第6期 付强等：基于倒谱裁剪的反射声波抑制方法及其在噪声场重构中的应用 ·849· 明显有别于其他正常部分.在上文基于脉冲响应的 0.10 a 方法将倒谱正常与反射成分集中区域划分开后，可 0.05 u+30 进一步利用正常区域的均值“与标准差σ构建 -0.05 -30 u±3σ限，来对反射成分集中区域内所有的点进行 -0.10 判定，从中筛选出代表反射成分的异常点，最后进行 0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10 时间s 裁剪. 3 (b) 根据以上理论，对于图5(d)所示的强反射声信 号倒谱，反射成分集中区域划分与异常点判定结果 d/ 如图6所示.可见，反射成分集中区域中幅值大于 2 u+3σ与小于u-3σ的点己被区分出来，接下来即 0 0.5 1.01.52.02.53.0 时间/s 可进行倒谱裁剪 图7裁剪后倒谱(a)及其对应时域信号(b) 反射成分 0.10中区 Fig.7 Cepstrum (a)and corresponding time domain signal (b)af- 正常区域 0.05 ter clip 4+3 -0.05 u-3g 反射声波抑制过程 先验知识 -0.10 0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10 阵列声信号采集 环境脉冲响应 时间/ (仅需获取一次 各通道倒谱变换 图6强反射声信号倒谱反射成分集中区域划分与异常点判定 反射声波持续时间 Fig.6 Reflected part dividing and abnormal point determination in 各通道信号实倒谱( 各通道信号虚倒谱 the cepstrum of the strong reflected acoustic signal 反射成分集中 异常点划定 区域划分 2.3倒谱裁剪 实倒谱拔剪 筛选出异常点后，需要将其幅值进行正常化处 理.本文所采取的方法是将幅值大于u+3σ的点重 各通道倒谱逆变换 置为u+3o,幅值小于u-3σ的点重置为u-3σ. 反射声波抑制后 阵列声信号 之所以选择将异常点重置为临界值u±3σ，而不是 声场重构 均值或其他参数，是因为本文方法为保证声场重构 的准确性，即使残留反射成分也不破坏正常成分，而 声压云图 0 根据原理，正常成分幅值基本上小于“±3σ，因此选 图8基于倒谱域裁剪的反射声波抑制方法流程图 择临界值u±3σ最为合适. Fig.8 Flow chart of the reflected acoustic wave suppression method 处理后，强反射声信号倒谱异常点便被近似处 based on the cepstrum clip 理为正常点，结果如图7()所示，使得反射成分被 舱（仅一端开口），基本可看作全空间反射，尺寸为 抑制.对比图5(a)弱反射信号、图5(c)强反射信号 0.4m×0.4m×1m,所采集信号为强反射信号.实 和图7(b)倒谱裁剪后逆变换后的时域信号，可看出 验相关参数如表1所示 倒谱裁剪后的时域信号幅值明显降低，更加接近无 实验参数中有几点需要说明： 反射声信号 (1)重构面积选择0.4m×0.4m是受实验舱 基于倒谱域裁剪的反射声波抑制方法流程图如 尺寸0.4m×0.4m×1m所限. 图8所示 (2)由于声场重构需要对信号直射成分中的相 3 实验验证 位差进行计算，因此信号中直射成分需要保留.倒 谱反射成分集中区域设定范围的下限是为保护直射 为了验证本文方法在强反射环境下声场重构应 成分而设的，具体数值0.001s是根据声源声波直射 用中的有效性，在普通室内与小型钢制实验舱内进 到达阵列所需时间而定.本实验中，声源距离阵列 行了对比验证实验.普通室内环境如图9(a)所示， 中心为0.28m,通过几何运算，可得声源距离阵列中 空间尺寸8m×5m×6m,所采集信号为弱反射信 最远阵元的距离为0.31m.常温下声速为340，则声 号.小型钢制实验舱环境如图9(b)所示，为半封闭 源的直射声波到达阵列最远阵元所需时间为0.31/第 6 期 付 强等: 基于倒谱裁剪的反射声波抑制方法及其在噪声场重构中的应用 明显有别于其他正常部分． 在上文基于脉冲响应的 方法将倒谱正常与反射成分集中区域划分开后，可 进一步利用正常区域的均值 u 与标准差 σ 构建 u ± 3σ限，来对反射成分集中区域内所有的点进行 判定，从中筛选出代表反射成分的异常点，最后进行 裁剪． 根据以上理论，对于图 5( d) 所示的强反射声信 号倒谱，反射成分集中区域划分与异常点判定结果 如图 6 所示． 可见，反射成分集中区域中幅值大于 u + 3σ与小于 u － 3σ 的点已被区分出来，接下来即 可进行倒谱裁剪． 图 6 强反射声信号倒谱反射成分集中区域划分与异常点判定 Fig． 6 Ｒeflected part dividing and abnormal point determination in the cepstrum of the strong reflected acoustic signal 2. 3 倒谱裁剪 筛选出异常点后，需要将其幅值进行正常化处 理． 本文所采取的方法是将幅值大于 u + 3σ 的点重 置为 u + 3σ，幅值小于 u － 3σ 的点重置为 u － 3σ． 之所以选择将异常点重置为临界值 u ± 3σ，而不是 均值或其他参数，是因为本文方法为保证声场重构 的准确性，即使残留反射成分也不破坏正常成分，而 根据原理，正常成分幅值基本上小于 u ± 3σ，因此选 择临界值 u ± 3σ 最为合适． 处理后，强反射声信号倒谱异常点便被近似处 理为正常点，结果如图 7( a) 所示，使得反射成分被 抑制． 对比图 5( a) 弱反射信号、图 5( c) 强反射信号 和图 7( b) 倒谱裁剪后逆变换后的时域信号，可看出 倒谱裁剪后的时域信号幅值明显降低，更加接近无 反射声信号． 基于倒谱域裁剪的反射声波抑制方法流程图如 图 8 所示． 3 实验验证 为了验证本文方法在强反射环境下声场重构应 用中的有效性，在普通室内与小型钢制实验舱内进 行了对比验证实验． 普通室内环境如图 9( a) 所示， 空间尺寸 8 m × 5 m × 6 m，所采集信号为弱反射信 号． 小型钢制实验舱环境如图 9( b) 所示，为半封闭 图 7 裁剪后倒谱( a) 及其对应时域信号( b) Fig． 7 Cepstrum ( a) and corresponding time domain signal ( b) af￾ter clip 图 8 基于倒谱域裁剪的反射声波抑制方法流程图 Fig． 8 Flow chart of the reflected acoustic wave suppression method based on the cepstrum clip 舱( 仅一端开口) ，基本可看作全空间反射，尺寸为 0. 4 m × 0. 4 m × 1 m，所采集信号为强反射信号． 实 验相关参数如表 1 所示． 实验参数中有几点需要说明: ( 1) 重构面积选择 0. 4 m × 0. 4 m 是受实验舱 尺寸 0. 4 m × 0. 4 m × 1 m 所限． ( 2) 由于声场重构需要对信号直射成分中的相 位差进行计算，因此信号中直射成分需要保留． 倒 谱反射成分集中区域设定范围的下限是为保护直射 成分而设的，具体数值 0. 001 s 是根据声源声波直射 到达阵列所需时间而定． 本实验中，声源距离阵列 中心为0. 28 m，通过几何运算，可得声源距离阵列中 最远阵元的距离为 0. 31 m． 常温下声速为 340，则声 源的直射声波到达阵列最远阵元所需时间为 0. 31 / ·849·