CN116156391B - 一种用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统及运行方法。扬声器阵列系统包括：弧形扬声器阵列、控制机柜及多通道音频控制模块。运行方法包括：在消声室内，靠近飞机外壳处布置弧形扬声器阵列，扬声器阵列通过多通道音频控制模块与计算机进行通讯；计算机中的扬声器阵列控制软件采用噪声声压级控制和角度调节算法对不同飞行工况下的噪声进行模拟，生成并输出噪声信号至多通道音频控制模块；多通道音频控制模块驱动扬声器阵列发声，进行飞机舱外噪声复现。本发明能够在较大空间范围内复现出飞机在各飞行工况下的噪声声压级，可为飞机隔声材料试验提供试验环境。

Description

一种用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统及运行方法

技术领域

本发明涉及一种飞机噪声复现系统，特别涉及一种用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统及运行方法。

背景技术

现代民航飞机正朝安全高效、低碳环保及平稳舒适的方向不断发展。相对于安全性、高效性等不易被感知的指标，乘客在旅途中主观感受最强烈的就是飞机的乘坐舒适性，这也成为了飞机设计制造过程中优化的重点。降低飞机舱内噪声水平是提升飞机乘坐舒适性的重要手段之一，目前在飞机领域运用较多的仍为被动降噪技术，即改善飞机机舱壁板的隔声、吸声性能，从而降低飞行过程中的舱内噪声水平。

机舱壁板材料的隔声吸声性能测试需要进行大量的飞行试验，这不仅耗费了大量人力物力和财力，而且由于飞行试验的工况复杂，无法保证测试结果的有效性和一致性。为简化飞机隔声性能测试的流程，目前针对机舱壁板隔声性能的研究通常是基于隔声理论，通过统计能量法或有限元法对隔声材料的隔声性能进行仿真分析。但同种隔声材料通过仿真得到的隔声量计算值与飞行状况下通常难以吻合。

综上所述，为实现在地面试验中获得较为准确、可用于对比分析的隔声材料性能数据，从而改进隔声材料的设计，并进一步降低飞机舱内噪声水平，有必要对于飞机飞行舱外噪声进行消声室复现。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统及运行方法，其能够实现在较大空间范围内复现出飞机在各飞行工况下的舱外噪声声压级的功能，从而为飞机壳体隔声材料的地面性能试验提供试验环境。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：一种用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统，包括作为飞机舱外噪声复现声源的扬声器阵列、通过音频连接线与扬声器阵列相连的控制机柜以及通过数据线与控制机柜相连的计算机；

所述扬声器阵列布置在消声室内且靠近飞机外壳处；所述控制机柜设置在消声室外，控制机柜中设置有多通道音频控制模块，所述多通道音频控制模块包括用于将数字声信号进行数模转换的多通道声卡和用于模拟声信号功率放大的多通道功放；所述计算机用于控制扬声器阵列实现飞机舱外噪声复现。

本发明还提供了一种扬声器阵列系统的运行方法，包括以下步骤：

1)在消声室内靠近飞机外壳处布置扬声器阵列；

2)根据飞行试验采集的噪声数据或规定的飞机舱外噪声声压级水平生成扬声器阵列需播放的数字声信号，并对扬声器阵列系统进行增益标定和角度调节；

3)对输出声信号的音量进行调节并播放，在规定测点处采集得到的声信号数据；

4)根据采集得到的声信号数据判断复现声是否符合试验要求，循环调节播放音量，使扬声器阵列播放的声场满足试验要求，完成复现过程。

作为本发明的优选方案，步骤1)中扬声器阵列由150个扬声器构成，布置为10行15列，半径为2.5m的弧形阵列，距机舱外表面0.52m，在弧线上各行扬声器中心间隔角度为7°。

作为本发明的优选方案，步骤2)中生成扬声器阵列需播放的数字声信号具体为：根据所述飞行试验采集的噪声数据或规定的飞机舱外噪声声压级水平，利用声压级控制算法和角度调节算法生成各扬声器应播放的数字声信号。

作为本发明的优选方案，声压级控制算法基于扬声器阵列系统的音频控制模块和扬声器单元的参数进行信号幅值与声压级的匹配校准，确定播放增益系数与输出声压级的关系，以实现复现飞机舱外噪声声压级的要求。

作为本发明的优选方案，播放增益系数根据扬声器阵列的输出功率和对应声压级进行标定，以使输出声压级线性变化，具体为：使扬声器阵列以最大输出功率发声，记录输入声信号的最大幅值，作为系统的最大播放增益系数g_max，以最大播放增益系数为上限，按幂次变化规律g(v％)＝g_max·10^v/50计算声压级按百分比v％线性变化时的播放增益系数g(v％)。

作为本发明的优选方案，在步骤2)中对扬声器阵列系统的角度调节算法具体为：在扬声器阵列位置确定后，通过控制扬声器阵列各行输出声信号的幅值分布，模拟出不同角度的噪声信号。

更为优选的是，通过角度调节算法进行角度调节时，对应当前设置角度的第i行扬声器声信号播放增益为当前音量下播放增益系数g(v％)，第j行扬声器声信号播放增益g_j(v％)由正态分布规律计算：

g_j(v％)＝g(v％)·exp(-8(j-i)²/5)

其中，exp(-8(j-i)²/5)为第j行扬声器相对于第i行扬声器的正态分布系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用扬声器阵列对飞机各工况下舱外噪声声压级进行复现，保证测试结果的有效性和一致性。

本发明利用控制软件中的声压级控制算法和角度调节算法生成各扬声器应播放的数字声信号，控制扬声器阵列各行输出声信号的幅值分布，模拟出不同角度的噪声信号使得仿真得到的隔声量计算值与飞行状况吻合。

本发明可为飞机壳体隔声材料的地面性能试验提供试验声学环境，从而帮助改善飞机机舱壁板的隔声、吸声性能，进一步降低飞行过程中的舱内噪声水平。

附图说明

图1为本发明的用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统的硬件布置示意图；

图2为本发明的用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统增益标定和角度调节流程图；

图3为本发明的飞机舱外噪声复现运行流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

1.扬声器阵列系统的硬件布置

如图1所示为飞机舱外噪声复现扬声器阵列系统的硬件布置示意图，在消声室内，靠近飞机外壳处布置弧形扬声器阵列，作为飞机舱外噪声复现的声源；扬声器阵列由150个扬声器构成，布置为10行15列，半径为2.5m的弧形阵列，距机舱外表面0.52m，在弧线上各行扬声器中心间隔角度为7°，扬声器阵列通过音频连接线与消声室外的控制机柜相连；多通道音频控制模块置于控制机柜中，包括多通道声卡及多通道功放，分别进行噪声信号的数模转换和功率放大；多通道音频控制模块与计算机通过数据线相连，计算机中的扬声器阵列控制软件实现飞机舱外噪声复现。

为了更加清楚地表达上述系统的工作过程；本发明还提供了一种扬声器阵列系统的运行方法，包括以下步骤：

1)在消声室内靠近飞机外壳处布置扬声器阵列；

2)根据飞行试验采集的噪声数据或规定的飞机舱外噪声声压级水平生成扬声器阵列需播放的数字声信号，并对扬声器阵列系统进行增益标定和角度调节；

3)对输出声信号的音量进行调节并播放，在规定测点处采集得到的声信号数据；

4)根据采集得到的声信号数据判断复现声是否符合试验要求，循环调节播放音量，使扬声器阵列播放的声场满足试验要求，完成复现过程。

在本发明的一个具体实施例中，扬声器阵列系统的增益标定和角度调节流程，飞机舱外噪声复现扬声器阵列系统的增益标定和角度调节流程如图2所示：

根据飞行试验采集的噪声数据或规定的飞机舱外噪声声压级水平，采用声压级控制算法，基于扬声器阵列系统的多通道音频控制模块和扬声器单元的参数进行信号幅值与声压级的匹配校准。

使扬声器阵列以最大输出功率发声，记录输入声信号的最大幅值，作为系统的最大播放增益系数g_max。

以最大播放增益系数为上限，按幂次变化规律g(v％)＝g_max·10^v/50计算声压级按百分比v％线性变化时的播放增益系数g(v％)。

根据所需的角度要求确认对应当前设置角度的第i行扬声器声信号播放增益为当前音量下播放增益系数g(v％)。

其余第j行扬声器声信号播放增益g_j(v％)由正态分布规律g_j(v％)＝g(v％)·exp(-8(j-i)²/5)计算并设置，式中exp(-8(j-i)²/5)为第j行扬声器相对于第i行扬声器的正态分布系数。

在本发明的一个具体实施例中，使用扬声器阵列系统对飞机舱外噪声进行复现的运行流程：

使用扬声器阵列系统对飞机舱外噪声进行复现的运行流程如图3所示：

复现开始，首先获取飞机舱外噪声数据，按所述增益标定流程对扬声器阵列系统进行增益标定；判断针对特定飞行工况噪声测试时是否需要进行角度调节，若需要进行角度调节，则按所述角度调节流程对声信号的播放增益系数进行调节；按试验要求对输出声信号的音量进行调节并播放；根据采集得到的声信号数据判断复现声是否符合试验要求；循环调节播放音量，使扬声器阵列播放的声场满足试验要求，完成复现过程。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于飞机舱外噪声复现的扬声器阵列系统的运行方法，所述扬声器阵列系统包括作为飞机舱外噪声复现声源的扬声器阵列、通过音频连接线与扬声器阵列相连的控制机柜以及通过数据线与控制机柜相连的计算机；

所述扬声器阵列布置在消声室内且靠近飞机外壳处；所述控制机柜设置在消声室外，控制机柜中设置有多通道音频控制模块，所述多通道音频控制模块包括用于将数字声信号进行数模转换的多通道声卡和用于模拟声信号功率放大的多通道功放；所述计算机用于控制扬声器阵列实现飞机舱外噪声复现；

其特征在于，所述扬声器阵列系统的运行方法包括以下步骤：

1)在消声室内靠近飞机外壳处布置扬声器阵列；

2)根据飞行试验采集的噪声数据或规定的飞机舱外噪声声压级水平，利用声压级控制算法和角度调节算法生成各扬声器应播放的数字声信号并对扬声器阵列系统进行增益标定和角度调节；

所述声压级控制算法基于扬声器阵列系统的音频控制模块和扬声器单元的参数进行信号幅值与声压级的匹配校准，确定播放增益系数与输出声压级的关系，以实现复现飞机舱外噪声声压级的要求；

所述播放增益系数根据扬声器阵列的输出功率和对应声压级进行标定，以使输出声压级线性变化，具体为：使扬声器阵列以最大输出功率发声，记录输入声信号的最大幅值，作为系统的最大播放增益系数g_max，以最大播放增益系数为上限，按幂次变化规律g(v％)＝g_max·10^v/50计算声压级按百分比v％线性变化时的播放增益系数g(v％)；

3)对输出声信号的音量进行调节并播放，在规定测点处采集得到的声信号数据；

4)根据采集得到的声信号数据判断复现声是否符合试验要求，循环调节播放音量，使扬声器阵列播放的声场满足试验要求，完成复现过程。

2.根据权利要求1所述的扬声器阵列系统的运行方法，其特征在于，步骤1)中扬声器阵列由150个扬声器构成，布置为10行15列，半径为2.5m的弧形阵列，距机舱外表面0.52m，在弧线上各行扬声器中心间隔角度为7°。

3.根据权利要求1所述的扬声器阵列系统的运行方法，其特征在于，在步骤2)中对扬声器阵列系统的角度调节算法具体为：在扬声器阵列位置确定后，通过控制扬声器阵列各行输出声信号的幅值分布，模拟出不同角度的噪声信号。

4.根据权利要求3所述的扬声器阵列系统的运行方法，其特征在于，通过角度调节算法进行角度调节时，对应当前设置角度的第i行扬声器声信号播放增益为当前音量下播放增益系数g(v％)，第j行扬声器声信号播放增益g_j(v％)由正态分布规律计算：

g_j(v％)＝g(v％)·exp(-8(j-i)²/5)

其中，exp(-8(j-i)²/5)为第j行扬声器相对于第i行扬声器的正态分布系数。