Page 292 - 应用声学2019年第4期
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为了兼顾计算效率、船舶辐射噪声的音色和听 关系对仿真信号的影响较小，各线谱信号可以采用
觉感受以及仿真精细度等要求，在进行基于实测信 随机初相位 [7] 。
号的船舶辐射噪声重构仿真时，采用如下滤波器设
计方法 [1] ：对实测辐射噪声信号进行连续谱估计和
2 船舶辐射噪声仿真信号的仿真度评价
平滑处理；从连续谱中提取谱峰频率 f 0 (Hz) 及其幅
度SL 0 (dB)；在连续谱的峰值频率f 0 两侧，[1, f 0 )和 评价船舶辐射噪声仿真信号的仿真度，可以采
(f 0 , f s /2] 两个区间内按照倍频程取样(f s 为信号采 用人耳辨识和机器判定两种方式。机器判定通过信
样率，单位为 Hz)，分别得到频率值及其对应幅度； 号处理和数值计算实现，更容易给出意义直观的量
最后利用上述频率和幅度数值进行给定阶数的FIR 化数据，结果更客观，且工作效率更高。机器判定相
滤波器设计。 关的工作包括：将多种连续谱表征方法，如频带能
将高斯白噪声通过该滤波器后即可得到具有 量法、非线性多项式拟合法、滤波器参数法、折线拟
实测信号特征的连续谱信号。 合法等，与多种相似度计算方法，如欧氏距离法、夹
1.2 调制谱信号仿真 角余弦法和相关系数法等进行组合，进行船舶辐射
调制谱信号能够体现船舶的螺旋桨结构及其 噪声信号连续谱的相似度计算，并对各方法的性能
转动特征，调制谱信号的仿真主要从节奏和清晰度 进行比较 [2−3] ；针对船舶辐射噪声信号的时域信号
仿真两个方面着手。 发展过程、趋势及频域线谱等特征进行相容性检验，
在进行节奏仿真时，通常将调制包络处理为单 量化并计算仿真信号的置信度 [4] 等。
个脉冲形状为高斯型的、幅度随机、具有规律性重 借鉴上述工作，在进行船舶辐射噪声信号重构
复周期的脉冲性随机过程 [5,10,12] 。而实际上，由螺 仿真的评价时，由于可以对比实测噪声信号，仿真度
旋桨结构及状态引起的脉冲幅度规律性的变化，将 的机器判定可通过计算仿真与实测信号之间相似
造成船舶辐射噪声调制谱的螺旋桨轴频及其倍频、 度的方式实现，即：仿真信号与实测信号越相似，仿
叶频及其倍频以及各种谐波之间的谱级差异。但 真度评价值越高。下面给出一种能够较全面、客观
是，目前还无法直接从调制谱中的谱级关系等参数 地对船舶辐射噪声仿真信号的仿真度进行机器评
推导出调制脉冲幅度之间的数值关系，因而采用一 价的方法。该方法通过综合仿真信号与实测信号之
种黑箱方式确定脉冲幅度。即：首先调整各螺旋桨 间听觉、连续谱、线谱和调制谱仿真度的评价，实现
叶片调制脉冲幅度参数，仿真调制谱信号、进行谱 对仿真信号总体仿真度的评价。
估计并计算谱级关系，形成脉冲幅度与谱级关系的
对照表格；然后在该对照表格中，查找与实测信号调 2.1 听觉仿真度评价
制谱估计最接近的谱级关系，从而反向得到各脉冲 人耳听觉对于音色属性比较敏感，因而在对听
幅度的相对取值 [1,9] 。 觉仿真度进行评价时，选择能够较好、较稳定地反映
听觉清晰度仿真的技术关键在于确定脉冲宽 船舶辐射噪声音色特性的谱质心和谱质心带宽 [13] ，
度和调制深度。同等情况下，脉冲宽度越小，船舶辐 作为量化听觉特征的指标。
射噪声信号的节拍越清晰；调制深度则反映调制谱 谱质心是基于功率谱值的频带内等效中心频
信号整体的清晰程度。这些参数对谱估计的影响较 率；谱质心带宽则等于功率谱中高于谱质心的频带
小，但对人耳听觉感受的影响较大。在进行调制谱 求得的谱质心减去低于谱质心的频带求得的谱质
仿真时，上述参数的初始值可通过实测信号时域波
心得到的频率差值。仿真信号与实测信号之间谱质
形分析、统计得到，然后通过人耳听测进行参数调
心和谱质心带宽的相似度越高，则仿真信号的听觉
整，以便达到与听觉感受基本一致的要求 [1] 。
仿真度越好。
1.3 线谱信号仿真 尽管谱质心和谱质心带宽的数值单位相同，但
线谱信号可以看作一系列对应船舶辐射噪 两者的物理意义不同，因此在进行听觉特征的相似
声 信 号 线 谱 各 分 量 的 正 弦 或 余 弦 信 号 迭 加 而 度计算时，首先分别采用最小值/最大值的方式转
成 [5,8,10,12] ，各线谱信号的幅值和频率可从各线 换为归一化的分量相似度，然后通过加权相加的方
谱分量中直接提取。考虑到非谐波线谱之间的相位 式，得到听觉仿真度的评价值。
