作者：Jørgen Hald 博士
研究工程師

下面的文章討論了一種能夠使氣流噪聲對(duì)傳聲器的影響降到更低的方法，主要用于風(fēng)洞中的陣列測(cè)量。氣流噪聲與車輛中產(chǎn)生的目標(biāo)風(fēng)噪聲十分相似，很難使用其他現(xiàn)有方法去區(qū)分。

傳聲器中的風(fēng)嘯產(chǎn)生噪聲是一種大家都熟悉的現(xiàn)象——在戶外錄制的電視訪談中就能聽到。在室外或風(fēng)洞中執(zhí)行傳聲器陣列測(cè)量時(shí)，無法避免單個(gè)傳聲器中的這種流動(dòng)噪聲。雖然使用風(fēng)罩可以降低該噪聲水平，但并不能完全避免。然而，在室外進(jìn)行錄音時(shí)，氣流噪聲和聲音具有完全不同的統(tǒng)計(jì)特性和頻譜特性，可利用這種特性開發(fā)（部分）消除氣流噪聲的算法。這對(duì)于風(fēng)洞中的傳聲器陣列測(cè)量而言更加復(fù)雜，其中來自車輛的目標(biāo)空氣動(dòng)力學(xué)噪聲和單個(gè)傳聲器中的氣流噪聲具有相似的性質(zhì)。



風(fēng)洞中的陣列測(cè)量通常在開放的半消聲設(shè)施中進(jìn)行，其中墻壁和天花板吸聲，并且被測(cè)車輛位于設(shè)施中下游的流動(dòng)區(qū)域中。然后可將陣列放置在核心流域的外部，但盡可能靠近車輛（以及氣流），以獲得車輛上盡可能更高分辨率的聲源。因此，陣列位置的平均流速將會(huì)很低（通常小于5米/秒），但會(huì)有湍流。陣列可以放置在車輛的側(cè)面和/或上方。

噪聲源定位通常針對(duì)每個(gè)陣列執(zhí)行延遲求和（DAS）的波束成形方法處理，將陣列中所有傳聲器之間的互譜矩陣（CSM）作為輸入。CSM矩陣行和列，分別代表陣列中的每個(gè)傳聲器。矩陣中的單元是由行和列的索引指定的兩個(gè)傳聲器之間的互功率譜。因此矩陣對(duì)角線上的單元代表每個(gè)傳聲器的自功率譜。

我們現(xiàn)在假設(shè)如下：
一個(gè)傳聲器引起的流動(dòng)噪音未被任何其他傳聲器采集
不同傳聲器產(chǎn)生的氣流噪聲信號(hào)是不相干/獨(dú)立的

這意味著，在一個(gè)足夠長的平均時(shí)間之后，氣流噪聲貢獻(xiàn)在矩陣對(duì)角線以外將是微不足道的，而它們將保持在對(duì)角線上，即在自譜中。理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，這兩個(gè)假設(shè)在很大程度上是成立的。



風(fēng)罩被推到一邊的單個(gè)傳聲器特寫

當(dāng)在DAS波束成形中使用平均CSM時(shí)，可以避免使用CSM對(duì)角線的數(shù)據(jù)，這種技術(shù)稱為對(duì)角線去除。然而，采用對(duì)角線去除技術(shù)也有副作用，例如低估源強(qiáng)度；此外，DAS在有限的動(dòng)態(tài)范圍（旁瓣）方面存在嚴(yán)格的限制，在低頻時(shí)分辨率比較差。其他波束形成方法通常需要使用完整的CSM，包括對(duì)角線。

所引用的技術(shù)評(píng)論文章描述了一種方法，用于精確去除CSM對(duì)角線導(dǎo)致的額外（流動(dòng)）噪聲，假設(shè)在對(duì)角線以外沒有（流動(dòng)）噪聲貢獻(xiàn)。這種叫作對(duì)角線去噪（DD）的方法效果非常好，只要（車輛上）重要的獨(dú)立/不相干目標(biāo)源的數(shù)量實(shí)際上小于傳聲器的數(shù)量——此假設(shè)與基于使用平均CSM的所有陣列方法一致。



使用Clean-SC生成的源圖

然而，在實(shí)際測(cè)量中，由于用于獲得CSM的平均時(shí)間有限，所以會(huì)存在來自不相干氣流噪聲信號(hào)的非對(duì)角線剩余貢獻(xiàn)。這些非對(duì)角線貢獻(xiàn)將限制DD可實(shí)現(xiàn)的自譜中的流噪降低?；谠谒型ǖ乐刑砑恿讼嗤肼曀降哪M測(cè)量，開發(fā)了一個(gè)近似的影響經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。根?jù)該模型，將自譜噪聲降低一個(gè)系數(shù)a所需的平均數(shù)大約為：



其中M為傳聲器的數(shù)量

因此，所需數(shù)量的平均值隨著傳聲器數(shù)量的增加而增加。

根據(jù)這篇論文，這似乎是因?yàn)閭髀暺鞯臄?shù)量增加時(shí)，CSM中的非對(duì)角線單元的數(shù)量增加比對(duì)角元素的數(shù)量更快。例如，對(duì)于一個(gè)由100個(gè)傳聲器組成的陣列，要求減小a=0.1(10dB)，所需的平均數(shù)量約為31,000。通過將陣列的一部分暴露于氣流，并用小型揚(yáng)聲器上，已經(jīng)照著改假設(shè)進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷念A(yù)測(cè)一致。

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