Page 102 - 《应用声学》2021年第6期

898 2021 年 11 月

学不可见”。此外，参考传声器位置的布放问题也在
0 引言
本文做了讨论。
有源噪声控制 (Active noise control, ANC) 通
常以抵消总声压为控制目标，而对于船舶、舰体等 1 控制理论及方法
大型散射体来说，能对其散射声进行有源控制是更
前馈、固定系数有源控制通过离线辨识次级通
加实用且迫切的。通过控制船舶、舰体等的散射声，
路传递函数，结合维纳滤波实现降噪，对初级噪声平
可以使其躲避声呐系统的追踪，实现“声学不可见”。
稳的系统来说，是一种高效的控制方法 [7] 。本文对
针对散射声的有源控制问题，Bao 等 [1] 提出了
刚性球的散射声进行双通道前馈、固定系数有源控
利用双层压电聚合物进行水下有源吸声的方法。该
制，采用维纳解计算出控制器的滤波系数并对参考
方法通过调节施加在压电复合材料上的电压实现
对反射声的吸声控制。Lafleur 等 [2] 指出单层压电 信号进行滤波输出，抑制误差传声器处刚性球的散
声学结构可以实现对反射声或透射声的控制，而双 射声，实现刚性球在误差传声器处“声学不可见”。
层压电声学结构可以同时对反射声和透射声进行 双通道前馈固定系数散射声有源控制系统的
控制。除了以上利用压电材料对散射体表面阻抗 示意图如图 1(a) 所示。该控制系统中，共包含 2 个
进行调节，从而降低散射声的方法，还可通过先将 次级声源，2 个误差传声器，1 个参考传声器，1 个初
散射声分离，再对其进行控制的方式实现散射声降 级声源。H s (z) 为次级通路传递函数，可通过离线
噪。由于空间中散射声与入射声混叠在一起的，如 辨识的方式获取；x(n) 为参考信号；P (z) 为初级通
何实现散射声分离是进行散射声降噪的关键。Friot 路传递函数；w(n) 为控制系数矩阵。图1(b)为等效
等 [3−4] 通过设置内层传感器和外层传感器对散射 系统框图。参考信号 x(n) 经过初级通路到达误差
体的散射声进行估计以实现散射声分离，再对其进 传声器的信号为期望噪声，记为 d 1 (n) 和 d 2 (n)。次
行有源控制。由于该方法需要设置大量的传感器用 级声源1 和次级声源2 的输出信号为参考信号x(n)
于估计散射声，因此不适用于分离大型散射体的散 经过控制器 w 1 和 w 2 的滤波输出结果，记为 y 1 (n)
射声。Han 等 [5] 通过在管道中一端发射脉冲声，另 和 y 2 (n)。次级源输出的信号经过次级通路与期望
一端放置反射材料，直接在时域观测材料的脉冲散
射声，再对脉冲散射声进行有源控制，实现散射声的 P(z)Ѻጟᤰ᡹͜᤬Ѧ஝
分离和降噪。同时，Han 等 [6] 利用格林函数的梯度 ൓ጟ
作为观测点处总声压到误差传声器处散射声压的 ܦູ
H s↼z↽
传递函数，实现对刚性球散射声的估计，并对估计出 Ѻጟܦູ ൓ጟᤰ᡹
͜᤬Ѧ஝
的散射声进行有源控制，最终实现三维空间中散射 ԠᏦ ឨࣀ
͜ܦ٨ ͜ܦ٨ Ѹভု
声的降噪。 x↼n↽ ଍҄٨
考虑脉冲信号是一种常用的水下探测信号，本 w↼n↽
(a) ଍҄ጇፒᇨਓڏ
文提出了一种基于脉冲声的三维空间中散射声分
离方法，以刚性球为研究对象，通过对比有无刚性 d 1↼n↽
y 1 ↼n↽ e 1 ↼n↽
球时传声器采集脉冲信号的差值确定刚性球散射 w 1 ↼n↽ h 11 ↼n↽ ⇁ d 2 ↼n↽ e 2 ↼n↽
声的大小，实现刚性球散射声与声源直达声的分离。 x↼n↽ h 21 ↼n↽ ⇁
利用前馈、固定系数控制方式对分离出的刚性球散 w 2 ↼n↽ y 2 ↼n↽ h 12 ↼n↽
射声进行有源控制，实现刚性球散射声的降噪，使刚
h 22 ↼n↽
性球在误差点处“声学不可见”。全消声室中实验结
(b) ኎஍ጇፒ಴ڏ
果表明，700 ∼ 1000 Hz范围内，有源控制开启后，双
图 1 双通道前馈固定系数有源控制系统示意图及
通道散射声的平均降噪量大于 5 dB，多通道散射声
简化框图
的平均降噪量大于8 dB，且误差传声器处采集的残
Fig. 1 Schematic and equivalent block diagram of
余声场信号与无刚性球时采集的初级声场信号基 two-channel feedforward and fixed-coefficient fil-
本一致，实现了刚性球散射体在误差传声器处 “声 ter ANC system