Page 128 - 《应用声学》2022年第5期

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在实际应用中，往往在目标函数中添加一个正 发射换能器到误差监测点 P1 的次级路径 S(z) 通
则化泄漏因子项 β 用于提高系统控制的鲁棒性。使 过发送白噪声 v(n) 进行辨识估计，如图 3 所示，利
得目标函数变为 [18] 用归一化最小均方(Normalized least mean square,

[ 2 ] T NLMS) [19] 算法最小化估计误差 e(n) 得到估计的
J = E e (n) + βH H. (4)
ˆ
S(z)，实验中次级通路使用 1500阶的 FIR滤波器建
从而最优控制项变为 [18]
模。在两种流速工况下，对比了参考信号分别选取
−1
H opt = − [R 0 + βI] P 0 . (5) 在上游P2点和腔内P3点主动控制降噪的效果。
ԠᏦηՂ ʾ຤ηՂ ʾ຤ඵզ٨
ᑿЯ⊳ʽ຤ d↼n↽ S↼z↽
⇁
x↼n↽ y↼n↽ yϕ↼n↽ ⇁ e↼n↽
H↼z↽ S↼n↽ Ʃ
v↼n↽
ԧ࠱ + d↼n↽
图 1 有源前馈控制简化流程图 ૱ᑟ٨ ^ - +
S↼z↽
d↼n↽
Fig. 1 Block diagram of feedforward active con- ^
trol system NLMS
图 3 次级通路辨识框图
2 实验验证
Fig. 3 Identification process of secondary path
2.1 实验设置
2.2 结果与讨论
流激孔腔噪声试验平台如图 2 所示，孔腔由腔
两种流速工况分别标记为工况 S1(2.5 m/s) 和
口和腔体两部分组成，腔口沿流向长约 100 mm，垂
工况 S2(2.9 m/s)，两种工况下的降噪效果如图 4
直于流向宽约 100 mm，腔体深度约 700 mm。孔腔
和图 5 所示。实验使用功率谱密度 (Power spectral
安装在主水管路侧面，腔口与管路内壁面持平。主
density, PSD) 分析降噪效果，并把主动控制开启
水管路下游连接一水箱，上游连接水泵，水泵进水端
前的PSD统一记为 ANC-OFF，开启后的PSD记为
连接另一水箱，两个水箱另有一个回水管相连。主
ANC-ON。图中rf-P2和rf-P3 分别表示参考信号选
水管路中流速可在0∼3.5 m/s间变化。在管路上游、
为上游 P2(theory2) 观测点和腔内 P3(theory1) 观
孔腔内部和管路下游分别使用 P1、P2、P3三个水听
测点时的主动控制降噪曲线，图中点划线内为流激
器观测流激孔腔噪声信号。磁致伸缩发射换能器安
孔腔噪声能量集中频段。
装在腔口下游，可发出极低频声。下游观测点P1 选
在本次实验中，次级声反馈对控制效果影响很
为前馈控制误差监测点，P2 和 P3 分别为上游和腔
小，可以忽略不计。从图 4 和图 5 可以看到，水下流
内的降噪辅助观测点。发射换能器到 P1 的水平距
激孔腔产生的窄带噪声能量主要集中在 20∼26 Hz
离约 0.5 m，到 P3 的水平距离约为 1.0 m，到 P2 的
之间，并且随着流速增大，流激噪声和背景噪声都
水平距离约1.8 m。
整体提高。上游测点的流激噪声强度比下游测点
高，腔内测点的流激噪声强度最大，并且 3个测点在
ඵኸ ඵኸ
降噪前流激孔腔噪声能量最高处的频率是一致的。
P1 P2
图 4(a) 和图 5(a) 显示了分别采用腔内和上游信号
ඵզ٨ ඵզ٨
作为参考信号时误差点 P1 处的理论降噪情况。在
ԧ࠱૱ᑟ٨ P3
ඵզ٨ ႃ఻᯶ү 流激孔腔噪声能量集中的20∼26 Hz频段，两种工况
下使用腔内信号作为参考均优于使用上游信号作
图 2 发射换能器和传声器的位置布放俯视图 参考，并且误差点在降噪前后能量最高频点的 PSD
Fig. 2 Top view of the placement of the actuator
的差值均大于 8 dB。图 4(b)∼(c) 和图 5(b)∼(c) 显
and hydrophones
示的是误差点和辅助测点的实际控制情况。可以看
流激孔腔噪声有源控制实验选择 TMS320C 到在流激孔腔噪声能量集中的频段，误差点处实际
6747DSP 芯片作为前馈控制模块，采样率 F s 为 降噪和理论降噪情况基本相符，辅助观测点和误差
8 kHz，组合 ADAU1772 芯片协同完成信号采集。 点降噪效果相似。