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第 37 卷 第 5 期        王淑萍等： 用于开口声辐射控制的虚拟声屏障实现方法及机理研究                                          773


                                                               段噪声而无法降低 500 Hz 以下噪声，Murao 等               [12]
             1 引言
                                                               提出将 2 个独立的 AAS 单元组合，一个降低低频
                 开口辐射噪声是生产和生活中的常见问题，被                          噪声，另外一个降低高频噪声，可在较大范围内
             动降噪方法通常需要封闭开口，且对低频噪声控                             将300 Hz∼2000 Hz频段噪声降低5 dB∼15 dB。为
             制效果不好，而通过开口的噪声辐射如通过窗户                             了将 AAS 单元应用在面积更大的窗户上，Murao
                                                                                           ′
             传播到室内的交通噪声中低频噪声为主要部分                       [1] ，  等 [13]  提出使用 M[(1 − 1) − L ] FxLMS 算法，其
             故引入有源噪声控制技术降低开口声辐射。由                              中 M 为 AAS 单元的数量，L’ 为每个 AAS 单元需
             Kirchhoff-Helmholtz 方程可知，当某一封闭空间内                  要的误差传声器数，每个 AAS 单元有自己独立的
             部不存在声源时，该空间内的声压仅由边界上的声                            参考传声器和误差传声器，仿真和实验证明理论
             压和质点速度决定，若边界上各点的声压和质点速                            上该算法可将 AAS 窗户的面积扩展到无限大。此
             度处处为 0，则空间内声压处处为 0 。三维虚拟声                         外，Nishimura等   [14]  还提出了有源隔声单元(Active
                                            [2]
             屏障是该理论的一个应用实例，可在局部创建有效                            sound insulation unit) 的概念，将该单元安装在开
             静区  [3−4] 。对开口声辐射，若能有效控制开口面上                      口处，用混响场中的声音作为初级噪声，发现该单元
             的声压和质点速度，则可降低通过开口传播到外界                            的尺寸小于被控制噪声频率的四分之一波长时可
             的噪声，该技术已有应用于变压器噪声控制的实例，                           降低开口传播噪声。
             通过在窗户处安装 15 通道虚拟声屏障可有效降低                              Elliott 等  [15−16]  研究了小孔透射声的有源控
             通过窗户传播到外界的变压器线谱噪声                  [5] 。          制，发现当噪声波长与小孔的尺寸可比时，只需要
                 Emms 等  [6]  研究了无限大刚性墙上的小孔传                   少量次级源就可以实现有效控制，而当波长小于小
             播噪声，比较了 3 种有源控制方法，分别最大化单极                         孔尺寸时，需要更多的次级源。Kwon 等                 [17]  研究了
             子、偶极子以及单极子和偶极子组合的声吸收，发                            外界入射到房间内的噪声，将次级源安装在房间外，
             现距离很近的单极子和偶极子的组合可对波长大                             用缩尺模型进行了实验验证，该前馈控制系统可在
             于小孔尺寸的噪声实现有效控制。对一个二维开口                            400 Hz∼1000 Hz 频段实现对外界入射噪声 10 dB
             房间模型，Ise    [7]  在房间墙壁上布放 5 个次级源，窗                的降噪。Jakob 等     [18−19]  在面积 1 m×1.25 m、距离
             户处布放 4 个误差传声器，利用声阻抗控制原理实                          20 cm 的双层玻璃窗的 4 个顶点处安装 8 个次级源，
             现了软边界，即声音在边界处完全反射回去，数值                            噪声传入的房间内布放 4 个误差传声器，初级噪声
             仿真表明，在房间外以 200 Hz 为中心频率的 1/3 倍                    为白噪声，同时也作为参考信号，可在房间内实现
             频程内可实现15 dB的降噪。为进一步提高降噪量，                         8 dB 的降噪，此外还用实验验证了反馈系统用于控
             Ise [8]  在一扇窗户处安装了 16 个独立的单通道有源                   制双层玻璃窗传入的窄带噪声、交通噪声的可行性。
             控制系统，用来降低外界通过窗户传播到室内的噪                            Kaiser 等  [20]  比较了反馈系统和前馈系统应用于双
             声，在误差点处 200 Hz∼700 Hz 频带范围内实现了                    层玻璃窗降噪的效果，前馈系统可实现 18 dB 的降
             10 dB的降噪量，但室内其他位置的降噪效果未知。                         噪，反馈系统的降噪量略低，为 13 dB，但反馈系统
                 Nishimura 等  [9]  针对窗户传播噪声提出了 Ac-             不需要参考传声器，实际应用中更易实现。
             tive acoustic shielding (AAS) 的概念并进行了一                Huang 等  [21]  研究了自然通风隔声窗的有源控
             系列相关工作。AAS 单元由 1 个控制源和 1 个参考                      制，首先针对交错开口的双层窗户提出了解析模
             传声器组成，在 250 mm×250 mm 的窗户上安装                      型计算窗户内外的声场，在此基础上用数值仿真和
             4 个 AAS 单元，可将误差点处 500 Hz∼2000 Hz 频                实验验证了在窗户上使用有源控制技术的可行性。
             段噪声降低约 10 dB，在与窗户中心平行的平面                          Lam 等针对窗户传播噪声的有源控制进行了一系
             上也可得到一定的降噪量。随后，Murao 等                  [10]  和   列工作：2016 年，Lam等       [22]  和Ranjan等 [23]  提出一
             Nishimura 等  [11]  在消声室门口安装 AAS 窗户，对              种固定滤波器系数的方法控制窗户传播噪声，此方
             不同类型的声源进行了测试，发现可在 AAS 系统                          法不需要误差传声器，便于实际安装和系统维护，后
             背后形成一块较大的降噪区域，且该系统对正入                             又将初级噪声进行分类训练，选择最优的滤波器系
             射声场、斜入射声场以及多个声源和运动声源均                             数，该方法的降噪量高于固定系数时的降噪量；2018
             有效。由于 AAS 窗户只能降低 500 Hz∼2000 Hz 频                 年，Lam 等   [24−25]  利用有限元仿真对影响有源噪声
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