弹性壁舱室噪声振动控制技术

    1 引言

    本文是针对螺旋桨飞机舱室内噪声抑制的背景所提出来的主动噪声控制技术。由于其发动机是涡轮螺旋桨型，普遍存在舱内噪声级高的问题。例如，目前中国以某型运输机为平台的侦察装备其舱内噪声高达95 dB 以上，操作人员需长年累月执行任务，且每次执行任务时间要求一般在几个小时，如此高强度的噪声会引起不良的心理效应，使作战人员烦恼，精神不易集中，影响工作效率，同时还会影响通信联络的质量。针对螺旋桨飞机舱室内的噪声控制主要有两种方式，无源降噪的技术比较成熟，但针对低频的螺旋桨噪声效果很不理想，因此从二十世纪八十年代开始，国外即开始针对飞机舱内噪声的有源力控制技术研究，并取得了明显的降噪效果［1］。

    2 舱室内的噪声来源分析

    螺旋桨飞机舱室内的低频噪声主要来自以下两个方面［1］:

    ( 1) 螺旋桨转动带动机翼的振动，从而引起飞机蒙皮振动，向舱室内辐射的噪声;

    ( 2) 螺旋桨拍打空气，由空气激励蒙皮产生振动，向舱室内辐射的噪声。

    还有其他的一些具体的噪声传播路径，如图 1所示。

    由图 1 可见，不论传播途径如何，舱室内的噪声主要由飞机内饰板( 或飞机蒙皮) 振动辐射的噪声和直达声组成。本文只针对振动辐射噪声进行控制。

    3 振动辐射噪声控制方法

    3． 1 有源振动噪声控制基本原理

    有源系统通过换能器将电能转换为振动能量或者声能，产生一个与噪声源或振动源幅度相当、相位相反的次级源来抵消噪声［2 － 3］。原理如图 2 所示。

    可见当次级信号与原始信号幅度相等、相位相反时，就会将噪声或振动完全抵消掉。一个完整的有源振动噪声控制系统由振动或声传感器、控制器、次级力源或声源三个主要部分组成。有源控制系统可以很好地弥补无源系统在低频处降噪效果不佳的缺点，并且相对于无源系统，有源系统的质量较轻、灵活性较高，其性能由传感器、次级源和控制方法决定。

    3． 2 有源振动控制算法

    3． 2． 1 基本算法

    有源振动控制常用的算法是 Filtered － X LMS( FXLMS) 算法［2 －3］，如图3 所示。

    图3 中，x( n) 为参考信号，d( n) 为初级信号，e( n) 为误差信号，y( n) 为控制器信号，P( z) 为初级通道，S( z) 为次级通道，S^( z) 为次级通道的估计。S( z) 可以离线辨识，也可以在线辨识。该算法相当于用S^( z) 对 x( n) 进行滤波，得到滤波参考信号 x'( n) ，从而修正 LS 算法的梯度估计值，确保算法能够收敛。具体算法过程如下: