随着城市化进程的加快，交通噪声污染愈发严重。据中国环境监测总站统计表明：多数城市的区域环境噪声严重超标，约有80%的交通道路的噪声超过了标准值70dB（A）。不仅如此，城市空气污染问题也愈发严重。根据中国环境监测总站颁布的《中国环境状况公报》，京津冀、长三角、珠三角等重点区域共74个城市中超标城市比例为95.9%。相关研究表明，噪声与空气污染严重影响室内环境和居民身心健康。噪声直接作用于人的中枢神经系统，使人神经紧张、心跳加快、血压升高等。低劣的空气质量也会使人注意力分散，工作效率下降，严重时还会引起恶心、疲劳、皮肤红肿等症状。而据中国室内环境监测委员会主任宋广生指出，室内90%的噪音是从窗户传进来的，所以安装隔声窗是解决噪声问题最直接的方法。
为此，提出了一种基于主被动降噪技术的自然通风隔声净化窗的新型设计，并对其进行了实验分析与研究。
1 隔声净化窗整体设计方案
基于主被动降噪技术的自然通风隔声净化窗的整体结构图与工作流程图分别如图1、图2所示。其核心主要由三部分装置组成：1、主动降噪装置，运用有源控制技术，采用自适应算法，消除中低频噪声，扩大降噪频段；2、被动降噪装置，采用聚氨酯吸声棉及透明微穿孔板，根据声波与材料间粘滞作用及共振原理，吸收中高频噪声；3、空气净化装置，通过初效滤网和复合滤网（栅栏式静电驻极层和蜂窝式活性炭滤层），利用静电吸附等物理方式，净化进入室内的空气，有效改善了室内空气质量。

图1 自然通风隔声净化窗整体结构示意图
Fig.1 the overall structure diagram of natural ventilation purification sound insulation window

图2 隔声净化窗工作流程图
Fig.2 the work flow chart of purification sound insulation window
2 隔声净化窗具体设计方案
2.1窗体设计
本隔声净化窗由上部消声通道和下部普通推拉窗组成，整体采用断桥铝合金及钢化中空玻璃。其中，上部消声通道的外框运用断桥铝合金与方管进行连接，室外一侧进风口处为上悬窗，室内一侧为一体式下悬窗；通道的上下左右四个方向用木板及不锈钢板进行密封，接缝处用玻璃胶粘合，保证密封性；出风口位于通道下底面最右边，采用开洞方式。下部推拉窗用以满足日常采光、保温隔热等需求。
2.2主动降噪装置
主动降噪装置主要由参考传声器、次级声源、控制器以及误差传声器组成。其中，参考传声器用于检测进入消声通道中的室外噪声信号，次级声源用于产生与噪声声波振幅相同、相位相反的抗噪声波，控制器用于数据处理与分析，误差传声器用于检测消声通道内的残余噪声信号，并将该信号反馈给控制器。通过该噪声控制系统，消除中低频噪声，扩大整窗降噪频率范围。
道路交通噪声属于随机扰动产生的宽带噪声，因此本设计采用宽带前馈控制算法，其算法结构图如图3所示：

图3 前馈FxLMS算法结构图
Fig.3 feed forward FxLMS algorithm structure
滤波器的输出反信号:
（1）
噪声抵消后所得到的残余误差信号:
（2）
权系数迭代公式: （3）滤波信号: （4）
式中：为自适应滤波器的阶数；
为自适应滤波器的步长因子；
为参考输入信号；
为次级通路的传递函数。
进入消声通道的噪声，通过上述自适应算法，使次级声源精确地产生与噪声声波相位相反、频率相同的抗噪声波，实现降噪效果的最优化。
2.3 被动降噪装置
2.3.1被动降噪装置原理与组成
为了优化被动降噪的性能，被动降噪装置主要具有多孔吸声结构的聚氨酯吸声棉和具有共振吸声结构的PETG微穿孔板组成，实现对中高频噪声的消除。
聚氨酯吸声棉布置在消声通道的上下左右四个面。其结构具有大量微孔，孔细小且分布均匀，当声波入射到多孔材料表面时，由于声波产生振动，引起小孔或间隙内的空气运动，造成声波与孔壁之间产生摩擦及粘滞，使大部分声能转化为热能，从而使声能衰减，反射声减弱；PETG微穿孔板则纵向布置在消声通道内部，且与消声通道前后玻璃保持一定的距离。当入射声波的频率和穿孔材料的共振频率一致时，穿孔板颈的空气产生剧烈振动摩擦，形成了吸收峰，加强了吸收效应，使声能显著衰减。