扬声器阵列尺寸对降噪效果的影响分析

根据公式（7）设置的驱动函数，选择直接截断，即等效于加方窗，对于不同尺寸的线阵，在目标区域的降噪效果分布如图3所示。

如同2.2节所述，静音区域的大小直接由扬声器阵列的尺寸决定。扬声器阵列尺寸越大，就能在目标方向上越大的区域实现降噪效果。同时，图3也表明，对于尺寸更大的扬声器阵列，在目标方向上的总体降噪量也更显著。在Rc=800 m的工作距离下，由公式（8）可以给出最小尺寸为20 m。图3（a）所示的阵列尺寸小于最小尺寸，其控制效果不尽如人意，只有极小的降噪量；对于图3（b）所示的最小阵列尺寸，在目标方向上较大范围内产生了超过10 dB的降噪量，基本达到了构造静音区的目的；进一步扩大阵列尺寸，如图3（c）、（d）所示，降噪效果得到进一步提升，尽管这需要更多的扬声器来实现。为了方便直观地对比不同尺寸的扬声器阵列的噪声控制效果，选取图3中不同尺寸的扬声器阵列在z=1 000 m处（即图3中竖线所示）的降噪量作为对比，如图4所示。

图3　工作在Rc=800 m的不同尺寸的扬声器阵列的降噪区域分布

图4　图3中各扬声器阵列不做处理时（即方窗）在z=1 000 m处的降噪量(www.xing528.com)

图4说明了当扬声器阵列尺寸变大时，会同时增大降噪区域以及目标区域内的降噪量。但也应该注意到，目标方向上的降噪量出现了相对规律的起伏，并且这种起伏随着尺寸变大也更为显著。这是由于直接截断未作处理，等同于对原始线声源加了方窗。方窗的陡峭边沿，会造成相对明显的频谱泄漏现象，从而导致了目标区域内的降噪量起伏。另一方面，降噪量的起伏也可以看作是对线声源的截断，等效于在阵列两端额外加入了两个点声源，在目标区域内发生干涉，形成了类似“干涉条纹”的现象，从而导致了降噪量的起伏。因此，为了减小这种波动，可以在扬声器阵列两端额外布放两个声源以抵消等效声源的影响。实际中，更为简便易行的方式是更改加窗的方式，例如使用余弦窗，使得陡峭边沿变得平缓，以减小频谱泄露。本文中采取了余弦窗，对两端1/4扬声器做一个半汉宁窗，取得的效果如图5所示。

图5　图4中各扬声器阵列经过余弦窗后在z=1 000 m处的降噪量

通过加上余弦窗减小了频谱泄露，图5中的降噪量相比图4起伏变小，降噪量更多地分布在了目标方向上，对在目标方向上构建静音区具有明显优势。同时，从图3到图5，本文提出的FFD-ANC控制方法，在目标方向实现大范围的静音区的同时，能够保持在目标区域外的额外噪声增益不超过3 dB，防止了在目标方向之外产生较大不利影响，相对传统的局部有源噪声控制策略具有明显优势。