机械噪声评价用空间声场重现理论及方法结题摘要

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。 2100433B

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。

传播声波的空间称为声场。

声场分自由声场、扩散声场(混响声场)和半自由声场。

室内声场自由声场

自由声场是在声波传播的空间中无反射面，声源在该声场中发声，在声场中的任一点只有直达声，无反射声的声场。

室内声场扩散声场

当封闭空间内被激发起足够多的简正方式时，由于不同方式有各特定的传播方向，因而使达到某点的声波包括了各种可能的入射方向。在这种情况下,除了在扩散场距离内的自由声场区和离界面1/4波长范围内的固定干涉区以外，空间内各点的声能密度相等；从各个方向到达某点的声强相等；到达某点的各波束之间相位是无规的。具备这样特性的声场称为扩散声场。

室内声场半自由声场

在宽阔的广场上空，或者室内有一个面是全反射面，其余各面都是全吸声面，这样的空间称半自由声场。

室内声场往往是一个比较复杂的环境，在未经声学设计的装修之后，可能形成一个特殊的声场。

室内声场的特点

(1)声波在各个界面引起一系列的反射，吸收与透射；

(2)与自由声场有不同的音质；

(3)由于房间的共振可能引起某些频率的声音被加强或减弱；

(4)声能的空间分布发生了变化。

根据预研中发现的声线法(目前声场模拟的主要方法)在耦合空间声场模拟中存在不确定性和发散现象，提出：基于统计算法的模拟方法在复杂空间形式中由于无法使声线(声粒子)达到各态历经，因而存在模拟结果的可靠性问题，不能准确预测声场特性。对此，申请项目以空间界面的辐射度及其反射、吸收、衰减、耦合等基本物理过程为研究对象，从空间界面声学特性的辐射度表征方法、复杂空间中声辐射度的传播及衰减模式、多空间声辐射度的耦合等方面展开深入细致的研究，由此建立基于声辐射度的复杂空间声场理论模型及模拟方法，并通过物理缩尺模型对其可靠性进行实验研究。该项目的研究成果将揭示复杂空间中的声场分布、衰减，及声能传播方式等声学特性，为建筑声学、噪声控制及环境声学等领域中声场问题的研究提供理论方法和技术手段。