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音品质，在有源噪声控制研究中可应用于构建初级
1 引言 噪声场，建立系统调试和测试平台；声场再现技术虽

然只能以数值方式建立虚拟声场，但在有源噪声控
有源噪声控制 (Active noise control, ANC) 作
制系统设计、性能仿真、验证及声效展示方面将发
为一种最主要的控制低频噪声的降噪技术，经过国
挥重要作用。需要说明的是，截至目前，绝大部分实
内外学者和技术人员几十年持续不断的努力，已经
际应用的有源降噪系统，其实现方式均是利用自适
建立起成熟的理论体系，突破了降噪机理认识、控制
应算法调整次级声源强度 (幅度和相位) 实现在误
算法及性能分析、系统设计与实现等关键问题，在
差点处与初级声场的声压匹配，这是声场重构技术
有源降噪耳机、螺旋桨飞机舱内有源降噪、轿车车
的一种应用。本文论述的声场复现技术比自适应有
厢有源降噪等场合实现了有源降噪技术的工程应
源降噪技术涵盖的范围更宽，它服务于有源降噪系
用以及产品化和商业化，上述进展奠定了有源控制
统的试验平台搭建、次级声源和误差传感器 (即电
技术作为噪声控制技术重要分支的地位。然而，已
声器件) 位置和个数的设计、降噪效果的展示等等，
有成就与有源控制技术的发展潜力是不相称的。总
也就是作为构建有源降噪系统的支撑技术。
的说来，有源控制技术已在特定情况下获得应用，甚
至已展现出产业化推广的前景，但该技术的应用范
2 声场复现技术
围和案例均十分有限，大范围的推广应用遇到障碍，
突出问题表现在有源控制系统设计及工程应用中 2.1 声场重构
关键技术的研究尚待深入 [1] 。 声场重构技术利用扬声器阵列重构三维空
从有源控制技术开发的角度来讲，目前的问题 间 声 场 的 时 间 和 空 间 特 性， 典 型 方 法 是 波 场
主要体现在：(1) 缺乏普适性的量化设计方法，这主 合成 [2−3] (Wave field synthesis, WFS)、高阶 Am-
要指电声器件布放 (包括次级声源、误差传感器的 bisonics [4−6] (Higher order Ambisonics, HOA) 以
个数和位置)设计方法；(2)缺乏便利、低成本的系统 及声压匹配 [7−8] 等。
调试和测试声环境 (对飞机、空间站、潜艇等军用航 WFS技术是荷兰代尔夫特大学 Berkhout 教授
行器舱内有源降噪系统开发尤其如此)；(3) 缺乏通 于 1988 年提出，其基本原理是基于惠更斯理论及
用灵活的设计工具和软硬件调试平台。要解决上述 Kirchhoff-Helmholtz 积分方程，即如果已知封闭曲
问题，声场复现技术的应用十分关键，已有研究表 面上声压和法向质点振速分布，那么就可以在其表

明，声场复现技术用于有源噪声控制系统设计，是推 面布置一系列单极子和偶极子声源重构内部声场。
动其走向实用化的关键步骤。 对于简单声场，可以利用点声源或平面波模型推导
声场复现是指通过一定手段还原真实声场 (或 重构声源 (或称为次级声源) 的驱动函数；针对复杂
目标声场) 空间分布与时间特性的一种声场还原技 声场，可利用传声器阵列采集声场信息，外推次级声
术，通常有两种不同的实现方式。需要注意的是，不 源位置的声场，计算其驱动函数，进而重构原始声
同文献对这两种声场复现方式的定义和名词术语 场。为了构造出实际的 WFS声场重构系统，需要利
并无明确区分，往往混用，本文按大多数学者的习惯 用 Rayleigh 积分对其基本原理做适当修改 [3] ，一方
用法给予区分和定义。声场复现的两种方式分别为 面将闭合的次级声源曲面缩减为平面，将声源区域
声场重构 (Sound field reconstruction) 和声场再现 和重构区域分开，另一方面，Rayleigh积分移除了偶
(Sound field reproduction)，前者是指利用扬声器阵 极子声源，仅利用无指向性点声源，更易实现。实际
列在特定物理环境中发声，以重构真实的声场分布； 中，更常见的是利用扬声器线阵列重构声场，虽然在
后者是指通过建立数学模型，利用特定的算法以数 阵列平面内能够取得较好的重构效果，但高度方向
值方式计算或预测目标声场参数，以数据、图像或 的声场信息无法有效重构。由于 WFS 仅利用有限
音频等方式呈现目标声场 (即声场的可视化或可听 数目的扬声器阵列，因此会产生次级声源的离散和
化)。声场重构技术通过扬声器阵列呈现真实的声 截断误差。另外，WFS理论假设声波在自由场传播，
场环境，使人们仿佛身临其境，感受真实的声效与声 对于实际房间的声场重构，则需要考虑房间补偿。