CN109326296A - 一种非自由场条件下的散射声有源控制方法 - Google Patents

一种非自由场条件下的散射声有源控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109326296A
CN109326296A CN201811247815.4A CN201811247815A CN109326296A CN 109326296 A CN109326296 A CN 109326296A CN 201811247815 A CN201811247815 A CN 201811247815A CN 109326296 A CN109326296 A CN 109326296A
Authority
CN
China
Prior art keywords
scattering
mirror image
voltage input
sound
transmission function
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811247815.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109326296B (zh
Inventor
韩宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201811247815.4A priority Critical patent/CN109326296B/zh
Publication of CN109326296A publication Critical patent/CN109326296A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109326296B publication Critical patent/CN109326296B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02—Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/10—Noise analysis or noise optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种非自由场条件下的散射声有源控制方法，主要解决自由声场中的散射声有源控制算法在非自由场中无效的问题，其控制原理是：根据镜像原理，计算初级源镜像和控制源镜像的坐标；计算或测量初级源及其镜像至虚拟误差传感器的散射声压传递函数，并进行变换；计算或测量控制源及其镜像至虚拟误差传感器的总声压传递函数，并进行变换；计算最优控制源强，并实施散射声的有源控制。本发明针对声场中包含反射表面的情况，能最优地计算控制源的源强并有效降低散射声压。

Description

一种非自由场条件下的散射声有源控制方法
技术领域
本发明属于有源噪声控制领域，具体涉及一种非自由场条件下的散射声有源控制方法。
背景技术
散射声控制在军事上有重要的应用，可使潜艇等水下物体避开主动声纳等探测系统的监测。传统的方法是在散射体表面铺放吸声材料，然而它在低频段降噪效果不佳。散射声有源控制技术可作用于低频范围，其前期研究已取得了相当进展(Friot E,Bordier C,Real-time active suppression of scattered acoustic radiation,J.SoundVib.Volume 278,563-580；Han N,Qiu X,Feng S,Active control of three-dimensionimpulsive scattered radiation based on a prediction method.MechanicalSystems&Signal Processing,Volume 30,267-273)，但均是针对自由声场。而在实际应用时常会面临各种复杂声场，其中较常见的情况为声场中包含反射表面，如海洋声场中的海底、海面等。此时，自由场中的散射声控制算法可能是无效的。因此，有必要提出一种非自由场条件下的散射声有源控制方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种非自由场条件下的散射声有源控制方法，该方法针对声场中包含反射表面的情况，能最优地计算控制源的源强并有效降低散射声压。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种非自由场条件下的散射声有源控制方法，主要解决自由声场中的散射声有源控制算法在非自由场中无效的问题，其控制原理是：根据镜像原理，计算初级源镜像和控制源镜像的坐标；计算或测量初级源及其镜像至虚拟误差传感器的散射声压传递函数，并进行变换；计算或测量控制源及其镜像至虚拟误差传感器的总声压传递函数，并进行变换；计算最优控制源强，并实施散射声的有源控制。主要包括以下步骤：
(1)
根据初级源、控制源和反射面的坐标并基于镜像原理，即初级源与初级源镜像的位置关于反射表面对称，控制源与控制源镜像的位置关于反射表面对称，计算初级源镜像和控制源镜像的坐标。
(2)计算或测量Np个初级源及其Np个镜像至Ne个虚拟误差传感器的散射声压传递函数，并构成一个Ne×2Np的矩阵Zps，
将其按如下方式变换为
在数值仿真中，根据设定的反射表面的反射系数，各散射声压传递函数可通过解析公式计算；在实验和实际应用中，各散射声压传递函数可通过测量获得。
(3)计算或测量Nc个控制源及其Nc个镜像至Ne个虚拟误差传感器的总声压(散射声压和入射声压之和)传递函数，并构成一个Ne×2Nc的矩阵Zc，
将其按如下方式变换为
在数值仿真中，根据设定的反射表面的反射系数，各总声压传递函数可通过解析公式计算；在实验和实际应用中，各总声压传递函数可通过测量获得。
(4)根据公式计算散射声有源控制系统的最优控制源强Qcopt，其中且是Np个初级源强所组成的向量，上标H代表共轭转置，上标T代表转置,ρ0是传播声波的介质的密度,c是声波的传播速度；将该最优控制源强输入控制源，即实施散射声的有源控制。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种非自由场条件下的散射声有源控制方法，能够针对自由声场中存在反射表面的情况，实现非自由场条件下的散射声有源控制。
附图说明
图1为本发明实例的流程图；
图2所示为单通道散射声控制系统的配置示意图；
图3所示为建立初级源镜像和控制源镜像的示意图；
图4为100Hz(左列)和700Hz(右列)的散射声控制效果：(a)控制前的归一化散射声压级；(b)控制后的归一化散射声压级；(c)x轴上的控制前与控制后的归一化散射声压级。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
在该散射声控制的模型中，半径为0.18m的散射体位于坐标原点，初级源个数Np为1，源强Qp为1，位于-5m的位置，使用单通道(控制源个数Nc为1，虚拟误差传感器个数Ne为1)的有源控制系统，且控制源和虚拟误差传感器分别位于-0.25m和-1m的位置，反射系数为0.5的反射表面位于10m的位置，如图2所示。非自由场条件下的散射声有源控制将按以下步骤完成：
(1)根据初级源和控制源与反射表面的相对位置，计算初级源和控制源的镜像。如图3所示，基于镜像原理，初级源与初级源镜像的位置关于反射表面对称，控制源与控制源镜像的位置关于反射表面对称，因此初级源镜像的位置为25m，控制源镜像的位置为20.25m。
(2)计算或测量初级源及其镜像至虚拟误差传感器的散射声压传递函数，并进行变换。在数值仿真中，用解析公式直接计算初级源至虚拟误差传感器的散射声压传递函数，
其中代表声源的位置，代表误差传感器的位置， Pl和Pl m分别是l阶0次和l阶m次的缔合勒让德函数，k是波数，ω是角频率，ρ0是声场介质的密度，a是散射体的半径，jl代表l阶的第一类贝塞尔函数，hl代表l阶的第三类贝塞尔函数。由于反射表面的反射系数为0.5，则初级源镜像至虚拟误差传感器的散射声压传递函数为
则Zps＝[zps(1,1) zps(1,2)]，
(3)计算或测量控制源及其镜像至虚拟误差传感器的总声压(散射声压和入射声压之和)传递函数，并进行变换。在数值仿真中，用解析公式直接计算控制源至虚拟误差传感器的总声压传递函数，
由于反射表面的反射系数为0.5，则控制源镜像至虚拟误差传感器的总声压传递函数为
则Zc＝[zc(1,1) zc(1,2)]，
(4)根据公式计算散射声有源控制系统的最优控制源强Qcopt，其中。将该最优控制源强输入控制源，即实施散射声的有源控制，结果如图4所示。
图4中的左列为100Hz的散射声控制效果，右列为700Hz的散射声控制效果，且图(a)是控制前的归一化散射声压级，图(b)是控制后的归一化散射声压级，图(c)是x轴上控制前与控制后的归一化散射声压级。对比图(a)和(b)，可见在虚拟误差传感器的左方区域，可获得较好的散射声压控制效果。如将声源视为探测水下物体的主动声纳，则其接收到的散射声压在100Hz时的衰减量约为10dB，在700Hz时的衰减量约为7dB。

Claims (1)

1.一种非自由场条件下的散射声有源控制方法，其特征在于：根据镜像原理，计算初级源镜像和控制源镜像的坐标；计算或测量初级源及其镜像至虚拟误差传感器的散射声压传递函数，并进行变换；计算或测量控制源及其镜像至虚拟误差传感器的总声压传递函数，并进行变换；计算最优控制源强，并实施散射声的有源控制；具体包括以下步骤：
(1)根据初级源、控制源和反射面的坐标并基于镜像原理，即初级源与初级源镜像的位置关于反射表面对称，控制源与控制源镜像的位置关于反射表面对称，计算初级源镜像和控制源镜像的坐标；
(2)计算或测量Np个初级源及其Np个镜像至Ne个虚拟误差传感器的散射声压传递函数，并构成一个Ne×2Np的矩阵Zps，
将其按如下方式变换为
在数值仿真中，根据设定的反射表面的反射系数，各散射声压传递函数可通过解析公式计算；在实验和实际应用中，各散射声压传递函数可通过测量获得；
(3)计算或测量Nc个控制源及其Nc个镜像至Ne个虚拟误差传感器的总声压传递函数，总声压为散射声压和入射声压之和，并构成一个Ne×2Nc的矩阵Zc，
将其按如下方式变换为
在数值仿真中，根据设定的反射表面的反射系数，各总声压传递函数可通过解析公式计算；在实验和实际应用中，各总声压传递函数可通过测量获得；
(4)根据公式计算散射声有源控制系统的最优控制源强Qcopt，其中且是Np个初级源强所组成的向量，上标H代表共轭转置，上标T代表转置,ρ0是传播声波的介质的密度，c是声波的传播速度；将该最优控制源强输入控制源，即实施散射声的有源控制。
CN201811247815.4A 2018-10-25 2018-10-25 一种非自由场条件下的散射声有源控制方法 Active CN109326296B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811247815.4A CN109326296B (zh) 2018-10-25 2018-10-25 一种非自由场条件下的散射声有源控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811247815.4A CN109326296B (zh) 2018-10-25 2018-10-25 一种非自由场条件下的散射声有源控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109326296A true CN109326296A (zh) 2019-02-12
CN109326296B CN109326296B (zh) 2022-03-18

Family

ID=65262989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811247815.4A Active CN109326296B (zh) 2018-10-25 2018-10-25 一种非自由场条件下的散射声有源控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109326296B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110111765A (zh) * 2019-05-21 2019-08-09 东南大学 一种一维声场条件下的反射声有源控制方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6292772B1 (en) * 1998-12-01 2001-09-18 Justsystem Corporation Method for identifying the language of individual words
CN101387547A (zh) * 2008-10-28 2009-03-18 南京大学 散射声预测方法
CN101853660A (zh) * 2004-10-20 2010-10-06 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 用于双声道提示码编码方案和类似方案的散射声音整形
CN102859590A (zh) * 2010-02-24 2013-01-02 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 产生增强下混频信号的装置、产生增强下混频信号的方法以及计算机程序
CN103945302A (zh) * 2014-05-07 2014-07-23 东南大学 有源单向声传播装置及实现单向声传播的方法
CN104918173A (zh) * 2015-05-07 2015-09-16 安徽师范大学 一种应用于有源声屏障的指向性次级声源设计方法
US20160138967A1 (en) * 2013-06-21 2016-05-19 Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S Method of determining noise sound contributions of noise sources of a motorized vehicle
CN107478325A (zh) * 2017-09-07 2017-12-15 安徽大学 一种非稳态平面声源的自由场还原方法
CN108141691A (zh) * 2015-10-14 2018-06-08 华为技术有限公司 自适应混响消除系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6292772B1 (en) * 1998-12-01 2001-09-18 Justsystem Corporation Method for identifying the language of individual words
CN101853660A (zh) * 2004-10-20 2010-10-06 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 用于双声道提示码编码方案和类似方案的散射声音整形
CN101387547A (zh) * 2008-10-28 2009-03-18 南京大学 散射声预测方法
CN102859590A (zh) * 2010-02-24 2013-01-02 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 产生增强下混频信号的装置、产生增强下混频信号的方法以及计算机程序
US20160138967A1 (en) * 2013-06-21 2016-05-19 Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S Method of determining noise sound contributions of noise sources of a motorized vehicle
CN103945302A (zh) * 2014-05-07 2014-07-23 东南大学 有源单向声传播装置及实现单向声传播的方法
CN104918173A (zh) * 2015-05-07 2015-09-16 安徽师范大学 一种应用于有源声屏障的指向性次级声源设计方法
CN108141691A (zh) * 2015-10-14 2018-06-08 华为技术有限公司 自适应混响消除系统
CN107478325A (zh) * 2017-09-07 2017-12-15 安徽大学 一种非稳态平面声源的自由场还原方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E. FRIOT ET AL.: "Real-time active suppression of scattered acoustic radiation", 《JOURNAL OF SOUND AND VIBRATION》 *
NING HAN ET AL.: "Active control of three-dimension impulsive scattered radiation based on a prediction method", 《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》 *
史东伟 等: "刚性球散射声场有源控制数值模拟", 《声学技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110111765A (zh) * 2019-05-21 2019-08-09 东南大学 一种一维声场条件下的反射声有源控制方法
CN110111765B (zh) * 2019-05-21 2022-06-14 东南大学 一种一维声场条件下的反射声有源控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109326296B (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112083404B (zh) 一种基于多途特征匹配的单矢量水听器声源深度估计方法
CN102590804B (zh) 一种多普勒声纳陆上测试系统及其测试方法
JP2010099452A5 (zh)
JPS625301B2 (zh)
CN109239712B (zh) 基于水下声场和声能流的噪声探测方法
CN108226911B (zh) 一种具有环境适应性的adcp发射频率优化选取方法
Prokhorov et al. Studying the problem of acoustic sounding of the seabed using methods of radiative transfer theory
CN112198515B (zh) 一种参量阵浅剖差频转换性能优化方法
CN108680234A (zh) 一种跨冰层介质的水深测量方法
CN109326296A (zh) 一种非自由场条件下的散射声有源控制方法
CN108567445A (zh) 一种基于双线阵声传感器的多模态成像方法
CN110471032B (zh) 一种水下目标被动定位的方法
CN111982156B (zh) 一种基于水下回声模拟技术的单波束测深仪校准方法
RU2559159C1 (ru) Способ измерения толщины льда
WO2023130682A1 (zh) 一种基于边界声反射的目标强度自测方法和自测系统
CN111353251A (zh) 一种非线性声场的基频和高次谐波频域有限差分计算方法
Wan et al. Simulation and prototype testing of a low-cost ultrasonic distance measurement device in underwater
CN113126029B (zh) 适用于深海可靠声路径环境的多传感器脉冲声源定位方法
CN112729532B (zh) 浅海运动声源近场传递函数获取方法、装置、设备及介质
CN112684437B (zh) 一种基于时域warping变换的被动测距方法
On et al. Detection of an Object Bottoming at Seabed by the Reflected Signal Modeling
CN114488010A (zh) 用于线列阵水下声源定距的虚拟接收阵列增幅方法
CN114594481A (zh) 一种基于多频反向散射回波测量的声学海水温度剖面仪
Zheng et al. A method of geo-acoustic parameter inversion in shallow sea by the Bayesian theory and the acoustic pressure field
Talebpour et al. Multi-Modal Signal Analysis for Underwater Acoustic Sound Processing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant