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774 2018 年 9 月

控制系统性能的因素进行了系统研究，包括次级源 z/m
的数量和位置、噪声频率、窗户厚度、初级噪声的入
射角度等，发现次级源位于窗户厚度方向的中间位 ௄ᬍܸᬪ౜
置时降噪效果最好，此外还比较了次级源分布在整
个窗户以及边界附近这两种配置的降噪量，发现次 l z
级源分布在整个窗户的降噪量更高。
O y/m
2016 年，Hanselka 等 [26] 在一倾斜打开的窗户 Ѻጟູ l x
处安装有源噪声控制系统，比较了 5 种误差传声器 ൓ጟູ
l y ឨࣀ͜ܦ٨
和次级源配置，实验中发现误差传声器附近的障碍 x/m
物对降噪效果有很大影响，次级源的箱体阻挡声音 图 1 平面型虚拟声屏障示意图
传播，对降噪效果的影响也不能忽略。Carme等 [27] Fig. 1 Schematic diagram of a planar virtual
对开口窗户传播噪声进行了主被动结合控制，利用 sound barrier
管道结构和吸声材料进行被动控制，在此基础上引
入有源噪声控制技术，发现可将原有被动降噪量提 以 l x = 0.432 m、l y = 0.670 m、l z = 0.598 m，
升 13.5 dB (8 dB(A))。Murao 等 [28] 提出将所有误 初级源位于 (0.1, 0.1, 0.1) m 为例，当 z = 0.498 m
差信号相加作为一个新的误差信号，从而将输入通 平面均布如图 2 所示的 6 个次级源时，降噪前后辐
道数减少为 1，该方法在垂直于窗户的平面内得到 射声功率级和降噪量见图 3(a)。图3(a) 中大部分频
的降噪量接近传统多通道有源噪声控制系统的降 率的降噪量高于 20 dB，证明该平面型虚拟声屏障
噪量，但运算量显著减少。 可有效控制腔内声源通过开口辐射到外界的噪声。
尽管现有研究中有在开口处安装有源控制系 170 Hz 附近降噪量接近 0，原因是位于 z = 0.498 m
统控制辐射噪声的实例，但尚有很多问题没有解决。 平面的次级源无法在该频率产生有效的声辐射。
2015年以来，我们对室内声源通过开口声辐射的有 图 3(b) 是相同源强的初级源和其中一个次级源的
源控制进行了一系列研究工作，以减小有源噪声控 辐射声功率级随频率变化曲线，可明显看出，次级源
制系统对开口功能的影响为目标，逐步对次级源配 在 170 Hz 附近的辐射声功率级比初级源低 10 dB
置进行优化，提出了平面型虚拟声屏障、单层边界虚 以上。
拟声屏障和双层边界虚拟声屏障的概念，并探究了 为探究平面型虚拟声屏障的降噪机理，表 1 列
降噪机理和系统极限降噪性能 [29−32] 。本文对这部 出了仿真中降噪前后初级源和次级源的辐射声功
分工作进行总结和概述，并讨论了未来的研究方向。 率，频率为 104 Hz。由表1 可见，降噪后初级源辐射

声功率明显减小，次级源辐射声功率很小，故降噪机
2 用于开口声辐射控制的虚拟声屏障
理主要为减小初级源的辐射声阻抗。
2.1 平面型虚拟声屏障实现方法和降噪机理 0.670

平面型虚拟声屏障示意图见图 1 [29] 。矩形腔
体五面刚性、一面开口，长、宽、高分别为 l x 、l y 和
l z ，噪声源为点源，位于腔体内部，其噪声只能通
过开口传播到腔体外。次级源均匀布放在开口附 y/m 0.335
近一平面上，误差传声器均匀布放在开口面，构成
平面型虚拟声屏障，目标是降低初级源经开口向
外的声辐射。为方便计算理论声压传递函数，假
设开口位于一无限大障板上 [29] 。以系统总辐射声 0 0 0.216 0.432
功率作为代价函数优化次级源源强，各点声源的 x/m
声功率由 W = Re{p q}/2 计算得到，式中 p 为该点 图 2 平面型虚拟声屏障中 6 个次级源的位置
∗
源所在位置的声压，p 为 p 的共轭复数，q 为点源 Fig. 2 The positions of the six secondary sources
∗
源强 [33−34] 。 in the planar virtual sound barrier system