·850 北京科技大学学报 第36卷 传声器阵列 图9反射声波抑制实验照片.(a)普通室：(b)实验舱 Fig.9 Photos of the reflected acoustic waves suppression experiment:(a)common indoor:(b)experimental cabin 340=0.00092s,因此选定略大些的0.001s作为反 与幅值两方面进行评价，来探讨本文方法在声场重 射成分集中区域范围下限，以避免将声波直射成分 构应用中的有效性 裁减掉. 首先是常规波束形成重构的声压云图结果，如 表1实验参数 表2所示，可以直观的看到声压云图重构结果 Table 1 Experimental parameters 由表2可以得出如下结论： 参数名称 参数设置 (1)强反射声压云图与弱反射声压云图进行对 传声器类型 驻极体式压力场传声器 比可知，由于反射影响，所有频率幅值重构结果均出 传声器频率响应 30~20000Hz 现了较大偏差，并且其中1000Hz和2000Hz出现严 传声器阵列布局 正方形网格阵 重的定位偏差，2000~3000和3000~4000Hz出现 传声器间距 0.1m 干扰声源，其幅值甚至会超过真实声源.可见反射 声源类型 电驱动球型音箱 声波确实对声场重构结果带来较大影响，必须进行 声源频率响应 200~10000Hz 抑制. 声源发声音盆直径 0.05m (2)反射抑制后声压云图与弱反射和强反射声 声源摆放位置 正对阵列中心，距离阵列028m 压云图综合对比可知，本文反射抑制方法对于强反 重构面积 0.4m×0.4m 射重构结果中1000Hz和2000Hz的声源定位误差 采样频率 44100Hz 进行了有效修正，声源热点位置基本修正至云图中 采样时长 4s 心，2000~3000和3000~4000Hz的千扰声源也被 倒谱反射成分集中区域设定范围 0.001-0.1s 有效抑制.可见本文方法可以对强反射信号中的反 倒谱正常区域设定范围 0.15~结尾 射成分进行有效抑制. 反射成分集中区域异常点筛选阀值 (3)对于50O0Hz及以上的频率在声场重构结 u±3o 果中出现了被称为“鬼影”的虚假声源成像，严重影 (3)倒谱反射成分集中区域设定范围的上限 响声场重构结果的准确性.由于鬼影的产生仅与阵 0.1s是根据实验舱内反射先验知识一脉冲响应 列的阵元间距参数有关，更高的声源频率需要更小 持续时间而定的.由图4(b)的脉冲响应信号可知， 的阵列间距，否则重构结果中就会出现鬼影·7，而 反射声波完全衰减殆尽所需要的时间在0.1s左右. 任何反射抑制方法都不可能消除鬼影，因此从 为避免异常点漏检，将反射成分集中区域上限设定 5000Hz和6000Hz的弱反射声压云图中可以看到重 为0.1s,以保证全部异常点均被去除. 构图边缘已经出现鬼影，而5000Hz和6000Hz的信 (4)所有参数均为弱反射与强反射数据采集通 号经过反射抑制后的声压云图边缘也同样出现了扭 用，二者区别仅在于有无实验舱 曲的虚假声源.在这种情况下已经无法区分这些虚 实验声信号采用1000、2000、3000、4000、5000、 假声源是残留反射成分还是鬼影，或者是二者叠加 6000Hz单频以及1000~2000、2000~3000、3000~ 作用的结果.因此对于5000Hz及以上的声源频率， 4000Hz宽频信号，共九组.声场重构算法采用常规 首先需要抑制鬼影的产生，然后再利用本文提出的 波束形成，对其重构所得的声压云图将从声源位置 反射声波抑制方法，则可以获得更好的声场重构结北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 9 反射声波抑制实验照片． ( a) 普通室; ( b) 实验舱 Fig． 9 Photos of the reflected acoustic waves suppression experiment: ( a) common indoor; ( b) experimental cabin 340 = 0. 000 92 s，因此选定略大些的 0. 001 s 作为反 射成分集中区域范围下限，以避免将声波直射成分 裁减掉． 表 1 实验参数 Table 1 Experimental parameters 参数名称 参数设置 传声器类型 驻极体式压力场传声器 传声器频率响应 30 ～ 20000 Hz 传声器阵列布局 正方形网格阵 传声器间距 0. 1 m 声源类型 电驱动球型音箱 声源频率响应 200 ～ 10000 Hz 声源发声音盆直径 0. 05 m 声源摆放位置 正对阵列中心，距离阵列0. 28 m 重构面积 0. 4 m × 0. 4 m 采样频率 44100 Hz 采样时长 4 s 倒谱反射成分集中区域设定范围 0. 001 ～ 0. 1 s 倒谱正常区域设定范围 0. 1 s ～ 结尾 反射成分集中区域异常点筛选阈值 u ± 3σ ( 3) 倒谱反射成分集中区域设定范围的上限 0. 1 s 是根据实验舱内反射先验知识———脉冲响应 持续时间而定的． 由图 4( b) 的脉冲响应信号可知， 反射声波完全衰减殆尽所需要的时间在 0. 1 s 左右． 为避免异常点漏检，将反射成分集中区域上限设定 为 0. 1 s，以保证全部异常点均被去除． ( 4) 所有参数均为弱反射与强反射数据采集通 用，二者区别仅在于有无实验舱． 实验声信号采用 1000、2000、3000、4000、5000、 6000 Hz 单频以及 1000 ～ 2000、2000 ～ 3000、3000 ～ 4000 Hz 宽频信号，共九组． 声场重构算法采用常规 波束形成，对其重构所得的声压云图将从声源位置 与幅值两方面进行评价，来探讨本文方法在声场重 构应用中的有效性． 首先是常规波束形成重构的声压云图结果，如 表 2 所示，可以直观的看到声压云图重构结果． 由表 2 可以得出如下结论: ( 1) 强反射声压云图与弱反射声压云图进行对 比可知，由于反射影响，所有频率幅值重构结果均出 现了较大偏差，并且其中 1000 Hz 和 2000 Hz 出现严 重的定位偏差，2000 ～ 3000 和 3000 ～ 4000 Hz 出现 干扰声源，其幅值甚至会超过真实声源． 可见反射 声波确实对声场重构结果带来较大影响，必须进行 抑制． ( 2) 反射抑制后声压云图与弱反射和强反射声 压云图综合对比可知，本文反射抑制方法对于强反 射重构结果中 1000 Hz 和 2000 Hz 的声源定位误差 进行了有效修正，声源热点位置基本修正至云图中 心，2000 ～ 3000 和 3000 ～ 4000 Hz 的干扰声源也被 有效抑制． 可见本文方法可以对强反射信号中的反 射成分进行有效抑制． ( 3) 对于 5000 Hz 及以上的频率在声场重构结 果中出现了被称为“鬼影”的虚假声源成像，严重影 响声场重构结果的准确性． 由于鬼影的产生仅与阵 列的阵元间距参数有关，更高的声源频率需要更小 的阵列间距，否则重构结果中就会出现鬼影［17］，而 任何反射抑制方法都不可能消除鬼影，因 此 从 5000 Hz和 6000 Hz 的弱反射声压云图中可以看到重 构图边缘已经出现鬼影，而 5000 Hz 和 6000 Hz 的信 号经过反射抑制后的声压云图边缘也同样出现了扭 曲的虚假声源． 在这种情况下已经无法区分这些虚 假声源是残留反射成分还是鬼影，或者是二者叠加 作用的结果． 因此对于 5000 Hz 及以上的声源频率， 首先需要抑制鬼影的产生，然后再利用本文提出的 反射声波抑制方法，则可以获得更好的声场重构结 ·850·