滑窗式谱减法在航空降噪中的应用

　　0 引言

　　航空噪声主要是由发动机和螺旋桨推进器引起的，早在上世纪40年代，就引起了人们的注意。直升机、运输机甚至可以形成120 dB以上的高噪声环境[1]。它所带来的危害是多方面的：飞机客舱的噪声严重影响了机组人员和乘客的舒适度，干扰了飞机机务人员间的语言通话，已经成为现代航空运输面临的污染问题之一;机场地勤人员在内外场作业时，受飞机发动机、电源车等设备发出的强噪音的严重干扰，人员之间的配合只能通过手势，很多作业科目无法快速、顺利实施;飞行员和地勤人员长时间接触高强度噪声后听力明显下降。这些都要求对带噪语音进行处理，降低噪声影响，改善听觉效果。因此，航空噪声背景下的语音增强就显得日益重要。

　　航空噪声属于宽带噪声，由于宽带噪声与语音信号在时域和频域上完全重叠，因而消除它最为困难[2]。语音增强中的谱减法是目前处理宽带噪声最常用的技术，本文也采取这种法。

　　1 语音增强原理

　　1.1 语音信号特点

　　语音是一个时变的、非平稳的随机过程，人类的发声器官造成了这种时变性。但是，由于发声时声带和声道形状变化具有相对稳定性，在一段时间内(10~30 ms)可以认为其特征是不变的。因此，语音的短时谱分析也有相对稳定性，在降噪过程中可以对此加以利用：可以把语音信号分为若干分析帧，每一帧的语音可以认为是准稳定的。对于语音信号的分析和处理必须建立在“短时”的基础上[3]。语音信号的最基本组成单位是音素。音素可分为“清音”和“浊音”两大类。在短时分析的基础上可判断一段短时语音属于哪一类。浊语音段有明显的周期性起伏结构，其频谱中明显地具有几个凸起点，这些凸起点称为“共振峰”。清音则没有这些特点，它类似于随机噪声。

　　1.2 航空噪声特点

　　机舱内的噪声一般表现为喷注噪声，其功率谱随喷注速度变化而不同。在低频段，噪声功率谱密度与频率的平方成正比，其能量主要集中在低频段;在高频段，近似为有色噪声，即谱密度与频率平方成反比[4]。航空噪声还包括螺旋桨噪声，它是由飞机螺旋桨旋转时产生的。在直升机座舱内，主要是螺旋桨产生的低频空气噪声，其组成与螺旋桨的转速相对应[5，6]。此外，由于座舱内安装有大量的机载设备，这些系统设备产生的噪声由于声源直接位于舱内，其影响不容忽视。这类噪声的特性与机械噪声类似，也是分布在中低频段内的宽带噪声[7]。综上所述，飞行员座舱内的噪声主要是中低频段的宽带噪声。