將氣流噪聲對傳聲器的影響降到更低的方法

2020-08-04 11:31:54· 來源：BK聲學(xué)與振動

下面的文章討論了一種能夠使氣流噪聲對傳聲器的影響降到更低的方法，主要用于風(fēng)洞中的陣列測量。氣流噪聲與車輛中產(chǎn)生的目標(biāo)風(fēng)噪聲十分相似，很難使用其他現(xiàn)有方法去區(qū)分。

作者：Jørgen Hald 博士
研究工程師

下面的文章討論了一種能夠使氣流噪聲對傳聲器的影響降到更低的方法，主要用于風(fēng)洞中的陣列測量。氣流噪聲與車輛中產(chǎn)生的目標(biāo)風(fēng)噪聲十分相似，很難使用其他現(xiàn)有方法去區(qū)分。

傳聲器中的風(fēng)嘯產(chǎn)生噪聲是一種大家都熟悉的現(xiàn)象——在戶外錄制的電視訪談中就能聽到。在室外或風(fēng)洞中執(zhí)行傳聲器陣列測量時，無法避免單個傳聲器中的這種流動噪聲。雖然使用風(fēng)罩可以降低該噪聲水平，但并不能完全避免。然而，在室外進(jìn)行錄音時，氣流噪聲和聲音具有完全不同的統(tǒng)計特性和頻譜特性，可利用這種特性開發(fā)（部分）消除氣流噪聲的算法。這對于風(fēng)洞中的傳聲器陣列測量而言更加復(fù)雜，其中來自車輛的目標(biāo)空氣動力學(xué)噪聲和單個傳聲器中的氣流噪聲具有相似的性質(zhì)。

風(fēng)洞中的陣列測量通常在開放的半消聲設(shè)施中進(jìn)行，其中墻壁和天花板吸聲，并且被測車輛位于設(shè)施中下游的流動區(qū)域中。然后可將陣列放置在核心流域的外部，但盡可能靠近車輛（以及氣流），以獲得車輛上盡可能更高分辨率的聲源。因此，陣列位置的平均流速將會很低（通常小于5米/秒），但會有湍流。陣列可以放置在車輛的側(cè)面和/或上方。

噪聲源定位通常針對每個陣列執(zhí)行延遲求和（DAS）的波束成形方法處理，將陣列中所有傳聲器之間的互譜矩陣（CSM）作為輸入。CSM矩陣行和列，分別代表陣列中的每個傳聲器。矩陣中的單元是由行和列的索引指定的兩個傳聲器之間的互功率譜。因此矩陣對角線上的單元代表每個傳聲器的自功率譜。

我們現(xiàn)在假設(shè)如下：
一個傳聲器引起的流動噪音未被任何其他傳聲器采集
不同傳聲器產(chǎn)生的氣流噪聲信號是不相干/獨立的

這意味著，在一個足夠長的平均時間之后，氣流噪聲貢獻(xiàn)在矩陣對角線以外將是微不足道的，而它們將保持在對角線上，即在自譜中。理論和實踐經(jīng)驗表明，這兩個假設(shè)在很大程度上是成立的。

風(fēng)罩被推到一邊的單個傳聲器特寫

當(dāng)在DAS波束成形中使用平均CSM時，可以避免使用CSM對角線的數(shù)據(jù)，這種技術(shù)稱為對角線去除。然而，采用對角線去除技術(shù)也有副作用，例如低估源強度；此外，DAS在有限的動態(tài)范圍（旁瓣）方面存在嚴(yán)格的限制，在低頻時分辨率比較差。其他波束形成方法通常需要使用完整的CSM，包括對角線。

所引用的技術(shù)評論文章描述了一種方法，用于精確去除CSM對角線導(dǎo)致的額外（流動）噪聲，假設(shè)在對角線以外沒有（流動）噪聲貢獻(xiàn)。這種叫作對角線去噪（DD）的方法效果非常好，只要（車輛上）重要的獨立/不相干目標(biāo)源的數(shù)量實際上小于傳聲器的數(shù)量——此假設(shè)與基于使用平均CSM的所有陣列方法一致。

使用Clean-SC生成的源圖

然而，在實際測量中，由于用于獲得CSM的平均時間有限，所以會存在來自不相干氣流噪聲信號的非對角線剩余貢獻(xiàn)。這些非對角線貢獻(xiàn)將限制DD可實現(xiàn)的自譜中的流噪降低?；谠谒型ǖ乐刑砑恿讼嗤肼曀降哪M測量，開發(fā)了一個近似的影響經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。根?jù)該模型，將自譜噪聲降低一個系數(shù)a所需的平均數(shù)大約為：

其中M為傳聲器的數(shù)量

因此，所需數(shù)量的平均值隨著傳聲器數(shù)量的增加而增加。

根據(jù)這篇論文，這似乎是因為傳聲器的數(shù)量增加時，CSM中的非對角線單元的數(shù)量增加比對角元素的數(shù)量更快。例如，對于一個由100個傳聲器組成的陣列，要求減小a=0.1(10dB)，所需的平均數(shù)量約為31,000。通過將陣列的一部分暴露于氣流，并用小型揚聲器上，已經(jīng)照著改假設(shè)進(jìn)行了測量。測量結(jié)果與經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷念A(yù)測一致。

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