Page 112 - 《应用声学》2025年第2期

372 2025 年 3 月

0 引言
1 理论背景

激光窃听技术可以利用激光照射在被窃听房
1.1 平板的振动与声场辐射
间的窗户玻璃上，当房间内有人讲话时，会产生声波
假设一个位于 xOy 平面内的矩形平板，平板中
作用在玻璃上引发微小的振动，被反射的激光也会
心位于坐标原点，如图 1 所示，沿x 方向的长度为 a，
随振动而改变，接收器接收反射的激光获得振动信
号，通过解调处理还原室内声音信号 [1−2] 。这种窃 沿 y 方向的长度为 b，沿 z 方向的厚度为 h，平板沿 z
方向的弯曲波振动方程为 [9]
听方式不需要靠近窃听目标且隐蔽不易被发现，因
而受到关注。如何防止声音信号被窃取，保证信息 4
D∇ u (x, y, t) + ρh¨u (x, y, t) = f (x, y, t) , (1)
安全也成为一项重要的研究内容。
根据激光窃听的原理，可以通过控制玻璃表 其中，u (x, y, t) 为平板振动的横向位移，x 和 y 为坐
面结构、涂层特性，以改变激光入射后的散射特 标方向，t为时间，ρ 为平板密度，f (x, y, t) 为平板在
性，从而达到反窃听的目的 [3] 。除对玻璃材料的研 z 方向受到的外力，D 为弯曲刚度，
究外，对声音信号产生的振动进行干扰，使原始的 ( )
3
2
D = Eh /[12 1 − ν ], (2)
人声信号无法被还原，也是一种有效的阻止窃听
的方法。Fan 等 [4] 提出一种由声频噪声发生器和振 其中，E 为杨氏模量，ν 为泊松系数。实际情况中平
动传感器组成的反窃听系统，振动传感器安装在 板的振动有阻尼，阻尼比用 η 表示，此时的弯曲刚度
房间窗户上，将生成的声频噪声信号转换为振动 为D = D (1 + jη)。
′
信号，并驱动玻璃振动，使激光窃听设备只能采集
到被噪声掩盖掉的人声信号，无法从中获得有用 a
信息。
考虑到振动传感器驱动玻璃振动也会辐射声 y
音，对于房间内的人来说，是一种不需要的噪声。
b
本文提出一种防激光窃听的方法，旨在驱动玻璃 x
z
窗振动的同时，降低对房间内用户的噪声干扰。作
动器可以把声频信号转化成机械振动信号，激励平
板结构振动，本文的研究采用多个作动器驱动平板
振动，并控制辐射的声场。已有的声能量对比度控
制算法是一种多区域声场重建方法，通过该算法最 ᅾॎࣱ౜ ͻү٨ ᄬಖᣣ࠱ӝ۫
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大化听音区与静音区之间的声能比，旨在将声音内
容传播到听音区域，同时抑制静音区内的声能量， 图 1 能量对比度控制系统示意图
该方法在扬声器阵列 [5−6] 和作动器阵列 [7] 中均有 Fig. 1 Schematic of energy contrast control system
应用。而振动对比度控制算法 [8] 通过最大化平板
平板的振动可以表示为系统固有模态的线性
上不同区域间的动能比，优化作动器阵列权向量，
组合：
能够使平板振动集中在特定区域。本文将能量对
∞ ∞
比度控制的思想应用在振动动能和辐射声能的控 u(x, y, t) = ∑ ∑ U mn u mn (x, y, t), (3)
制中，通过优化安装在平板上的作动器阵列的输 m=1 n=1
入信号，最大化平板的平均振动动能与目标区域
其中，m 和 n 分别为 x 和 y 方向的模态序数，U mn
内辐射声场的平均声能之比。仿真和实验将采用 为模态幅度，对于简支边界条件平板，模态振型
提出的方法进行优化控制，与作动器阵列各单元输 u mn (x, y, t)为
入相同信号的情况进行比较，表明该方法在具有相
同振动能量的条件下，能够减小目标区域内的声场 u mn (x, y, t) = sin [k m (x + a/2)]
(
[
辐射。 × sin k n y + b/2 )] e jωt , (4)