Page 103 - 《应用声学》2021年第6期

第 40 卷 第 6 期 王冉等： 基于脉冲声分离的刚性球散射声控制 899

噪声在误差传声器处叠加，记为残差信号 e 1 (n) 和 式(1)中，w 1,i 为次级声源1控制系数w 1 的第i阶控
e 2 (n)。由于刚性球的存在，误差传声器处的期望噪 制系数，w 2,i 为次级声源 2 控制系数 w 2 的第 i 阶控
声中既包含初级噪声，还包含刚性球的散射声。对 制系数。定义期望散射声信号矢量 d s (n) 和误差信
刚性球的散射声进行有源控制，需要先将其从期望 号矢量e(n)有
噪声中分离。本文采用脉冲声作为初级噪声，通过
[ ] T
s s s
对比有无刚性球时误差传声器处采集信号的差值 d (n) = d (n) d (n) , (2)
2
1
确定刚性球散射声的大小，并对散射声信号进行截 [ ] T
e(n) = e 1 (n) e 2 (n) . (3)
s
取，获取待控制的期望散射声信号d (n)和d (n)。
s
1 2
定义控制系数矩阵 w 的阶数为 I，且其有如下 因此可得
形式：
e(n) = d (n) + r(n)w(n),
[ ] s (4)
,
w = w 1,0 w 2,0 · · · w 1,i w 2,i · · · w 1,I−1 w 2,I−1
(1) 式(4)中，r(n)为滤波-x信号矢量，其有如下形式：
 
r 11 (n) r 12 (n) r 11 (n − 1) r 12 (n − 1) · · · r 11 (n − I + 1) r 12 (n − I + 1)
r(n) =   , (5)
r 21 (n) r 22 (n) r 21 (n − 1) r 22 (n − 1) · · · r 21 (n − I + 1) r 22 (n − I + 1)

其中，r 11 (n) = x(n)∗h 11 (n)，r 12 (n) = x(n)∗h 12 (n)， 用于采集参考信号。两个误差传声器分别为误差 1
r 21 (n) = x(n) ∗ h 21 (n)，r 22 (n) = x(n) ∗ h 22 (n)。 和误差 2，且距刚性球表面均为 1.2 m。误差 1 与误
对误差信号矢量 e(n) 利用最小均方误差准则 差 2 之间相距 0.1 m 且位于同一水平面。两个次级
进行求解，可得到控制系数矩阵的最优解，即维 声源分别为次级源1和次级源2，分布于刚性球两侧
纳解： 相距 2.6 m，且次级源 1 与误差 1 之间的距离和次级
源2与误差2之间的距离相等，同为1.65 m。控制芯
w o = −R −1 P , (6)
片为TMS320C6678，采样频率为8 kHz。
其 中， R 为 滤 波 -x 信 号 的 自 相 关 矩 阵， R =
( )
T
E r(n)r (n) ，P 为滤波 -x 信号与期望散射声信
号之间的互相关向量，P = E (d (n)r(n))。
s
此外，为评价刚性球散射声的降噪效果，定义
൓
散射声降噪量公式如下： Ѻ ጟ ൓
ጟ
[ / ] ູ ጟ
∑ ∑ ູ ູ
s2
s2
Re l = 10 lg e (n) d (n) , (7)
l l ឨࣀ
n n ԠᏦ ͜ܦ٨
͜ܦ٨
式(7)中，e (n)为控制后的散射声压，其通过控制后
s
l
误差传声器采集的残余声场信号与无刚性球时采
图 2 双通道前馈、固定系数有源控制实验系统
集的初级声场信号做差获取，l = 1或2，代表误差传
Fig. 2 Experiment system of two-channel feedfor-
声器1或误差传声器2。 ward and fixed-coefficient filter ANC system
2 实验分析 初级声源发射的初级噪声信号为包含一个单
周期正弦信号的脉冲，脉冲总时长 5 s，采样率
2.1 双通道刚性球散射声分离及控制 16 kHz。以 1000 Hz 脉冲信号为例，其时域波形如
全消声室中，双通道刚性球散射声分离、控制 图 3 所示，其中图 3(a) 为完整脉冲信号，图 3(b) 为
实验系统，如图2所示。实验中，半径0.25 m 的刚性 展开的脉冲信号。实验中共测试了 6 个频点，各
球悬挂于高 1.2 m 的刚性支架上，初级源距离刚性 脉冲信号中包含的单周期正弦信号频率分别从
球表面 3.4 m。参考传声器距离初级源中心 0.35 m， 700 ∼ 1000 Hz。