主動噪聲控制技術(shù)研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1國外發(fā)展概況在最開始，主動噪聲控制并未得到快速發(fā)展。消聲的概念最早是LordRaylcigh提出的，消聲的概念大體上就是通過原噪聲信號和抗噪聲信號互相干擾從而達(dá)到消聲的效果。在這個觀念被提出后，很長一段時間內(nèi)主動噪聲控制并沒有能夠獲得實質(zhì)性的發(fā)展。一直到1933年，由一位名為PaulLeug的德國物理學(xué)家提出了主動噪聲控制的基本思想，初步的開辟了人們研究主動噪聲控制的方法和途徑。PaulLeug的主要思想是，通過人為增添附加聲源，這個聲源所生成、發(fā)出的聲波與原噪聲的聲波互相干擾相消，從而達(dá)到降低噪聲聲能，完成噪聲控制的目的。然而，PaulLeug雖然申請了相關(guān)專利，并且提出了相對應(yīng)的原理，并且描述了管道ANC、揚(yáng)聲器附近的ANC以及開放空間ANC等特定應(yīng)用環(huán)境，但這只是PaulLeug自己對想法設(shè)計出來的系統(tǒng)，忽略了聲反饋、次級通道的存在。并且，在19世紀(jì)30年代，相關(guān)技術(shù)尚未成熟，PaulLeug僅能完成理論上的結(jié)論，而無法完成實際操作來完善這項技術(shù)。在PaulLeug提出主動噪聲控制其后的二十余年時間內(nèi)，噪聲控制方面的技術(shù)并沒有得到太好的發(fā)展[3]。不過，主動噪聲控制并沒有徹底淡出人們的視野。在19世紀(jì)50年代，電子學(xué)的飛速發(fā)展使主動噪聲控制重新進(jìn)入人們的視野當(dāng)中。通過電子學(xué)，主動噪聲控制的具體實際操作就可以正常進(jìn)行，這樣，主動噪聲控制的實現(xiàn)就成為了可能。1953年，美國RCA公司實驗室通過采取PaulLeug的猜想，重新提出了主動噪聲控制的基本原理，設(shè)計出了與這個基本原理相對應(yīng)的儀器設(shè)備，并將其命名為“電子吸聲器”。它是首次通過理論設(shè)計出來的主動噪聲控制的裝置。實驗室的學(xué)者們把它安裝在座位的上方，并開創(chuàng)性的將該裝置應(yīng)用于汽車或飛機(jī)的駕駛座中。然而，因為該裝置是初次設(shè)計出來的，在這之前并沒有足夠的資料作為參照，所以它有許多的缺點(diǎn)，如消聲頻帶窄、消聲區(qū)域小，影響了實際中主動噪聲控制系統(tǒng)的應(yīng)用[4]。50年代以后，因為技術(shù)方面過于落后而引發(fā)的諸多問題，主動噪聲控制如何可以應(yīng)用在生活中的實際應(yīng)用方面并沒有進(jìn)行深入研究，甚至主動噪聲控制這方面的研究沒有過于展開，在這之后，又是一直到70年代，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)和裝置的發(fā)展、普及和應(yīng)用，有了這些技術(shù)輔助，主動噪聲控制系統(tǒng)才能夠真正能在意義上實現(xiàn)進(jìn)行應(yīng)用。70年代后期，法國Jessel、Mangiante、Canevet等人運(yùn)用了惠更斯原理，推導(dǎo)了基于自由場三維空間的JMC主動噪聲控制算法[5]。在20世紀(jì)80年代初，隨著高速處理器的出現(xiàn)，人們通過了自適應(yīng)過濾器，成功實現(xiàn)了管道內(nèi)的主動噪聲控制。80年代中期，英國研究者們對主動噪聲控制進(jìn)行了許多的創(chuàng)新性研究，并提出了本證相干理論。90年代中期，英國南安普頓大學(xué)在BAE748硬雙螺旋漿推進(jìn)器飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)進(jìn)行了一次主動噪聲控制的飛行試驗并獲得了成功。這次實驗是在封閉空間內(nèi)進(jìn)行主動噪聲控制的最成功的一次工程實際應(yīng)用的案例，最終獲得的實驗結(jié)果和理論分析一致。在當(dāng)時，這是主動噪聲控制發(fā)展以來公開報道的規(guī)模最大，最復(fù)雜，水平最高的實驗。其成功表明，主動噪聲控制可以應(yīng)用于實際工程當(dāng)中[6]。21世紀(jì)之后，主動噪聲控制技術(shù)在生活于工程方面獲得了更廣泛的研究和應(yīng)用，如將魯特棒的混合反饋主動噪聲控制技術(shù)應(yīng)用于耳機(jī)中；對汽車發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行降噪消除；通過對車內(nèi)噪聲的校驗評估車的質(zhì)量[7]；對移動噪聲的控制研究等，都取得了相當(dāng)好的結(jié)果。1.2國內(nèi)發(fā)展概況相對于國外對主動噪聲控制的研究，國內(nèi)開展的研究相對較晚，但發(fā)展速度更快。近年來，越來越多的國家投資于主動噪聲控制的研究[8]。1979年，南京大學(xué)聲學(xué)所沙家政和其他學(xué)者開始研究主動噪聲控制技術(shù)方面的知識，并在主動噪聲控制理論，管道主動噪聲控制，降噪耳罩和空間內(nèi)主動噪聲控制等方面都獲得了不小的成就。中科院馬院士和其他學(xué)者在封閉空間聲場，混響聲場等聲場環(huán)境的主動噪聲控制方面進(jìn)入了深入的理論研究和物理實驗[9]。西北大學(xué)的陳克安等人研制了“NPU-307自適應(yīng)主動消聲器”，并在消音室，混響室進(jìn)行了相關(guān)的實驗[10]。侯宏等人將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RBF算法應(yīng)用于主動噪聲控制中，也取得了較好的降噪效果，并使系統(tǒng)的穩(wěn)定性大為增強(qiáng)[11]。西北工業(yè)大學(xué)數(shù)據(jù)中心的黎中偉等人對螺旋飛機(jī)艙內(nèi)的主動噪聲控制問題進(jìn)行了分析和實驗驗證，成功實現(xiàn)了多通道有源控制[12]。此外，沈陽工業(yè)學(xué)院，上海交通大學(xué)和國防科技大學(xué)的學(xué)者也都在自適應(yīng)主動噪聲控制及其工程應(yīng)用方面做出了大量的工作，并且取得了不菲的研究成果[13-15]。1.3噪聲的危害及主動噪聲控制研究現(xiàn)今，基本所有人都了解并遭受過各種噪聲，比如身邊最為常見的車輛、家里裝修、鬧市等發(fā)出的噪聲。噪聲對各種事物的危害都極大。一方面，對人來說，強(qiáng)噪聲會嚴(yán)重危及我們的正常日常生活，同時會嚴(yán)重?fù)p害聽力并可能會引發(fā)各種疾??；干擾正常工作，致使工作效率下降等。哪怕只是一般的噪聲，仍會對人的正常生活產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。另一方面，對于各種機(jī)械設(shè)備來講，長期在強(qiáng)噪聲環(huán)境下工作會導(dǎo)致金屬疲勞、減少壽命，從而引發(fā)工業(yè)事故。比如說，在醫(yī)院做一些手術(shù)，人的身體內(nèi)部各器官都很脆弱，各種人體組織也是錯綜復(fù)雜。做一個假設(shè)，在精密的手術(shù)環(huán)境中突然出現(xiàn)了一個非常小的噪聲，但是手術(shù)的儀器受到了干擾，繼而影響到醫(yī)療設(shè)備，導(dǎo)致不可逆的醫(yī)療事故；而且，這方面的問題在軍事方面更是被擴(kuò)大了無數(shù)倍。一些特殊的、需要進(jìn)行隱蔽行動的機(jī)種，比如說海中的潛艇和天上的隱形飛機(jī)，就很可能會因為噪聲而暴露行蹤。不僅如此，在一些偵查、探測方面，如海軍在探查情況時使用的聲吶，噪聲就會對偵測到的結(jié)果產(chǎn)生相當(dāng)大的干擾。另外，它還會影響到定位方面。在武器系統(tǒng)發(fā)射一些制導(dǎo)精度較高的武器時，常常會伴隨著大量高輻射噪聲，而這些噪聲同樣會干擾武器系統(tǒng)，使得制導(dǎo)精度降低，射程變短，命中率降低[16-19]?？梢哉f，噪聲在很多方面都有著較大的負(fù)面影響。因此，我們需要采取一些對用的消音步驟來控制并消除噪音。目前，人們對噪聲控制有大量相關(guān)的研究，例如改進(jìn)噪聲源；抑制噪聲產(chǎn)生；抑制傳播路徑上的噪音；用吸聲，隔聲或主動降噪等方法遮蔽噪聲。大體上，可以總結(jié)為從噪聲的產(chǎn)生，傳播，進(jìn)入人耳這些方面進(jìn)行抑制[20-22]。但是截止到目前為止，人們無法徹底的完全消除噪聲。而且，這些方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實際操作中也因為各種原因出現(xiàn)的問題，達(dá)不到理論上的降噪效果。在以前，主動噪聲控制未得到發(fā)展應(yīng)用之前，人們都只能夠應(yīng)用傳統(tǒng)噪聲控制進(jìn)行噪聲控制。而被動噪聲控制是通過聲學(xué)材料，聲結(jié)構(gòu)和聲波彼此抵消，從而達(dá)到噪聲控制效果。這就是最為傳統(tǒng)的無源噪聲控制，也稱為被動噪聲控制。而與之對應(yīng)的，有源噪聲控制，也就是主動噪聲控制就可以高效的應(yīng)用在低頻噪聲的控制中[23]。主動噪聲控制（ActiveNoiseControl，ANC）早期由德國的物理學(xué)家PaulLeug提出，其工作是使用聲波進(jìn)行干擾，如圖1-1所示。它的原理是通過一個電子發(fā)聲器產(chǎn)生次級噪聲（反噪聲）與原始噪聲相互抵消，從而達(dá)到降低或者消除噪聲的目的。圖1-1相消干涉原理圖典型主動噪聲控制如圖1-2所示。其工作原理就是先通過傳聲器，在噪聲源附近接收獲得一個聲波，經(jīng)過濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換之后獲得一個相關(guān)的參考信號。然后，送到系統(tǒng)中的自適應(yīng)控制器，產(chǎn)生一個以此方式輸出的信號作為次級揚(yáng)聲器的驅(qū)動信號。在這個信號產(chǎn)生之后，它會與噪聲源傳播過來的目標(biāo)噪聲干涉互相抵消，未被抵消消除的剩余噪音將通過另一個傳聲器接收，并獲得一個誤差信號，將該誤差信號發(fā)送到自適應(yīng)控制系統(tǒng)。最后，在調(diào)整完成之后，次級揚(yáng)聲器就可以產(chǎn)生一個相當(dāng)于目標(biāo)噪聲幅度相同，且相位與之相反的抗噪聲源。圖1-2主動噪聲控制原理示意圖與無源噪聲控制相比，主動噪聲控制的尺寸小，低頻性能良好。此外，主動噪聲系統(tǒng)可以有效地抑制低頻噪聲，這與傳統(tǒng)的被動噪聲控制互相彌補(bǔ)，有效地抑制了高頻噪聲。這也是對被動噪聲控制的補(bǔ)全。在低頻控制方面，有源噪聲控制系統(tǒng)是最合適的，與無源噪聲控制系統(tǒng)相比，有源噪聲控制具有更大的優(yōu)點(diǎn)，如性能、品質(zhì)和性價比。隨著國際社會的進(jìn)步和各個方面的發(fā)展，噪音污染越來越嚴(yán)重。然而，電子技術(shù)和自適應(yīng)濾波技術(shù)也在技術(shù)之路上迅速發(fā)展，因此有源噪聲技術(shù)越來越好，其在噪聲控制中的作用變得更強(qiáng)大。由于在低頻噪聲控制方面的領(lǐng)域尚未開拓完全，并且還有很多領(lǐng)域尚未開發(fā)完全，目前越來越多的國家在主動噪聲控制上投入人才和物資來獲得更好的發(fā)展。參考文獻(xiàn)劉恩澤嚴(yán)濟(jì)寬陳端石噪聲主動控制系統(tǒng)研究概況及發(fā)展趨勢噪聲與振動控制，1999，（03）：1~3KuoSM，MorganD.Activenoicecontrolsystems：algorithmsandDSPimplementations[M].JohnWiley＆sons，1995.陳端石，關(guān)元洪．噪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