麦克风基阵结构的噪声源识别性能研究

为更好地应用麦克风阵列识别噪声源位置,本文针对多种不同基阵结构的噪声源识别性能展开研究.基于"延时-累加"波束形成原理建立了平面任意麦克风基阵结构的数学计算模型,并给出了麦克风基阵声源定位的通用计算方程组;分别推导分析了二元、三元及四元基阵的定位算法公式,并对三元基阵给出了其矩阵解.分析比较不同类型的麦克风基阵结构对噪声源的识别性能影响.通过建立由不同形式基阵构成的同等规模小型麦克风阵列,进行噪声源识别对比测试,最终的测试结果验证了本文所提出模型及算法的可靠性,并得出由正三元基阵构成的麦克风阵列结构具有较好的噪声源识别性能的结论.     

气动噪声源频域自适应区域积分算法及风洞试验应用EI北大核心CSCD

声源区域积分算法是风洞试验中提取飞机组成部件气动噪声源特征的有效数据处理方法。传统声源区域积分算法的积分区域固定,但是飞机机体的气动噪声分布特征会随频率发生明显变化,导致积分结果存在较大误差。为提高频域分布特征变化的声源积分结果准确性,提出了基于CLEAN-SC算法的频域自适应区域积分算法,核心思想是将声源积分区域离散划分,依据CLEAN-SC算法得到的子区域内最强声源位置进行积分区域的自适应优化,从而获取更准确的声源积分结果。通过仿真计算和声学风洞试验数据分析,频域自适应区域积分算法能够得到更为准确的声源积分结果,对于机体气动噪声等动态声源具有更好的适用性。     

导流罩对受电弓气动噪声影响的风洞试验研究

受电弓是高速列车顶部最主要的气动噪声源,合理的导流罩设计是降低受电弓气动噪声的重要方法。通过声学风洞试验的方法,研究缩比模型导流罩对高速列车受电弓气动噪声的影响,采用远场麦克风及声阵列,给出了风速范围为200～250 km·h~(-1)时的升弓、降弓状态下,受电弓和加装导流罩的远场气动噪声频谱、主要噪声源位置、强度和对应频带范围。研究表明,受电弓气动噪声为宽频带噪声,中频噪声源位于受电弓区域后部近车体位置,中高频、高频噪声源对应弓头和支座区域;升弓状态下,导流罩增大了弓头区域的气动噪声能量,在降弓状态下,导流罩减小了弓头和支座的噪声水平。     

平板电脑噪声声源识别测试与机理分析

针对平板电脑播放声音时产生的噪声问题,采用麦克风阵列基于波束形成理论对平板电脑进行噪声源识别定位实验,通过分析声场信息,得出噪声位置主要位于相机部位。基于声学实验结果,结合相机内部结构及工作原理,初步分析噪声是由相机音圈马达中镜头支架与底座发生碰撞所导致。为了验证声学实验的准确性,运用Polytec激光测振仪对平板电脑进行振动测试,得到其振动规律,从振动角度分析平板电脑的噪声产生位置同样位于相机马达处。最后提出平板电脑播放声音时产生的噪声为扬声器振动发声引起相机马达内部发生碰撞所产生,可为进一步提高平板电脑影音播放质量提供理论依据。     

由波束形成的噪声源识别方法对比研究

噪声源识别在航空航海等领域具有重要的意义。目前常用的识别算法多数是基于波束形成,一方面是由于其性能稳定,另一方面则可以在定位噪声源的同时估计其辐射强度。常规波束形成方法(CBF)的主瓣宽度较宽,不利于分辨相距较近的噪声源。近年来,基于波束形成的高分辨噪声源识别方法不断涌现,各种噪声源识别方法有其不同特点。为此,针对CBF,CLEAN,DAMAS三种算法进行分析,仿真对比这三种方法的特点,并通过外场实验验证了仿真的正确性,从而为噪声源识别中选择合适的算法提供依据。     

基于广义逆波束形成的扩展性噪声源定位误差影响因素仿真研究

实现噪声控制的前提是正确识别出主要的噪声源,研究噪声源空间指向性对于噪声源的辨识和预测有重大意义。为提高复杂声源的分辨率,以单极子点源形成扩展性声源表征噪声源,引进广义逆波束形成算法对扩展性声源进行声源定位。通过仿真计算,分析了广义逆波束形成(Generalized Inverse Beamforming,GIB)算法中麦克风阵列阵元数、测量距离对定位效果的影响,系统比较了去自谱算法和GIB算法对点声源、扩展性声源(5个紧密相连的单极子点源)的分辨率。仿真表明:GIB算法中定位效果受阵元数目影响不大,相对提高了点声源的定位精度,而且能分辨出扩展性声源。     

基于DAMAS2修正算法的旋转声源定位识别方法

针对常规束形成声源识别技术分辨率低、未考虑声源旋转运动造成的识别误差等问题,推导得到DAMAS2修正算法。该方法在原本的静止框架中加入转速,得到修正的指向矢量与波束形成修正结果,随后结合波束形成修正结果建立阵列点传播函数与真实声源位置之间的卷积关系,最终通过迭代求解获得真实声源位置。首先通过数值模拟构建两个频率及幅值均一致的对称点声源,对比分析常规波束形成算法与DAMAS2修正算法的识别效果,然后结合激光测速原理及波束形成测试理论进行旋转声源实验研究。结果表明:DAMAS2修正算法主瓣宽度小、虚假声源少,不仅可以识别出旋转声源的径向位置,而且能得到运动声源某一时刻的周向位置,能够更精确地定位识别旋转声源。     

ARJ客机进场飞行过程的起落架噪声的实验研究

对ARJ客机降落阶段的起落架噪声进行了现场测量分析,为了将起落架噪声源与其他噪声源分开,利用了阵列信号处理技术,实验发现:ARJ飞机起落架噪声主要集中在900 Hz以下,且前、主起落架均存在强单音噪声,对起落架噪声可能的声源来源进行了分析,为起落架降噪设计提供了支持。     

基于声阵列技术的汽车噪声源识别试验研究

声阵列技术通过多个传声器获取声场信息,使用波束形成原理对声场信号进行处理,能对宽带声源进行有效识别。利用基于波束形成的声阵列噪声源分析技术,研究了汽车辐射噪声的频率特性和能量分布特性,通过与光学图像的自动重叠,获得了汽车整车最大噪声源的频率、空间位置及产生来源。试验结果表明,声阵列技术能够快速有效地进行噪声源诊断和声源空间定位,为汽车的噪声控制提供了科学依据。     

某型飞机主起落架结构件气动噪声特性研究

对某型飞机主起落架结构件的气动噪声特性进行了声学风洞试验和数值仿真分析。在声学风洞中,借助麦克风测量获得不同来流速度下噪声频谱特性。采用分离涡方法仿真模拟起落架周围非定常湍流流场,通过涡声理论计算声源的强度和位置,利用FW-H方程积分外推法求解声场,分析噪声的频谱特性、远场指向特性及其产生的机制。结果表明：起落架结构件噪声频谱特性仿真结果与试验结果在低频和中频段吻合较好;起落架结构件噪声呈现宽频噪声的特性;频谱曲线以及频谱中优势频率均随着来流速度的增加而增大;仿真曲线中的能量峰值分别对应于缓冲器与支柱、缓冲器与摇臂的干扰噪声;形成此噪声源的压力脉动位于缓冲器下部表面区域;缓冲器和摇臂是总噪声的主要贡献源,支柱对总噪声的贡献量最小;噪声辐射呈现非对称的指向特性。     

采用波束形成和传递路径分析的室内噪声源评价

在室内噪声控制中,由于噪声源数量多且室内声场复杂,造成噪声源评价困难。提出一种室内噪声源评价方法：首先根据声源可能存在的位置进行区域划分,然后在各区域内利用波束形成方法进行声源定位,找到该区域A计权声压级最大的噪声源。再将各主要声源对噪声评价位置进行传递路径分析,计算各声源对该位置的贡献量。最后通过传递路径分析合成的噪声与该位置实际所测噪声的误差分析判断主要声源识别的有效性。仿真研究表明该方法能有效降低室内混响对声源定位的影响,减小传递路径方法的工作量,便于找到对评价位置影响最大的主噪声源。     

强混响条件下基于广义互相关的声源定位算法改进

针对特定声场环境,提出了一种强混响条件下基于广义互相关的声源定位算法的改进措施,即利用混响成分中包含的声源位置信息,提高声源定位的正确率。混响与噪声是影响声源定位的两个主要因素。目前声源定位的主要方法都是以降低信号中混响与噪声成分为目标的,如波束成形、空间谱估计以及到达时间差法等。其中,基于广义互相关的声源定位算法属于到达时间法的常用方法,具有实时性强与高鲁棒性的优势。本文采用镜像源模型对室内环境进行建模,分析声源到双麦克风的传播路径,利用混响中存在的声源位置信息剔除错误定位结果,从而提高定位正确率。最后,利用蒙特卡洛法对本文提出的方法进行验证,结果表明:该算法提高了强混响低信噪比条件下的声源定位正确率。     

旋转叶片高频涡脱落噪声源的双阵列声成像试验研究

旋转叶片的涡脱落噪声是一类典型的指向性声源,但由于叶片的旋转尚无法准确测量旋转叶片涡流噪声的指向性。利用两个平面阵列在叶片旋转面的平行和垂直两个方向对声源进行了声成像试验研究。试验中选择不同的叶片旋转方位角位置对涡脱落气动噪声进行波束形成声成像,通过比较声源在叶片不同方位角以及不同阵列方向的声成像结果验证了旋转叶片涡脱落噪声的指向性,并且分析了不同的叶片旋转方位角对涡脱落噪声的影响。试验结果验证了双阵列声成像测量方案的可行性和有效性,成像结果的对比表明使用的NACA0012桨叶在2.5 kHz下的旋转气动噪声源为指向性声源。     

声场重构中消除鬼影和提高重构精度的方法

在利用波束形成算法进行声场重构时，容易出现鬼影现象，给重构声场的准确辨识带来极大困难。在对波束形成算法进行理论推导后，获得麦克风阵列的结构参数与鬼影产生的关系，进而获得消除鬼影的方法；并在此基础上，优化麦克风阵列的布局形式，设计阵列的最大孔径比，可以有效提高重构精度。通过纯音实验和窄带噪声实验，验证了消除鬼影和提高声场重构精度方法的有效性。     

多声源定位的关联模糊消除方法研究EI北大核心CSCD

基于到达时差(Time Difference of Arrival,TDOA)的多声源定位中,由于麦克风阵列对测量的TDOA值无法与目标声源进行关联,声源定位过程会产生关联模糊,从而影响多声源定位结果的精度。针对这一问题,提出基于阵列重构的多声源关联模糊消除方法。通过广义互相关(Generialized Cross⁃Correlation,GCC)算法估计麦克风阵列的TDOA值,再利用排序算法获得定位麦克风阵列所有可能的TDOAs序列,并基于Chan算法估计所有可能的声源。通过轮换定位麦克风阵列的参考麦克风,构造多组校验子阵列,利用真实声源与阵列麦克风的相对位置关系来滤除虚假声源。对于不同校验子阵列筛选出的所有声源位置,以出现频数最大化原则再次进行冗余校验,从而提升最终筛选真实声源的准确性。仿真及实验结果表明,该方法能够以最少数量常规麦克风有效消除多声源定位中的虚假声源。在同等麦克风数量的情况下,该方法的定位精度及定位鲁棒性高于对比方法。     

基于大型声学风洞的飞行器起落架噪声试验研究EI北大核心CSCD

起落架是飞行器机体噪声的主要声源,是当前气动声学界关注的一个焦点。为分析不同结构参数对起落架噪声特征的影响,在FL-175.5 m×4.0 m航空声学风洞开展了大尺度起落架简化模型试验研究。试验包括34 m/s~75 m/s内5个风速,采用自由场传声器与相位传声器阵列开展声学测量。试验系统分析了模型噪声源位置、部件贡献与噪声指向性规律,获得了风速变化下起落架噪声特征;通过控制结构参数,结果表明起落架高度、轮直径、攻角、轮数、轮攻角对起落架噪声特征具有重要影响,而8°范围内偏角影响相对较弱。     

声阵列测试技术在微型泵降噪中的应用研究

声源定位作为机械降噪的关键之一,有效指导着产品噪声问题的解决。某微型压力水泵的噪声较大,为了有效降噪,综合声阵列测试技术和机械降噪技术,构建了一套完整的降噪优化流程方法。在声源定位过程中采用声阵列采集实验数据,利用声强法与波束形成技术获取得到微型压力水泵噪声源的主要声源位置位于套筒中部,结合流场与结构场的实验分析,进一步验证了泵体噪声主要由套筒结构的振动发声所致。在准确识别声源的位置后提出相应的降低本体噪声的改进方法并进行了验证,结果表明：增大壳体的阻抗特性和通过弱化电机与顶盖和底盖的轴向连接刚度的方式可以有效降低压力水泵的噪声。     

声阵列测试技术在微型泵降噪中的应用研究

声源定位作为机械降噪的关键之一,有效指导着产品噪声问题的解决。某微型压力水泵的噪声较大,为了有效降噪,综合声阵列测试技术和机械降噪技术,构建起一套完整的降噪优化流程方法。在声源定位过程中采用声阵列采集实验数据,利用声强法与波束形成技术获取得到微型压力水泵噪声源的主要声源位置位于套筒中部,结合流场与结构场的实验分析,进一步验证泵体噪声主要由套筒结构的振动发声所致。在准确识别声源的位置后提出相应的降低本体噪声的改进方法并进行验证,结果表明:增大壳体的阻抗特性和通过弱化电机与顶盖和底盖的轴向连接刚度的方式可以有效降低压力水泵的噪声。     

ARJ客机过顶飞行过程噪声的实验研究

对ARJ客机过顶的噪声源进行了现场实验分析。为了将飞机不同噪声源分开,利用了阵列信号处理技术,设计了多臂螺旋阵。实验发现:ARJ飞机的噪声源主要分布在发动机、起落架、襟翼、尾翼后部等位置,不同频率下,主要噪声源的组成不同,为飞机降噪工作提供了支持。     

拖拉机驾驶室内噪声源识别测试与分析

为研究驾驶室内噪声问题,采用球型阵列进行拖拉机驾驶室内噪声源定位测试,分析结果表明驾驶室内声源位置主要在门锁机构附近和操纵机构附近,且在车门玻璃处出现较大的反射噪声。运用声强探头对声源泄漏位置进行特定的声强测试,以此来分析驾驶室内噪声源产生的具体原因,为下一步改善拖拉机驾驶室内的声学环境打下基础。