03 .. Inizialmente si si assume che il controllore × l y × l z di = controllo 6 × 2.5 × 1non .8 m smorzamento modale Inizialmente assume che il controllore sia composto sensori ed attuatori ideali che primari in corrispondenza matrice le risposte in frequenza d edalasensori G es conda (2) ,composto s(ωo ) di=dei h(ωsensori )r (ωosia )d’errore accurate garantire la convergenza punto controled attuatori ideali che possono che il da controllore sia compostoalda sensori edo attuatori ideali che possono misurare ed con eccitare esattamente i seguenti gruppi numero cresente di mod tranormalmente i segnali di si uscita degli n d’errore e oi segnali di ingresso agli om altoparlanti di lo ottimale. Pertanto, implementa un microfoni ap- misurare ed eccitare esattamente i seguenti gruppi con o eccitare esattamente i seguenti gruppi con numero cresente di modi acustici la cavità: (1 ),naturali (1modi - 2 o ), (1ino - corrispondenza 3oacustici ),del(1o - 4della ), K ,dei (1o sensori - 20 o ) . Come proccio iterativo che, come mostrato schematicamente numero crescente di naturali cavità: controllo.

In pratica, le misure degli spettri dei disturbi primari o o o o o cavità: ), (1odi- 2seguire (1omisure -effetti 3o ), (1delle - 4stazionari ), K, (1oin- (1°), 20 )(1°-2°), . Come illustrato inmodo Figura quando soltanto il primo èe cancellato, (modo di tipo (0,0,0) d’errore e), le risposte frequenza tra i sensori d’errore gli3Come attuatori di controllo in la Figura 2, é in(1grado non (1°-3°), (1°-4°),...(1°-20°). illustrato quando ilprimario primo modo è cancellato, (modo diFigura tipo (0,0,0) puramente volumetrinon sono mai sufficientemente accurate da garantire la convergenza punto di controllo dellʼaria nella cavità), potenziale acusticaottitotale della presenti nelsoltanto disturbo e conseguentemente di inco 3 quando soltanto illʼenergia primo al modo è cancellato, male.

Pertanto, normalmente si implementa approccio iterativo che, come mostrato schemaco dellʼaria cavità), lʼenergia potenziale acustica totale della cavità è ridotta sensiadattare i filtri dinella controllo [5]. Per completezza si ricorda (modo diun tipo puramente volumetrico dell’aria nelbilmente a (0,0,0) basse frequenze sotto la prima risonanza dovuta al se ticamente Figura éprima in grado di seguire effetti non stazionari presenti nel disturbo primarioideale e chebilmente i sistemi adibasse controllo con in architettura laacustico cavità), l’energia potenziale acustica della frequenze sotto 2, la feed-forward risonanza dovuta secondo modo naturale dialtipo (1,0,0).

Quando il totale sistema di cavità controllo canc conseguentemente adattare i filtri di controllo [5]. Persia completezza si ilricorda i sistemi di possono essere usati ancheQuando per il controllo di disturbi è ridotta sensibilmente ailbasse frequenze sottoche la prima acustico di tipo (1,0,0). il di sistema di controllo ideale cancella primo che 4 del risonanza con architettura feed-forward possono essere usati anche il controllo con caratteristichecontrollo stocastiche (random) nel dominio dovuta al secondo modo per naturale acusticodididisturbi

conNel caratteristiche (random) nel dominio tempo di e controllo dello spazio. caso di setempo e dello spazio. caso di segnalistocastiche stocastici nello tipo (1,0,0).

Quandodel il sistema idealeNel cancella gnali stocastici nello spazio, si rende necessaria l’acquisizione di un grande numero di segnali spazio, si rende necessaria l’acquisizione di un grande sia il primo che il secondo modo naturale acustico della dapaspassare attraverso di filtri Hacustica in modo 6 da alottenere numero di segnali di di riferimento riferimento r1 , r2 , , rv da cavità, il picco una dellamatrice prima risonanza dovuta opt 6 secondo modo naturale acustico di tipo (1,0,0) non appasare attraverso unai segnali matrice di filtri H in modo da ottedi controllo opt che riducono il disturbo in corrispondenza dei sensori di errore [4]. spettrocon dell’energia potenziale della cavità. nere i segnali di controllo che riducono il disturbo cor- redisullo In sintesi, l’efficacia di uninsistema controllo architettura feed-forward dipende da vari rispondenza dei sensori erroreil [4]. fattoridiquali numero di segnali di riferimento a disposizione, la correlazione tra questi segnali e In sintesi, l’efficaciail di un sistema di controllo con archidisturbo da controllare (normalmente per disturbi deterministici è unitaria mentre per disturbi tettura feed-forward dipende da vari fattori quali illanumestocastici è molto minore), possibilità di realizzare dei filtri causali [5] e la possibilità di incluro di segnali di riferimento la correlazione dere nela disposizione, controllore un modello accurato degli effetti prodotti dalle sorgenti di controllo sui sendi riferimento. tra questi segnali esori il disturbo da controllare (normalmenLa scelta del mentre numero, e distribuzione geometrica dei sensori e attuatori di controllo te per disturbi deterministici è unitaria pertipo disturunlaruolo importante nelledei prestazioni del sistema di controllo stesso. In particolare, la cabi stocastici è moltosvolge minore), possibilità di realizzare di controllo dipende sia dall’interazione fisica tra i campi acustici prodotti dal disturbo prifiltri causali [5] e la pacità possibilità di inclu-dere nel controllore mario dal sistema di controllo (dove quest’ultimo dipende dalla configurazione dei sensori di un modello accurato degli e effetti prodotti dalle sorgenti di riferimento e d’errore) sia dall’efficacia dell’algoritmo di controllo per il dato segnale (o i dati secontrollo sui sensori di riferimento. gnali) di riferimento e le rispose tra i sensori di errore e gli attuatori di controllo. La presenza di La scelta del numero, tipo e distribuzione geometrica dei un controllore efficiente non comporta automaticamente buone prestazioni di controllo se i sensensori e attuatori di controllo svolge un ruolo importansori e gli attuatori di controllo che sono stati scelti non si accoppiano efficacemente con il campo te nelle prestazioni del sistema di controllo stesso. In acustico primario da controllare.

Anche la miglior configurazione di sensori e attuatori porterebparticolare, la capacità di controllo dipende sia dall’inbe a risultati mediocri se l’algoritmo di controllo non convergesse verso il minimo della funzione terazione fisica tra i campi acustici prodotti dal disturbo costo di ottimizzazione o fosse perfino instabile e quindi divergesse. Il primo aspetto viene norprimario e dal sistema di controllo (dove quest’ultimo dimalmente riportato come la fisica del sistema di controllo. La sfida principale del controllo del pende dalla configurazione dei sensori di riferimento e rumore e delle vibrazioni nel dominio audio delle frequenze è data dalla complessità geometrica d’errore) sia dall’efficacia dell’algoritmo di controllo per il dei disturbi primari da controllare, che impone l’utilizzo di un numero elevato di sensori ed attuaFigura e3le- Energia potenziale una cavità eccitata da un monopolo Linea gross dato segnale (o i dati di riferimento risposeragionevoli.

Figura 3. acustica - Energia di potenziale acustica di una cavità eccitata acustico. da torisegnali) per produrre effetti di controllo Figura 3di -controllo.

Energia potenziale acustica di unacavità cavitàcontrollata eccitata dadaun1,monopolo acustico.

Linea grossa-blu, unfini-rosse monopolo acustico.

Linea grossa-blu, Linee nessun controllo.

Linee 2,nessun 3, 4, 5,controllo.

10, 20 sensori-attuatori modali tra i sensori di errore eCome gli attuatori La preesempio viene Linee analizzato l’effetto prodotto da un controllore ideale (quindi in grado diideali fini-rosse cavità controllata da 1, 2, 3,5, 4, 10, 5, 10, 20sensori-attuatori sensori-attuatori nessun controllo. fini-rosse cavità controllata da 1, 2, 3, 4, 20 modali che progressivamente cancellano i primi 1, 2, 3, …

20 modi della cavità.

Linea a tratti-verde cavit senza di un controllore efficientequalsiasi non comporta automaminimizzare funzione di costo) sulideali campo acustico generato in una cavità modali che3,progressivamente cancellano i primi 2, 3,rettangolare … 20 cavità conche progressivamente cancellano i primi 1, 2, …

20 modi della cavità.

Linea a1,tratti-verde trollata da un sistema con 20 monopoli acustici guidati in modo da minimizzare il valore medio qu ticamente buone prestazioni di controllo se i sensori e gli modi della cavità.

Linea a tratti-verde cavità controllata da uninsi-basso a da una sorgente didei tipo monopolo ideale posizionata in prossimità dell’anglo trollata da un sistema con 20acustico monopoli acustici guidati in modo da minimizzare il valore medio quadrato segnali dʼerrori misurati da 20 sensori di pressione acustica. stema con 20 monopoli acustici guidati in modo da minimizzare il attuatori di controllo che sonodei stati scelti non simisurati accop-da 20 sensori di pressione acustica. segnali dʼerrori valore medio quadrato dei segnali d’errori misurati da 20 sensori di piano efficacemente con il campo acustico primario da pressione acustica. controllare. Anche la miglior configurazione di sensori e secondo modo naturale acustico della cavità, il picco della prima risonanza acustic attuatori porterebbe a risultati mediocri se l’algoritmo secondo modo naturale acustico della cavità, il picco della prima risonanza acustica dovuta aldella secondo modo naturale di tipo (1,0,0) non di controllo non convergesse verso il minimo fun- Similmente quandoacustico i primi R modi acustici vengono can-appare sullo sp vuta al secondo modo naturaleconacustico di ditipo (1,0,0) non appare sullo spettro zione costo di ottimizzazione o fosse perfino instabile e cellatidella ilcavità. sistema controlloquando ideale, le primeRR-1 modi acustici ven dellʼenergia potenziale Similmente i primi 5 R modi acustici vengono dellʼenergia potenziale della cavità.

Similmente quando i primi quindi divergesse. Il primo aspetto viene normalmente risonanze scompaiono dallo spettro dell’energia potencancellati con il sistema di controllo ideale, le prime R-1 risonanze scompaiono R -1 risonanze scompaiono dallo cancellati con il sistema di controllo ideale, le prime riportato come la fisica del sistema di spettro controllo.dellʼenergia La sfida ziale della cavità.

Il grafico in Figura 3 evidenzia che, ad potenziale della cavità.

Il grafico in Figura 3 evidenzia che, spettro dellʼenergia potenziale della cavità.

Il grafico in Figura 3 evidenzia che, ad eprincipale del controllo del rumore e delle vibrazioni nel esempio, con un controllore ideale a 5 canali, la risposta sempio, con un controllore ideale a 5 canali, la risposta acustica della cavità viene r con un controlloreacustica ideale adella 5 canali, risposta acustica della cavità dominio audio delle frequenzesempio, è data dalla complessità cavitàlaviene ridotta fino a frequenze pariviene ridotω1la,lache per la cavità presa in c fino che a frequenze pari ala3laprima volte larisonanza prima risonanza geometrica dei disturbi primari controllare, impo3 volte primarisonanza cavità presa ω1 ,, che che per per cavità presa in consitada fino atafrequenze pari a 3avolte derazione ha frequenza pari28.6 a circa Hz. Per acustico ne l’utilizzo di un numero elevato di sensori attuatori in a considerazione ha28.6 frequenza paricontrollare a il circa 28.6 il Hz.campo Per nella derazione ha ed frequenza pari circa Hz. Per controllare campo acustico ca- nell vità fino ad una frequenza pari a circa 5 volte la frequenza della prima risonanza, per produrre effetti di controllo ragionevoli. controllare il campo acustico nella cavità fino ad una vità fino ad una frequenza pari a circa 5 volte la frequenza della prima risonanza, è inCome esempio viene analizzato l’effetto prodotto da un frequenza 5 volte la frequenza dellaè prima vece richiesto un sistema di pari controllo con 20Questo canali. al fatto vece richiesto un sistema di controllo cona circa 20 canali. è Questo dovuto aldovuto fatto che, comeche, c controllore ideale (quindi in grado di minimizzare è invece un sistema di controllo con eccitati in mod mostrato inqualFigurarisonanza, 4, per una cavitàrichiesto rettangolare il numero di modi

mostrato in Figura 4, per una cavità rettangolare il numero di modi eccitati in modo significativo ogni frequenza di eccitazione, cioè il cosidetto di sovrapposiz gnificativo ad ogni ad frequenza di eccitazione, cioè il cosidetto ʻfattore diʻfattore sovrapposizione modaleʼ, cresce rapidamente con la frequenza.

Infatti, per cavità rettangolari, modaleʼ, cresce rapidamente con la frequenza. Infatti, per cavità rettangolari, il fattore il fa di sovrapposizione dato da [27,28] di sovrapposizione modale èmodale dato daè[27,28] 9

(5)

(5)

2 ω + PAω⎫ + P ⎫ , ⎧) V=ω22ζω ⎧ VAω ( ω ) 2 ζω ( ω M n = , M (ω ) = 2ζωn (ω ) = 2ζω + +

2 2e dim alluminio di spessore 1.pannello co cavità, il vuta piccoaldella primaacustico risonanza do- [5]. secondo modo naturale acustico diSetipo (1,0,0) non appare1 1sullo alluminio spessore mm espettro utadella al secondo modo naturale di acustica tipo (1,0,0) non appare sullodi spettro di controllo ad esempio si desiderasse controllare le vibrazioni di=1× un dn alluminio spessore mm edimensioni dimensioni ×l yl y= 1×0di 05.mm 5m 2 2 l xl× xdimensioni alluminio alluminio di spessore mm mm dimensioni llm ×, ll,ilyy il== alluminio didi spessore 11imm eedidimensioni ldi lvengono , ilee numero sorgenti xx × alluminio spessore mm dimensioni lx x××spessore ly y ==1× 1×00.5.115m 2m , il numero di sorgenti rale acustico di tipo (1,0,0) non appare sullo spettro R modi acustici dellʼenergia potenziale della cavità.

Similmente quando primi R modi acustici vengono ellʼenergia potenziale della cavità. Similmente quando i primi controllo necessario per produrre alluminio di spessore 1 mm e dimensioni l × l = 1× 0 .

5 m , il numero di sorgenti d controllo necessario per lʼazione didicontrollo inindi una dat x produrre y controllo necessario per produrre lʼazione controllo una da controllo controllo necessario necessario per per produrre produrre lʼazione lʼazione di contro contr modi acustici vengono avità.

Similmente quandodii controllo primi controllo necessario per lʼazione di inin una data banda frequen Rprodurre -1 risonanze scompaiono dallo cancellati con ilRsistema dilecontrollo le prime controllo necessario per produrre lʼazione di controllo controllo una data bandadididiquello frequen Rideale, -1necessario risonanze scompaiono dallo ancellati con il sistema ideale, prime sarebbe molto minore tro sarebbe molto minore di quello trovato per la cavità rettangolare.

I sarebbe molto minore di quello trovato per la cavità rettangolare. controllo per produrre lʼazione controllo in una data banda di frequenza sarebbe molto molto minore minore di quello quello trovato trovato per per la la cavità cavità cavit R-1 risonanze scompaiono dallo ontrollo ideale, lespettro prime sarebbe molto didi trovato per lalacavità rettangolare.

Infatti fattore didiss dellʼenergia potenziale della cavità.

Ilminore grafico inquello Figura 3sarebbe evidenzia che, ad e-di sarebbe molto minore quello trovato per cavità rettangolare.

Infattiilil fattore pettro dellʼenergia potenziale della cavità.

Il grafico in Figura 3 evidenzia che, ad evrapposizione modale per piastre vrapposizione modale per piastre sottili è dato da [27,28] vrapposizione modale piastre sottili èpiastre dato da [27,28] sarebbe molto minore diper quello trovato per laper cavità rettangolare.

Infatti il fattore di vrapposizione vrapposizione modale per piastre sottili sottili èè dato dato da da so [27 [2 della con cavità.

Il grafico Figura evidenzia che, evrapposizione piastre sottili èèdato da [27,28] sempio, in con un acontrollore a ad 5 acustica canali, lamodale risposta acustica della cavità viene ridot-per vrapposizione modale per piastreridotsottili dato damodale [27,28] empio, un controllore ideale 53canali, laideale risposta della cavità viene vrapposizione modale per piastre sottili è dato da [27,28] ale a 5a canali, la ta risposta viene ω1 presa , che per la cavità presa in consifinoa a3acustica frequenze paricavità a 3 volte laωridotprima 1 1 , che risonanza per la cavità in consifino frequenze pari volte la della prima risonanza 1 11 4 4 ρ ω , che per la cavità presa in consilte la prima risonanza S h ρ S h ⎞ ⎛ ⎞ p ,(ω ) S= ⎛ 1 derazione ha frequenza pari a circa 28.6 Hz. Per controllare il campo acustico nella ca1 (6) M erazione ha frequenza pari a circa 28.6 Hz. Per controllare il campo(6) acustico nella caρηω S)S)=⎛=ηω ρhhn4⎞n⎞p4M ω(ω)(()=ω ηω (4M MMp (pω(ω ηω , S (6) = ⎛ ⎟ ⎜ ⎟==ηω ⎜ p ω ηω ηω ω ω ηω ) ) ( ( ) ) (6) (6) = = n n ω ηω ω ηω ( ) ( ) , (6) = = M n p p p p ω ηω ω ηω ( ) ( ) , (6) = = M n ρ S h ⎟ ⎜ ⎞ ⎛ ⎟ ⎜ circa 28.6 Hz. Per controllare il campo acustico nella caπ 4 D vità fino ad una frequenza pari a circa 5 volte la frequenza prima pdella p prisonanza, è inπ 4 D p ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ità fino ad una frequenza pari a circa 5 volte la frequenza della prima risonanza, è in44π (6) come mostrato in (6) M p (ω ) = ηωn p (ω ) = ηω 44π⎜π⎝⎝ DD 20 canali. Questo è dovuto al fatto che, ⎟ ⎠⎠ , i a circa 5 volte la frequenza della prima risonanza, è invece richiesto un sistema dicanali. controllo con 20modi canali.alQuesto è dovuto 4πcome ece richiesto un Figura sistema di controllo 20 fatto che, come al fatto che, ⎝D⎠ 4, per una cavitàcon rettangolare il Questo numero èdidovuto modale d dove npiastra, (ω ) è ηlaηèèdensità ontrollo con 20 canali. èsignificativo dovuto al fatto che, come mostrato in cavità Figura 4, per unaogni cavità rettangolare numero eccitati in modo si- piastra, ppiastra, mostrato in Figura 4, perQuesto rettangolare il frequenza numero didimodi indi densità della dove diηη èèla lasidensità della dove èilililfattore fattore dismo (modo ω) modi )èdella dove n n eccitati inuna modo ad ecci-ileccitati la densità della p (pω dove dove èèηla la modale modale della della piastra, piastra, èèsm ii nnpp((ω ωmodale )modale )modale η modale piastra, dove èèdensità ildensità di smorzamento struttura nnsidove èlaladensità densità modale della piastra, ilfattore fattore struttura (ω)) ècioè p p(ω 3 di smorzamento 2 cavità rettangolare il numero di modi eccitati in modo gnificativo ad ogni frequenza di eccitazione, il cosidetto ʻfattore di sovrapposizione nificativo ad ogni frequenza eccitazione, cioè il cosidetto difattore sovrapposizione 3di3 smorzamento 2piastra, tazione, cioè ildi cosidetto ‘fattore didove sovrapposizione strutturale, 2 η sono lamodensità modale della è il 22la fattore smorzamento Dlarigidezza =rigidezza Ehdi 12 (flessionale, 1flessionale, −ν ) ,, S estrutturale hlasono la n p (ω ) èʻfattore 33e eh hsono = Eh 12 ( 1 − ν ) , S la superfic = Eh 12 ( 1 − ν ) , S superf 33 2 2 DD D == Eh Eh 12 12 ((11− )) ,, SSlaela elasuperfice hhsuperfice sono sono la laerigidezza rigidezza flession flessio di eccitazione, il, cresce cosidetto dicon sovrapposizione modaleʼ, cresce con frequenza.

Infatti, cavità rettangolari, il−ννfattore DDla ==Eh 12 ν2νrettangolari, )), ,SSeeeper hhsono lala rigidezza flessionale, elo del Eh 12(1(1−−per sono laD rigidezza flessionale, elo lospessore spessore de dale’ rapidamente la frequenza. sono rigidezza flessionale, modaleʼ, cresce cioè rapidamente conʻfattore larapidamente frequenza.

Infatti, per cavità il fattore 3 Infatti, piastra eilsuperfice ρmodulo , E and νYoung sono den D = Eh 12 ( 1 − ν ) , S e h sono la rigidezza flessionale, la superfice e lo spessore della piastra e ρ , E and ν sono la densità, il modulo di elaeil piastra e ρ , E and ν sono la densità, di Young ilrap con la frequenza.

Infatti, per cavità rettangolari, il fattore dimodale sovrapposizione modale dato da [27,28] piastra piastra e e ρ ρ , , E E and and ν ν sono sono la la densità, densità, il il modulo modulo di di ddr cavità rettangolari, il fattore di èsovrapposizione modale spessore della piastra e , and sono la densità, i sovrapposizione è dato da [27,28] piastra e ρ , E and ν sono la densità, il modulo di Young e il rapporto di Poisson piastra e ρ , E and ν sono la densità, il modulo dimateriale Young edella il rapporto di Poisson piastra.

Questa esp piastra e ρ , E and ν sono la densità, il modulo di Young e il rapporto di Poisson de materiale piastra.

Questa espressione che, sisipuò ato da [27,28] è dato da [27,28] materiale piastra.

Questa espressione indica che,come come pu il modulodella didella Young e il rapporto di Poisson del indica materiale materiale materiale della della piastra. piastra.

Questa Questa espressione espressione indica indica ch ch materiale Questa espressione indica che, come sisi vedere nel grafico materialedella dellapiastra. piastra.

Questa espressione indica che, come può vedere nel grafico Figura 4, ilpuò fattore di sovrapposiz 2 Figura 4, il fattore di sovrapposizione modale per pannelli rettan (5) della piastra.

Questa espressione indica che, come si può Figura 4, il fattore di sovrapposizione modale per pannelli rett 2 materiale della piastra.

Questa espressione indica che, come si può vedere nel grafico d ω ω V A P ⎧ ⎫ Figura Figura 4, 4, il il fattore fattore di di sovrapposizione sovrapposizione modale modale per per V A P ω ω ⎧ ⎫ Figura 4, il fattore di sovrapposizione modale per pannelli rettangolari cresce linea Figura 4, il ⎨fattore +di sovrapposizione modale permente pannelli rettangolari cresce line con lacontrollo frequenza.

Quindi, q 2 (ω ) = 2ζω n (ω ) , ( ) 2 ( ) 2 ω ζω ω ζω M n (5) = = + ⎬ vedere nel grafico di Figura 4, il fattore di sovrapposizione M = + + , 2 ζω 5) mente con la frequenza.

Quindi, quando il controllo è desiderato fi c c mente con la frequenza.

Quindi, quando il è desiderato Figura 4, il fattore di sovrapposizione modale per pannelli rettangolari cresce linear2 3 2 2 ⎨ ⎬ Aω c P ⎫ ⎧ Vωc 2 mente 3 2 2 la frequenza. mente mente con con la la frequenza. frequenza.

Quindi, Quindi, quando quando ilil controllo controllo con Quindi, quando il controllo è desiderato fino a frequenze aud 2 c 8 π c 16 π c mente con la frequenza.

Quindi, quando il controllo è desiderato fino a frequenze au ⎩ ⎭ 2 π c 8 π c 16 π c medio-alte, potrebbe essere conve , ωnc (ω ) = 2ζω ⎨ 2 3 + 2 2 + ⎩ mente con la frequenza. ⎭ medio-alte, ⎬ modale per potrebbe pannelli rettangolari cresce linearmente con conveniente controllare lalavibrazione d medio-alte, potrebbe essere conveniente controllare vibrazione Quindi, quando ilessere controllo èladesiderato fino a frequenze audio medio-alte, medio-alte, potrebbe potrebbe essere essere conveniente conveniente controllare controllare medio-alte, conveniente controllare delle pareti della cav medio-alte,potrebbe potrebbelaessere essere conveniente controllare lavibrazione vibrazione delle pareti della ca ⎩ 2π c 8π c 16πc ⎭ tà, e quindi la trasmissione del suo frequenza.

Quindi, quando il controllo è desiderato fità, e quindi la trasmissione del suono verso lʼinterno della cavità, tà, e quindi latà, trasmissione verso lʼinterno della cavità, medio-alte, potrebbe essere conveniente controllare lasuono vibrazione pareti della cavip tà, eeverso quindi quindi la ladel trasmissione trasmissione del deldelle suono suono verso verso lʼinterno lʼinterno tà, emodaleʼ, lala trasmissione del suono lʼinterno della piuttosto che ilil camp tà, e, quindi quindi trasmissione del suono verso lʼinterno dellacavità, cavità, piuttosto che cam acustico nella cavità stessa.

Quest ζ no a frequenze audio medio-alte, potrebbe essere convedove cosidetta modale’ , e dove nc ʻdensità (ω ) èè lalamodaleʼ, cosidetta e c , , V , A , P sono rispettivamente la veζ eʻdensità c, ‘densità , V A , P sono rispettivamente la veove nc (ω ) è la cosidetta acustico cavità stessa.

Questo dovrebbe essere particolarmen acustico nella cavità stessa.

Questo dovrebbe essere particolarme tà,acustico e quindinella la trasmissione delnella suono verso lʼinterno della cavità,Questo piuttosto che il campo acustico acustico nella nella cavità cavità stessa. stessa.

Questo dovrebbe dovrebbe essere essere esser cavità stessa.

Questo dovrebbe essere particolarmente applicabile alle acustico nella cavità stessa.

Questo dovrebbe essere particolarmente applicabile alle niente lalaterale vibrazione delle pareti della cavità, eesterno la velocità del suonsità modaleʼ, e c, ζ , Vdel , A, P sono sonoilrispettivamente rispettivamente la vetuazioni di rumore trasme tuazioni didirumore esterno trasmesso principalmente solo dada una rapportoildivolume, smorzamento, il volume, lacontrollare superficie della cavituazioni rumore esterno trasmesso principalmente solopareti una acustico cavità stessa.

Questo dovrebbe essere particolarmente applicabile alle sip ocità del suono, illocità rapporto suono, di smorzamento, lanella superficie laterale della cavituazioni tuazioni di disuono rumore rumore esterno esterno trasmesso trasmesso principalment principalment tuazioni di rumore esterno trasmesso principalmente solo da una parte delle lat tuazioni di rumore esterno trasmesso principalmente solo da una parte delle pareti la quindi la trasmissione del verso l’interno della cano, il rapporto di smorzamento, il volume, la superficie rali della cavità. smorzamento, il volume, la superficie laterale della cavirali della cavità. tà e il perimetro formato degli spigoli della cavità.

Questa espressione indica che, ad alrali della cavità. tuazioni di rumore esterno trasmesso principalmente solo da una parte delle pareti lateà e il perimetro formato degli spigoli della cavità.rali Questa espressione indica che, adrali al-ildella rali della cavità. cavità. della cavità. rali della cavità. campo acustico nella cavità stessa. laterale della cavità e il perimetro formato degli spigoli vità, piuttosto che In pratica solitamente i sistem dellailcavità.

Questa espressione indica che, ad alInInpratica icresce del rumore utilizz te frequenze, ileccitati numero di modi eccitati significativamente ad ognisolitamente frequenza condidicontrollo pratica solitamente isistemi sistemi controllo del rumore utiliz rali della cavità. e spigoli frequenze, numero di modi significativamente adalte ogni frequenza con In pratica pratica solitamente solitamente iutilizzano idegli sistemi sistemi di di controllo controllo del del In pratica solitamente sistemi di controllo del rumore utilizzano come attuatori Questoidovrebbe essere particolarmente applicabile alle della cavità.

Questa espressione indica che, ad freIn pratica solitamente icresce sistemi diIn controllo delcontrollo rumore come attuator altoparlanti e come dicubo eccitati significativamente ad ogni frequenza cresce con controllo degli altoparlanti e come sensori dʼerrore dei microfoni. il cubo della frequenza di eccitazione.

Il fattore di sovrapposizione modale può essere controllo degli altoparlanti e come sensori dʼerrore dei microfon In pratica solitamente i sistemi di controllo del rumore utilizzano come attuatori d della frequenza di eccitazione.

Il fattore di sovrapposizione modale può essere controllo controllo degli degli altoparlanti altoparlanti ee come come sensori sensori dʼerrore dʼerrore situazioni di rumore esterno trasmesso principalmente quenze, il numero di modi eccitaticontrollo significativamente degli eecome sensori dʼerrore dei microfoni.

La funzione didicos controllo deglialtoparlanti altoparlanti come sensori dʼerrore dei microfoni. funzione co da minimizzare èLa quindi stimata da itazione. Il fattore di sovrapposizione modale può essere da minimizzare è quindi stimata da un certo numero di microfoni c efficacemente usato per stimare la complessità della risposta modale del sistema conda minimizzare è quindi stimata da un certo numero di microfoni controllo degli altoparlanti e come sensori dʼerrore dei microfoni.

La funzione di costo fficacemente usato per stimare la complessità della risposta modale del sistema conda daun minimizzare minimizzare èè acustico quindi quindi stimata stimata da da un un certo certo numero numero solo stimata da una parte delle pareti laterali della cavità. ad ogni frequenza cresce con il cubo della frequenza da èèquindi da certo numero didi microfoni che misurano ilildicam daminimizzare minimizzare quindi stimata da un certo numero microfoni che misurano cam inInoltre, un numero finito po re la complessità della risposta modale del sistema conacustico in un numero finito di posizioni. il campo acustic trollato.

Pertanto può essere utilizzato per stimare il numero di sorgenti di controllo neacustico in un numero finito di posizioni.

Inoltre, il campo acusti da minimizzare è quindi stimata da un certo numero di microfoni che misurano il campo ollato. Pertanto di può essere utilizzato stimareacustico il numero controllo ne- iInoltre, In di pratica solitamente sistemi diilcampo controllo del eccitazione.

Il fattoreper di sovrapposizione modale può acustico acustico in in un un numero numero finito finito di dirumore posizioni. posizioni.

Inoltre, Inoltre, ilil inindi un numero finito didi posizioni. il acustico di èègen acustico unsorgenti numero finito posizioni.

Inoltre, campo acustico dicontrollo controllo ge rato da un certo numero di èaltopa tilizzatoa per stimare il efficacemente numero di sorgenti di controllo nerato dada un certo numero di altoparlanti che possono riprodurre sol cessarie adi produrre lʼazione di controllo desiderata inrato una data banda dida frequenza, un certo numero di altoparlanti che possono riprodurre s acustico in un numero finito di posizioni.

Inoltre, il campo acustico di controllo gene essarie produrre lʼazione controllo desiderata in una data banda di frequenza, utilizzano come attuatori di controllo degli altoparlanti e essere usato per stimare la complessità rato rato da un un certo certo numero numero di di altoparlanti altoparlanti che che possono possono rato riprodurre solo ininmodo parziale ratoda daun uncerto certonumero numerodidialtoparlanti altoparlantiche chepossono possono riprodurre soloottimale modo parzial campo acustico di control controllo desiderata in una data banda di frequenza, campo acustico ottimale di controllo che minimizza la funzione di campo acustico ottimale di controllo che minimizza la minimizza funzione di da un certo numero didisensori altoparlanti cheminimizza possono riprodurre solo in modo parziale come d’errore microfoni.

Lafunzione funzione di costo della risposta modale del sistemarato controllato.

Pertanto campo campo acustico acustico ottimale ottimale di di controllo controllo che che minimizza campo ottimale che lala di stimata con campoacustico acustico ottimale dicontrollo controllo chedei minimizza funzione dicosto costo stimata conii minimizzare quindi stimata la dafunzione un certo numero può essere utilizzato per stimare ilcampo numeroacustico di sorgenti di da di ottimale controllo èche minimizza di costodistimata con i

7

controllo necessarie a produrre l’azione di controllo desiderata in una data banda di frequenza, 7

7

microfoni che misurano il campo acustico in un numero finito di posizioni. Inoltre, il campo acustico di controllo è generato da un certo numero di altoparlanti che possono riprodurre solo in modo parziale il campo acustico 8 ottima88 la funzione di costo8stimata le di controllo che minimizza 8 con i microfoni d’errore.

88

Figura 4. Fattore di sovrapposizione modale per una cavità di di- m3 (linea grossa- Fattore di sovrapposizione modale per una cavità di dimensioni 6×2.5×1.8 3 2 mensioni 6×2.5×1.8 m (linea grossa-blu) e per un pannello di ala tratti-rossa). r un pannello di alluminio con spessore 1 mm e dimensioni 1×0.5 m (linea 2 luminio con spessore 1 mm e dimensioni 1×0.5 m (linea a trattirossa).

ione modale per una cavità di dimensioni 6×2.5×1.8 m3 (linea grossa-

la banda di frequenza di controllo per un dato Figura numero di sorgenti 5 - Schema di un sistema Active Noise Control multicanale con architettura feedback a tratti-rossa). oper concalcolare spessore 1 mm e dimensioni 1×0.5 m2 (linea Figura 5. di un sistema Active Noise multicanale per la riduzione delSchema rumoredi stocastico in cabina di aerei conControl propulsione a getto (a) e allʼinterno rollo [5]. Se ad oppure esempio si desiderasse controllare le vibrazioni di un pannello con architettura feedback per la riduzione del rumore stocastico in per calcolare la banda di frequenza di controldi autovetture con motore a scoppio (b).

2 cabina di aerei con io di spessore lo 1 per mmune dato dimensioni .5 m , [5]. il numero di sorgenti di propulsione a getto (a) e all’interno di autovetnumero dil sorgenti di 0 controllo Se ad ture x × l y = 1× con motore a scoppio (b). da di frequenza esempio di controllo per un dato numero di sorgenti si desiderasse di banda un o necessario per produrre lʼazione dicontrollare controlloleinvibrazioni una data di frequenza pio si desiderasse controllare le vibrazioni di un1pannello dimicrofoni dʼerrore. In questo caso, i filtri ottimali sono derivati dalle Equazioni (4a-c) pannello di alluminio di spessore mm e dimensioni molto minore di quello trovato2 per la cavità rettangolare.della Infatti il fattore di so- sopra. Se ad esempio si studia un sistema pratico che ha formulazione presentata di di controllo m e dimensioni l x × l y = 1× 0.5 m ,, ilil numero numerodidisorgenti sorgenti sizione modale per piastre sottili è dato da [27,28] venti altoparlanti di controllo uniformemente distribuiti nel volume della cavità (per necessario per produrre l’azione di controllo in una data In questo caso, i filtri ottimali sono derivati dalle Equaodurre lʼazione di controllo in una data banda di frequenzasemplicità modellati come monopoli) e venti microfoni dʼerrore (modellati come sensobanda di frequenza sarebbe molto minore di quello tro- zioni (4a-c) della formulazione presentata sopra. Se ad ello trovato per la cavità rettangolare. Infatti il fattore 1di so-ri ideali di pressione) posizionati nelle vicinanze degli altoparlanti di controllo, allora, esempio si studia un sistema che venti altovato per la cavità rettangolare. Infatti come mostrato in Figura 3, la riduzione dellapratico funzione di ha controllo desiderata, cioè della S ⎛ ilρfattore h ⎞ 4 di sovrapiastre sottili è dato da ω ηω ω ηω ( ) ( ) , = = M [27,28] n parlanti di controllo uniformemente distribuiti nelavoluposizione modale per piastre sottili è dato da [27,28] ⎟ ⎜ energia potenziale acustica della cavità, viene raggiunta soltanto basse frequenze fino p p 4π ⎝ D ⎠ a 2.5 volte la prima risonanza della cavità ω .

A frequenze più alte le approssimazioni, 1 4 introdotte dai microfoni di errore per stimare la funzione ottimale di costo e dagli altoS ⎛ ρh ⎞ ηω ⎜della (ω ) = ηω , n p (ω ) =modale ⎟ piastra, parlanti per generare il campo acustico di controllo ottimale, possono portare perfino ad p(ω ) è η la densità è il fattore di smorzamento strutturale, p 4π ⎝ D ⎠ un incremento, piuttosto che ad una riduzione, del livello di rumore nella cavità. Il risul3 10 spessore 12(1 −ν 2 ) , S e h sono la rigidezza flessionale, la superfice e lo della tato presentato in Figura 3 é stato derivato assumendo che microfoni e altoparlanti del sistema di controllo siano η èlaildensità, piastra, fattore di strutturale, edale ρ ,della E and ν sono il smorzamento modulo di Young e il rapporto di Poisson deluniformemente distribuiti nel volume della cavità. Sebbene 1

questa può sembrare una buona distribuzione, in pratica la posizione di sensori e attua-

prodotto ruote e dalle turbolenze dea dalle eruote dalle turbolenze dellʼaria sulla carrozzeria di un autovettura (Figudalle ruote dalleeprodotto turbolenze dellʼaria carrozzeria didalle un autovettura (Figudalle ruote esulla dalle turbolenze dellʼaria carrozzeria di un raprodotto 5b). prodotto ra 5b).

Come mostrato nel diagramma a blocchi nelsulla dominio della pulsaz ra 5b). ra 5b). ra 5b). ra 5b). ra 5b). raCome 5b).

Come mostrato diagramma amostrato blocchi nel della pulsazione angolare ω angolare Figura 6nel - Diagramma anel blocchi un sistema Noise Control multicanale con archineladominio diagramma adominio blocchi nel dominio della pulsazio Come mostrato diagramma nel della pulsazione di Figura 6, i di segnali , sdella sblocchi ,Active snel ,L che gli altoparlanti di con Come mostrato nel a guidano blocchi nel dominio della 1dominio 2diagramma mCome ergia potenziale acustica di una cavità eccitata da Come un monopolo acustico.

Linea grossa-blu, mostrato nel diagramma blo mostrato nel diagramma a blocchi dominio della pulsazione angolare ωapul nel a mostrato blocchi nel pulsazione angolare ω Come nel diagramma a blocchi nel dominio della pulsaz di controllo feedback per la riduzione dei disturbi stocastici. di Figura 6, Come imostrato segnali , s1tettura , di sdiagramma , L s che guidano gli altoparlanti di controllo sono otte2 Figura m 6, i segnali , s , s , L s che guidano gli altoparlanti di contr lo. Linee fini-rosse cavità controllata da 1, 2, 3, 4, 5, 10, di 20 Figura sensori-attuatori modali ideali 6, i segnali , s , s , L s che guidano gli altoparlanti di controllo sono ott di Figura 6, i segnali , s , s , L s che guidano gli altoparlanti di 1 2 m 1 che m guidano e1di , eguidano L en gli misurati micro inviando retroazione i 2gli segnali 1altoparlanti di Figura 6, , sottesaltoparlanti ,sono Ldai che di Figura 6, i segnali ,2simin sFigura che altoparlanti di, controllo di Figura 6, i segnali s1 , snuti guidano controllo sono 2i , segnali di 6, segnali sgli sm mmicrofoni che co 1 , s 2ottem di 1 , ,ss 2 ,m L 2, L 1 , s 2 , L, dai amente cancellano i primi 1, 2, 3, … 20 modi cavità.inLinea a tratti-verde cavità cone , e , L e misurati dʼerrore tranuti della inviando retroazione i segnali , 1 2 n e1misurati , eh2 e, 1,L misurati dai microfo nuti inviando ini retroazione segnali ,2 ,edai e1L , misurati ei,di ,L eninviando dʼerrore tr nutiininviando in retroazione segnali ,segnali , e e misurati dai mic nuti inviando in retroazione i nL ,microfoni 2e h h .

Come trovato mite un gruppo di funzioni controllo n e nuti in retroazione i segnali sistema con 20 monopoli acustici guidati in modo da minimizzare il in valore medio quadrato e , e , misurati dai microfoni dʼerrore tranuti inviando retroazione i segnali e , e , L e dai microfoni dʼerrore tranuti inviando retroazione i segnali , e1 ,11e2per , 12Llʼarchitettura nuti inviando in segnali , en mnmisurati dai micro 1, 1 2n 1 in2 retroazione h , h , L h .

Come trovato mite un gruppo di funzioni di controllo , 11 12 mn dalle ruote edidalle turbolenze dellʼaria sulla (Figurrori misurati da 20 sensori di pressione acustica. prodotto hgruppo ,. hCome . Come trovato pe mite un gruppo funzioni controllo ,trovato hdiil h di ,h carrozzeria L hCome per lʼarchitettu mite unfunzioni gruppo funzioni didi ,L h,un ,hautovettura L trova mite un gruppo di controllo 11gli mn complessi di feed-forward, n11,hdi fasori dei segn 11 ,vettore mn 12L mn h un di funzioni di. Come controllo h, 11funzioni , h,complessi .,con mite un gruppo di il funzioni controllo ,controllo h11controllo ,dihfasori L Come trovato per lʼarchitettura un di dicontrollo controllo h1112h,trovato h,mnhlʼarchitettura . Come trovato mite undi gruppo funzioni di.12mite ,per 12h,mnL mn dei 12 12della dimite controllo feed-forward, vettore con gli n segnali pressioragruppo 5b). dine controllo feed-forward, il vettore con gli n fasori complessi dei segnal e ( ω ) acustica misurati dai microfoni dʼerrore può essere espresso di controllo feed-forward, il vettore con gli n fasori complessi dei segnali della pressi di controllo feed-forward, ildivettore con gli nsegnali fasori complessi dei controllo feed-forward, il vettore con di controllo feed-forward, il dʼerrore vettore con gli n fasori complessi dei della pressiocontrollo feed-forward, ildi vettore confeed-forward, gli fasori complessi dei segnali della pressiocontrollo ilessere vettore con gli nω fasori complessi deiω segscg Come mostrato nel diagramma aen(blocchi nel dominio della pulsazione angolare ω ) può nediacustica misurati dai microfoni espresso come la somma e ( ) nedel acustica misurati dai microfoni dʼerrore può essere espresso e ( ω ) ne acustica misurati dai microfoni dʼerrore può essere espresso come la somm d ( ω ) vettore con le pressioni acustiche generate dal disturbo prima vettore con le pressioni acustiche generate dal dime della cavità (per semplicità modellati come monoe ( ω ) ne acustica misurati dai microfoni dʼerrore può essere espres ne misurati dai microfoni dʼerr edal (ω )disturbo ne acustica misurati daisacustica puòacustica essere espresso come la somma e(ωguidano ) può nevettore acustica misurati dai microfoni dʼerrore essere espresso come la somma edi (in ωcontrollo )corrisponne dai microfoni dʼerrore può essere espresso do naturale acustico della cavità, ildel picco della acustica do-, misurati di Figura 6,risonanza i le segnali ,microfoni sacustiche s dʼerrore che gli altoparlanti sono ottedprima (ω ) come con pressioni generate primario 1sturbo 2, L primario inacustiche corrispondenza deiacustiche microfoni d’errore edisturbo poli) e venti microfoni d’errore (modellati sensori dmicrofoni (ω )mdcon del vettore lecon pressioni acustiche generate dal primari d ( ω ) del vettore con le pressioni generate dal disturbo primario in corrispo ( ω ) del vettore le pressioni generate dal disturbo pr denza dei dʼerrore e del vettore ( ) d ω con le pressioni acust d ( ω ) del vettore con le pressioni acustic (ωdegli del vettore con pressioni generate dal disturbo primario indʼerrore corrisponc generate dnon (ω ) d del vettore con pressioni acustiche generate dal disturbo primario in corrisponondo modo naturale acustico di denza tipo (1,0,0) appare sullo spettro d(acustiche ω del vettore con pressioni acustiche dal disturbo prim e)1 , con ele L edel misurati dai microfoni tranuti inviando in)leretroazione i segnali , pressioni dei microfoni eledel d c)(ω con lepressioni acustiche generate dadelvettore vettore ideali di pressione) posizionati nelle vicinanzedʼerrore alacustiche generate da2 , le n denza dei microfoni dʼerrore e vettore ( ) d ω con le pressioni acustich denza dei microfoni dʼerrore e del vettore ( ) d ω con le pressioni acustiche generate denza e le del vettore )dʼerrore dacustiche con le pressioni acd c gli altoparlanti didcontrollo in corrispondenza dei microfoni dʼer R microfoni modi acustici vengono potenziale della cavità. di Similmente quando i primi ccon c (ωgenerate dei microfoni e del davettore denza dei dʼerrore edei delmicrofoni vettore )lesempre ωsempre pressioni generate denza dei microfoni e gli deldei vettore ) d,dʼerrore con pressioni acustiche datoparlanti controllo, gli allora, come mostrato indʼerrore Figura altoparlanti di controllo in corrispondenza dei denza microfoni dʼerrore edenza del vettore dtrovato lelʼarchitettura pressioni acus c (dei c (ω c (ω ) con altoparlanti di controllo sempre in corrispondenza microfoni dʼerrore: h h , L h .

Come per mite un gruppo di funzioni di controllo , 11corrispondenza 12 mn glidialtoparlanti di controllo sempre in corrispondenza dei microfoni dʼerro R-1 risonanze scompaiono dallosempre on il sistema di ideale, prime di gli altoparlanti controllo in deicorrispondenza microfoni dʼerrore: gli altoparlanti di controllo sempre in dei microfoni 3, controllo la riduzione della le funzione microfoni d’errore: gli altoparlanti di dʼerrore: controllo sempre in cor glicontrollo altoparlanti di controllo sempre indicorrispondenza deiinmicrofoni gli altoparlanti di desiderata, controllo sempre in corrispondenza dei microfoni dʼerrore: gli altoparlanti controllo sempre corrispondenza dei microfoni dʼed di controllo feed-forward, il vettore con gli n fasori complessi dei segnali della pressioenergia potenziale della cavità.

Il grafico in Figura 3 evidenzia che, ad e(7) e(ω ) = d(ω ) + d c (ω ) = d(ω ) + G es (ω )s(ω ) . cioè della energia potenziale acustica della cavità, viene (7) (ω(7) ) = dai ) + d c (ω ) =dʼerrore )può ecavità d(ωmicrofoni d(ωe)(ω + Ge=es(ω s(+ ωd)+essere .ω ) = espresso ne acustica misurati un controlloreraggiunta ideale a soltanto 5 canali,a la risposta acustica viene ())ω d(=ω d)s()ω G ses=(la basse finodella a 2.5 volte (7) ridot(cω e(+d ωd()ω=()ωd+)(dω +(ω)d)=c ()+d ωeG d+ . )come ))(G ())ω (ω ω =()(G ds(())ω +).sesd((ω =)()ω d+()ω +((ω ωds)(somma s(.)ω es ()ω ) +). d.c (ω eG ωesG)()ω ω (7) (7) (ω (ω (())ω )((7) (cω ω .(dω (7)frequenze )(7) (ω) )= )ω e(ωla =e(7) d =c)d ω ( ) e ω = d ω + d = + esω c es c cavità ω1 .del frequenze più le , Ache per la d cavità presa in consiquenze pari a 3prima volterisonanza la prima della risonanza (ω )alte vettore con le pressioni acustiche generate dal disturbo primario in corrisponIn questo caso il vettore con i segnali di controllo è dato da: In controllare questo casoildei ilcampo vettore con idʼerrore segnali controllo ècon approssimazioni, introdotte dai microfoni di errore In questo il vettore i segnali di controllo datoda: a frequenza pari a circa 28.6 Hz. Per acustico nella caInper caso ilcaso vettore segnali controllo è èdato denza microfoni edi del (dato )da: ddato ωicon leèdida: pressioni generate da-di c In questo caso ilquesto vettore icontrollo segnali di controllo dato da: questo il vettore con i segnali di controllo è dato In questo caso ilacustiche vettore con ida: segnali In questo il vettore con i con segnali di controllo ècon dato In questo caso ilcaso vettore con iIn segnali dicaso èccon da: In questo caso il vettore i segnali di controllo è dato da: stimare la funzione ottimale di costo e dagli altoparlanda: una frequenza pari a circa 5 volte la frequenza della prima risonanza, è ins ( ω ) = − H ( ω ) e ( ω ) (8) , glidialtoparlanti di controllos(sempre dei microfoni dʼerrore: ti per generare il campo controllo ottimale, ) = −Hin(ωcorrispondenza )e(ω ) , (8)acustico to un sistema di controllo con 20 canali.

Questo è dovuto al fatto che, ω come s ( ω ) )s=(ω −, H(ω )e((ω ) e(,ω ) , (8) (8) s ( ω ) = − H ( ω ) e (8) s(ω ) = (ωH)(= ) ,(sω(ω (8) ω −)eH (ω(ω ) )e, (ω(8) (8)un incremento, possono portare perfino ad piuttosto che (8) s(ω ) =s− ) =) −=H−(H ω )ωe()ω ) , (8) Figura 4, per una cavità rettangolare il numero di modi eccitati in modo simatrice le) funzioni di controllo. Qu dove (7) nella cavità. Il ri) =(ωd)(ωè) +una ) = d(ωsparsa ) + G es (con )s(ω e(ωH d c (ω ω . ad una riduzione, del livello di rumore H (ω ) èʻfattore una matrice sparsa le funzioni disparsa controllo.

Quindi, sostituendo dove ad ogni frequenza di eccitazione, cioè il 3cosidetto di)sovrapposizione H (ωcon )H (èω una matrice con le funzioni diQuindi, controllo.

Quin dove Hassumen(ω è lʼequazione una matrice con ledisparsa funzioni di controllo. sostituend dove sultato presentato in Figura é stato derivato dove ènellʼequazione una con le funzioni diisostituendo con(8) (7), ilH vettore con segnali dʼerrore conQ )èsparsa dove èuna unamatrice matrice sparsa con lefunzioni funzioni dicontrollo. controllo. ( ω ) è una matrice sparsa con dove H ( ω ) è una matrice sparsa con le funzioni di controllo.

Quindi, dove H ( ω ) dove è una matrice sparsa con le funzioni controllo.

Quindi, H ( ω ) matrice sparsa con le disostituendo Qu dove esce rapidamente con la frequenza.

Infatti, per cavità rettangolari, il fattore lʼequazione (8) nellʼequazione (7), il vettore con i segnali dʼerrore con gli anelli di redo che microfoni e altoparlanti del sistema di controllo trollo.

Quindi, sostituendo l’equazione (8) nell’equazione lʼequazione (8) nellʼequazione (7), il vettore con i segnali dʼerrore con g troazione chiusi è dato da lʼequazione (8) nellʼequazione (7), il vettore con i segnali dʼerrore con gli anelli di lʼequazione (8) nellʼequazione (7), il vettore con i segnali dʼerrore In questo caso il vettore con i segnali di controllo è dato da: lʼequazione (8) nellʼequazione (7), il vet lʼequazione (8)da nellʼequazione il vettore con i segnali dʼerrore con gli anelli di re- cor lʼequazione (8)è nellʼequazione (7), il (7), vettore con i segnali dʼerrore con con gli anelli di resizione modalesiano è dato da [27,28] distribuiti lʼequazione (8) nellʼequazione (7), il gli vettore i segnali dʼerrore troazione chiusi dato uniformemente nel volume della cavità.

(7), il vettore con i segnali d’errore con anelli di retroatroazione chiusi è dato da troazione chiusi è troazione dato da chiusi è dato da troazione chiusi è dato da troazione chiusi èdadato da troazione chiusi è dato troazione chiusiè dato è dato −1 Sebbene questa può sembrare una buona distribuzione, zione chiusi dada (9) s(ω ) = −H−(1ω )e(ω )) =,[I + G es (ω )H (ω )] d(ω ) , (8) 2 in pratica la posizione −1 ωsensoriAeωattuatori P di⎫ controllo ⎧ Vdi −1 e ( ω ) = [ I + G ( ω ) H ( ω ) ] d ( ω ) (9) , e−es1((ωω))(9) =(−ω ω))H ] d−(1ω−)1 d(e,ω(ω) ) ,= [I + G ees([ωI()+ [Ies(+(ωωG))]H (9) 2ζωndeterminata M c (ω ) =viene + (9) + eH ⎨ algoritmi ⎬ , (9)(9) c (ω ) = 2ζωcon 2 (9) 3 2 2 = ]))1[(Id=ω,)(+[)ω=I]G)+[IdesG+,(ωesG)(ωesH(,)(ωH genetici e((9) ω(9) ) =e[(Iω+) G ω=G )H d(ω e(ω ()ω (ω()ω] )]d(ω ) , es c 16che π c ⎭identifica⎩ 2π c 8πdove H (ωalla ) èfunzione una matrice sparsa con[Ile+ G funzioni di controllo. Quindi, sostituendo dove la matrice no la miglior configurazione in riferimento es (ω ) H (ω ) ] è detta ʻmatrice di ritornoʼ [5]. )Hdove (ωla)la ]Gmatrice èmatrice detta [ʻmatrice diHritornoʼ [5]. ‘matrice Ilʻmatrice progetto dove la matrice [I + G es (ωdove +)]G[Ièdi (detta ωcontrollo ω)dove )H ]di(èèèωdetta detta diGdella ritornoʼ di costo desiderata [5]. di[5]. rilʼequazione (8)la nellʼequazione (7), vettore con i((ω segnali dʼerrore con gli anelli di re[Idove +(con ((ω ))ilH (èIωʻmatrice ʻmatrice ritornoʼ Ildella progetto del dove matrice G)(ω )piuttosto ] di èmatrice detta ʻmatrice di la matrice es+ matrice le funzioni complesso e)ritornoʼ richiede es es [ I + H (ω[5]. )][5]. èIl[ la [ I + G ω ) H ω ] detta ʻmatrice ritornoʼ [5].

Il progetto della dove la matrice [ I + G ( ω ) H ( ω ) ] è detta di ritornoʼ [5].

Il progetto dove la matrice [ I + G ) H ( ω ) ] è detta ʻmatrice di ritornoʼ dove la matrice es (ω es es ζ è la cosidetta ʻdensità modaleʼ, e c , , V , A , P sono rispettivamente la veesmatrice condella le funzioni di controllo è piuttosto complesso e richiede un modello delle torno’ [5].

Il progetto della con le funzioni di conamento di organi vibranti e c) per ilmatrice controllo trasmissione del troazione chiusi è dato da matrice con funzioni èuscita piuttosto complesso e modello richiede un risposte indile frequenza tra i controllo segnali di degli n sensori dʼerrore (mic matrice le controllo èdi piuttosto complesso efunzioni richiede matrice con le controllo piuttosto complesso edelle richied matrice le un diun controllo èdel pi matrice lecon funzioni didicontrollo èfunzioni piuttosto complesso eè richiede un modello matrice lecon funzioni di funzioni controllo piuttosto complesso e richiede modello delle matrice con ledegli funzioni di di controllo ècon piuttosto complesso e richiede inlacon frequenza tra i risposte segnali uscita n sensori dʼerrore (microfoni) edelle i segnatrollo è èpiuttosto complesso e richiede un modello 2.2diArchitettura per ilrisposte controllo del ttili. ono, il rapporto smorzamento,feedback ilrisposte volume, superficie laterale della caviin frequenza tra i segnali di uscita degli n sensori dʼerrore (micro in frequenza tra i segnali di uscita degli n sensori dʼerrore (microfoni) e i segn li di ingresso agli m attuatori controllo (altoparlanti) contenute n risposte in frequenza tra i segnali di uscita degli n sensori dʼerrore (m risposte in frequenza tra i segnali di uscit risposte in frequenza tra i segnali uscita sensori dʼerrore (microfoni) e i segna-(mic in frequenza tra i segnali diinuscita degli ndegli sensori dʼerrore (microfoni) e i segnarisposte indifrequenza tra in segnali diuscita uscita degli rumore stocastico sen−1 di risposte frequenza tra i segnali degli n sensori dʼerrore li risposte diQuesta ingresso agli m attuatori di controllo (altoparlanti) contenute nella matrice G etro formato degli spigoli della cavità. indica che, ad ales e ( ω ) = [ I + G ( ω ) H ( ω ) ] d ( ω ) (9) espressione , li agli di liingresso agli di m attuatori di controllo (altoparlanti) contenute nell li diagli ingresso mdi attuatori controllo (altoparlanti) contenute nella matrice G ingresso agli attuatori di controllo (altoparlanti) contenute [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di controllo sem li di di ingresso agli mcome attuatori di G contro d’errore (microfoni) e i segnali di ingresso agli atli di m (altoparlanti) contenute nella matrice li di ingresso magli attuatori di controllo (altoparlanti) contenute nella matrice Gcontenute li attuatori disori ingresso agli mes mattuatori controllo (altoparlanti) n es , il numero di modi eccitati significativamente adingresso ogni frequenza cresce condi controllo es [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di controllo semplificati ad [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di controllo sempl esempio sistemi decentralizzati che hanno un uguale numero di sensor o [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di controllo semplificati come tuatori di controllo (altoparlanti) contenute nella matrice I sistemi controllo feedback per la reiezione di disturbi [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di controllo se Solitamente vengono [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di come adsem a frequenza di eccitazione. Il fattore di sovrapposizione modale può essere [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di[5,29,30]. controllo semplificati come ad impleme [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di arcontrollo esempio sistemi decentralizzati hanno un uguale numero didicontrollo sensori edsemplificati attuatori esempio sistemi decentralizzati che hanno un uguale numero diattuatori sensori [esempio Idecentralizzati +che Gche ωhanno )H (ω )hanno ] èdecentralizzati detta ʻmatrice ritornoʼ [5].

Il progetto della ladecentralizzati matrice vengono usati principalmente per dove controllare disturbi [5,29,30].

Solitamente vengono implementati sisteesempio sistemi che hanno un uguale numero diuguale sensori ed esempio sistemi che hanno un numero di sena es (conesempio sistemi decentralizzati che hann esempio sistemi decentralizzati che un uguale numero di sensori ed attuatori arte usato per stimare la complessità della risposta modale del sistema esempio sistemi un uguale numero di sensori ed attuatori ardecentralizzati che ad hanno un uguale numero di senso re dei sistemi di controllo acustico e si vibratorio sono divise del in due ca-mi di sistemi aleatori.

Come esempio consideri il problema concontrollo semplificati come esempio sistemi matrice le funzioni di controllo è piuttosto complesso e richiede un modello delle tanto può esseree utilizzato per stimare ilEntrambi numero di con sorgenti di nera feed-forward architettura gli approcci si controllo pos-decentralizzati trollo del rumorefeedback. stocastico prodotto dai motori e dalle che hanno un uguale numero di sensori risposte in frequenza tra i segnali di uscita degli n sensori dʼerrore (microfoni) e i segnarodurre lʼazione di controllo desiderata in una datadella banda di frequenza, a sola coppia sensore-attuatore un superficie controllore a canale singolo, turbolenze dell’aria ed sulla fusoliera di ed attuatori arrangiati in coppie collocate in modo che si li fondamentali di 5a) ingresso agli m attuatori di controllo (altoparlanti) contenute nella matrice G es ttuatori e un controllore multicanale.

I principi di questi aerei con propulsione a getto (Figura oppure del ru- possono chiudere degli anelli di retroazione10 indipendenti 10 ti brevemente more nellestocastico due sottosezioni riportate di seguito con riferi[5,29,30].

Solitamente vengono implementati sistemi di controllo semplificati come ad prodotto dalle ruote e dalle turbolenze con buone condizioni di stabilità.

La funzione 10 di10controllo 10 10 10 rollo del rumore all’interno della cabina di un aereo a propulsione ad 10 esempio sistemi decentralizzati chedihanno uguale numero di sensori ed attuatori ardell’aria sulla carrozzeria di un autovettura (Figura 5b). per ognuno questi un anelli può quindi essere progettan’autovettura con un sistema multi-canale di controllo. L’obiettivo è dita seguendo i metodi classici per il progetto di anelli di 7 entali dei due approacci e di mettere in risalto le limitazioni di tali si-

retroazione, che normalmente sono basati sull’analisi e la sintesi della risposta in frequenza tra il sensore e l’attuatore ad anello aperto [5,29,30]. Al fine di confrontare d per il controllo del rumore tonale gli effetti prodotti da10 un sistema di controllo in avanti ed un sistema equivalente in retroazione viene analizzato il ed-forward sono particolarmente adatti per il controllo di disturbi deproblema studiato nella sotto sezione precedente, che pio i disturbi armonici oppure periodici per i quali un segnale di riferiguarda la risposta acustica di una cavità con una sorato con relativa facilità. Per esempio, considerando il problema del gente primaria costituita da un monopolo acustico ideaprodotto dalle eliche dell’aereo (Figura 1a) oppure del rumore tonalesistema Active Noise Control multicanale Figura 6 - Diagramma a blocchi di un le con archiposizionato nell’angolo in basso, da venti altoparlanti 6 - Diagramma blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale con archiutovetturaFigura (Figura 1b), comea rappresentato schematicamente con il tettura di controllo feedback per la riduzione dei disturbi stocastici. aura blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale con archidi controllo uniformemente distribuiti nel volume della tettura di controllo feedback per la riduzione dei disturbi stocastici. ura 6 Diagramma a blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale con archi2, il segnale di riferimento, misurato con un tachimetro sul rotore ma a blocchi di un sistema Active Noise Control multicanale con archintrollo feedback per la riduzione deiper stocastici.

Figura 6. Diagramma adisturbi blocchi di un sistema Active Noise Control tettura di controllo feedback la riduzione dei disturbi stocastici. cavità (per semplicità modellati come monopoli) e da di controllo feedback per la riduzione dei disturbi stocastici. viene passato attraverso unarchi-tettura banco di difiltri che geneh1, hfeedback multicanale con controllo per 2 , , h m la riduzioventi microfoni d’errore (modellati come sensori ideali di ne dei disturbi stocastici. prodotto dalle ruote e dalle turbolenze dellʼaria sulla carrozzeria di un autovettura (Figu. Questi segnali guidano gli attuatori (altoparlanti)o in s1 , prodotto s 2 , , smdalle pressione) posizionati nelle vicinanze degli altoparlanti ruote e dalle turbolenze dellʼaria sulla carrozzeria di un autovettura (Figura 5b). edalle dellʼaria sullaIncarrozzeria dii un autovettura (Figucontrollo. ruote e dalle turbolenze dellʼaria sulla carrozzeria di un autovettura (Figu- In questo caso si implementa un sistema di oturbolenze del rumore desiderato. linea teorica filtri di autovettura controllo potrebbero raturbolenze 5b). dalle dellʼaria sulla carrozzeria di un (Figu- a di Comenella mostrato neltuttavia diagramma blocchi nel dominio della pulsazioneQuindi, angolare ω controllo in retroazione decentralizzato. per ogni Come mostrato nelacustica diagramma a blocchi nel dominio della inimizzare l’energia potenziale cavità; in pratiCome mostrato nel diagramma a blocchi nel dominio della pulsazione angolare ω coppia di microfoni e altoparlanti collocati viene implepulsazione angolare wdella di nel Figura i segnali dove altoparlanti di controllo guidati in di Figura 6, i6,segnali , ssono , s , L s che guidano gli altoparlanti di controllo sono otteiagramma anel blocchi nel dominio pulsazione angolare ω estrategia mostratoalternativa diagramma agliblocchi dominio della pulsazione angolare ω 1 2 m el diagramma angolare ω mentato di Figura 6,ache iblocchi segnalinelgli s1 ,dominio s2 , L, sdella chepulsazione guidano gli altoparlanti di controllo sono ottem di un anello di retroazione indipendente dagli altri. altoparlanti sono ottenuti in- sono dei quadrati dei medi dei segnali prodotti 6, i segnali s2 ,guidano L,valori smgliche guidano gli altoparlanti di controllo smma ches1 ,guidano altoparlanti dicontrollo controllo sono ottee , e ,  , e e1 , eottemisurati dai microfoni dʼerrore tranuti inviando in retroazione i segnali 2 , L, s m 1 2 n 2 , L , en , s1 , nuti s2 , L s che guidano gli altoparlanti di controllo sono ottem misurati microfoni dʼerrore tra-che gli anelli di retroazine siano inviando in retroazione semplicità si assume viando in retroazionei isegnali segnali e1 , e2 , L, en misurati daidai Per ore. e1mite , e2 , L engruppo misurati dai microfoni dʼerrore ando in retroazione , gruppo e1microfoni , e2 , iLsegnali misurati dai microfoni dʼerrore trane i segnali , ed’errore h11 , trah12 ,dalla L , hstessa trovato per lʼarchitettura un di funzioni di controllo n costituiti funzione di controllo a guadagno tramite un di funzioni di controllo mn . Come e , e , L e misurati dai microfoni dʼerrore trazione i segnali , 1 di 2 funzioni n h12 , Lcome Come trovato per lʼarchitettura mite un gruppo di controlloωh11, ,allora, , hmn .mostrato urbo primario è armonico con pulsazione , h12 ,trovato L Come trovato lʼarchitettura ruppo di funzioni , hfeed-forward, o .per fisso.

La Figura complessi 7 mostra che, alsegnali crescere dei pressioguadagni l’architettura diper conh11 , di h12controllo , L , hmn .di .hCome Come trovato lʼarchitettura i di controllo 11 mnper controllo il vettore con gli n fasori dei della h11Figura , h12 , L . Come trovato per lʼarchitettura zioni controllo ,ilhilvettore di di controllo feed-forward, con glin nfasori fasori complessi dei segnali della pressiomnvettore amma a blocchi in 2, con gli fasori complessi dei d’anello, l’energia potenziale acustica tende a decrescetrollo feed-forward, il vettore con gli complessi dei llo feed-forward, il nvettore con gliacustica n fasori complessi deipressiosegnali della pressioe(ω ) può essere espresso come la somma ne misurati dai microfoni dʼerrore il vettore con gli fasori complessi dei segnali edella (ωessere )della ne acustica misurati dai microfoni dʼerrore puòmicrofoni essere espresso come la somma ard, il vettore n fasori complessi dei)segnali pressioresomma monotonicamente in corrispondenza delle risonze a segnali della pressione acustica misurati dai ustica misurati daigli d’errore può espresso e ( ω e ( ω ) ca misurati daicon microfoni dʼerrore può essere espresso come la emicrofoni (ω ) può microfoni dʼerrore essere espresso come la somma 0 d ( ω ) del vettore con le pressioni acustiche generate dal disturbo primario in corrispone(ωle) pressioni ai microfoni può essere essere espresso come ladalsomma frequenza.

Questo fenomeno è dovuto al fatto che, d’errore può espresso come la somma del bassa d(ω ) con del vettoredʼerrore acustiche generate disturbo primario in corrispon-

pplicazioni nel campo aeronautico e automobilistico.

ω )) con e dd((ω acustiche generate dal primario corrisponeressioni conlelepressioni pressioni acustiche generate dalin diacustiche generate dal disturbo corrispond1 , microfoni dprimario disturbo , d nindʼerrore dei e del vettore d c (ω ) con le pressioni acustiche generate da2 , primario 0 e pressioni acustiche generatedenza dal disturbo in corrispon-

denza dei microfoni e del d c (ω ) con le pressioni acustiche microfoni dʼerrore e deldʼerrore vettore d (ω )vettore con le pressioni acustiche generate da- generate dagli di altoparlanti di controllo sempre in corrispondenza dei microfoni dʼerrore: c controllo sempre in corrispondenza dei microfoni dʼerrore: orlanti sempre indagli corrispondenza dei microfoni dʼerrore: generate altoparlanti di controllo sempre in corrispondenza dei rollo sempre in corrispondenza dei microfoni dʼerrore: (7) e(ω ) = d(ω ) +11 d (ω ) = d(ω ) + G es (ω )s(ω ) .

(7) (ω )(ω=)ds((ω ed(ω()ω=) d=(dω()ω+) d ω)) +. G es (ω )s(ω ) c. cG ( ) ( ) e ω = d ω + + c es ) = d(ω ) + d (ω ) = d(ω ) + G (ω )s(ω ) . e(ω ) = d(ω ) c+ d c (ω ) = d(ω ) +es G es (ω )s(ω ) .

c ore e deldei vettore d c (ωd’errore ) con legli acustiche generate da- in corrispondenza dei microfoni dʼerrore: altoparlanti di controllo sempre ndenza epressioni del vettore con le pressioni d c (ω 0 ) errore e delmicrofoni vettore d (ω ) con le pressioni acustiche generate da-

azione viene analizzato il problema studiato nella sotto sezione precedente, che riarda la risposta acustica di una cavità con una sorgente primaria costituita da un mopolo acustico ideale posizionato nellʼangolo in basso, da venti altoparlanti di controluniformemente distribuiti nel volume della cavità (per semplicità modellati come nopoli) e da venti microfoni dʼerrore (modellati come sensori ideali di pressione) poionati nelle vicinanze degli altoparlanti di controllo. In questo caso si implementa un tema di controllo in retroazione decentralizzato. Quindi, per ogni coppia di microfoni ltoparlanti collocati viene implementato un anello di retroazione indipendente dagli controllo implementano grandi guadagni d’anello, lo frequenze la di lunghezza d’onda acustica ri. Per semplicitàalle si basse assume che gli dove anelli retroazine siano costituitidi dalla stessa è molto maggiore della dimensione caratteristica dell’attua- spettro dell’energia potenziale acustica della cavità (linzione di controllo a guadagno fisso. La Figura 7 mostra che, al crescere dei guadagni di controllo (cioè del diametro dell’altoparlante), l’anello nea a tratti verde) è lo stesso di quello mostrato in Figura 4 nello, lʼenergia tore potenziale acustica tende a decrescere monotonicamente in corridi retroazione tende ad assorbire energia. Infatti, l’azione (linea a tratti-verde) per il sistema di controllo equivalente ondenza delle risonze a bassa frequenza. Questo fenomeno è dovuto al fatto che, alle volumetrica di controllo prodotta da ogni altoparlante è di- con architettura feed-forward. Si sottolinea il fatto che i sse frequenze dove la lunghezza dʼonda acustica è molto maggiore della dimensione rettamente proporzionale alla pressione acustica misurata risultati mostrati in Figura 7 sono stati derivati assumenatteristica dellʼattuatore di controllo (cioè del diametro dellʼaltoparlante), lʼanello di dal microfono posizionato di fronte all’altoparlante. Questo do che gli anelli di retroazione siano stabili. Normalmente roazione tende adtipo assorbire energia. Infatti, lʼazione volumetrica diun controllo prodotta questa condizione è soddisfatta se i sensori di pressione di comportamento persiste fino a che si raggiunge ogni altoparlanteguadagno è direttamente proporzionale alla pressione acustica misurata dalvolumetrici (monopoli) sono ideali e colloottimale tale che lo spettro dell’energia potenzia- e gli attuatori crofono posizionato di fronte allʼaltoparlante.

Questo tipo di comportamento persiste le diventa quello rappresentato con la linea a punti celeste cati. Al contrario, i trasduttori che si usano in pratica, cioè o a che si raggiunge un guadagno ottimale tale che lo spettrovengono dellʼenergia potenziale microfoni e altoparlanti, tendono a produrre instabilità, di Figura 7. Se i guadagni degli anelli di retroazione enta quello rappresentato coninnalzati, la lineaallora, a punti celeste di Figura 7. Se perfino sedegli ciascun microfono è posizionato esattamente ulteriormente come mostrato in Figura 7, il i guadagni elli di retroazionefenomento vengono siulteriormente innalzati, comepotenmostrato Figura al in centro del7, cono dell’altoparlante ad esso collocato. Di inverte e quindi lo spettroallora, dell’energia conseguenza, zialeetorna a crescere in ampiezza al crescere dei guadagni enomento si inverte quindi lo spettro dellʼenergia potenziale torna a crescere in am-normalmente è impossibile implementare gli alti guadagni necessari a produrre il fenomeno sopra di controllo. zza al crescere dei guadagni di controllo. descritto che porta ad una risposta della cavità caratterizzata da nuove risonanze. Al contrario, l’esperienza pratica ha dimostrato che è piuttosto difficile implementare i guadagni necessari a produrre la massima riduzione dell’energia potenziale acustica rappresentata dalle linee a punti-celeste in Figura 7.

3. Controllo del rumore interno

Il controllo attivo del rumore interno ai veicoli può essere classificato in due categorie principali. La prima riguarda l’approccio globale che utilizza un sistema di controllo multicanale con architettura feed-forward per il controllo del rumore complessivo nella parte alta della cabina degli aerei oppure delle autovetture. La seconda riguarda il Figura 7.acustica Energia potenziale acustica di una eccitata acustico. da un ura 7 - Energia potenziale di una cavità eccitata da cavità un monopolo Linea grossa-blu, Linea grossa-blu, nessun Linee controllo locale sun controllo. Lineemonopolo fini-rosseacustico. cavità controllata da 20 anelli dicontrollo. retroazione confiniguadagno crescente co-del rumore che normalmente viene realizrosse cavità controllata da 20 anelli di retroazione con guadagno indicato dalla freccia.

Linea a punti-azzurra anelli di retroazione con guadagno ottimale che minimizza zato utilizzando anelli di retroazione con microfono e altocrescente come indicato dalla freccia. Linea a punti-azzurra anelli ergia potenziale acustica della cavità.

Linea a tratti-verde di retroazione con guadagni alti parlantemolto po-sizionati ai lati dei poggiatesta nei sedili dei di retroazione con guadagno ottimale cheanelli minimizza l’energia pocancellano la pressione acustica nei della punti cavità. di controllo. tenziale acustica Linea a tratti-verde anelli di retroapasseggeri. In questo caso i due sistemi di controllo sono zione con guadagni molto alti che cancellano la pressione acustica concepiti in modo tale da produrre una bolla di silenzio nei punti di controllo. nella zona vicino al poggiatesta. Questo tipo di tecnologia può essere utilizzato sia per aerei che per automobili.

I disegni in Figura 8°a, b, d, e mostrano le configurazio11 Per guadagni d’anello molto elevati lo spettro dell’energia ni principali sviluppate per l’Active Noise Control (ANC) e potenziale acustica è nuovamente caratterizato da riso- l’Active Noise and Vibration Control (ANVC). Come discusnanze che tuttavia sono spostate a frequenze più alte so sopra, il sistema ANC utilizza (schemi a, d, e) sorgenti rispetto alle risonanze della cavità senza controllo. Que- acustiche (altoparlanti) per produrre il campo acustico sto fenomeno è dovuto al fatto che, con guadagni molto che interferisce distruttivamente con il rumore presente elevati, gli anelli di retroazione portano a zero la pressio- in cabina o all’interno dell’autovettura [11,12,13,17,18]. ne acustica nei punti di controllo. Quindi non c’é più as- Il sistema ANVC (schema b) utilizza invece attuatori strutsorbimento d’energia da parte degli anelli di controllo ed turali (attuatori elettromagnetici inerziali oppure attuainoltre la risposta modale della cavità è caratterizzata da tori piezoelettrici) che agiscono sulla fusoliera dell’aereo condizioni di pressione nulla nelle venti posizioni di con- in modo da produrre, con le vibrazioni dei pannelli del trollo cosicchè le frequenze naturali sono leggermente guscio della fusoliera, il campo acustico che interferisce incrementate. Quindi lo spettro dell’energia potenziale distruttivamente con il rumore presente in cabina [14]. Il acustica della cavità è nuovamente caratterizzato da sistema ANC utilizza solo microfoni per i segnali d’errore, picchi di risonanza e le frequenze di risonanza sono leg- mentre il sistema ANVC utilizza anche accelerome-tri. germente più alte di quelle della cavità senza sistema Queste due configurazioni vengono solitamente utilizzadi controllo. È interessante notare che quando gli anelli te per controllare disturbi tonali (schemi a,b,d), come ad

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Figura 8. Esempi di sistemi di controllo attivo nella cabina di aerie (a,b,c) e all’interno di autovetture (d,e,f). (a,d,e) Active Noise Control, (b) Active Noise & Vibration Control, (c,f) Active Headrest

Figura 8 - Esempi di sistemi di controllo attivo nella cabina di aerie (a,b,c) e allʼinterno di autovetture (d,e,f). (a,d,e) Active Noisedalle Control, Active & Vibration Control, (c,f) Active sono Headrest Gli anelli di retroazione accordati in modo da creesempio quelli generati pale(b) degli aereiNoise con propulsione ad elica, oppure dalle pale dei rotori degli elicotteri, are una “bolla di silenzio” incentrata sulle orecchie dei passeggeri, che, per una riduzione del rumore di 10 dB, oppure dai motori a scoppio delle automobili. è visto avere diametro proporzionale In questi casi è possibile misurare il segnale di riferia,b,d), come ad esempio quelli generati dalle pale deglisiaerei con propulsione ad elica, a λ/10 , dove λ mento direttamente dall’albero del rotore del propulsore è la lunghezza d’onda [5]. Quindi, per disturbi a 500 Hz, la oppure dalle pale dei rotori degli elicotteri, oppure dai motori a scoppio delle automobioppure dall’albero motore, cosicché il controllore feed- dimensione caratteristica della bolla di silenzio è circa 7 li. In questi casi è possibile misurare il segnale di riferimento direttamente dallʼalbero forward può essere aggiustato con riferimento al distur- cm. Questo indica il limite principale di questo sistema di del rotore del propulsore oppure dallʼalbero motore, cosicché il controllore feed-forward bo primario.

In generale i sistemi ANC e ANVC possono controllo in quanto esso può offrire una buona riduzione può essere aggiustato al disturbo primario.

In generale i sistemi ANC e audio. Inoltre, le essere usati anchecon per riferimento il controllo di disturbi stocastici del rumore soltanto a basse frequenze e) dovuti, esempio, eccitazioni aerodinadue bolle di silenzio(schema sono fissee) nello ANVC(schema possono essere ad usati anchea per il controllo di disturbi stocastici do-spazio e quindi non miche di tipo turbolento sul pianale della carrozzeria possono seguire i movimenti della testa della persona. vuti, ad esempio, a eccitazioni aerodinamiche di tipo turbolento sul pianale della carrozdi un’autovettura.

Tuttavia, questo tipo di applicazione Questo tipo di problema è stato parzialmente risolto con zeria di unʼautovettura. Tuttavia, questo tipo di applicazione ha dei limiti intrinsechi in ha dei limiti intrinsechi in quanto, come mostrato nello l’introduzione del cosidetto microfono virtuale d’errore quanto,schema come e,mostrato nello schema e, richiede un numero esteso di sensori di riferirichiede un numero esteso di sensori di rife- con il quale il loop di retroazione guida l’altoparlante in mento rimento per ricostruire in anticipo la geometria stocastico da inviare al non con-nella posizione del per ricostruire in anticipo la geometriadel deldisturbo di- modo da minimizzare il rumore trolloresturbo feed-forward.

Perdipiù, la vicinanza di tali sensori di riferimento agli attuatori di stocastico da inviare al controllore feed-forward. microfono d’errore ma ad una certa distanza verso l’oreccontrollo può la costituire untaliproblema per lʼimplementazione un controllore casuale questa posizione Perdipiù, vicinanza di sensori di riferimento agli at- chio deldipasseggero [5]. Al momento [4,5]. tuatori di controllo può costituire un problema per l’im- virtuale viene fissata a priori ed é in studio un si-stema di plementazione un controllore casuale [4,5]. inseguimento della posizione eper orientamento della testa Gli schemi in diFigura 8c,f mostrano il sistema di controllo locale sviluppato riGli schemi in Figura 8c,f mostrano il sistema di controllo del passeggero con sensori di prossimità. durre il rumore stocastico nelle vicinanze del poggia testa dei sedili dei passeggeri di aelocale sviluppato per ridurre il rumore stocastico nelle virei ed autovetture [5]. Normalmente questo tipo di sistema è composto da due unità mocinanze del poggia testa dei sedili dei passeggeri di aerei dulari che implementano anelli di retroazione ed autovetture [5]. Normalmente questo tipo diformati sistema da un altoparlante e un microfono collocato.

Le due unità di controllo sono solitamente è composto da due unità modulari che implemen-tano montate nei poggiatesta dei sedili anelli retroazione formati da un altoparlante un miin modo da dioperare nelle vicinanze della testae del passeggero [5]. Gli anelli di retroacrofono collocato.inLemodo due unità di controllo sono solizione sono accordati da creare una “bolla di silenzio” incentrata sulle orecchie tamente montate nei poggiatesta dei sedili in modo da operare nelle vicinanze della testa del passeggero [5]. Il controllo delle vibrazioni trasmesse da organi vibranti

4. Isolamento delle vibrazioni prodotte da motori e organi di manovra

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è di notevole importanza per ridurre il rumore in cabina di aeromobili e il rumore all’interno di autovetture. Per avere un buon effetto isolante delle vibrazioni, gli elementi di fissaggio dovrebbero essere staticamente il più rigidi possibile (per connettere) e dinamicamente il più elastici possibile (per isolare) [31]. I materiali comunemente usati per le costruzioni aeronautiche ed automobilistiche non sono in grado di soddisfare questi requisiti contrastanti e quindi normalmente vengono utilizzati materiali molto rigidi (sia staticamente che dinamicamente) che offrono piccoli effetti isolanti. Un buon compromesso tra rigidezza statica e dinamica si può ottenere con sistemi di sospensione attiva e semiattiva [31].

Una sospensione attiva è costituita da quattro componenti principali: a) un elemento di conessione passivo, b) un attuatore reattivo oppure inerziale, c) uno o più sensori e d) un controllore. Quando si usa l’attuatore reattivo, la forza di controllo può essere aggiustata in modo che la forza totale trasmessa attraverso la connessione sia nulla, in modo da non eccitare la struttura ricevente. L’attuatore reattivo può essere connesso in serie oppure in parallelo con l’elemento passivo della sospensione. Nel primo caso l’attuatore deve essere in grado di sopportare il carico statico applicato alla sospensione. La seconda configurazione non presenta questo problema, sebbene essa richieda un attuatore in grado di vincere la rigidezza dell’elemento passivo per cancellare la trasmissione delle vibrazioni. A seconda delle proprietà intrinseche dell’attuatore (ampiezza di attuazione con attuatore libero e forza di attuazione con attuatore bloccato) esso può essere accoppiato con un sistema di amplificazione dell’ampiezza di attuazione oppure della forza di attuazione. Gli attuatori inerziali possono essere montati direttamente nel punto di connessione tra la sospensione passiva e il telaio del veicolo. In questo caso l’azione di controllo può essere limitata dall’eccessiva forza di controllo richiesta alla frequenza naturale del sistema da isolare e la sospensione elastica. In generale l’attuatore

di controllo è guidato in modo da cancellare le vibrazioni misurate nel punto di connessione tra la so-spensione e la struttura del veicolo e/o da minimizzare il rumore in cabina.

Per il controllo di disturbi tonali si usa l’architettura feed-forward. Normalmente il segnale di riferimento viene misurato da un tachimetro montato sull’albero rotante dell’organo che produce le vibrazioni non desiderate.

Il rumore in cabina degli elicotteri è dovuto essenzialmente alle vibrazioni del rotore principale e alle vibrazione prodotte dagli ingranaggi del riduttore tra l’albero motore e il rotore stesso.

Negli elicotteri di grandi dimensioni il riduttore è connesso rigidamente al telaio dell’elicottero attraverso delle strutture monodimensionali. Queste strutture di connessione sono soggette a carichi molto elevati in quanto devono sopportare le forze prodotte dall’elicottero nelle condizioni di manovra piú severe; quindi sono progettate con rigidezza assiale e flessionale molto alta. Di conseguenza esse rappresentano il percorso principale attraverso cui avviene la trasmissione delle vibrazioni alla cabina dell’elicottero sia per le armoniche a bassa frequenza prodotte dal rotore (circa 20 Hz) sia per le vibrazioni generate dal riduttore che copre un range di frequenze tra 500 Hz e 2kHz [32]. Figura 9a mostra il sistema di controllo attivo delle vibrazioni che è stato sviluppato per ridurre questo tipo di problema [19,20].

Le strutture di connessione (evidenziate in rosso) sono dotate di attuatori reattivi che vengono guidati da un controllore feed-forward che utilizza come segnale di riferimento la frequenza di rotazione rilevata da un tachimetro sull’albero del rotore e/o del riduttore. Gli attuatori di controllo vengono guidati in modo da minimizzare le vibrazioni nei punti di connessione tra la struttura e il telaio dell’elicottero (misurate con accelerometri) e il rumore in cabina (misurato con dei microfoni po-sti in prossimità dei sedili dei passeggeri e dei piloti).

Il rumore vibroacustico è un problema critico anche per gli aerei con propulsione a getto dove i motori sono fis-

Figura 9. Esempi di sistemi di controllo attivo feedforward delle vibrazioni trasmesse: (a) dal blocco rotore e riduttore al telaio dell’elicottero, (b) dai motori a getto alla parte posteriore della fusoliera e (c) dal motore alla carrozzeria di un’autovettura.

Figura 9 - Esempi di sistemi di controllo attivo feed-forward delle vibrazioni trasmesse: (a) dal blocco rotore e riduttore al telaio dellʼelicottero, (b) dai motori a getto alla parte posteriore della fusoliera e (c) dal motore alla carrozzeria di unʼautovettura.

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sati sulla parte posteriore della fusoliera. In questo caso Il rumore tonale nelle autovetture dovuto alle vibrazioni del i motori trasmettono alti livelli di vibrazioni alla fusoliera, motore viene trasmesso all’interno dell’abitacolo in due moche quindi produce livelli molto alti di rumore in cabina. di: per via acustica attraverso il vano motore e il cruscotto Come mostrato in Figura 9b, per questo tipo di problema dell’auto e a seguito delle vibrazioni trasmesse dal motore sono stati sviluppati dei sistemi semi-attivi di assorbimen- alla carrozzeria dell’auto. Recentemente sono stati svilupto delle vibrazioni. Essi sono costituiti da ‘Adaptive Tunable pati sistemi attivi per ridurre la trasmissione delle vibraVibration Absorbers’ (ATVA) (assorbitori di vibrazione adat- zioni alla carrozzeria, vibrazioni che risultano dominare il tativi) montati alla base dei piloni di ancoraggio dei moto- cosidetto “boom noise” all’interno della vettura e che hanno ri. Si tratta di assorbitori di vibrazioni ordinari che vengo- un effetto diretto sulla percezione di vibrazioni da parte dei no “accordati” attivamente con un sistema feed-forward passeggeri dell’auto [22,23,24]. Come mostrato in Figura 9c multicanale sulla frequenza fondamentale delle vibrazioni tali sistemi sono costituiti da sospensioni attive del motore vengono guidate da un controllore feed-forward che utitonali prodotte posizionati dai motori (dovute allodei sbilanciamento dei che dei accelerometri alla base piloni di ancoraggio motori e microfoni dicome segnale riferimento rotori). sensori di della errorecabina sono composti da Glilizza stribuitiSolitamente sulla partei posteriore dellʼaereo. assorbitori sono di accordati in la frequenza di rotazione modo da modificare la vibrazione posteriore della fusoliera ed misurata ottenere con una un tachimetro. Le sospendell’albero motore accelerometri posizionati alla base deidella piloniparte di ancoraggio riduzione rumoredistribuiti in cabinasulla [21].parte posteriore della sioni attive vengono guidate in modo da minimizzare sia le dei motori edel microfoni Il rumore tonale nelle autovetture dovutoinalle vibrazioni del motore vieneditrasmesso nei punti connessione (misurate con accelecabina dell’aereo.

Gli assorbitori sono accordati modo da vibrazioni allʼinterno la dellʼabitacolo in due modi: per viadella acustica vano motoreall’interno e il cru- dell’autovettura (misurato rometri)ilche il rumore modificare vibrazione della parte posteriore fuso-attraverso scotto e riduzione a seguitodeldelle vibrazioni dalmicrofoni motoreposti allanelle carrozzeria con vicinanze dei sedili dei passeggeri). liera ed dellʼauto ottenere una rumore in cabina trasmesse [21].

dellʼauto. Recentemente sono stati sviluppati sistemi attivi per ridurre la trasmissione delle vibrazioni alla carrozzeria, vibrazioni che risultano dominare il cosidetto “boom noise” allʼinterno della vettura e che hanno un effetto diretto sulla percezione vibra- potrebbe essere ridotta soliera verso l’interno di dell’aereo zioni da parte dei passeggeri dellʼauto [22,23,24]. Cometramite mostrato in Figura 9c tali Structural sii sistemi di “Active Acoustic Control” stemi sono costituiti da sospensioni attive del motore che(ASAC) vengono guidate da un con[27,29,31]. trollore feed-forward che utilizza come segnale di riferimento la approccio frequenza di dicontrollo rotazionemigliora il potere fonoisoQuesto dellʼalbero motore misurata con un tachimetro. Le sospensioni attive vengono guidate o dei pannelli interni tralante del guscio della fusoliera in modo da minimizzare sia le vibrazioni nei punti di connessione (misurate con accele-fissati alla struttura della In Sezione 1 si è illustrato come l’approccio del control- mite degli attuatori strutturali rometri) che il rumore allʼinterno dellʼautovettura (misurato con microfoni posti nelle interno (attuatori lo attivo del rumore in un volume sia limitato alle basse fusoliera o ai pannelli di rivestimento vicinanze dei sedili dei passeggeri). frequenze dal momento che la sovrapposizione modale, elettromagnetici inerziali, piastre di materiale piezoe-

5. Controllo della trasmissione del rumore attraverso pareti sottili

ossia il numero di modi significativamente eccitati in lettrico PZT*, fogli di materiale piezoelettrico PVDF**) in ciascuna frequenza, aumenta con il cubo della frequen- modo tale da minimizzare la radiazione sonora. Questo 5. Controllo trasmissione del rumore attraverso sottili za eccitante. della Diversamente, la sovrapposizione modale pareti approccio consiste nel riarrangiare i contributi modali di strutture sottili come ad esempio quella di un piccolo alla risposta della struttura controllata in ciascuna freIn Sezione 1 si èlinearmente illustrato come deleccicontrollo attivoe questo del rumore in unportare vo- anche ad un aumento pannello, aumenta con lʼapproccio la frequenza quenza, potrebbe lume sia limitato alle basse frequenze dal momento che la sovrapposizione modale, ostante. Pertanto, dal momento che i contributi principali della risposta in alcune frequenze.

Questo risultato di sia il numero di modi significativamente eccitati in ciascuna frequenza, aumenta con il fatto che la radiazione al rumore in cabina provengono da sorgenti esterne, la ricostruzione modale deriva dal cubo delladifrequenza eccitante. Diversamente, la sovrapposizione modale di strutture possibilità ridurre la trasmissione sonora all’interno di sonora avviene tramite modi individuali (ossia auto rasottili come ad esempio quella di un piccolo pannello, aumenta linearmente la (ossia fre- radiazione mutua). Ad aerei mediante il controllo delle vibrazioni della parete diazione) e coppie dicon modi quenza eccitante.

Pertanto, dal momento che i contributi principali al rumore in cabina della fusoliera è stato fondamentale argomento di ricer- alcune frequenze la radiazione mutua di certi modi può provengono da sorgenti esterne, possibilità di ridurre la trasmissione ca e sviluppo negli ultimi quindici anni.laQuesto approccio effettivamente ridurre lesonora auto radiazioni. Pertanto la raallʼinterno di aerei mediante il controllo delle vibrazioni della parete della fusoliera è è particolarmente attraente poichè sensori e attuatori diazione sonora totale può essere minimizzata mettenstato fondamentale argomento di ricerca e sviluppo negli ultimi quindici anni.

Questo sono localizzati nella struttura della fusoliera e questo do a punto i contributi modali a ciascuna frequenza così approcciofavorire è particolarmente attraente poichè sensori sono localizzati nella dovrebbe la convergenza del controllore adatta-e attuatori da massimizzare questo fenomeno di cancellazione nastruttura della fusoliera e questo dovrebbe favorire la convergenza del controllore adattivo feed-forward e la stabilità del sistema di controllo turale della radiazione sonora [31]. tativo feed-forward e la stabilità del sistema controllo feedback.

Infine il sistemaalla di progettazione di sistemi feedback.

Infine il sistema di controllo è molto di meno in- Un approccio interessante controllo è molto meno invasivo, dal momento che sensori e attuatori sono incorporati vasivo, dal momento che sensori e attuatori sono incor- di controllo ASAC è stato sviluppato con la computazionella struttura della fusoliera. La trasmissione/radiazione sonora da parte della parete porati nella struttura della fusoliera. La trasmissione/ ne dei cosiddetti modi di radiazione [27,29,31]. Questi doppia della fusoliera verso lʼinterno dellʼaereo potrebbe essere ridotta tramite i sistemi radiazione sonora da parte della parete doppia della fu- costituiscono un set alternativo di modi ortogonali della

Figura 11. Esempi di sistemi di controllo attivo acustico strutturale multicanale con architettura feed-forward (a) e feedback (b) fissati sulla fusoliera di aerei rispettivamente con propulsione ad elica e a getto.

Figura 11 - Esempi di sistemi di controllo attivo acustico strutturale multicanale con architettura feed-forward (a)sta e feedback (b)Zirconio fissati sulla fusoliera propulsione ad elica e fluoride a getto. [30] * PZT per Piombo, e Titanio [30] /di**aerei PVDFrispettivamente o PVF2 sta per con polimero in polyvinylidene

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locale sono stati implementati con coppie di sensori attuatori molto vicini, i quali assorbono energia dalla struttura, particolarmente alle frequenze di risonanza. In questo caso le unità modulari sono dei semplici sistemi di “Active Vibration Control” (AVC) che riducono la risposta della fusoliera o del pannello interno alla frequenza di risonanza. Questo approccio di controllo è particolarmente adatto a controllare radiazione sonora casuale e a banda larga di basse frequenze audio, radiazione principalmente determinata dall’ampiezza delle risonanze a bassa frequenza della struttura.

Sistemi di controllo attivo possono essere utilizzati anche per ridurre la trasmissione del suono attraverso piccole cavità tra il guscio della fusoliera e il pannelo interno. In particolare sono stati proposti due tipi di sistemi di controllo decentralizzati. Il primo utilizza attuatori altoparlante con un sensore microfono al centro del cono. Il secondo utilizza attuatori reattivi tra i due pannelli con sensori accelerometro alle due estremità. Entrambi i sistemi implementano anelli feedback di velocità che tendono ad assorbire energia nella cavità o nei due pannelli.

struttura che irradiano suono indipendentemente uno dall’altro. Pertanto il controllo di questi modi implica il controllo della radiazione sonora. Questi modi dipendono dalla frequenza e per strutture sottili sono generalmente caratterizzati da un primo modo volumetrico e da due modi a dipolo rispetto agli assi principali della struttura e poi da una forma a sella. Si è osservato come il modo di radiazione volumetrico sia di gran lunga il più efficiente nell’irradiare il suono alle basse frequenze. Pertanto un buon controllo della radiazione sonora totale della struttura può essere ottenuto controllando il modo di radiazione volumetrico scegliendo un adeguato tipo, numero e distribuzione di attuatori e sensori puntuali e un sistema di condizionamento del segnale necessario a modellare la dipendenza in frequenza della forma del modo volumetrico. I due disegni in Figura 11 illustrano tipici allestimenti ASAC multicanale feed-forward (11a) e feedback (11b) per il controllo del disturbo da rumore tonale in aerei ad elica e del disturbo da rumore stocastico dovuto ai propulsori o alla eccitazione aerodinamica turbolenta della fusoliera in aerei con propulsione a getto (N.B. entrambe le architetture di con-trollo possono essere implementate con attuatori elettromagnetici inerziali o con attuatori piezoelettrici ma per brevità è stato riportato un esempio solo nei due casi). I disegni in Figura 12a e 12b mostrano un interessante sviluppo dei sistemi ASAC dove un attuatore distribuito a strain e il sensore distribuito a strain accoppiato sono utilizzati per controllare il modo volumetrico di singoli pannelli della fusoliera o di pannelli interni [27]. In questo caso, poiché il sistema di controllo è impostato in modo da minimizzare il suono irradiato da ciascun pannello, per ciascun pannello possono essere implementati anelli di feed-forward o feedback indipendenti.

L’idea del controllo modulare è stata anche implementata con coppie di sensori-attuatori puntuali [27]. Come illustrato dai disegni in Figura 12c, anelli di retroazione

6. Conclusioni Questo articolo offre una breve introduzione al controllo attivo del rumore e delle vibrazioni nei mezzi di trasporto passeggeri quali aerei, elicotteri ed autovetture. Nella prima parte sono stati introdotti i concetti fondamentali che caratterizzano il controllo attivo del rumore in cavità con architetture in feed-forward e feedback. É stato evidenziato come la banda in frequenza di controllo sia limitata dalla complessità della risposta acustica della cavità. Tale proprietà può essere quantificata tramite il coefficiente di sovrapposizione modale che, per cavità acustiche, aumenta proporzionalmente al cubo della frequenza. Di conseguenza se

Figura 12. Esempi di sistemi di controllo attivo acustico strutturale con coppie di sensori distribuiti con architettura feed-forward (a) e feedback (b) fissati sulla fusoliera di aerei rispettivamente con propulsione ad elica e a getto e di sistemi di controllo attivo delle vibrazioni decentralizzati con architettura feedback (c) fissati sulla fusoliera di aerei con propulsione a getto.

Figura 12 - Esempi di sistemi di controllo attivo acustico strutturale con coppie di sensori distribuiti con architettura feed-forward (a) e feedback (b) fissati sulla fusoliera di aerei rispettivamente con propulsione ad elica e a getto e di sistemi di controllo attivo delle vibrazioni decentralizzati con architettura feedback (c) fissati sulla fusoliera di aerei con propulsione a getto.

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casuale e a banda larga di basse frequenze audio, radiazione principalmente determinata

si vuole estendere la banda di controllo di un sistema attivo è necessario aumentare il numero di sensori ed attuatori proporzionalmente al cubo della banda di frequenza. Si è anche mostrato che il coefficiente di sovrapposizione modale di strutture bi-dimensionali, quali pannelli e gusci sottili, cresce linear-mente con la frequenza. Questo indica un possibile vantaggio del controllo attivo strutturale acustico rispetto al controllo del rumore: il primo infatti controlla la trasmissione del rumore attraverso pareti sottili. Questo approccio risulta di particolare interesse nel caso in cui la tra-

smissione del rumore all’interno di una cavià avvenga principalmente attraverso porzioni limitate del guscio che la delimita. In tal caso è sufficiente utilizzare un numero relativamente basso di sensori ed attuatori per ottenere una buona riduzione del rumore all’interno di una cavità.

Nella seconda parte dell’articolo sono stati presentati gli approcci principali del controllo attivo del rumore, della trasmissione delle vibrazioni e della trasmissione del rumore studiati e sviluppati nel settore aeronautico e automobilistico.

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ASPETTI TECNOLOGICI DEL PROTOTIPO Ing. Gabriele Castelli, ESION Srl

1. IL CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE: LE AREE DI ATTENUAZIONE

• Punto-Punto: è il caso più semplice da trattare. La sor-

gente è puntuale ed è posizionata in un ambiente ampio in cui si propaga il rumore. L’altoparlante secondario, posto ad una certa distanza, permetterà la cancellazione solo in corrispondenza del microfono di controllo. Si creerà pertanto una sfera di raggio λ/10 intorno a tale sensore entro cui l’attenuazione sarà massima; all’aumentare della distanza da esso, l’effetto di cancellazione andrà diminuendo.

• Punto-Zona: come nel caso di un impianto di ventilazione, la sorgente è puntuale (il ventilatore) ed il rumore si propaga lungo il condotto. Posizionando opportunamente il sistema ANC, è possibile ridurre la pressione acustica presso la bocca del condotto in modo che il disturbo risulti attenuato in tutto l’ambiente su cui essa si affaccia.

• Zona-Punto: nella cabina di un veicolo, ad esempio, il rumore proviene da molte sorgenti differenti non sempre localizzate in punti identificabili e risulta essere, pertanto, diffuso. In questo caso, il sistema ANC potrà creare un effetto di attenuazione locale, creando una “zona di quiete” ad esempio intorno alla testa del passeggero seduto.

• Zona-Zona: è il caso di problema che riguarda il rumore più comune, ma anche più ambizioso e complesso per l’approccio ANC. Un esempio può consistere nell’attenuare attivamente il rumore di una pista di decollo presso le abitazioni limitrofe. Un elaborato sistema ANC è in grado di gestire, potenzialmente, questa situazione, anche se sono ancora pochi i tentativi rilevanti riportati in letteratura.

Il sistema ANC - Active Noise Control agisce alle basse frequenze, preferibilmente tra 50Hz e 600Hz in ambienti liberi, e fino a 1500Hz all’interno di spazi confinati, come ad esempio le condotte di ventilazione. In tali bande di frequenza i materiali fono-assorbenti e fono-isolanti, per la loro natura, si rivelano poco efficaci, di conseguenza il sistema ANC si propone come una soluzione complementare alle tecniche tradizionali con l’obiettivo di fornire una copertura completa di tutte le componenti di rumore presenti nell’ambiente.

A tal fine, è determinante conoscere le caratteristiche della sorgente e dell’ambiente dell’applicazione in oggetto.

La fonte del rumore può, infatti, essere di tipo: • puntuale: il rumore è riconducibile ad una o più sorgenti chiaramente localizzate ed individuabili (es. motore, ventilatore, gruppo elettrogeno); • diffusa: il rumore è dovuto a più fattori e proviene da punti non sempre circoscrivibili e ben definiti (es. rumore dato da più sorgenti concorrenti, vibrazione delle pareti).

In base all’applicazione varierà anche il tipo di esigenze di miglioramento del comfort, che può riguardare: • un’area limitata (es. il sedile del conducente, il padiglione di una cuffia di protezione); • una zona estesa (es. l’abitacolo di una vettura, una cabina, una sala d’ufficio).

A seconda del tipo di sorgente e della configurazione dell’ambiente in cui essa è posta, è possibile determinare l’ampiezza dell’area su cui sarà possibile ottenere l’attenuazione del rumore, tenendo conto degli obiettivi che si intendono raggiungere, e la complessità del sistema ANC necessaria a tal fine. Si possono descrivere i seguenti 4 casi:

2. COMPONENTI DEL SISTEMA DI CONTROLLO ATTIVO

Nel corso degli anni e con l’intensa attività nell’ambito del progetto SASCAR, ESION s.r.l. ha sviluppato un proprio know-how che ha portato alla realizzazione di un prototipo di apparato per il controllo attivo del rumore.

Il sistema ANC è costituito da due parti: • Hardware: A) unità di controllo; B) microfono/i riferimento e controllo; C) amplificatore; D) attuatori woofer; E) casse acustiche; • Software:

Fig. 1. Zona di quiete e sorgente rumorosa, i 4 casi del sistema ANC

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viarlo agli altoparlanti. Deve essere in grado di fornire una potenza almeno pari a quella del rumore primario per poterlo contrastare, senza introdurre distorsione e saturazione. Se si adottano soluzioni multicanale, deve essere in grado di gestire canali separati.

– algoritmi di controllo principali: > Feedback; > Feedforward.

Hardware: A) L’unità di controllo (Fig. 2) rappresenta la centralina elettronica che gestisce tutti i dati in ingresso e in uscita.

All’interno è situato un microprocessore (DSP), un codec per la conversione analogico/digitale e digitale/ analogico dei segnali e tre tipi di memorie, una RAM (interna al DSP), una SDRAM e una FLASH esterne, per la memorizzazione del codice e dei dati.

Su di un lato sono presenti gli ingressi e le uscite con connettori XLR, mentre sul lato opposto c’è il connettore per l’alimentazione ed una porta seriale per il collegamento ad un computer. Tramite PC ed il connettore JTAG è possibile riprogrammare la scheda, mentre si può comunicare con essa con l’ausilio di una semplice, ma completa, interfaccia grafica.

Fig. 3. Amplificatore

D) Gli attuatori sono generalmente dei woofer o sub-woofer (esempio in Fig. 4), anche questi disponibili sul mercato. Devono essere in grado di riprodurre fedelmente il segnale a bassa frequenza, generato dall’unità di controllo. Il numero di attuatori e le dimensioni del diametro possono variare, entro certi limiti, in base allo spazio disponibile, alle frequenze e alle potenze acustiche in gioco. Inoltre, è di cruciale importanza la posizione degli altoparlanti che, quindi, deve essere studiata accuratamente.

E) Le casse acustiche, all’interno delle quali sono alloggiati gli altoparlanti, vengono progettate in base alle caratteristiche di questi ultimi ed allo spazio a disposizione, in modo da integrarsi con l’ambiente.

Fig. 2. Unità di controllo

B) I microfoni che vengono normalmente utilizzati sono di tipo ad elettreta da ¼’’. In alcuni casi, quando sono adoperati nelle condotte di ventilazione, possono essere protetti con i foam plastic sleeves, cioè le classiche spugne di protezione, oppure isolati all’interno di probe tubes. A seconda dell’algoritmo possono essere necessari più microfoni, la cui posizione deve essere individuata accuratamente affinché possano svolgere correttamente il loro compito. Inoltre, è necessario che questi sensori siano in grado di percepire e trasmettere senza distorsioni le frequenze del rumore nella banda di interesse per il sistema. L’esigua dimensione dei microfoni ne permette il posizionamento nei punti più idonei, ottenendone l’integrazione nell’ambiente con impatto minimo.

C) L’amplificatore è un modello ASK, progettato per essere inserito nei sistemi audio presenti nelle autovetture, ma adattato agli scopi del controllo attivo del rumore.

Per questo sono stati modificati gli ingressi e le uscite in modo da avere completa compatibilità con l’unità di controllo (Fig. 3). Ha il compito di amplificare il segnale di cancellazione generato dall’unità di controllo e di in-

Fig. 4. Altoparlante woofer

3. SCHEMI DEGLI ALGORITMI APPROCCI FEEDFORWARD E FEEDBACK Gli algoritmi sono la parte essenziale di un sistema elettronico/informatico e, nel caso di quelli sviluppati da

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• il filtro di ricostruzione; • l’amplificatore, l’altoparlante; • il cammino acustico dall’altoparlante al microfono di errore; • il microfono di errore; • il filtro antialiasing; • il convertitore analogico/digitale.

ESION s.r.l., vengono valutati in funzione dell’applicazione che viene di volta in volta affrontata. Le variabili sono: • tipo di sorgente del rumore (ad esempio puntuale o diffusa); • tipo di area di controllo (ad esempio locale o globale); • caratteristiche del rumore primario (banda larga o stretta); • caratteristiche dell’ambiente di applicazione (es. spazio a disposizione per altoparlanti e microfoni).

Proprio per la caratteristica di usare due microfoni, se si è nella condizione in cui il rumore principale proviene da un ambiente confinante e da una direzione precisa (ad esempio nel caso di una condotta per l’aria condizionata), si è in grado di avere una riduzione del rumore in tutto l’ambiente principale, effettuando il controllo al confine tra i due ambienti.

Nonostante la complessità spaziale del dominio determini la strategia di controllo da attuare, la caratteristica più importante dell’impianto è la posizione di lettura del segnale.

Nel controllo preazionato, denominato feedforward (Fig. 5), il segnale di riferimento del disturbo è prelevato a monte dell’attuatore, sufficientemente lontano in modo che non risenta della sua azione; in questo modo il controllore anticipa la correzione stimando il comportamento del sistema perturbato ed introducendo iterativamente delle correzioni sulla base della lettura dell’errore residuo prelevato sul segnale in uscita.

Nel controllo retroazionato (feedback), il comportamento dell’attuatore è basato solo sulla valutazione del segnale d’errore.

Gli aspetti critici sono principalmente due: I. i segnali acquisiti dai microfoni di riferimento e di errore, rispettivamente a monte e a valle dell’altoparlante, devono essere coerenti tra loro. Ciò significa che il rumore che si propaga nel condotto deve mantenere caratteristiche spettrali, in termini di modulo e fase, molto simili tra loro; II. il vincolo di causalità per cui il tempo necessario all’acquisizione del segnale di riferimento, all’elaborazione ed alla riproduzione del segnale di cancellazione (tsystem) deve essere inferiore o, al limite, uguale, al tempo che impiega l’onda di rumore a propagarsi nel condotto tra il microfono di riferimento e l’altoparlante (tair).

Fig. 5. ANC Feedforward singolo canale

Analizzando lo schema di un sistema ANC feedforward, si osserva che il cammino primario consiste nella risposta acustica dal microfono di riferimento al microfono di errore, dove si realizza l’attenuazione del rumore, di solito a banda larga. Poiché il sistema è dinamico, l’algoritmo adattativo ha il compito di seguire continuamente le variazioni temporali dei segnali. Questo comportamento è complicato dalla sovrapposizione acustica che avviene nello spazio tra la sorgente secondaria (l’altoparlante) e il microfono di errore, dove il rumore primario si somma all’uscita del filtro adattativo. Per questo è necessaria una compensazione per la funzione di trasferimento del cammino secondario, nella quale bisogna tener conto di molti contributi: • il convertitore digitale/analogico;

Fig. 6. ANC Feedback singolo canale

Il sistema ANC feedback, mostrato nel diagramma a blocchi in Fig.6, ha lo scopo di ridurre il rumore periodico a banda stretta. Questo sistema controlla sorgenti armoniche filtrando, in modo adattativo, un segnale di riferimento sintetizzato, generato internamente dallo stesso sistema ANC. Questa tecnica ha i seguenti vantaggi: 1. si evita l’indesiderato feedback acustico che torna in-

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dietro dalla sorgente secondaria al microfono di riferimento; 2. non ci sono i problemi legati alle non-linearità e all’invecchiamento del microfono di riferimento; 3. la periodicità del rumore rimuove il vincolo di causalità; 4. l’uso di un segnale di riferimento generato internamente rende il sistema capace di controllare ogni armonica in maniera indipendente; 5. è necessaria solo la modellazione della funzione di trasferimento dell’impianto acustico su quelle frequenze in prossimità dei toni armonici.

L’ultimo punto implica che, paragonato ad un sistema ANC feedforward, quello feedback può utilizzare un filtro FIR di ordine minore, garantendo stabilità e maggiore velocità.

In generale, sono usati due tipi di segnali di riferimento nei sistemi ANC feedback a banda stretta: un treno di impulsi con periodo uguale all’inverso della frequenza fondamentale del rumore periodico, oppure onde sinusoidali che hanno le stesse frequenze dei corrispondenti toni armonici da cancellare. Il secondo approccio è quello scelto ed utilizzato da ESION s.r.l..

Con lo schema feedback si persegue l’attenuazione della pressione sonora in prossimità del microfono di errore, in particolar modo si crea una zona di quiete, una sfera di cancellazione che è ha il raggio proporzionale alla lunghezza d’onda del rumore (r ≈ λ/10). Questo vuol dire che si ottiene un risultato apprezzabile alle frequenze medio-basse, le quali hanno lunghezza d’onda elevate.

4. LA MODELLAZIONE OFFLINE DEL SISTEMA Per poter utilizzare il sistema di controllo attivo, occorre una fase preliminare durante la quale si adatta al meglio l’algoritmo alle condizioni presenti, al campo acustico e al luogo di utilizzo.

Si adopera un’interfaccia grafica molto intuitiva e facile da utilizzare che serve a stimare la funzione di trasferimento del cammino secondario tra il microfono di errore e l’altoparlante e ad impostare il valore di altri parametri utilizzati dall’algoritmo di controllo attivo. Sviluppata in C#, visualizza i dati scambiati tra il pc e la scheda, tramite la porta seriale.

Questi i campi presenti: - Andamento temporale: disegna l’onda che percepisce il microfono di controllo; - Mu: è il parametro di adattamento dell’algoritmo, inserito nell’equazione di aggiornamento dei pesi; in generale con un valore piccolo l’adattamento è più lento ma l’algoritmo è più stabile, mentre con un valore grande si ha un adattamento aggressivo, ma potenzialmente instabile; - DAC Volume: è il livello del segnale di uscita dagli alto-

parlanti; - ADC Left/Right: è il guadagno dei segnali microfonici sinistro e destro; se il rumore primario è particolarmente elevato, si tende a non utilizzarlo; - Stima Fdt White Noise: pulsante per il lancio della funzione di trasferimento; quando viene cliccato, diventa verde e comincia l’emissione del rumore bianco per circa 30 secondi, alla fine dei quali la funzione viene automaticamente salvata nella scheda; - Send: tasto da cliccare dopo aver impostato i valori che si vogliono modificare, nei vari campi descritti sopra, per far sì che diventino effettivi e vengano scritti sulla scheda; - V-Meter: indicatore del livello di picco d’ingresso dei segnali microfonici sinistro e destro.

5. L’INTEGRAZIONE IN AMBITO NAUTICO Le principali sorgenti di rumore a bordo delle imbarcazioni sono rappresentate dai motori di propulsione, dall’impianto dei gas di scarico e dalla linea d’assi. Il rumore strutturale si diffonde nello scafo attraverso i ponti e l’impianto di scarico. Successivamente, il rumore aereo si irradia dai ponti verso le zone interne.

La riduzione del rumore a bordo coinvolge diversi aspetti: • aumento del comfort e miglioramento dell’esperienza di navigazione per i passeggeri di yacht e navi da crociera; • incremento della sicurezza nei luoghi di lavoro e protezione dall’esposizione al rumore per un lungo periodo per l’equipaggio ed il personale di bordo. Equipaggio e personale di bordo, infatti, a partire dal 15 febbraio 2011 sono soggetti a limiti di legge per quanto riguarda l’esposizione al rumore durante le ore lavorative, come da art.

189 del D. Lgs 81/2008.

Per quanto riguarda il primo aspetto, se si prendono in considerazione le dimensioni ridotte delle cabine, è possibile che si verifichi l’insorgere di onde stazionarie (modi risonanti) in aggiunta al rumore propagato per via strutturale dagli impianti di bordo, e per via aerea dagli impianti di condizionamento.

L’accoppiamento indesiderato dei modi acustici della cabina con le frequenze di vibrazioni dei macchinari può dare origine ad un rimbombo all’interno della stanza.

Questo rumore a bassa frequenza, porta ad un malessere, disagio e affaticamento degli occupanti della stanza.

L’installazione di un sistema di controllo attivo del rumore e delle vibrazioni presso il condotto di ventilazione di una cabina, direttamente all’interno di essa o in un luogo di lavoro, può ridurre sensibilmente i disturbi sopra citati e creare una zona di quiete, aumentando contemporaneamente la sicurezza ed il comfort a bordo.

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RICADUTE POSITIVE DELL’INTRODUZIONE DEL CONTROLLO ATTIVO DEL RUMORE SULLA SALUTE Dott. Ezio Gallas, Medico Chirurgo

Coppia di microtubuli interconnessi da 4MAPs, onde acustiche e pulsazioni

Coppia di microtubuli interconnessi da 4MAPs ed onde acustiche

re l’informazione a livello della cellula stessa e a livello di tutto il corpo in tempo reale e in tutte le direzioni. Tali campi EM, interagendo costantemente con i campi EM esogeni (naturali e artificiali), contribuiscono al mantenimento dell’equilibrio cellulare e di tutto l’organismo (omeostasi).

La membrana cellulare rappresenta nei sistemi biologici il confine tra l’ambiente endocellulare e quello extracellulare ed ha sia funzione di azione (mette in comunicazione l’ambiente con il nucleo cellulare per mezzo dei recettori di membrana), sia di modulazione, per cercare di mantenere il sistema in un equilibrio dinamicamente ordinato (rapporto tra necessità della cellula e interferenze ambientali).

Quindi la cellula umana è un’unità funzionale in stretta comunicazione con le altre cellule del corpo, regolata da complessi segnali di tipo magneto-chimico che coordinano l’insieme in una risposta coerente ed adeguata alle richieste di adattamento all’ambiente. I recettori di membrana sono in grado di condurre uno stimolo, per mezzo di un sistema a cascata, verso il nucleo che, alla fine, darà una risposta adeguata allo stimolo ricevuto (sintesi di vario tipo, espressione di geni, mitosi); il tutto modulato da complesse interazioni elettromagnetiche.

In questa complessità (membrana, recettori, effettori ecc.) il trasduttore di segnale EM verso l’interno della cellula più importante è il microtubulo (principale componente

Il rumore è un fenomeno acustico che provoca una sensazione sgradevole, fastidiosa o intollerabile; se intenso e/o persistente diventa un problema di notevole importanza per l’impatto sull’ambiente e sugli esseri viventi. Gli effetti nocivi del rumore sull’uomo si dividono in: uditivi (specifici) che riguardano l’organo dell’udito, extra uditivi (non specifici) che interessano organi e apparati diversi dall’organo dell’udito.

I danni specifici comprendono lesioni all’orecchio con perdita della capacità uditiva, mentre i danni sistemici comprendono disturbi molto vari che coinvolgono il sistema nervoso, il sistema cardiocircolatorio, il sistema gastroenterico, il sistema endocrino ecc.

Dopo questa premessa sugli influssi nocivi del rumore sugli esseri viventi, cerchiamo di chiarire alcuni meccanismi che sono concausa di tali disturbi.

I sistemi biologici sono stati generati sulla terra che, a tutti gli effetti, è una palla magnetica: essendo questi coerenti con il sistema che li ha generati, hanno sviluppato le stesse caratteristiche del sistema generante. Sappiamo, infatti, che la cellula umana nella sua complessità provvede, per mezzo di codici biochimici (molecole segnale), alle sue necessità funzionali, ma, allo stesso tempo, grazie a campi elettromagnetici - EM endogeni (autopoietici, generati delle variazioni di differenza di potenziale data dal flusso ionico trans membrana), è in grado di coordina-

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del citoscheletro), la cui struttura è collegata con gli altri microtubuli per mezzo di proteine MAPs (microtubule associated proteins), con la membrana cellulare, con le altre cellule e con la matrice extracellulare. I microtubuli sono soggetti a costanti modificazioni strutturali, indotte dall’adattamento della cellula agli stimoli ambientali: tali variazioni strutturali generano onde acustiche (trasduzione dell’energia elettromagnetica in elettroacustica) e viceversa (effetto Debye ed effetto L.I.V. lorenziane inverse vettoriali). Questi codici sono alla base del concetto di Cell-Wide Web e di body-Wide Web, facilmente intuibile vista la stretta relazione che i microtubuli hanno con le restanti strutture cellulari.

Materia ed energia sono indissolubilmente legate tra di loro: la materia a livello ultramicroscopico, cioè a livello delle particelle elementari, è in perpetuo movimento e interazione, quindi si trova in uno stato di vibrazione. Secondo l’equazione di Plank (E=hf), l’energia è legata alla frequenza della radiazione emessa.

Tutto ciò che è materia ha energia e l’energia è vibrazione, cioè frequenza; pertanto tutto ciò che è costituito da materia e, quindi, ha una massa, può emettere o ricevere frequenze, cioè onde elettromagnetiche. Gli studi di Popp hanno evidenziato, ad esempio, che la molecola del DNA ha una densità di informazione pari a 10 alla 21 bit e che le cellule comunicano nel campo dagli infrarossi agli ultra-

violetti. Tutto il corpo umano, dunque, è in grado di emettere e ricevere frequenze EM ed interagire con loro.

Lo scambio di questi segnali elettromagnetici a livello cellulare genera precisi effetti biologici e biochimici che, se ottimizzati e coordinati, mantengono lo stato di salute. è interessante notare che la maggior parte delle patologie si manifesta inizialmente con uno squilibrio energetico con conseguente difetto di comunicazione; in seguito compaiono alterazioni sul piano biochimico e conseguenti manifestazioni cliniche.

In un sistema così complesso come il corpo umano (condominio di 50 mila miliardi di cellule) si può comprendere come questi meccanismi siano fondamentali per una comunicazione istantanea e coordinata, tale da azzardare l’ipotesi che potrebbe rappresentare lo strumento attraverso cui la coscienza ha la consapevolezza della materia. In questo contesto possiamo ben capire come anche il rumore possa interagire in senso disturbante con i delicati equilibri elettromagnetico acustici e acustico elettromagnetici, che sono alla base del controllo funzionale e, quindi, dell’omeostasi per un corretto funzionamento cellulare e dello stato di salute.

Un ambiente sano, con notevole riduzione del rumore, sicuramente concorre al mantenimento dello stato di salute; pertanto qualunque sforzo orientato all’abbattimento del rumore è auspicabile e va sostenuto.

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L’IMPORTANZA DI SOLUZIONI PER L'ANC PER I PRODUTTORI DI IMBARCAZIONI IL CONTROLLO ATTIVO NEGLI IMPIANTI DI BORDO Ing. Francesco De Lorenzo Fincantieri

Marine Militari.

Un lavoro serio di insonorizzazione della nave prevede l’analisi di tutte le principali sorgenti di rumore e di vibrazioni, fornendo per ciascun impianto le soluzioni progettuali necessarie per ridurne i livelli sonori emessi.

A questo proposito occorre sottolineare che per combattere il rumore emesso a basse frequenze, per il quale i metodi di insonorizzazione usualmente usati non sono molto efficaci,il metodo del controllo attivo del rumore rimane l’unico in grado di conseguire ottimi risultati:l’effettiva efficacia del controllo attivo in ambito navale, la cui applicazione non ha potuto ancora godere della giusta considerazione, probabilmente per una ingiustificata mancanza di diffusione di conoscenza e dei necessari investimenti, rimane una pietra miliare della ricerca. Per il futuro si prevedono standard normativi ed armatoriali sempre più limitanti, nonché strumentazioni di scoperta ed intercettazione più avanzati e precisi, che impongono uno sforzo di ricerca e sviluppo da intraprendere necessariamente fin da ora.

Nel campo navale si è ancora in fase sperimentale in quanto la grande mobilità delle strutture dello scafo, soprattutto per le leggere navi militari, rende il problema di più difficile formulazione; comunque i dati raccolti circa i pochi impianti già installati a bordo, sia in campo militare che in campo diportistico, ed i risultati conseguiti nell’opera di ricerca presentata in questa tesi, garantiscono la validità del progetto, su cui però sarà necessario investire ancora molto in futuro per poterne sfruttare tutte le potenzialità.

Il problema della riduzione dei livelli di rumore e delle vibrazioni a bordo delle moderne navi rappresenta una delle principali sfide a cui sempre più progettisti in ambito internazionale cercano di dare soluzione: di seguito viene riportata una storia delle prime pionieristiche applicazioni del rumore attivo realizzate a bordo delle navi.

Il rumore e le vibrazioni sono riconosciuti come importanti cause di inquinamento ambientale, capaci di produrre danni fisici agli organi dell’udito dell’uomo, psicologici, come stordimento e stanchezza, nonché sociali, come riduzione dell’efficienza e dell’attenzione.

La conoscenza del meccanismo di generazione delle vibrazioni e del rumore non è recente, ma l’adozione di materiali e di strutture sempre più leggere, ovvero poco smorzate, permessa dallo sviluppo tecnologico e progettuale, abbinata alla necessità di elevate prestazioni e velocità, con conseguente aumento delle forze d’eccitazione, ha reso sempre più necessaria l’analisi dinamica delle strutture; inoltre è cresciuta la sensibilità nei confronti del problema e la volontà di risolverlo.

Il rispetto di normative e di richieste armatoriali sempre più stringenti, la necessità di conseguire standard qualitativi sempre più elevati, offrendo comunque dei prodotti finali, le navi, soddisfacenti le richieste di un pubblico sempre più esigente in termini di confort e di servizi, hanno determinato la ricerca di nuove soluzioni per il futuro; l’unanime interesse scientifico è volto allo sviluppo di una tecnica già ben nota ma che non ha potuto godere fino ad ora della giusta attenzione: il controllo attivo.

Ricerche hanno dimostrato che le vibrazioni generate dalla moltitudine di sorgenti di bordo, quali motori, pompe, compressori, impianti di condizionamento, passano allo scafo attraverso i punti di connessione; queste vibrazioni strutturali trasmesse allo scafo producono del rumore strutturale radiato sia all’interno che in acqua; quest’ultimo produce una ben distinta segnatura acustica, determinante per la detettabilità di ciascuna nave, identificabile attraverso sonar passivi; la sua modificazione o riduzione, nonché previsione in fase di progetto, è argomento di grande interesse e ricerca, soprattutto per soddisfare le richieste avanzate dalle

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In ambito navale la letteratura riporta di un numero estremamente esiguo di applicazioni effettivamente realizzate ed installate con successo; nella seguente tabella è riportato l’effettivo stato dell’arte: IMPIANTO

TECNICA

REALIZZAZIONE

HVAC

ANC

Fincantieri – ABB

GAS DI SCARICO

ANC

Fincantieri

RIDUTTORE

AVC

Hutchinson

ASAC

AVIIS project Blekinge Institute of Technology

AVC

Hutchinson

AVC

University of Adelaide, Blekinge Institute of Technology

MOTORI DIESEL

MOTORI ELETTRICI

ANNO Ing. F. De Lorenzo 1996 - 2000 Ing. M. Noé 2007 Prof.s M. Winberg, 1997 T. L. Lagö, S. Johansson, I. Claesson

Filtri Attivi ALSTOM Power

NAVE M/S VEENDAM M/S TOR SUECIA Laboratorio Storebro 36 Royal Cruiser

Ing. M. Noé 2007

Laboratorio

Prof.s M Winberg, C. H. 2001 Hansen, I. Claesson, B. Cazzolato

Laboratorio

- 1998

R/V Árni Friðriksson

Tab. 1 Stato dell’arte delle applicazioni del controllo attivo del rumore e delle vibrazioni a bordo delle navi.

Gli studi e i test di rumore al vero, compiuti dalla Esion quest’anno su un mock-up, in collaborazione con la Fincantieri, hanno dimostrato che il sistema del rumore attivo, applicato all’impianto di condizionamento di una cabina, è in grado di migliorare molto le prestazioni acustiche a bassa frequenza, migliorandone di conseguenza il comfort.

Come si evince dall’osservare i sopra riportati dati, nonostante i notevoli sforzi individuali, questi restano insufficienti per poter permettere un rapido ed efficace sviluppo di una così promettente ed ancora poco esplorata tecnologia; per il futuro è auspicabile un maggiore interesse da parte degli armatori e delle Marine Militari, tale da giustificare maggiori investimenti economici.

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LE NUOVE FRONTIERE DEL COMFORT SUGLI YACHTS Ing. Paolo Cerisola, Monte Carlo Yachts

Per essere chiari in termini semplici, l’uomo è dotato di tre tipi di sensori che controllano il comfort dell’ambiente in cui si trova; il primo tipo è il sensore termico che esula da questa trattazione, il secondo tipo è l’orecchio che percepisce il rumore e il terzo è il “fondoschiena” che percepisce le vibrazioni.

Negli anni gli armatori sono diventati sempre più esigenti in merito al comfort e i cantieri hanno impegnato di conseguenza ingenti risorse umane ed economiche per migliorarlo riducendo il rumore e le vibrazioni.

Anche i Registri di Classifica hanno introdotto procedure di certificazione della classe di comfort di bordo.

Nell’ambito degli yacht è ormai un obbligo adottare provvedimenti per ridurre rumore e vibrazioni.

Per quanto attiene le vibrazioni, molti sono i fronti sui quali si può agire.

Ogni macchinario nel suo funzionamento genera vibrazioni. Per ridurne la percettibilità, si deve agire sulle sorgenti bilanciandole al meglio.

Non è però possibile annullare completamente le vibrazioni generate da un macchinario. Si deve, quindi, agire sui supporti che lo collegano alla struttura, montando degli antivibranti che interpongono parti in elastomero opportunamente tarate, riuscendo in questo modo a ridurre notevolmente la trasmissione delle vibrazioni alla struttura della nave.

Si può, inoltre, irrigidire selettivamente la struttura della nave, per far si che le vibrazioni che comunque riescano a “entrare” nelle strutture, non trovino punti con una elasticità tale da renderle nettamente avvertibili ai passeggeri.

Anche per quanto attiene il rumore vi sono molti fronti sui quali si può agire.

Le strutture delle navi sono fatte di travi e pannelli. Un pannello che vibra, si trasforma sostanzialmente in una cassa acustica capace di tradurre le vibrazioni strutturali in rumore aereo. Per contenere questo fenomeno, si installano piastre di costrizione in lamierino metallico di dimensioni e peso tarati, incollate al pannello con apposite vernici visco-elastiche creando in sostanza uno smorzatore di vibrazioni a parete. è da notare come le vibrazioni possano essere fastidiose non solo a causa del nostro sensore “fondoschiena”, ma anche a causa del nostro sensore “orecchio”.

Gli yachts sono sogni naviganti che colpiscono l’immaginario collettivo per l’armonia delle forme esterne, per la ricchezza e accoglienza degli arredi interni, e ispirano fantasie su viaggi verso mete meravigliose cullati dalle onde e avvolti nel comfort. Il carico pagante degli yachts è sicuramente il design, destinato ad una utenza sofisticata, abituata al lusso e ad usufruire dei servizi di più alto livello.

Ogni dettaglio a bordo deve essere perfetto, curato con artigianalità e passione.

Ma dopo il primo accattivante contatto visivo con lo yacht dei desideri, inizia la permanenza a bordo, in banchina prima, in navigazione poi e, infine, alla fonda.

Si accendono i motori, si avvia il generatore, la ventilazione di macchina, l’impianto idroforo, l’impianto acque nere e grigie, e l’impianto di condizionamento. Perché lo yacht è in realtà un oggetto tecnologico e, anche in questo caso, la tecnologia è espressa ai massimi livelli, tesa a fornire i migliori servizi all’Armatore.

E quando tutto è pronto inizia la navigazione. è in questo momento che si potrebbe spegnere tutta l’atmosfera di sogno che avvolge la desiderata vacanza a bordo dello yacht, raggiunto a costo di tanto impegno e tanti sacrifici.

Ogni macchinario installato a bordo, una volta avviato, genera un suo rumore caratteristico, lo trasmette all’ambiente circostante per via aerea e genera vibrazioni che propaga su tutto lo scafo tramite le strutture su cui poggia.

Ogni pala dell’elica, per generare la spinta necessaria alla propulsione, genera un’area di pressione sulla sua faccia poppiera e la fa ruotare intorno a sé attorno all’asse dell’elica stessa. E ogni volta che la pala transita sotto la volta di poppa l’area di pressione si traduce in un impulso che eccita la volta di poppa. E così per ogni pala dell’elica e per il numero di giri dell’asse. Tutto ciò si traduce in una sorgente vibratoria che accompagna inevitabilmente lo yacht in tutta la navigazione.

La somma delle vibrazioni generate dai macchinari di bordo e dalle eliche corre per tutte le strutture dello yacht mettendone in vibrazione ogni sua parte con frequenze e con ampiezze peculiari ad ogni zona e che possono essere percepite dai passeggeri a livello corporeo e a livello acustico.

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Il rimedio più noto per il contenimento del rumore sono le isolazioni, ovvero la applicazione sulle pareti di rivestimenti di materiali soffici, capaci di frenare la trasmissione del rumore. Le isolazioni possono assolvere anche la funzione di isolante termico, ma pongono dei problemi di peso, di installazione e di sicurezza antincendio.

Naturalmente si deve anche intervenire sui macchinari, cercando di insonorizzarli al meglio.

Tutte le tecnologie elencate fin qui si basano su sistemi passivi di smorzamento del rumore Esse rappresentano i fronti sui quali si sono concentrati gli sforzi fino ad oggi, riuscendo ad ottenere in molti casi dei consistenti risultati.

In altri casi, invece, si è scoperto solo a yacht finito e pronto alla consegna, che vi erano problemi di rumore o di vibrazioni. è questo un altro aspetto critico del confort sugli yachts.

Non si possono organizzare test preventivi mentre lo yacht è in costruzione per verificare la bontà del progetto confort. Si possono testare i generatori, gli impianti idraulici e meccanici con lo yacht ancora in costruzione, ma il confort lo si può verificare solo a yacht funzionante, in banchina, in navigazione ed alla fonda. E se a yacht funzionante si scoprono rumori o vibrazioni anomale, la soluzione può essere decisamente costosa, ma in alcuni casi può essere anche impossibile.

Tutte queste meravigliose tecnologie dimostrano quanto si è investito e quanto ancora si investe nel campo del comfort degli yachts. è necessario sottolineare, però, che esse possono essere applicate su yachts di determinate dimensioni, che possono assorbire i pesi delle installazioni antirumore. Su yachts di piccole dimensioni ed in particolare su scafi plananti, il peso è un parametro fondamentale che deve essere mantenuto al minimo. Questo limita fortemente la possibilità di contrastare efficacemente il rumore per tale settore di yachts che è, però, largamente diffuso. è allora necessario rivolgersi verso nuove tecnologie che consentano di ridurre i pesi delle installazioni e che siano applicabili anche agli yachts plananti sotto i 24 m e che comunque permetterebbero di completare ulteriormente le prestazioni dei sistemi passivi attualmente installati sui grandi ychts. è in questo contesto che si sono aperti gli studi sui si-

stemi di riduzione attiva del rumore aereo.

Tali sistemi si basano sulla fisica del suono che, in termini semplici è definibile come la propagazione di onde di pressione nell’aria. Le vibrazioni delle superfici generano onde di pressione nell’aria che vengono percepite dall’orecchio umano. Il rumore è un suono prodotto da vibrazioni indesiderate di superfici emittenti.

Analogamente la musica o la voce umana sono suoni prodotti da vibrazioni gradevoli di superfici emittenti.

Le onde di pressione sono caratterizzate da una loro ampiezza, da una loro frequenza e da una loro fase. Non occorre essere dei fisici per comprendere il principio di funzionamento dei sistemi di soppressione attiva del rumore. Basta sapere che un’onda può essere annullata facendola incontrare con un’onda di pari ampiezza, di pari frequenza, ma con fase opposta.

L’idea che sta alla base della soppressione attiva del rumore è proprio quella di annullare le onde di pressione “rumorose” generando delle onde di pressione di pari ampiezza e frequenza, ma con fase opposta.

Questa semplice soluzione è in realtà molto complessa da realizzare a causa del fatto che il rumore è composto da più onde, con diverse ampiezze, frequenze e fasi. Per eliminare il rumore occorre, quindi, generare più onde in contro fase. Fortunatamente, i sistemi elettronici di oggi hanno delle prestazioni tali da consentire di analizzare il rumore aereo e pilotare dei sistemi audio con funzione di generatori di onde in contro fase. è questa, dunque, la nuova frontiera tecnologica da esplorare per migliorare il livelli di confort a bordo. Sistemi con questa tecnologia andrebbero a completare le installazioni di sistemi passivi su grandi yachts, consentendo di ottenere prestazioni mai raggiunte prima, ma sono soprattutto gli yachts plananti entro i 24 m che ne beneficerebbero maggiormente.

I sistemi di soppressione attiva del rumore diventeranno quella dotazione di bordo che garantirà agli armatori di vivere in pieno comfort il loro sogno navigante.

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PROSPETTIVE FUTURE PER L’USO DEI RISULTATI DELLA RICERCA INDUSTRIALE CONDOTTA NELL’AMBITO DEL PROGETTO SASCAR Intervento di apertura di Tullio Paiza, Presidente di ESION Srl, capofila del progetto SASCAR, all’evento di presentazione del progetto – Marina di Lepanto 9 giugno 2011

L’odierna iniziativa di divulgazione dei risultati finora raggiunti con il progetto SASCAR - studio ed applicazione di sistemi di controllo attivo del rumore su imbarcazioni da diporto e navi - vuole rappresentare anche un contributo di carattere più generale alle tematiche del rumore, delle sue conseguenze e delle possibilità di applicazione di sistemi di controllo attivo delle emissioni con componenti a bassa frequenza, sia per migliorare le condizioni di confort che quelle di sicurezza.

Francamente questa tematica, sebbene trovi riscontro in alcune norme di legge, è attualmente sottovalutata, se non ignorata, nel nostro Paese. I sistemi largamente in uso sono quelli di un controllo passivo, con forti limiti nei risultati e con scarse ricadute nella ricerca .

dotto che rafforzi nella sua applicazione la competitività di un sistema economico regionale di primaria importanza.

Da un iniziale scetticismo ho così potuto constatare in questo periodo un crescente interesse, culturale alla tematica e tecnologico nelle sue possibili applicazioni.

Ciò mi fa ben sperare e, in tempi di crisi come quelli che stiamo vivendo, mi sembra che sia proprio il coraggio di esplorare nuove conoscenze l’antidoto migliore alla sfiducia e al pessimismo, e che talvolta grazie a politiche regionali attente al territorio si può contribuire a localizzare attività che favoriscono lo sviluppo di nuove tecnologie.

La società ESION da anni si occupa, invece, di sistemi di controllo attivo e ha colto, grazie anche alla collaborazione maturata con Ansaldo Sistemi Industriali, l’opportunità di localizzare a Monfalcone la sua attività per le possibili ricadute nel settore navale e nautico considerati gli insediamenti industriali qui presenti, dalla Fincantieri alla Wartsila di Trieste ai cantieri dediti alle costruzioni nautiche e caratterizzati da forti innovazioni di prodotto e di processo.

Il bando POR FESR 2007-13, finanziato dalla Regione Friuli Venezia Giulia, ha rappresentato un’occasione importante per sviluppare ulteriormente la ricerca nel settore e guardare ad una futura evoluzione dell’iniziativa con la costituzione di un laboratorio dedicato e la crescita di una piccola impresa con la possibilità di nuova e qualificata occupazione.

Questa determinazione non sarebbe stata possibile senza il significativo apporto di Friuli Innovazione, dell’Università di Udine e di RINAVE, del contributo intellettuale di Fincantieri, della disponibilità del Consorzio per lo Sviluppo Industriale di Monfalcone e dell’incoraggiamento alla ricerca offerto da Monte Carlo Yachts.

Ora i primi risultati dell’attività di progetto confermano il valore di questa ricerca e la possibilità di ottenere un pro-

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CREDITS

La presente pubblicazione è stata realizzata grazie al contributo di quanti hanno partecipato all’evento di presentazione del progetto SASCAR – Sistemi e applicazioni di controllo attivo del rumore, svoltosi il 9 giugno 2011 presso la Marina Lepanto a Monfalcone.

Si ringraziano per aver partecipato all’evento come relatori e per il loro contributo Claudio Andrea Gemme, amministratore delegato di Ansaldo Sistemi Industriali Spa, Gianpaolo Fontana, direttore del Consorzio per lo Sviluppo Industriale del comune di Monfalcone, Francesco De Lorenzo, dirigente di Fincantieri, Paolo Cerisola di Monte Carlo Yachts (Gruppo Beneteau), Carlo Pestelli, manager noise & vibration di Wärtsilä Italia Spa, Enzo Lorenzon, presidente della Società Isontina Sviluppo, Ettore Camozzi, CEO di HPD Srl, Sergio Kocevar, responsabile project management per Wärtsilä Italia Spa, Ezio Gallas, dottore specialista in disturbi causati da rumore e vibrazioni.

Per aver partecipato all’evento, testimoniando l’interesse del territorio per il progetto SASCAR, si ringraziano il sindaco della città di Monfalcone, Silvia Altran, il presidente della provincia di Gorizia Enrico Gherghetta e l’Assessore all’Innovazione della provincia di Gorizia Federico Portelli, Piercipriano Rollo, direttore di Fincantieri, le rappresentanze delle Capitanerie di porto e dell’Associazione dei costruttori imbarcazioni da diporto.

Un ringraziamento particolare, inoltre, ai rappresentanti delle realtà partner del progetto SASCAR che hanno organizzato l’evento e contribuito con i loro articoli alla realizzazione della presente pubblicazione: Tullio Paiza, presidente di Esion Srl, l’ing. Gabriele Castelli, direttore tecnico di Esion Srl, Paolo Gardonio, professore straordinario dell’Università degli Studi di Udine – Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica, Stefano De Monte, presidente del Consorzio per l’Alta Ricerca Navale – RINAVE e Fabio Feruglio, direttore di Friuli Innovazione, Centro di Ricerca e di Trasferimento Tecnologico.

Si ringrazia, infine, l’Associazione Italiana di Acustica per aver concesso la possibilità di utilizzare in questo fascicolo l’articolo del Prof. Paolo Gardonio, pubblicato sugli atti del 37° Convegno Nazionale Associazione Italiana di Acustica (Siracusa 26 – 28 maggio 2010).

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Unione Europea FESR

Ministero dello Sviluppo Economico