Active noise control : a case study

The master thesis here presented is part of the project PIANO (the Italian acronym of 'low cost platforms for the active noise control') which was commissioned to Politecnico di Milano in February 2011. The project goal is the attenuation of the noise produced by two high rotational cooling fans of a Digital Video Broadcasting - Terrestrial (DVB-T) device. In order to adopt a pervasive solution, it is necessary to employ a hardware-implemented Active Noise Control (ANC) methodology: this utilizes electro-acoustic sensors and actuators to generate an anti-noise signal, whose aim is the cancellation of the disturbance in a particular point in space (quiet zone). Nevertheless, the project specifications prohibit any structural modification of the device, with the exception of small microphones and loudspeakers installations, provided that the cooling performance is not damaged. A dedicated study is needed to built a robust method for defining the correct actuators number and positions, in order to achieve the project goal as well as to extend the quiet zone. The description of the selected method is presented after a state of the art analysis: this method is based on the assumption that the power, measured in a point, could be expressed as the sum of the ones generated by ideal sources located near the device. Once a 3D point grid is defined, acoustic measures on it allow the computation of the model for the two fans; then, the actuator one is obtained by adopting a similar procedure. After that, the optimal number and positions of loudspeakers are derived iteratively from the above models: hence, it is possible to have the best combination of actuators to reproduce the original energy field.

Il lavoro di tesi qui presentato è inserito all’interno del progetto PIANO ('PIAttaforme a basso costo per il coNtrOllo attivo del rumore'), commisionato al Politecnico di Milano nel Febbraio 2011. Scopo del progetto è l’attenuazione del rumore prodotto da due ventole ad alta velocità, per il raffreddamento di un dispositivo di Digital Video Broadcasting - Terrestrial (DVB-T). Per poter rendere la soluzione pervasiva, è necessario adottare una metodologia di controllo attivo del rumore (ANC) implementata in hardware: essa utilizza sensori ed attuatori elettroacustici per la generazione di un segnale di cancellazione, atto ad attenuare il disturbo in una particolare zona dello spazio, detta zona di quiete. Le specifiche di progetto, tuttavia, vietano qualsiasi modifica strutturale del dispositivo ad eccezione dell’installazione di piccoli microfoni ed altoparlanti, purchè questi non compromettano le prestazioni. Si è quindi costretti a sviluppare uno studio dedicato alla costruzione di un metodo per definire il numero e le posizioni ottimali degli attuatori, permettendo non solo di raggiungere l’obiettivo ma anche di estendere la zona di quiete. Ad una prima parte che si focalizza sull’analisi dello stato dell’arte, segue la descrizione del metodo adottato: esso si basa sulla costruzione di un modello che consenta di esprimere la potenza, misurata in un punto, come la somma di quelle generate da un numero predefinito di sorgenti ideali, localizzate in prossimità del dispositivo. Tale modello viene calcolato per le ventole grazie ad acquisizioni acustiche su una griglia tridimensionale di punti; similmente, la procedura viene adottata anche per ricostruire il modello dell’attuatore. Dopo aver così ottenuto i modelli, si procede iterativamente per ricavare il numero e la posizione ottima degli attuatori, in modo da riprodurre al meglio il profilo energetico originale.