螺桨飞机舱内噪声的主动控制

　　1 前 言

　　60多年前,P.Leug就提出了主动噪声控制(ac-tive noise contro-l ANC)的概念,即通过人为产生同频、等幅、反相的二次声场与原声场相互干涉来实现噪声的降低。但只有到了80年代末,由于电子技术的飞速发展,才使得这一技术有可能被应用于工业实际[1]。而且一开始,便是针对螺桨飞机舱内噪声的控制。

　　1988年初,英宇航第一个在BAe748飞机上由剑桥大学的TCL和南安普敦大学的声振研究所分别进行的验证性飞行试验,取得了非常接近的结果。进入九十年代,几乎全世界所有大的飞机制造厂都参与了主动噪声控制(ANC)的研究。如麦道在超高涵(UHB)验证机MC-80上的研究,波音对Boe-ing-727飞机内部低频噪声的评估。SAAB也许诺采用被动和主动噪声控制措施使其螺桨飞机Sabb2000及Saab340Plus舱内噪声达到76dB(A),ANC技术也为Aerospatiale/Alenia ATR-42-500, Bom-bardier.s de Havilland Dash-8Q接受。

　　从1988年开始,西安飞机工业公司与西北工业大学数据处理中心开始合作,开展主动噪声控制在运七飞机舱内降噪的研究。并于1996年5月成功地进行了首次飞行试验。本文即是对这一研究中的部分工作--主动控制系统及其控制实验应用的总结。

　　2 主动控制系统的组成和算法

　　2.1 控制系统的组成

　　图1给出了一个ANC系统的组成框图。

　　该系统由传声器系统,自适应控制器,扬声器等组成。

　　系统的工作过程是这样的:置于原声场的传声器阵列将感受到的噪声信号输入具有实时特性的控制器,完成对与原噪声有关的参考输入信号的滤波,并输出到扬声器阵列,产生抵消声场。两声场干涉的结果再由传声器输入处理系统进行滤波器系数刷新和滤波,产生新的抵消输出。

　　传感器系统由传声器阵列及其前置放大器构成,执行机构由扬声器及其功率放大器构成,参考输入来自与被控声场相关的信号,注意到对于由旋转机械诱发的噪声,可以用转速信号作为参考输入信号。

　　控制器是一实时自适应数字信号处理系统。该系统执行噪声抵消的信号滤波,以及自适应滤波器权系数的刷新等任务。它由四个主要部分组成:管理系统的主控计算机;对输入信号进行放大和抗混滤波的调理器;将模拟输入数字化的A/D转换器;完成自适应算法的高性能处理器;转换数字信号成模拟信号的D/A转换器以及信号重构滤波器等。

　　2.2 自适应控制算法^[2]

　　ANC系统的自适应控制能力是通过执行相应算法完成的。其过程可简要描述如下:对于一个具有L个次声源和M个传感器(M>L)的系统,有L×M个次级传声通道。设次声源到传声器的声通道为C,参考信号为向量Xn。