局部有源噪声控制的理论和实验研究

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局部有源噪声控制是噪声控制技术中的一个重要研究方向。相对于全局有源噪声控制,该技术在实际应用中更具可行性,因此,近年来受到了广泛关注。局部有源噪声控制的研究内容主要集中在降噪区域空间分布的预测、控制策略的选择、虚拟传声器技术的应用以及有源声品质控制算法等方面。该技术在实际应用中会面临特殊声学环境中降噪效果的空间分布预测不准确、虚拟传声器控制系统性能鲁棒性较差、多通道控制算法收敛速度过慢、残余噪声存在导致声品质控制效果不佳等问题。针对这些问题,本文展开了深入研究。  本文的主要研究成果包括以下几个方面:  (1)对半封闭空间这种特殊声学环境中的局部有源降噪进行了研究。针对这种声学环境,提出了初级声场为扩散场,次级声场为部分扩散声场的控制假设,得到了相应的降噪量空间分布预测公式。该公式可以对次级源近场和远场得到的静音区分布预测公式进行统一,更适用于实际声场的预测。同时,揭示了次级源的混响声可以提高局部有源降噪效果的现象。对小型半封闭空间中的有源头靠系统进行了实验研究。结果表明,相对于开阔空间中的有源头靠系统,半封闭空间内的有源头靠系统可以提供更大的降噪静音区。系统的控制性能对人头移动的敏感度更低。  (2)针对虚拟传声器有源降噪系统控制性能易受目标移动影响的问题,提出了一种通过优化次级通道模型提高系统控制性能鲁棒性的方法。本文对目标移动导致虚拟传声器控制系统性能下降的原因进行分析,提出了通过设计次级通道模型提高目标移动过程中噪声控制效果的方法,并给出了一种具体的次级通道模型优化设计方案。在实际的有源头靠中针对人头移动导致系统降噪性能下降的问题进行了验证。实验结果表明,在有源头靠系统中,优化设计次级通道模型,可以使系统因人头移动导致的性能下降问题得到有效改善,其控制性能鲁棒性得到明显提高。  (3)针对多通道有源控制系统的算法性能和收敛速度易受通道间耦合作用影响的问题,提出了一种增加次级源实现多通道解耦控制的方法。对这种多通道解耦控制系统的结构和可行性进行了分析,并在实际有源头靠系统的测量数据基础上进行了仿真实验。仿真实验表明,这种多通道解耦控制算法的控制性能与多通道算法相似,而收敛速度与单通道算法接近。同时,该算法的计算复杂度相比传统多通道控制算法有明显降低。  (4)针对有源噪声控制中存在残余噪声导致声品质控制效果下降的问题,提出了一种基于残余噪声频谱相关约束的有源声品质控制方法。通过引入残余噪声频谱成分相关的约束条件,避免了声品质难以线性量化的难点,实现了有源声品质控制。相对于传统有源声品质控制算法,这种算法可以对部分噪声不能完全控制的情况进行有效的声品质控制。以谐波噪声为例,分别引入了谐波间方差以及谐波间声压级差两种约束条件,验证了这种有源声品质控制方法的有效性。仿真结果表明,相对于传统有源控制,这种有源声品质控制方法可以显著提高以舒适度表征的噪声声品质。
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