一种用于舱室声源定位的双传声器方法及其性能研究-西北工业大学

有源噪声控制技术及其在舰船中的应用陈克安【摘要】有源噪声控制技术作为与传统噪声控制技术互补性极强的一种新型噪声控制技术,历经30多年的蓬勃发展,在基础理论、研究方法、关键技术及系统实现等各方面均已形成一套完整的体系,在实际应用、产业化发展和商业推广方面也获得了实质性进展,这为舰船领域中应用该噪声控制技术提供了可能性.首先,综述了开发有源噪声控制系统所必须的声场分析、系统组成及其关键技术,描述了有源控制系统工程应用的典型案例,包括舰船舱室噪声有源控制、管道噪声有源控制等.然后,针对有源控制技术在舰船噪声控制中的进一步应用,论述了有源吸声、有源隔声及智能声学结构等前沿技术的可行性及需要解决的问题.%Due to the rapid development during past three decades, Active Noise Control(ANC) has become a highly complementary noise control approach in comparison with traditional approaches, and has formed a complete system including basic theory, investigation approach, key techniques and system implementation. Meanwhile, substantial progress has been achieved in such fields as the practical application, industrialization development and commercial popularization of ANC, and this developed technique provides a practical and feasible choice for the active control of ship noise. In this review paper, its sound field analysis, system setup and key techniques are summarized, typical examples of ANC-based engineering applications including control of cabin noise and duct noise are briefly described, and a variety of forefronts and problems associated with the applications of ANCin ship noise control, such as active sound absorption, active sound insulation and smart acoustic structure, are subsequently discussed.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2017(012)004【总页数】6页(P17-21,34)【关键词】有源噪声控制;声场分析;舰船噪声【作者】陈克安【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安 710072【正文语种】中文【中图分类】TB535噪声控制是众多行业和领域必须面对的重要问题。

2023 年第 43 卷航　空　材　料　学　报2023，Vol. 43第 5 期第 84 – 96 页JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.5 pp.84 – 96航空发动机复合材料声衬声学模型构建及吸声性能仿真杨智勇1, 侯 鹏2, 蒋文革1, 杨 磊3, 左小彪1,耿东兵1, 朱中正3, 李 华3*（1．航天材料及工艺研究所，北京 100076；2．沈阳发动机研究所，沈阳 110015；3．上海交通大学 材料科学与工程学院，上海 200240）摘要：声衬是降低发动机噪声的重要组件。

本工作计算不同流场状态下管道模态声源特征，并以此作为Actran软件背景流场计算及声传播计算的输入边界，建立声传播模型，研究单自由度声衬与双自由度声衬消音板孔直径、孔间距、蜂窝高度和消音板厚度4种结构参数对吸声效果的影响规律。

仿真结果表明：两种自由度声衬都表现出在一定孔直径范围内穿孔直径越小，吸声性能越好的现象；孔间距、蜂窝高度和消音板厚度对吸声性能的影响随频率变化；在2500 Hz以上双自由度声衬耗散功率较大，吸声效果好。

通过在流管实验对比验证，比较不同结构声衬在不同激励源下的传递损失，得到合理可信的仿真方法。

关键词：声衬；单自由度；双自由度；降噪量doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000151中图分类号：V231 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2023)05-0084-13Construction of acoustic model and simulation of sound absorption ofaero-engine composite acoustic linerYANG Zhiyong1, HOU Peng2, JIANG Wenge1, YANG Lei3, ZUO Xiaobiao1,GENG Dongbing1, ZHU Zhongzheng3, LI Hua3*（1. Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology, Beijing 100076, China；2. Shenyang Engine Research Institute, Shenyang 110015, China；3. School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China）Abstract: Acoustic liner is an important component to reduce engine noise. In this work, the modal sound source characteristics of the pipeline under different flow fields were calculated and used as the input boundary for the background flow field calculation and sound propagation calculation of the Actran software, thereby establishing the sound propagation model. The influences of four structural parameters on the sound absorption effect of the muffler plate hole diameter, hole spacing, honeycomb height, and muffler plate thickness in the single-DOF acoustic liner and the double-DOF acoustic liner were studied respectively. The simulation results show that both degrees of freedom acoustic liners exhibit the phenomenon that the smaller the perforation diameter, the better the sound absorption performance within a certain range of hole diameter. The effects of hole spacing, honeycomb height, and muffler thickness on the sound absorption performance are varied with frequency, the double-DOF acoustic liner above 2500 Hz has large dissipation power and good sound absorption effect. Through the contrast verification in the flow tube test, the transmission loss of the acoustic liner of different structures under different excitation sources is compared, and a reasonable and credible simulation method is obtained.Key words: acoustic liner；single-DOF；double-DOF；noise reduction amount随着全球范围内民用航空业的快速发展，飞机噪声问题越来越受到重视，飞机的噪声标准也日趋严格[1-2]。

有源消声技术与应用摘要：近十几年来，有源消声技术成为噪声控制领域一个多学科交叉、渗透、延伸的研究热点，它以其体积小、重量轻、低频消声效果好等优点获得普遍的关注。

本文简述有源消声的基本原理，对有源消声理论研究、实现技术、产品应用三个方面的国内外研究现状、进展和难点进行了详细的阐述和分析，较为完整地展示了当前该研究领域的全貌，最后进一步分析了有源消声走向工程化过程中存在的一些主要问题，提出了有源消声技术的几个重点发展方向。

关键词：噪声控制；有源消声；降噪；自适应控制噪声作为环境污染的第三大公害，一直困扰着人们。

研究[1]表明，噪声在50~60dB 范围，会使人感觉烦恼，在60~65dB ，会使烦恼度大大增加，在65dB 以上，则人体健康有可能受到危害。

对于厂矿企业的工作人员，应保证不超过85dB。

噪声影响人们的身心健康、损伤听力及相关的系统、降低工作效率，严重的甚至造成安全事故。

因此，人们探索出“多管齐下”的噪声综合治理方法[2][3]：首先是从声源着手，改进结构设计，减少声源发出的噪声等级，这是最为有效的方法，但有时由于技术、成本等方面的限制，还不能从根本上杜绝噪声源；其次是隔声、吸声等被动消除噪声的方法（也称为无源法），它对高频噪声的消声效果很好，但是对低频噪声效果不明显，而且消声装置体积庞大，安装维护困难；其三是有源消声技术，它对低频噪声效果很好，相对被动消声方法而言，还具有系统小、重量轻、控制易等优点，随着现代控制技术的发展和控制芯片成本的下降，有源消声的实现也越来越容易，已成为噪声控制的一个研究热点。

有源消声[3]也称有源降噪、有源噪声控制、有源噪声抵消、有源声衰减，英文名称也有多种，含义相差不大。

目前学术界用得最多的还是有源消声（ANC）这一说法。

就是根据两个声波相消性干涉或声辐射抑制的原理，通过抵消声源（次级声源）产生与被抵消声源（初级声源）的声波大小相等、相位相反的声波辐射，相互抵消，从而达到降低噪声的目的[2]。

物联网技术 2023年 / 第9期220 引 言随着信息技术和人工智能的快速发展，声音导航跟踪定位的应用越来越广泛。

声音信号是人们传递信息的重要方式，在智能车载、智能家居、可穿戴设备等领域受到关注[1]。

声源定位技术，在现代工业制造中可以通过噪声和异响进行定位[2]；在国防现代化方面，可以用来辅助测量炮兵阵地、定位狙击手位置、测量弹药、测试火炮的着落点和空中炸点[3]；在生活中，可以准确识别空调、冰箱、洗衣机等家电产品的噪声源，从而确定其位置、分布，并优化控制减小噪声，改善人们的工作和生活环境[4]。

声源定位技术主要可以分成三大类：第一类是基于最大输出功率的可控波束形成技术；第二类是高分辨率谱估计技术；第三类是基于声达时间差的定位技术，利用到达阵列上各传声器的声音信号间的时间差来定位声源，这类技术计算量小，比较适用于实时处理，实际运用也十分广泛。

本文基于声源近场传播模型[5-6]设计并制作了一个以STM32为主控的声源定位跟踪系统，该系统实现了对较宽频率声源进行定位与追踪[7]，在视频会议、语音增强、自动语音识别领域[8-9]有重要的应用价值。

1 理论分析与计算1.1 TDOA 的基本定位原理传统的基于TDOA 技术[10-12]的无线定位系统一般涉及4个基站和1个移动平台MB(x , y , z )，其中下行发射基站为B 0(x 0, y 0, z 0)，上行接收基站为B i (x i , y i , z i ), i =(1, 2, 3)，移动平台MB 发送到各基站的上行信号的到达时间差为t 10、t 20、t 30，且均可测得。

设R i 为MB 到各基站的距离，已知电磁波在空气中的传播速度为c ，则可算得MB 到各个基站的距离差R 1-R 0=t 10×c =R 10，R 2-R 0=t 20×c =R 20，R 3-R 0=t 30×c =R 30。

由此可列方程组：R x x y y z z R x x y y z z R 020202021212121222=−+−+−=−+−+−=()()()()()()()()()()()()x x y y z z R x x y y z z 22222232323232−+−+−=−+−+− （1）解三元二次方程组便可求得移动平台MB 的坐标(x , y , z )，从而实现声源定位。

声源定位系统毕业设计论文0 前言声音是我们所获取的外界信息中非常重要的一种。

不同物体往往发出自己特有的声音，而根据物体发出的声音，人们可以判断出物体相对于自己的方位。

有些应用场合，人们需要用机器来完成声音定位这个功能，并且往往要求定位精度比较高。

2003年的美伊战争期间，人民网、CCTV网站的军事频道、国防在线等网站均报道了装配于美军的狙击手探测技术，这项技术其中一部分就包含了声源定位技术。

声源定位作为一种传统的侦察手段，近年来通过采用新技术，提高了性能，满足了现代化的需要，其主要特点是：1）不受通视条件限制。

可见光、激光和无线电侦察器材需要通视目标，在侦察器材和目标之间不能有遮蔽物，而声测系统可以侦察遮蔽物（如山，树林等）后面的声源。

2）隐蔽性强。

声测系统不受电磁波干扰也不会被无线电侧向及定位，工作隐蔽性较强。

3）不受能见度限制。

其他侦察器材受环境气候影响较大，在恶劣气候条件下工作时性能下降，甚至无法工作。

声测系统可以在夜间、阴天、雾天、和下雪天工作，具有全天候工作的特点。

以下对美军装备的报道来自于《“巴格达之战”考验英军巷战武器装备》一文，该文刊登于2003年4月8日国防在线美伊战争专题。

“狙击手声测定位系统通过接收并测量膛口激波和弹丸飞行产生的冲击波来确定狙击手的位置，通常仅能探测超音速弹丸。

这种系统有单兵佩挂型、固定设置型和机动平台运载型。

美国BBN系统和技术公司的声测系统，通过测量弹丸飞行中的声激波特性来探测弹丸并进行分类。

该系统为固定设置型，采用2个置于保护区两侧的传声器阵列或6个分布在保护区内的单向传声器。

传声器通过电缆或射频链路与指挥节点相连。

为了准确定位，需事先确定传声器的距离，精度要在1米以内。

该系统可探测到90％的射击，定位精度为方位 1.2°、水平3°。

此外，美国的“哨兵”和“安全”有效控制城区环境安全系统均是采用声测定位技术的反狙击手系统。

美军这一套声源定位系统通过定位弹丸产生的特殊激波和冲击波，探测出狙击手的位置，在战场上有效保护战士生命。

专利名称：基于可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法专利类型：发明专利
发明人：刘雄厚,刘国鹏,孙超,蒋光禹
申请号：CN201710387420.3
申请日：20170527
公开号：CN107272003A
公开日：
20171020
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于可靠声路径和目标多途回波的主动定位方法，针对基于可靠声路径的被动探测方法的不足，提出将单基地主动声纳布置于临界深度以下，利用可靠声路径照射目标并采集目标多途回波，最终获得目标定位结果。

本发明的基本原理和实施方案经过了计算机数值仿真的验证，其结果表明：利用本发明所提出的利用可靠声路径的主动定位方法可以在深海环境对目标进行有效定位。

申请人：西北工业大学
地址：710072 陕西省西安市友谊西路127号
国籍：CN
代理机构：西北工业大学专利中心
代理人：华金
更多信息请下载全文后查看。

声与振动测试实验指导书西北工业大学航海学院2012年 3 月实验一声信号采集及Spectra软件应用一、实验目的1. 学会用计算机声卡采集、保存、处理声频信号，并将其存为数据文件；2. 采集给定设备的噪音信号或语音信号，分析其时域特征及频谱结构；3. 学习spectra lab(plus)谱分析软件的使用,用该软件对所采集的声信号进行谱分析。

二、实验要求1. 熟悉spectra lab的应用环境，能够在各种模式下正确操作运行；2. 能够正确地采集语言、音乐及设备噪声信号，并将其记录成数据文件，同时能用spectra软件对这些文件进行时域及频域分析。

三、实验环境1. 声传感器（microphone）2. 大宇牌手电钻：250W3. 通用计算机4. spectra lab(plus)谱分析软件5. 有源音箱四、实验内容、步骤实验内容：1. 采集并保存手电转钻空转时的噪音信号，观察其时域信号特点（最大值、最小值及均值等）及频谱特征；将其存为.W A V文件格式，用Matlab语言调入后分析频谱结构，绘出频谱简图。

2. 采集并保存本人的声音信号（唱或朗读），观察其信号实域及频域特点，绘出频谱简图。

实验步骤：1.将声传感器（microphone）连接到计算机的mic输入口。

2.启动计算机，打开spectra lab(plus)谱分析软件，进行有关设置，如：采样频率/样本点数/平均次数/抽取比例/显示设置等。

3.模式（Mode）设置(1). 将Mode设置为实时（Real time）方式,打开Run运行开关，此时输入的信号为背景噪声，通过时域及频域观察窗可观察到相应的时域及频域波形，通过调节有关按钮（如频率扩展、压缩、自动量程等），使图形显示适中。

(2). 由声源分别发出单频、多频及扫频声，调节有关按钮，观察相应的时域及频域波，同时注意观察有信号时和无信号时声级的差别，即背景噪声的大小。

(3). 将Mode设置为记录器方式（Rcorder）,由声源分别发出单频、多频及一段音乐，将其记录为三个.wav文件，按Rec按钮开始记录，同时记时表开始记时，根据记时表，将所记录将文件长度控制在4～10秒。

不锈钢纤维多孔材料吸声性能的研究徐颖;李珊;王常力;罗璐;侯宏【摘要】采用直径为6μm、12μm和22μm的不锈钢纤维制备不同孔隙率，不同厚度的多孔材料。

研究孔隙率、厚度、丝径，后空腔深度对吸声性能的影响。

研究结果表明：孔隙率增大，厚度增大，丝径增大，平均吸声系数也随之提高，吸声性能提高。

增加后空腔深度有利于提高低频吸声性能，但会出现吸收谷。

并与人造毛毡的吸声性能对比，不锈钢纤维的吸声性能优于人造毛毡。

%The diameters of selected fibers ( wire diameter) are 6 μm, 12 μm and 22 μm. The selection of stain⁃less steel fibers is the basic step for the preparation ofsound⁃absorbing porous material of different porosities and thicknesses. It is found that porosity, wire diameter, thickness as well as underlying air layer in the material affect the sound⁃absorption property of the material. The depth of cavity shows a great influence on the sound absorption coefficient at lower frequencies,but there will be absorption valley. This study compares absorption properties of dif⁃ferent stainless steel fibers and felts. The average sound absorption property of stainless steel fiber is better than those of other felts.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】5页(P401-405)【关键词】多孔材料;不锈钢纤维;吸声系数【作者】徐颖;李珊;王常力;罗璐;侯宏【作者单位】西北工业大学航海学院，陕西西安 710072;西北工业大学航海学院，陕西西安 710072;西北工业大学航海学院，陕西西安 710072;西北工业大学航海学院，陕西西安 710072;西北工业大学航海学院，陕西西安 710072【正文语种】中文【中图分类】TB31不锈钢纤维多孔材料吸声性能的研究徐颖，李珊，王常力，罗璐，侯宏(西北工业大学航海学院，陕西西安710072)摘要:采用直径为6 μm、12 μm和22 μm的不锈钢纤维制备不同孔隙率，不同厚度的多孔材料。