成果简介：

针对汽车、飞机、舰船等典型舱内环境的声源定位和噪声反馈控制等问题，研发声 场高精度测量与动态重构分析系统。该系统以理论声学及信号处理方法作为基础，以传 声器阵列作为测量手段，通过建立复杂环境下的声场传播模型，完成声场实时测量与高 鲁棒性的声学信号处理。该技术可以实现：（1）通过提取声压级大小、频率分布范围、 声源热点位置、声场辐射特性等多个声学特征量，准确表征舱室内的声场环境；（2）有 效识别设备的异常声响，甄别可能的故障，提高设备稳定性，同时为主动或被动降噪提 供解决方案；（3）基于噪声的抑制、人声的分离与增强功能，满足驾舱内高效可靠的语音交互需求。

与传统方法相比，声场高精度测量与动态重构分析技术突破了声传播路径修正、背 景噪声抑制、高分辨率定位、声场高精度重构与表征等核心算法，最终实现了在混响严 重、布阵空间受限复杂声场环境下的噪声采集与动态重构，是对现有声场测试理论与方法的补充和完善，提高了多声源定位的精度与分辨率，实现了声传播模型从二维到三维的延伸、声场分布云图从静态到动态的拓展。

成熟程度及推广应用情况：

目前处于何种研发阶段：☐研发 ☐小试 ☐中试 ☒小批量生产 ☐产业化；样机：☒

有 ☐无 其他：□如选择“其他” ，请说明：。

已投入成本：300 万元

推广应用情况：该技术完全具有独立知识产权，技术成熟度达到 6 级。该技术已经

成功推广应用如下：

1. 2020 年获得国家重点研发项目支持，项目名称：高性能风洞精细化流动显示与非 接触测量技术（2020YFA0405700），负责子课题名称为“气动噪声场测量和高精度声源识 别方法研究”。面向大飞机、高铁等国家重大装备，依托高性能风洞，深入开展气动噪声 源的高精度识别方法及其与湍流运动的相关性研究，重点突破基于 PIV 测量的声场正向 预测、基于 P-U 测量的声场逆向反演、传声器阵列校准、声传播路径修正和高精度声源 识别等核心关键技术，实现湍流场和气动噪声场的同步高精度测量和气动环境下低频、 远距离声源的高分辨率识别，形成科学高效的气动噪声测试体系和规范，建立风洞内湍流噪声数据库。

2. 2019 年获得中央军委装备发展部的装备预先研究项目支持，项目名称：近场噪声 测试技术（61402100602）。针对飞行器舱室内噪声分析的需求，以近场声全息为理论基 础，开展声源辨识和声场重构问题的研究。首先，基于激光多普勒测速的质点振速传感 器灵敏度标定技术，实现质点振速传感器的直接标定；其次，基于双面测量的声场分离 技术，将目标声源信息从混合声场中分离出来；最后，基于近场声全息的声源定位和声 场重构方法，实现了声源的高精度定位和声源辐射特性的准确表征，为飞行器舱室内的噪声控制提供了新的分析方法和技术手段。

3. 2019 年在国网山东公司潍坊变电站得到推广和应用，将声场测量方法成功拓展到 了民用环境的声场测量与分析中，成功检测出变压器的铁芯松动、绕组松动等故障。在 前期研究成果基础上，在变压器附近搭建传声器阵列实时采集变压器的声信号，并通过 提取声信号的 13 个特征量，运用熵权法融合成一个综合评价指标，最后利用 3σ准则得 出最终的报警线。该方法能够全面提取变压器振声信号的有效特征，同时提高了系统的稳定性，具有机动性强、适用范围广、状态反馈及时、算法简单快捷等优点。

4. 2016 年获得国家自然科学基金项目支持，项目名称：材料构件在多场耦合环境下 的声载荷分析方法研究（51575038）；2011 年获得国家重大科学仪器设备开发专项支持，项目名称：高超环境下构件性能测试装置（2011YQ14014507）。面向高速飞行器在服役过程中产生的高强气动噪声问题，建立了一套气动噪声载荷场还原方法：首先，提出基 于 EEMD 的气流背景噪声抑制方法，降低气流背景噪声干扰，提高结构气动噪声的信噪 比；其次，提出基于互谱矩阵拟合的气动噪声源定位方法，准确定位出气动噪声源的位 置；最后，提出基于 Amiet 解析被动时间反转镜的气动声载荷信号还原方法，实现气动 噪声载荷信号的准确还原。将所提出的声载荷场还原方法，在超音速气流环境中进行应用，获得了不同结构气动噪声信号。

期望技术转移成交价格（大概金额）：面谈。

技术优势：

1.  在强混响环境下，可有效实现目标声源与干扰声源的声场分离，从而提高声源定

位和声场重构的精度。

2.  在多个声源并存的环境下，利用高分辨率算法可实现多极子声源的高时空分辨率

辨识。

3.  在有限测试空间的约束条件下，利用少数矢量传感器可实现典型舱室内的声场重

构。

性能指标：

1.  声源位置的定位误差 ≤ 10%。

2.  声源的声压和质点振速的重构误差 ≤ 15%。

3.  声源的空间分辨率达到 15cm。

市场分析：

本技术成果不仅可用于汽车、民航、直升机、高铁、轮船、潜艇等典型舱室环境中， 以满足人身舒适性、设备稳定性与智能语音交互等需求，还可以应用于高速飞行器材料 构件气动声场的测量、分析与重构中，为评价飞行器舱内结构的声振疲劳特性提供数据支撑，为探索声场环境测试和结构降噪设计提供技术手段。

经济效益分析：

声场高精度测量与动态重构分析系统作为高端测试装备，对于要实现声源定位、声

场重构、隔声降噪、语音交互等应用需求的领域，均可以进行推广应用，经济效益显著。

成果亮点：

1.  知识产权：已授权发明专利 4 项，在申 2 项；软件著作权 2 项。

[ 1]一种气流环境下的声源定位方法，专利号 ZL 201610416483.2

[2]一种利用电扬声器实现高声压级的声疲劳试验装置，专利号 ZL 201610319972.6 [3]一种高温环境下声场测量与分析装置及其分析方法，专利号 ZL 201310410120.4

[4]基于 PSO-MVDR 的声场重构与鬼影抑制方法，专利号 ZL 201410222150.7）

[5]一种基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法（公示中）

[6]一种基于声压和质点振速的声场重构系统（公示中）

[7] 基 于 声 压 - 质 点 振 速 的 多 声 源 定 位 与 声 场 重 构 系 统 ， 软 件 著 作 权 号：

2021SR0345752

[8]基于传声器阵列的声场测量与重构系统，软件著作权号：2017SR321994。

2.  成果来源：

[ 1] 国 家 重 点 研 发 项 目（高 性 能 风 洞 精 细 化 流 动 显 示 与 非 接 触 测 量 技 术

2020YFA0405700）

[2]中央军委装备发展部的装备预先研究项目（近场噪声测试技术 61402100602）

[3]国家自然科学基金项目（材料构件在多场耦合环境下的声载荷分析方法研究

51575038）

[4] 国 家 重 大 科 学 仪 器 设 备 开 发 专 项 （高 超 环 境 下 构 件 性 能 测 试 装 置2011YQ14014507）

3.  技术先进性：国际先进

（1）方法创新层面：①提出一种基于集合经验模态分解的强背景噪声抑制方法，通 过对混合信号进行 EEMD 分解，保留相关系数小于阈值的 IMF 分量，实现强背景噪声 的抑制；②提出基于贝叶斯正则化和声压差分滤波的等效源法，实现声压重构过程中正 则化参数合理选择与质点振速重构过程中对于噪声干扰的有效抑制，进而实现了高精度 声源辨识与声场重构；③提出一种声载荷场测量与分析方法，通过突破声传播路径修正、 高分辨率定位、声载荷场还原等核心算法，实现了在混响严重、布阵空间受限的封闭实验舱内的噪声采集和动态重构，最终获得了材料/构件声载荷场的实时分布数据。

（2）技术创新层面：①声场测量方式：由单点测量拓展至场测量，由声压测量拓展 至声压-质点振速联合测量。利用 PXIe进行多通道 P-U 传感器的高速同步采集与存储， 实现在混响严重、布阵空间受限、高温、高流速等复杂环境下的高速同步多声学量信号 采集；②声场表征方式：由静态声场分布拓展至实时动态声场分布。通过高速采集、并行计算处理，可以实时获得声场分布云图。

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