机械噪声评价用空间声场重现理论及方法

Improving sound quality is the requirement for product design. The noise evaluation method based on earphone influences the authenticity and accuracy of the results for lack of the low frequency components.The noise evaluation method based on three dimensional sound field reproduction is proposed, the theory and method relating to the robust quatitative reproduction of the sound field with complex boundary is studied. The contents include:1)the active sound field reproduction method based on the synthesis of high order ambisonic and boundary pressure control;2)the online identification of the sound field characteristic and the compension control method to realize the roubust reproduction of the sound field under complex boundary condition considering the influence of the test person;3)the simplified configuration method based on the basic function decomposition of the sound field transfer matrix;4)the experiment test bench for the study. The research will solve the quatitative,robust,and optimal configuration problem in the sound field reproduction. The result will promote the theory research of sound field reproduction in complex boundary conditions, and the application of the result will also contribute to improve the sound quality of mechanical products.

提高声品质是产品设计的需要。基于耳机的评价设备不能反映低频噪声对人的影响，影响到评价结果的真实性和准确性。本项目提出基于空间声场重现的噪声评价方法，围绕其中关键的声场定量重现的理论方法以及复杂边界声场稳健重现方法进行研究。项目具体研究内容包括：1）融合高阶波叠加和边界声场控制的空间声场主动定量重现理论及方法；2）计及人体介入具有复杂边界的声场稳健重现的声场特征在线识别及补偿控制方法；3）基于声场传递矩阵基函数分解的扬声器简化配置方法；4）空间声场重现试验平台。通过上述工作，解决含复杂边界声场重现中的指标量化、系统稳健及系统优化配置问题。项目成果将促进声场重现理论及方法的研究，促进噪声评价方法不断完善，为提高产品声品质研究提供支持。

进行封闭空间中噪声重现理论方法研究，有助于提高实验室环境下主观声品质评价准确性，同时促进非自由场声场重现理论方法研究，具有重要的意义。.项目主要研究内容及成果如下：.1）针对实验室环境下噪声评价的需要，研究了其中关键的实验室声场重现理论，建立起基于场点匹配的非自由场重现理论及等效控制系统模型，实现对特定区域多离散场点声学量高精度重现，满足噪声评价要求；.2）提出了非自由场多输入多输出系统传递函数测量的梳状扫描测量方法，解决了封闭空间中扬声器阵列与传声器阵列之间交叉电声传递函数矩阵的测量问题。试验研究也表明该方法兼顾了电声传递函数测量的准确性和效率。.3）提出了重现驱动信号的带时域约束的频域正则化优化生成方法，通过重现驱动信号在L曲线的折点与零极点之间的二分迭代优化，解决了重现驱动信号生成中的异域约束优化问题，为封闭空间中的噪声重现提供了有效的控制信号。.4）提出了混合扬声器阵列优化的虚拟扬声器衡量方法，利用虚拟扬声器的音量大小对扬声器数量增加时阵列的控制力增量进行量化描述，并通过分频段顺次优化的方式解决了多类型扬声器布阵的混合优化问题。.5）研制了用于非自由场声品质评价的噪声重现试验系统并进行汽车声品质评价试验。结果表明：重现位置幅值误差小于0.5dB，系统较目前广泛使用的耳机回放系统，误判率更低，数据有效性更高，具有更好的评价舒适性和准确性。.6）研究了非自由场环境下分区域声场重现问题，提出了一种保证明区声场重建性能的基础上实现最小化暗区声能量的鲁棒优化算法，解决了扬声器阵列时域驱动信号的生成问题。车内分区域声重建（20-10KHz）试验结果表明：算法能满足明暗区声能量对比度和明区重建性能间的调控需要，可靠性和鲁棒性高。. 项目解决了复杂边界声场重现的扬声器布阵及时域控制问题，满足重现声品质评价声场的高精度、稳定性需要；提出了非自由场明暗分区域重现的优化控制方法，精度高，稳定性好。