吳家琦，吳松，2，王文哲，唐國(guó)安

（1.復(fù)旦大學(xué) 航空航天系，上海 200433；2.上海宇航系統(tǒng)工程研究所/上海市空間結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201109）

0 引言

在運(yùn)載火箭升空的主動(dòng)段，整流罩內(nèi)聲振環(huán)境極其惡劣，主要源于以下2 個(gè)方面：①起飛段發(fā)動(dòng)機(jī)造成的強(qiáng)烈噴流噪聲；② 火箭飛行時(shí)激波等氣動(dòng)噪聲［1］。這些噪聲具有聲級(jí)高、頻帶寬的特點(diǎn)，且具有不穩(wěn)定性和隨機(jī)性［2-4］。整流罩聲振環(huán)境傳遞到衛(wèi)星，并逐級(jí)作用于各個(gè)次級(jí)系統(tǒng)和組件，易導(dǎo)致衛(wèi)星的有效載荷、設(shè)備結(jié)構(gòu)被破壞，甚至直接影響衛(wèi)星的性能和任務(wù)成敗。美國(guó)國(guó)家航天航空局（NASA）的一項(xiàng)調(diào)查研究表明，發(fā)射后短期內(nèi)出現(xiàn)航天器故障的情況，近50%是由發(fā)射階段的聲振環(huán)境引起的［5］。

聲學(xué)降噪方法主要有被動(dòng)噪聲控制和主動(dòng)噪聲控制2 種。被動(dòng)噪聲控制被應(yīng)用于運(yùn)載火箭整流罩，在整流罩內(nèi)壁敷設(shè)聲學(xué)覆蓋層（如玻璃纖維、毛氈等），利用材料的隔聲和吸聲性能減少聲壓傳遞和反射，相關(guān)研究有聲學(xué)覆蓋層的改進(jìn)設(shè)計(jì)、亥姆霍茲共鳴器、分布式吸振器、被動(dòng)聲振衰減裝置等［6-9］。這類降噪方法已在Delta Ⅳ等運(yùn)載火箭上得到實(shí)際應(yīng)用［10］，國(guó)內(nèi)學(xué)者和工程師也在持續(xù)積極地探索和實(shí)踐［11-14］。被動(dòng)降噪方法對(duì)抑制中高頻段的噪聲有顯著效果，但由于受重量和體積的約束，對(duì)抑制低頻段的噪聲效果不佳。

主動(dòng)噪聲（Active Noise Cancellation，ANC）控制的基本原理是對(duì)原噪聲疊加“反噪聲”，從而抵消原噪聲。反噪聲的聲壓幅值與原噪聲相同，但相位相反。反噪聲由數(shù)字信號(hào)控制器（Digital Signal Processing，DSP）、數(shù)據(jù)采集和信號(hào)發(fā)生器（AD/DA）、功率放大器、相關(guān)算法等軟硬件系統(tǒng)組成。實(shí)時(shí)估計(jì)噪聲信號(hào)的幅值和相位是實(shí)現(xiàn)ANC 的關(guān)鍵，基于最小誤差均方值（Least Mean Square，LMS）算法的自適應(yīng)濾波器是這一方面應(yīng)用的主流方法［15］。LMS 自適應(yīng)濾波器也被用于辨識(shí)次級(jí)通道（從發(fā)出的反噪聲信號(hào)到降噪?yún)^(qū)域）的聲學(xué)傳遞特性。

ANC 技術(shù)已在頭戴式耳機(jī)等商業(yè)領(lǐng)域得到成功應(yīng)用［16-17］。但該方法暫無(wú)法被推廣應(yīng)用于運(yùn)載火箭整流罩內(nèi)具有寬頻帶、隨機(jī)特性的聲振環(huán)境降噪，因?yàn)檎髡謨?nèi)噪聲信號(hào)來(lái)源復(fù)雜，噪聲聲壓測(cè)點(diǎn)位置受限等。為此，本文就相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)研究，用線性代數(shù)方法詮釋了濾波最小均方值（Filtered-x Least Mean Square，F(xiàn)xLMS）算法的數(shù)學(xué)原理，探究ANC 用于運(yùn)載火箭整流罩內(nèi)降噪的實(shí)施途徑、次級(jí)通道特征辨識(shí)方法、自適應(yīng)濾波器參數(shù)選優(yōu)策略，以及實(shí)驗(yàn)室條件下主動(dòng)降噪的原理性驗(yàn)證。

1 自適應(yīng)濾波的原理和應(yīng)用

1.1 自適應(yīng)濾波器

ANC 方法對(duì)噪聲信號(hào)的估計(jì)是數(shù)字濾波過(guò)程，經(jīng)典的數(shù)字濾波器有有限沖激響應(yīng)（Finite Impulse Response，F(xiàn)IR）和無(wú)限沖激響應(yīng)（Infinite Impulse Response，IIR）2 種。通常情況下，ANC 系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，F(xiàn)IR 濾波器具有線性相位響應(yīng)和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，因此本文討論的濾波器均為FIR 濾波器。

濾波器輸入信號(hào)x的時(shí)間序列表示為Xn={xn，xn-1，…}，濾波器權(quán)系數(shù)用長(zhǎng)度為L(zhǎng)的向量表示w=[w0，w1，…，wL-1]T，濾波后信號(hào)y的時(shí)間序列序列 表示為Yn={yn，yn-1，…}，其中n是當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間序號(hào)，xn是n時(shí)刻采樣 值，xn-1是n-1 時(shí)刻的采樣值，以此類推。輸入輸出關(guān)系表示為

將序列Xn中最新的L個(gè)信號(hào)組成的向量記為xn=[xn，xn-1，…，xn-L+1]T。在式（1）中，令j=0，n時(shí)刻的輸出信號(hào)yn可表示為濾波器權(quán)系數(shù)w與向量xn的點(diǎn)積，其方程式為

將Yn最新的L個(gè)信號(hào)組成的向量記為yn=[yn，yn-1，…，yn-L+1]T，也可根據(jù)式（1），將向量yn與序列Xn的關(guān)系用權(quán)系數(shù)w表示為

自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)w可以調(diào)控信號(hào)，使得濾波后的信號(hào)yn接近期望信號(hào)dn。如信號(hào)偏差en=dn-yn未達(dá)到最小值，表示濾波器權(quán)系數(shù)w準(zhǔn)確度不夠。LMS 算法是根據(jù)誤差值en，動(dòng)態(tài)地修正濾波器權(quán)系數(shù)w=[w0，w1，…，wL-1]T，將第n時(shí)刻權(quán)系數(shù)w(n)迭代更新，得到新的n+1 時(shí)刻的權(quán)系數(shù)w(n+1)。

在信號(hào)處理過(guò)程中不斷調(diào)整權(quán)系數(shù)，使得誤差en逐漸減少，這種濾波器被稱為自適應(yīng)濾波器，如圖1 所示。圖中，自適應(yīng)濾波器有濾波部分和自適應(yīng)算法2 個(gè)部分。斜箭頭表示濾波器根據(jù)LMS 自適應(yīng)算法不斷更新調(diào)整權(quán)系數(shù)，達(dá)到自適應(yīng)濾波的效果。

圖1 自適應(yīng)濾波器Fig.1 Block diagram of the adaptive filter system

LMS 算法將更新后的濾波器權(quán)系數(shù)方程式為

式中：Δw(n)為權(quán)系數(shù)增量。

更新后，濾波器權(quán)系數(shù)計(jì)算得到的誤差信號(hào)平方盡可能小，即

式中：函數(shù)φ(Δw(n))為關(guān)于Δw(n)的二次型。

用單步的最速下降法沿梯度?φ(0)反方向，使得φ(Δw(n))達(dá)到極小的增量為

得到自適應(yīng)濾波器權(quán)系數(shù)的更新公式為

1.2 基于自適應(yīng)濾波的次級(jí)通道辨識(shí)

ANC 系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)需明確從控制器生成的信號(hào)到拾音器采集的信號(hào)之間的傳遞關(guān)系s。2 個(gè)信號(hào)之間的通道有揚(yáng)聲器輸出反噪聲所經(jīng)過(guò)的數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器、功率放大器等電子電路、揚(yáng)聲器至拾音器之間的聲場(chǎng)、拾音器測(cè)量到信號(hào)所經(jīng)過(guò)的放大器、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器等電子電路［18］。在主動(dòng)降噪技術(shù)中，該通道也被稱為次級(jí)通道，其傳遞關(guān)系可用長(zhǎng)度為L(zhǎng)的濾波器權(quán)系數(shù)為

利用自適應(yīng)濾波器可辨別次級(jí)通道傳遞關(guān)系s，如圖2 所示。辨識(shí)所得次級(jí)通道估計(jì)濾波器權(quán)系數(shù)記為

由圖2 可知，輸入信號(hào)xn被分岔為兩路：一路經(jīng)實(shí)際物理次級(jí)通道s傳遞，被拾音器采樣，作為期望信號(hào)dn；另一路經(jīng)自適應(yīng)濾波器濾波，得到輸出信號(hào)yn。

圖2 基于自適應(yīng)濾波的通道辨識(shí)Fig.2 Path identification based on adaptive filtering

2 個(gè)信號(hào)的誤差為

更新得到第n+1 時(shí)刻濾波器權(quán)系數(shù)為

極小化問(wèn)題式（9）與式（12）在數(shù)學(xué)形式上完全一致，用于更新圖1 中濾波器權(quán)系數(shù)的LMS 自適應(yīng)算法，可辨識(shí)圖2 中的聲學(xué)通道傳遞特性。

如果輸入信號(hào)xn為白噪聲，即通過(guò)注入白噪聲的方法辨識(shí)通道離線，可在通道辨識(shí)的頻帶范圍、自適應(yīng)濾波器的收斂速度、計(jì)算復(fù)雜度等方面取得較好的效果［19-20］。同時(shí)，離線辨識(shí)可脫離ANC 系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，不增加降噪實(shí)時(shí)控制時(shí)系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)擔(dān)，只需將更新收斂后的權(quán)系數(shù)用于后續(xù)的ANC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.3 基于自適應(yīng)濾波的主動(dòng)降噪控制

利用自適應(yīng)濾波器的原理可搭建ANC 系統(tǒng)的基本框架，如圖3 所示，用于消除一維管道中的噪聲。系統(tǒng)中，除噪聲源和產(chǎn)生反噪聲的揚(yáng)聲器外，還有2 個(gè)測(cè)量拾音器：靠近噪聲源的參考拾音器和位于揚(yáng)聲器下游的誤差拾音器。圖3 中的初級(jí)通道和次級(jí)通道分別指參考拾音器和揚(yáng)聲器到誤差拾音器的聲信號(hào)傳遞通道。

圖3 基于FxLMS 算法的一維管道中的噪聲消除Fig.3 Noise cancellation in one-dimensional pipeline based on the FxLMS algorithm

在這種消聲系統(tǒng)中，自適應(yīng)濾波器對(duì)參考拾音器信號(hào)濾波后再取反，生成反噪聲信號(hào)輸出到揚(yáng)聲器。誤差拾音器在時(shí)刻n采集到的信號(hào)，是噪聲傳遞至誤差拾音器處的信號(hào)與經(jīng)次級(jí)通道傳播的反噪聲疊加后的結(jié)果，即

LMS 算法更新濾波器系數(shù)w(n+1)=w(n)+Δw(n)，使得更新后的誤差信號(hào)平方盡可能小，即

根據(jù)點(diǎn)積和線性卷積的定義式（1）和式（3）可知

因此極小化問(wèn)題式（14）等價(jià)于

對(duì)比式（4）與式（16）可知，極小化問(wèn)題式（16）對(duì)應(yīng)以s*Xn為輸入信號(hào)、en為誤差信號(hào)的自適應(yīng)濾波器。因此，在ANC 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在參考拾音器輸入信號(hào)xn后，連接一個(gè)次級(jí)通道估計(jì)濾波器（如圖3的左下角），將信號(hào)轉(zhuǎn)化為*Xn，再輸入LMS 算法模塊。這種對(duì)噪聲信號(hào)經(jīng)次級(jí)通道濾波處理的方法，被稱為FxLMS（Filtered-x LMS）算法［21］。

2 運(yùn)載整流罩內(nèi)主動(dòng)降噪系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

2.1 反饋式FxLMS 算法主動(dòng)降噪控制模型

運(yùn)載整流罩內(nèi)部封閉和噪聲初級(jí)通道相對(duì)復(fù)雜，測(cè)量噪聲源的參考拾音器測(cè)點(diǎn)位置受限，如1.3節(jié)所述，一般的雙麥克風(fēng)ANC 系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單推廣應(yīng)用于運(yùn)載火箭整流罩內(nèi)。因此本文采用只布置一個(gè)誤差拾音器的ANC 系統(tǒng)，如圖4 所示，去除了參考拾音器。

圖4 反饋式FxLMS 算法主動(dòng)降噪系統(tǒng)Fig.4 Block diagram of the feedback ANC system by the FxLMS algorithm

為了給FxLMS 算法提供所需參考信號(hào)，可將經(jīng)次級(jí)通道估計(jì)濾波器濾波后的反噪聲信號(hào)與誤差拾音器測(cè)到的誤差信號(hào)求和，估計(jì)拾音器所處位置的噪聲信號(hào)dn，記為，并用其代替參考拾音器，作為自適應(yīng)算法模塊的輸入信號(hào)xn，即

2.2 運(yùn)載整流罩內(nèi)主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將反饋式FxLMS 算法應(yīng)用于運(yùn)載整流罩內(nèi)，控制主動(dòng)噪聲，所搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖5 所示，其由激振器、激振桿、整流罩實(shí)驗(yàn)?zāi)M件、拾音器、揚(yáng)聲器、工控機(jī)、信號(hào)放大器、功率放大器、PC 機(jī)等組成。激振桿長(zhǎng)度200 mm、直徑5 mm，裝配在激振器上并與整流罩壁固定連接，用于保證激振器單一方向施加激振力，模擬氣動(dòng)對(duì)罩壁激勵(lì)、制造噪聲；整流罩實(shí)驗(yàn)?zāi)M容器是直徑400 mm、高500 mm 的304 不銹鋼薄壁容器，容積約為63 L。工控機(jī)采用Intel 四核CPU 并搭載FPGA 實(shí)時(shí)模塊。拾音器懸在容器內(nèi)部上方，測(cè)量噪聲信號(hào)，其型號(hào)為GRAS-40PP。揚(yáng)聲器放置在容器內(nèi)部下方發(fā)出反噪聲，其型號(hào)為SEAS-H1217。

圖5 主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn)裝置Fig.5 Schematic diagram of the setup of ANC experiments

主動(dòng)降噪的程序用Matlab/Simulink 編制后燒錄到工控機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的噪聲信號(hào)由PC機(jī)生成，通過(guò)激振器功放驅(qū)動(dòng)激振桿，激勵(lì)容器外側(cè)壁面，在內(nèi)部產(chǎn)生噪聲。噪聲信號(hào)的生成參考運(yùn)載火箭發(fā)射起飛階段的遙測(cè)數(shù)據(jù)，將遙測(cè)噪聲時(shí)域數(shù)據(jù)等比縮小后發(fā)送至激振器功放。為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)所營(yíng)造出的噪聲環(huán)境的有效性，將其與遙測(cè)噪聲功率譜對(duì)比，如圖6 所示。圖中，藍(lán)色實(shí)線是遙測(cè)噪聲功率譜信號(hào)，紅色虛線是預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)得的容器內(nèi)噪聲功率譜信號(hào)。由圖6 可知，運(yùn)載整流罩內(nèi)噪聲具有寬頻特征。對(duì)比2 個(gè)信號(hào)發(fā)現(xiàn)，兩者除了在功率幅值上有一定差異外，整體的頻域特性在30～500 Hz 頻段內(nèi)較為相似，且2 個(gè)信號(hào)功率譜較為集中的頻點(diǎn)均為63.8 Hz。

圖6 噪聲源功率譜對(duì)比Fig.6 Spectrogram of the noise source power

實(shí)驗(yàn)采用1.2 節(jié)中注入白噪聲方法，對(duì)次級(jí)通道進(jìn)行離線辨識(shí)。PC 機(jī)生成白噪聲，并通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出，用拾音器測(cè)量聲壓信號(hào)，再將其反饋給工控機(jī)處理，辨識(shí)出次級(jí)通道的傳遞特性。辨識(shí)所用的Simulink 10.1 程序如圖7 所示。白噪聲源輸出范圍為±1，自適應(yīng)濾波器采用Matlab/DSP 工具箱的LMS filter 模塊。辨識(shí)得到的次級(jí)通道濾波器權(quán)系數(shù)如圖8 所示。為驗(yàn)證辨識(shí)結(jié)果準(zhǔn)確性，將截取的一段白噪聲樣本作為輸入信號(hào)xn，分別將經(jīng)真實(shí)次級(jí)通道s后的信號(hào)與經(jīng)實(shí)驗(yàn)辨識(shí)出的次級(jí)通道估計(jì)濾波器后的信號(hào)，在時(shí)域中對(duì)比，如圖9 所示。紅色虛線為拾音器測(cè)得白噪聲通過(guò)s后的電壓信號(hào)，黑色實(shí)線為拾音器測(cè)得白噪聲通過(guò)后的電壓信號(hào)。由圖9 可知，2 個(gè)信號(hào)基本重合，說(shuō)明次級(jí)通道辨識(shí)結(jié)果較為準(zhǔn)確。

圖7 次級(jí)通道辨識(shí)程序Fig.7 Secondary path identification program

圖8 次級(jí)通道辨識(shí)系數(shù)Fig.8 Identification coefficients of the secondary path

圖9 時(shí)域中次級(jí)通道辨識(shí)效果Fig.9 Secondary channel identification results in the time domain

原則上，通道辨識(shí)時(shí)，濾波器參數(shù)的選取需滿足采樣頻率fs至少大于分析頻段上限的2 倍，但同時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)覆蓋分析頻段下限盡可能多的周期。本文分析頻率為30～500 Hz，因此，采樣頻率fs取分析頻帶上限的4 倍，即fs=2 000 Hz；濾波器長(zhǎng)度N取覆蓋分析頻帶下限的3 個(gè)周期，即N=200；自適應(yīng)濾波器收斂系數(shù)μ通過(guò)預(yù)試驗(yàn)調(diào)試，選取μ=0.01 能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精度。

2.3 運(yùn)載整流罩主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

驗(yàn)證整流罩模擬試驗(yàn)件的ANC 降噪效果共進(jìn)行以下3 組實(shí)驗(yàn)。

1）針對(duì)遙測(cè)噪聲功率譜頻率分布范圍廣的特點(diǎn)，開(kāi)展了30～500 Hz 中低頻段的ANC 實(shí)驗(yàn)。依據(jù)2.1 節(jié)所述的原理與系統(tǒng)模型，用Simulink 實(shí)現(xiàn)的控制程序如圖10 所示。次級(jí)通道估計(jì)濾波器中的權(quán)系數(shù)就是2.2 節(jié)中的辨識(shí)結(jié)果，降噪實(shí)驗(yàn)的采樣頻率和濾波器長(zhǎng)度等參數(shù)與次級(jí)通道辨識(shí)時(shí)相同。

圖10 寬帶主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn)控制程序Fig.10 Control program for the broadband ANC experiment

2）針對(duì)遙測(cè)噪聲信號(hào)在63.8 Hz 附近頻譜響應(yīng)較為集中的特點(diǎn)，開(kāi)展了（63.8±0.5）Hz 的窄帶ANC 實(shí)驗(yàn)。Simulink 實(shí)現(xiàn)的程序與圖10 基本一致，僅將右下角濾波器的帶通范圍改為（63.8±0.5）Hz。

3）對(duì)30～500 Hz 噪聲分布較寬的寬帶頻段和（63.8±0.5）Hz 分布密集的窄帶頻段開(kāi)展了組合式ANC 降噪實(shí)驗(yàn)。Simulink 實(shí)現(xiàn)的控制流程如圖11所示，圖中子系統(tǒng)是圖10 中淺色方框的封裝，誤差拾音器采集的信號(hào)經(jīng)不同濾波器后，分別用2 個(gè)獨(dú)立自適應(yīng)濾波器計(jì)算反噪聲信號(hào)，疊加后再輸出給揚(yáng)聲器功放。

圖11 寬帶和窄帶同時(shí)主動(dòng)降噪控制程序Fig.11 Control program for the combined broadband and narrowband ANC experiment

將上述的3 組ANC 實(shí)驗(yàn)及未作降噪處理時(shí)拾音器測(cè)得的信號(hào)記錄在圖12 中。由圖12 可知，紅色曲線代表的未作降噪處理時(shí)的噪聲幅值顯著高于其他3 組ANC 實(shí)驗(yàn)的幅值，表明實(shí)驗(yàn)所采用反饋式ANC 控制模型的降噪效果明顯。為探究寬帶、窄帶和組合式ANC 的效果，進(jìn)一步分析還需在頻域開(kāi)展。

圖12 時(shí)域中主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.12 Results of the ANC experiments in the time domain

將圖12 中4 組時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）后再計(jì)算其均方值（Root Mean Square，RMS），得到相應(yīng)的RMS 譜如圖13 所示。圖中：紅色粗實(shí)線表示無(wú)控制時(shí)的噪聲信號(hào)；藍(lán)色細(xì)實(shí)線表示對(duì)（30～500）Hz寬帶降噪后的信號(hào)；黑色虛線表示對(duì)（63.8±0.5）Hz窄帶降噪后的信號(hào)；綠色虛線表示同時(shí)對(duì)30～500 Hz 寬帶和（63.8±0.5）Hz窄帶降噪后的信號(hào)。

圖13 頻域中主動(dòng)降噪實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.13 Results of the ANC experiments in the frequency domain

響應(yīng)峰均有較明顯的降噪效果，但對(duì)300 Hz 以上的頻段降噪效果不明顯。在噪聲峰值63.8 Hz 附近，與未降噪信號(hào)相比，3 組ANC 實(shí)驗(yàn)幅值有極大衰減，其中僅使用窄帶降噪的在（63.8±0.5）Hz 范圍內(nèi)效果最佳。在窄帶降噪控制頻段之外出現(xiàn)新的低幅度響應(yīng)峰，這是因?yàn)锳NC 系統(tǒng)發(fā)出的反噪聲幅值超過(guò)了未作降噪處理時(shí)的噪聲信號(hào)。

將圖13 中的3 組ANC 實(shí)驗(yàn)相對(duì)于未降噪信號(hào)的變化量記錄見(jiàn)表1。結(jié)果表明，組合式ANC 在30～500 Hz 頻段降噪效果僅比進(jìn)行寬帶降噪的情況低0.6 dB，但在（63.8±0.5）Hz 窄帶頻段聲功率還可再降低2.5 dB，兼顧了寬帶降噪和窄帶降噪的效果，綜合性能最好。在噪聲幅值最大的10～15 s 時(shí)間段，3 種方案的降噪效果與全時(shí)間段相比，均有小幅提升，此時(shí)僅進(jìn)行寬帶降噪在整個(gè)頻段內(nèi)的降噪效果最佳。主動(dòng)降噪控制的頻段范圍較窄時(shí)，其降噪效果明顯更優(yōu)，窄帶降噪更適合于噪聲頻譜有明確峰值的情況。

表1 主動(dòng)噪聲控制實(shí)驗(yàn)降噪結(jié)果Tab.1 Results of the ANC control experiments

3 結(jié)束語(yǔ)

本文采用FxLMS-ANC 的主動(dòng)降噪方法，對(duì)由激振器激勵(lì)薄壁容器產(chǎn)生的封閉空間內(nèi)噪聲環(huán)境進(jìn)行噪聲抑制。這種實(shí)驗(yàn)方法，在一定程度上模擬了運(yùn)載火箭整流罩內(nèi)的聲振環(huán)境，營(yíng)造的噪聲與遙測(cè)信號(hào)的功率譜具有相似特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)封閉空間內(nèi)中低頻段的噪聲，在聲壓不固定的起飛階段，F(xiàn)xLMS-ANC 方法也能表現(xiàn)出較好的降噪效果，特別是針對(duì)功率譜峰值所在的頻點(diǎn)實(shí)施窄帶降噪，其降噪效果更為顯著。上述基于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論初步，驗(yàn)證了在運(yùn)載火箭整流罩內(nèi)進(jìn)行主動(dòng)降噪的有效性。

此外，本文在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，由激振器激勵(lì)模擬出氣動(dòng)噪聲，未來(lái)可在混響室中營(yíng)造出與遙測(cè)噪聲更加相似的環(huán)境，并進(jìn)行主動(dòng)降噪驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)更具參考性。同時(shí)，本文僅采用單通道的ANC系統(tǒng)，對(duì)大型整流罩等實(shí)際工程中的主動(dòng)降噪應(yīng)用，未來(lái)將拓展至多通道ANC 控制系統(tǒng)，研究多通道主動(dòng)降噪系統(tǒng)中次級(jí)聲源的數(shù)量、位置、陣列形狀等對(duì)主動(dòng)降噪效果的影響，進(jìn)一步提升降噪效果。