一種飛機(jī)聲重構(gòu)技術(shù)

趙華勇

【摘 要】飛機(jī)聲重構(gòu)屬于聲輻射逆控制，能夠通過(guò)揚(yáng)聲器陣列在某區(qū)域或模型內(nèi)真實(shí)地重現(xiàn)飛機(jī)艙內(nèi)環(huán)境聲，以便于飛機(jī)噪聲控制和聲品質(zhì)研究。本文以波場(chǎng)合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)聲重構(gòu)，并通過(guò)理論分析和仿真計(jì)算驗(yàn)證其可行性。

【關(guān)鍵詞】聲重構(gòu)；揚(yáng)聲器陣列；噪聲控制；聲品質(zhì)；波場(chǎng)合成

0 引言

飛機(jī)艙內(nèi)噪聲是評(píng)價(jià)乘客舒適度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，良好的艙內(nèi)聲環(huán)境有助于提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、樹(shù)立企業(yè)品牌與口碑和開(kāi)拓市場(chǎng)。因此飛機(jī)艙內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)、噪聲控制和飛機(jī)聲品質(zhì)研究已經(jīng)全面滲透到飛機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)及持續(xù)優(yōu)化的過(guò)程中。飛機(jī)聲重構(gòu)技術(shù)能夠?yàn)橐陨显O(shè)計(jì)和研究提供可靠的試驗(yàn)環(huán)境，完美解決試驗(yàn)飛行驗(yàn)證衍生的經(jīng)濟(jì)成本高、時(shí)間和空間局限性大等問(wèn)題。

波場(chǎng)合成是一種典型的聲場(chǎng)重構(gòu)技術(shù)，最早由Berkhout等人提出[1]，該技術(shù)以顯式形式向揚(yáng)聲器陣列提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)調(diào)整輸入到多個(gè)揚(yáng)聲器信號(hào)的振幅和相位，以實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)目標(biāo)聲場(chǎng)。近年來(lái)國(guó)外學(xué)者已對(duì)波場(chǎng)合成進(jìn)行了廣泛地研究和改進(jìn)[2-4]，同時(shí)該技術(shù)已在3D音頻重現(xiàn)中應(yīng)用，如影劇院、音樂(lè)會(huì)場(chǎng)以及汽車(chē)等。但該技術(shù)在飛機(jī)艙內(nèi)聲重構(gòu)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外都比較少見(jiàn)。

本文根據(jù)波場(chǎng)合成理論，對(duì)飛機(jī)聲重構(gòu)的原理進(jìn)行推導(dǎo)分析，并且基于該技術(shù)分別對(duì)幾種潛在的飛機(jī)單頻噪聲進(jìn)行仿真計(jì)算，同時(shí)驗(yàn)證幾種不同揚(yáng)聲器陣列排布方式的計(jì)算結(jié)果。

1 基于波場(chǎng)合成的飛機(jī)聲重構(gòu)理論

2 計(jì)算實(shí)例分析

基于以上的原理及模型，分別取100Hz，300Hzh兩個(gè)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件可能引發(fā)的噪聲進(jìn)行計(jì)算。

如圖3所示，聲源是位置為（1，-1），揚(yáng)聲器陣列分布在聲源前1m的直線上，每個(gè)揚(yáng)聲器間距為0.2m，總共35個(gè)揚(yáng)聲器，重構(gòu)區(qū)域?yàn)閾P(yáng)聲器前方10m×10m的方形區(qū)域。

由圖6可見(jiàn)，雖然揚(yáng)聲器陣列和聲源位置都發(fā)生了變化，但仍能在重構(gòu)區(qū)域較好地重現(xiàn)飛機(jī)聲。并且根據(jù)圖7可得，除了在主要輸出的揚(yáng)聲器處有較大誤差外（如圖中白色高亮區(qū)域所示），該種方法重構(gòu)的飛機(jī)聲在其他重構(gòu)區(qū)域的重構(gòu)誤差很小。

3 小結(jié)

本文以波場(chǎng)合成為基礎(chǔ)，從理論及仿真計(jì)算闡明并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下重構(gòu)飛機(jī)聲的可能性，可以得到：波場(chǎng)合成技術(shù)能夠較好地重現(xiàn)飛機(jī)聲，并且除了在主要輸出的揚(yáng)聲器陣列附近存在一定誤差以外，在其它重構(gòu)區(qū)域的誤差都比較小。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Berkhout AJ，Vries D de，and Vogel P.Acoustic control by wave-field synthesis[J]. Journal of the Acoustical Society of America，1993，93（5）：2764-2788.

[2]Start，E.W.Application of curved arrays in wave field synthesis[D].the Netherlands：Delft University of Technology，1997.

[3]Darren B W and Thushara D A.Reproduction of a planewave sound field using an array of loudspeakers[J].Ieee Transactions on Speech and Audio Processing，2001，9（6）：697-707.

[4]Wu Y J and Thushara D A.Reproduction of a planewave sound field using an array of loudspeakers[J].Ieee Transactions on Speech and Audio Processing，2009， 17（1）：107-116.

[5]程建春.聲學(xué)原理[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

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