噪声与振动控制问题

Fluidmach

　　噪声与振动控制的发展起源于20世纪初，和电声学、建筑声学等研究领域同步发展，成为声学学科的一个相对独立的分支研究领域之一。20世纪50年代以来，随着工业生产和交通运输的迅猛发展，城市人口急剧增长，噪声源越来越多，噪声强度越来越高，人类的生活和工作环境受噪声的污染日益严重。控制噪声，保证声学环境能够满足人们的生活、学习和工作需要，减少噪声对人类的危害，成为噪声与振动的主要研究目标。

　　经过数十年的发展，噪声和振动控制成为一个相对成熟的应用基础和应用研究领域，有一批传统的研究方向和研究课题。其中一些基础性研究方向，如噪声源机理、噪声传播特性、声学材料和结构、噪声监测和控制技术，仍在不断发展，一些机理性问题尚需进一步深入研究。噪声和振动同时也是一个活跃的交叉性很强的应用研究领域，近年来结合其他学科的研究进展和成果，发展出一批新的应用研究方向，如有源噪声与振动控制、噪声数值计算方法、噪声主观评价和声品质、噪声与振动信号监测和处理等，成为当前国际研究热点。

　　通过分析近期国内外噪声和振动控制的研究动态，结合实验室的主要研究方向，下面重点围绕噪声源特性和传播途径、声学材料和结构、噪声控制关键技术、噪声监测和评价等热点研究方向，阐述该领域的最新进展、发展趋势和应用前景。

　　1、噪声源特性与传播途径

　　噪声与振动控制的核心问题是要在噪声源及其传播途径上加以有效地控制，以满足人们日益增长的声环境要求。因此噪声源特性与传播途径研究是噪声与振动控制学科的基础性研究方向之一。
　　一般而言，噪声源从发生机理上可以分为力源和脉动体积源。但是实际的噪声源非常复杂，一般同时兼具力源和脉动体积源的特点，并且具有空间上的随机分布性和时间历程上的非稳定性。此外，噪声源和相连接各部件、流体介质和辐射噪声之间不能完全独立，而是相互作用、相互影响，形成复杂的气(液)-固-声耦合系统。如发动机燃烧，引起发动机结构振动，结构振动引起流体振动，液体振动影响发动机燃烧，而噪声伴随整个过程。另外，风扇叶片与气流相互作用产生噪声;排气系统结构振动、排气气流、排气噪声之间相互作用等等，这种耦合现象使噪声源特性和传播途径的分析变得非常复杂。
　　噪声源特性就是要将噪声源从相连接的各结构部件和流体介质分离出来，进行物理建模，并结合实验的方法，确定噪声源的强度，频谱结构和空间相关性的等关键特征。噪声传播途径则要通过理论和实验的方法重点研究复杂结构以及流固耦合条件下的噪声能量流，并结合噪声源特性，确定噪声辐射的功率和频谱结构。

　　(1)最新进展

　　噪声源特性与传播途径研究一直是噪声与振动学科的基础性研究方向之一。其中噪声源的强度和频谱特性的数值预估和仿真是目前研究的最重要的热点。对噪声源和相连接的结构和流体介质进行数值建模，然后单元离散化计算分析是CAE(Computer Aided Engineering)数值方法的主要手段，特别是对低频、低波数、低模态密度的场合已经有非常可靠的计算精度和预估的准确性。其中ANSYS和 MAC.SOFTWARE公司的有限元商用软件已经在工程应用中取得巨大的成功。声学数值仿真和优化CAE技术的最新进展表现在高性能计算能力得到加强，其基础是算法的改进和创新，如全新的全隐式多重耦合算法求解器，不仅求解精确，收敛稳定，而且速度快，并行效率高。例如用在某结构声辐射的计算上，考虑结构声辐射的流固耦合，结合艇的结构振动响应特性参数和水下声辐射的指向性，9600万自由度的计算规模8核并行计算，同时采用结构有限元软件(比如NASTRAN)和声学边界元软件(比如SYSNOISE)，可在24个小时内完成计算，效率比以前提高了6倍，而且结果比较可靠。
　　噪声源和传递途径的数值计算与仿真技术在其他复杂声学问题上的应用也越来越广泛，汽车和航空航天领域内的减振降噪就是这一技术的典型应用。德国宝马汽车公司和美国克莱斯勒公司都已经在汽车NVH(Noise, Vibration and Harshness)分析技术部门和整车的生产研发部门建立共用平台，快速交换数据并实时反馈仿真结果。在航空器的减振降噪问题里，除了结构振动外，很多是非稳定流场和非线性声场的计算问题，如气动噪声和涡流噪声。最新的进展是将日渐成熟的计算流体力学(CFD)技术与声学仿真技术相结合，以弄清飞机发动机、各种流体机械等复杂声源的声学特性，为减振降噪提供条件。随着物理现象研究的深入，很多新的技术被商业应用软件所吸收，如Florian Menter等人提出的SST湍流模型，以及强旋流和各向异性流的雷诺应力模型等等。

　　(2)发展趋势

　　噪声源和传递途径的数值计算与仿真技术是把噪声学基础研究的理论成果转化成实际工程应用的有力工具。从趋势上讲噪声源和传递途径的声学数值计算与仿真技术的发展主要应有以下几个方面：
　　全频域数值计算方法的集成。如结构和声场的模态和频响计算，特别是中频域的处理。除了拓展低频域的有限元方法和高频域的统计能量法的适用范围，一个重要的途径就是将有限元方法和统计能量法进行融合。
　　算法研究上追求高效、稳定性、反复迭代中快速收敛性和鲁棒性;技术的深入研究，包括敏感度分析以及声学换能器设计上多耦合场数据的无缝传递会逐渐嵌入到总体计算模块中。
　　应用层面上会更加简便实用，在不稳定流场和声场的问题将可以实现网格自适应和动网格技术;数值计算结果的工程等效和逼近。运用功能强大的前后处理功能，获得更好的分析计算结果的可视化。
　　一些新的噪声计算指标将提出，以反映基础研究的最新成果。比如：多孔介质模型应该能够仿真微尺度流体力学和毛细现象，捕捉速度和压力在交界面上的不连续性，精确模拟动量损失。环境声学和建筑声学设计除响度(A计权声压级)和混响时间两个指标外，还会希望获取声场的空间均匀度，不同频率下音质的亮度，粗糙度等信号处理和心理声学的一些高级指标。
　　噪声源和传递途径的数值计算与仿真技术的发展将是是一个多方面技术综合进步的体现。具体到一个高效可靠的声学数值计算不仅仅是工程软件的简单重复运用，而需要对涉及声场、流场和结构问题物理本质深入理解，并在此基础之上提交稳定可靠的计算并作全面的分析。

　　(3)应用前景

　　运用噪声源和传递途径的数值计算和优化技术将在解决一些棘手的实际问题中发挥重要作用，比如非线性高声强声场的模拟仿真;复杂结构和声场在高频段需要考虑的混沌(fuzziness)和不确定性(uncertainty)现象和参数;多物理场(声场，流场，温度场和结构)的相互作用和耦合现象;还有结构声振问题，满足多目标的多参数优化计算问题等等。
　　在噪声源和传递途径的数值计算、分析和预估方面的工作和研究集中在几个比较大的研究课题，主要有
　　环境声场和厅堂声品质计算软件的开发和研制;
　　声源识别和复杂声场中声信息的仿真和反演;
　　民用大型工业产品，如大飞机，高速铁路及汽车行业有关声学及振动问题的预研。
　　这些研究课题的开展在如何应用声学数值计算和优化设计给我们提出挑战，也提供了研究和应用这项技术的机遇。声学物理现象的深入探索与声学数值计算和优化方法的发展是相互促进的。在这一领域我们跟国际先进的研究前沿保持着同步，争取在声学数值计算和声品质优化设计方面做出更多贡献。

　　2、声学材料和结构

　　在噪声与振动控制过程中，为达到一定声学要求所用的各种材料，包括结构声学材料和换能材料，都称为声学材料。合适的材料与有效的结构是实现降噪减振不可分割的两个因素，因此这里的声学材料意味着应用到降噪减振结构上的任何材料。
　　声学材料与结构发展到今日已有各种不同的类别。大体上如果将材料按吸声功能分，有被动吸声和主动吸声材料;如果从声波传播介质分，则可以有空气声和水声材料;如果按吸隔声材料特性分类，将包括人造棉、玻璃纤维、泡沫玻璃、泡沫塑料等传统的多孔材料、颗粒吸声涂料、新近发展的轻质高强多孔材料、改性橡胶等高分子材料以及复合材料;如果按吸声结构划分类，又可以包括具有共振腔的微穿孔板、薄膜和弹性板结构。这里我们将集中讨论空气声和水声中的被动吸声材料与结构，特别是空气声中的轻质高强度阻尼多孔材料以及水声中的橡胶类粘弹材料的最新进展、发展趋势和应用前景。

　　(1)最新进展

　　轻质高强度多孔材料及结构作为一种有效的多孔吸声材料已经在噪声工业中被广泛应用，诸如木质纤维板和微穿孔板这样的材料常常被用作来吸收空气中的噪声。但当材料强度不够高时，其应用范围受到限制。目前发展的超轻高强度阻尼多孔材料，如金属多孔材料则不受这些限制。因为轻质高强度的特点，在船舶、汽车以及航空飞行结构中的阻尼减振降噪方面金属多孔材料也具有相当的优势。所以这类多孔材料目前不仅在工业界而且在学术界都受到相当的关注。目前声学所参加的国家重点基础发展计划‘超轻多孔材料和结构创新构型的多功能化基础研究’中以航空发动机声衬为应用背景，声波在高温高声强条件下的传播和衰减机理属于该计划的一部分。
　　橡胶或聚氨酯等粘弹材料及结构作为另一类主要的降噪减振功能型材料在航空航天、交通运输以及日常生活中都有广泛的应用，如机车、飞机的减振、吸隔声材料，工业风机、离心机、鼓风机、水泵用的减震器等，因此粘弹性材料一直以来都作为一类主要的声学材料受到广泛的关注。
　　作为又一类结构吸声材料,微穿孔板最新进展主要是由于微孔加工方法的不断发展、对微穿孔概念的发展，有关吸声机理的研究以及应用范围的扩展而获得的。随着加工形式的发展，现在不仅可以用激光，而且可以利用粉末冶金、烧结丝网、电刻腐蚀的方法形成微孔。基于微穿孔理论衍生的柔性管束穿孔板共振吸声结构也是微穿孔板概念发展的一个例子。同时理论的发展及板材的多样性，适用于各种不同场合的微穿孔板吸声结构也正在得到相应的发展。微穿孔板的概念自上世纪70年代马大猷给出连接高低频的近似计算公式后开始得到更加广泛的应用。微穿孔板理论到现在已有新的发展，比如微穿孔板的精确理论、扩散声场以及高声强特性的研究。

　　(2)发展趋势

　　正如前面提到的，声学材料及结构的发展也主要是根据材料工艺的改进以及新的问题背景的提出而产生的。以生产工艺的发展而言，发展趋势包括轻质高强阻尼多孔材料及结构，具有复杂声腔结构、空洞或杂质的复合粘弹材料，利用新材质及穿孔形成工艺的微穿孔板及其衍生结构。特别是从微纳米尺度加工工艺不断成熟的发展现状来看，具有微纳米尺度及多尺度结构的材料中声的传播衰减机制及其声振耦合效应也将日益受到人们的关注。利用各种材料及结构的优势而形成的复合材料及结构，例如多层夹芯复合材料，多孔复合材料等等也将会是声学材料与结构的发展趋势之一。
　　轻质高强度阻尼多孔材料及结构作为具有综合优势的功能材料，主要的研究趋势将包括多孔材料的一般声学特性测量、材料细观结构的表征及与声学特性之间的关系，多孔材料的声波传播与衰减的机理以及提高吸声隔声性能的有效手段：一方面是微细孔中的声传播，非直通孔且孔的构型呈一定分布的情况下动力粘滞性、渗透性、孔的表面特性、孔隙率、孔隙结构等物理和几何参数对声传播和吸收的影响;另一方面是微孔流阻变化影响基本控制方程时的波传播和吸收机理，吸声过程中能量损耗机理以及声波在材料内部传播过程中的非线性损耗。
　　橡胶类粘弹材料在噪声与振动控制中也有着广泛的应用。粘弹性阻尼材料的动态模量是直接表征粘弹性材料自身力学特性的物理量，也是与材料声学性能直接相关的物理量，是联系声学材料配方设计与声学结构设计之间的桥梁。从研究内容的发展趋势来讲这方面将包括：各种环境下粘弹性材料动态力学参数表征研究;基于粘弹性材料复杂声腔结构设计;粘弹材料结构和基体材料动态力学参数优化研究。
　　微穿孔板及结构作为无纤维粉尘污染的一种有效吸声材料在室内建筑与工业界的噪声控制中，特别是在高温、高声强极端恶劣环境或高度清洁要求的特殊环境中有着广泛的应用前景，所以也将是今后会得到继续发展的研究方向，特别是扩展吸声频宽及低频噪声的研究、利用不同材质或微穿孔的衍生结构-柔性管束穿孔板吸声结构、以及发展微穿孔板及结构在不同环境比如高温、高声强等环境下的应用。

　　(3)应用前景

　　随着我国自制涡扇发动机的成功，小型民用飞机支线的启动，以及今后自制民用飞机的发展，航空发动机的噪声问题也将会是越来越受到关注的问题。高强度轻质阻尼多孔材料作为既耐高温又可具有比蜂窝状空腔声衬更宽的吸声频段的材料，不仅汽车而且航空发动机都将会应用到这类材料。考虑到这类材料的综合应用优势，汽车发动机中的排气消声器、燃烧喷嘴、水下吸声隔声装置等也都将可能应用到这类材料。如前面所提，利用高强轻质阻尼多孔材料还可以减轻汽车重量，减少能耗，提高燃油效率，其成功应用将会为节约能源提供一个有效的途径。
　　橡胶类粘弹材料的应用将随着材料的不断发展，动力粘弹响应范围的不断扩大，以及不同复合材料结构的发展将包括日益广泛的工业界和日常生活中的各种噪声振动控制应用。如前面提到的在航空航天、交通运输工业中的应用，在汽车飞机的减振、吸隔声材料、工业风机、离心机、鼓风机、水泵用的减震器，(略)。
　　微穿孔板结构简单，吸声特性可精确计算，面材也不受材料限制，从纸板、塑料、玻璃、金属板至薄膜，可以根据不同目的选用不同板材。并且清洁、无污染、又可透明采光，可应用于条件要求苛刻有高速气流和高声强的管道系统中。微穿孔板同时也满足了无纤维粉尘吸声材料发展的需要，可应用于需要高度清洁的血液病房，电子加工车间，或者应用于需要透明的吸声材料、半公开性的办公室等场所。随着微穿孔板理论和设计研究的普及，其应用将更为广泛，特别是许多噪声治理和音质控制工程中可用作微穿孔板消声器、微穿孔(透明)消声通风百叶窗、微穿孔板声屏障等。
　　综上所述，噪声与振动控制工程应用的研究开发以及对应用环境的要求不断发展总是对声学材料与结构提出越来越高的要求。特别是当前对环境噪声的日益关注，对飞机汽车、工业机电设备以及室内建筑的减振降噪要求比以前更为突出，这些都为声学材料与结构的应用提供了更高的要求以及更为广阔的应用前景。

　　3、噪声与振动控制技术

　　噪声与振动控制技术研究主要是指基于对于噪声的产生、传播和接收这一物理过程的深入理解而开展的噪声控制方法、控制结构和系统的研究。一般而言，噪声与振动控制技术可分为被动(无源)、主动(有源)和结合主被动的混合控制等技术。被动噪声控制(Passive Noise Control)是一种传统的噪声控制技术。它通过声波与声学材料或声学结构的相互作用消耗声能，从而达到降低噪声的目的，特别适合于中高频噪声的控制。但对于低频噪声，只有增加吸声材料的厚度或隔声构件的重量才能获得较好的吸声效果，这样就会使得实际装置变得庞大笨重。
　　有源噪声控制(Active Noise Control)是指基于声波干涉原理，利用电子控制系统人为产生的次级声场降低原有的噪声的方法和技术。其核心技术涉及传感器、激励器、控制器与各种控制算法，同时对声场与结构振动的传播及其与控制系统的耦合响应的认识也是有源控制系统成败的关键。与传统的控制手段相比，有源控制技术具有低频效果好，对原来设备或装置的性能影响小，体积和重量代价一般较小等优势。
　　有源噪声控制起源于20世纪30年代，50年代至80年代的控制系统以模拟电路为主，在声场响应、噪声控制机理、以及次级声源设计等方面取得很大进步。自上世纪80年代，随着计算机、信号处理和自适应控制技术的发展，有源噪声控制的理论研究和系统研制工作进入了一个全新的阶段。过去的30年，国内外相继有近百本相关专著问世，在环境、交通、劳动保护、航空航天和军事等领域涌现了一系列的有源降噪减振产品。下面重点介绍有源噪声控制的最新进展、发展趋势和应用前景。

　　(1)最新进展

　　有源控制技术的进展主要体现在控制结构、换能器和控制算法等研究方向。研究工作重点强调技术的可靠性、系统性能的稳定性和实用性。
　　有源噪声控制系统的控制结构是指传感器、换能器的合理选择和布放，以得到有效的参考信号、误差信号和产生有效的次级声场，从而保证控制系统达到控制噪声的目的。在这方面，相关研究人员对声场、声与振动耦合特性方面做了深入细致的研究，探讨了各种情况下的有源控制系统的可控性问题。根据参考信号和误差信号的不同获取和处理方式的不同，有源控制算法大体可以分为前馈控制和反馈控制。其中，前馈结构控制又分为宽带和窄带两种。使用窄带前馈控制结构替代宽带前馈控制结构是解决“声反馈”问题最为常用和有效的方法，主要应用于旋转机械等周期性噪声源的有源消声控制。其典型结构有波形合成法、各频率分量合成法以及各种采用非声电转换传感器作为初级信号拾取传感器的窄带闭环或开环前馈控制结构。反馈控制结构的有源系统构造简单，但存在稳定性问题。复合控制结构的有源控制系统兼顾了前馈和反馈控制结构的优点，一方面可以扩展降噪频带，另一方面也可以有效地抑制通道噪声，并且前馈环节与反馈环节对系统的动态稳定性的影响可以解耦。
　　在换能器方面，结合材料科学和传感器技术的新进展，提出了多种参考传感器、误差传感器和换能器的结构形式。例如，基于声场质点振速测量的矢量传声器、基于结构模态测量的分布式PVDF薄膜和分布式光纤传感器，以及多传声器组成的各种指向性测量方法，可以更好的分解声场模态，得到有效的声场信息。在作为次级声源的换能器方面，开发出多种低频大功率换能器，如平板式扬声器、薄膜式换能器，可以满足各种控制场合的要求;另外，为了和被控制对象无缝结合，采用各种嵌入式控制单元，如透明的PVDF材料，可以和玻璃粘贴在一起组成有源隔声窗，同时不影响透明度。在一些情况下，可以将传感器、换能器、控制系统以及结构集成为一体，形成所谓的智能结构，可以使有源控制系统更为紧凑，拓宽应用范围。
　　有源控制算法主要解决两个问题：对被控声场进行实时预测;补偿次级声通道传递函数以及可能包含的非线性或未建模动力学的影响。有源控制算法一般采用自适应滤波算法，相对于固定系数滤波器而言，有更好的适应能力，可以跟踪控制系统的变化。目前广泛使用的自适应有源Filtered—X LMS算法及其各种变形，如各种变换域算法，改进了算法在收敛速度、时间延迟和计算复杂性方面的性能。为了解决次级通道的变化而引起的算法不稳定问题，提出了各种次级通道在线辨识算法，以及不依赖次级通道辨识结果的算法，如同时扰动法等。在一些场合，声场传播途径或控制系统换能器存在非线性问题。为了解决此类问题，非线性自适应滤波、神经网络滤波器、模糊逻辑控制技术等也得到了广泛重视和深入研究。
　　近年来，随着有源噪声控制技术的日益成熟，有源噪声控制系统和各种产品也在各种领域和场合得以推广应用。有源噪声控制技术在护听器和送受话器、飞机和汽车噪声控制等方向已得到成功应用;在军事用途方面，有源控制技术在舰艇、飞行器辐射噪声抑制和战场抗噪声通信等方面也具有广阔的应用前景。
　　有源噪声控制技术最市场化的应用是有源抗噪声护耳器和送受话器。1989年，美国Bose公司生产出第一款飞行员专用模拟式有源抗噪声送受话器。此后，NCT、Telex、Sennheiser、Sony等公司陆续推出类似产品。时至今日，此类专业产品已成为一种多媒体消费电子产品，走进大众生活。
　　上世纪90年代以来，有源噪声控制技术在汽车行业中得到重视和应用。1991年，日本Nissan公司生产的Bluebird车厢内部就安装有扬声器用来控制车内的发动机引擎噪声。1997年，日本Toyota公司采用前馈有源控制系统，对发动机引擎噪声和低速转动噪声获得了5-10 dB的消声量。经过十余年的努力，汽车用有源噪声控制技术已趋成熟。目前，各类主动减振降噪装置已成为各大汽车公司高档汽车的重要配置之一。最新的报道是2008年7月，日本Toyota公司的最新款Toyota Crown Hybrid轿车中利用3个扬声器和3个麦克风实现车厢内5-8 dB的消声量。
　　与此同时，针对飞机舱内噪声和高速轮轨噪声的有源控制研究和开发也取得了很大进展。1994年，SAAB Aircraft生产的SAAB 340B首次将有源噪声控制技术应用到飞机内部消声，随后，SAAB 2000将有源噪声控制系统作为飞机内部的一个标准配备系统。2002年，Ultra Electronics公司利用96个输入通道(包括参考传声器和误差传声器)和48个输出通道用来激励控制器件控制机舱噪声。这种系统对于螺旋桨转动频率的基频、二次和三次谐频分别能够获得10dB、7dB和3dB的消声量。不过，目前有源噪声控制技术主要应用在小型商用飞机上，针对大型客机的有源噪声控制技术还在研发之中。

　　(2)发展趋势

　　虽然有源噪声控制技术在声学理论、实现技术和方法等方面取得了长足进步，并且随着数字信号处理技术和现代控制算法的进步，其研究与应用在深度和广度上日益发展，但有源噪声控制技术仍存在诸多难点有待解决。另外，有源噪声控制的潜在应用还远没有得到开发。
　　有源控制技术的发展同样体现在控制结构、换能器和控制算法等方面。在控制结构方面，主要是面向外界各种复杂条件对消声效果的影响，在控制效果和控制系统可靠性两方面综合考虑控制结构。现在有几种不同的发展思路。一种思路是通过大规模布放传感器和换能器，基于大规模高速计算能力，使用多通道耦合控制算法，实现全局范围内良好的有源噪声控制效果。这种方法在一些系统运行环境可以得到可靠保护和维护的场合可以得到应用。另一种思路是尽量简化有源噪声控制系统，使用尽可能少的传感器和换能器，通过简单和稳定的算法实现局部的有源噪声控制效果。这种系统在应用上可以具有更多的普适性。
　　有源噪声控制的另一个发展思路是半主动控制。由于主动有源控制系统不可避免会存在系统稳定性问题，虽然在很多情况下可以改进提高，但无法在本质上形成突破。半主动控制方法通过智能材料或结构优化被控制对象的声学特性，从而达到噪声控制的目的。尽管通常半主动控制系统取得的噪声控制效果有限，但由于其具有本质上的稳定性，同时具有一定的环境适应能力等特点，目前受到越来越多的重视，逐渐得到广泛应用。
　　针对非线性系统的控制问题也是有源噪声控制技术的一个研究热点。非线性自适应滤波、神经网络滤波器、模糊逻辑控制技术等逐步引入有源噪声控制系统，并得以完善和应用。另一个对应的重要发展趋势是通过非线性算法，如混沌算法，控制一个线性系统，达到降低系统响应的目的。相对传统有源控制算法，其最突出的特点是可以提高控制系统的可靠性。虽然这类方法的研究刚刚起步，但已显示出应用潜力，值得关注。
　　有源噪声控制要走向实际应用，一个重要发展方向是控制系统的集成一体化设计。集成一体化设计思路包括：深入研究智能结构的控制方法和减振降噪控制策略的研究;研制低能耗、大变形量、宽频带动作、高稳定和高寿命的致动器材料;在前期工作成果的基础上进行集成方法的研究;智能材料和结构的设计、制造和可靠性等研究;基于新材料、新工艺和新概念的出现，研制高性能并且可植入基体材料的微型电子器件，这些器件具有宽频响、微型化，并可高速度地进行数据的原位处理等功能。
　　有源噪声控制并不仅仅是简单地降低噪声，一个重要趋势是有源噪声控制泛化为噪声智能控制。所谓噪声智能控制，是指通过有效的有源控制手段，使目标区域声场达到某种期望。如在某些场合，可以通过调整噪声和噪声场特性，产生舒适声场，提高人们心理声学和生理声学感知意义上的噪声主观评价值;也可以通过控制噪声，使人们感受沉浸在虚拟声场中，从而产生虚拟空间听觉效果。噪声智能控制，不仅意味着对目标区域噪声的控制，还涉及到对噪声源的探测、识别和决策(产生控制信号)等技术。只有结合智能化的噪声信息获取和处理技术，在噪声控制方面才有跨越性的发展。
　　有源噪声控制也不仅局限于声控制声这样的物理过程。通过对其它物理过程的控制，如流体流场的控制、燃烧过程的控制，经常可以同样起到噪声控制的效果。这些控制方法和手段也是有源噪声控制技术的研究发展方向。

　　(3)应用前景

　　近年来，随着有源噪声控制技术的日益成熟，有源噪声控制系统和各种产品也在各种领域和场合得以推广应用。有源噪声控制技术在护听器和送受话器、飞机和汽车噪声控制等方向已得到成功应用;在军事用途方面，有源控制技术在舰艇、飞行器辐射噪声抑制和战场抗噪声通信等方面也具有广阔的应用前景。
　　有源噪声控制技术仍存在诸多难点有待解决，有源噪声控制的潜在应用还远没有得到开发。为了进一步推进有源噪声控制技术的应用，美国、欧盟等近年来纷纷启动专项研究计划。欧盟在多项关于飞机和汽车的研究发展计划中安排了有源控制技术专项。

　　4、噪声监测、分析技术

　　噪声监测包括人耳可听声音的监测，和听不见的次声监测。噪声监测不仅要测量噪声的水平，而且要从噪声所包含的信息中分析出噪声源本身所处的状态。
　　设备与平台噪声是可听声，其中包含着复杂的设备运行状态信息，设备发生故障时会在噪声变化中得到反映，故适合通过噪声对设备进行状态监测和故障诊断。同时，声学监测和故障诊断技术具有非接触测量、简便易行、在线测量、信息量大等特点。因此对设备内部机件故障，用噪声进行诊断是一种理想手段。新的研究工作证明：采用许多新技术的声学检测，如阵列声成像检测、多阵列声聚焦测量、统计分析、时-频分析、自适应技术、小波变换、独立分量分析等对提高设备的状态监测具有很大的突破。但是声学感知的状态监测的精度受到环境的声场特性影响。最新的阵列探测声成像技术的研究成果表明，采用传声器阵列可检测声源的空间信息，包括声源位置和移动规律，并可逐个检测多个声源，采用分布式多阵列联合检测可以有效地对单个声源聚焦检测，以提高测量精度，达到准确判定故障模式的目的。

　　(1)最新进展

　　网络化传感器监测系统

　　近年来噪声测量已从原来的单个传感器检测单点单一信息量转向为使用网络传感器监测系统检测复杂环境中的噪声，以获取多设备、多条件下、多物理量的信息。最新发展是朝着传感器数量规模进一步扩大，数据分析功能进一步增强，多种信息融合监测能力进一步增强方向进行。这种网络化监测系统不仅可用于监测工业设施，如大型发电机组的运行状态，还可被安装到飞机和舰船上。

　　阵列声成像法定位检测设备各部位噪声

　　声成像法检测设备噪声源特性是基于阵列多传感器信号分析，以图像形式表征设备噪声源的分布。声成像法可以同时测量多声源及其位置信息，还可以有选择地提取单个声源进行分析。其发展体现在测量前端的精度越来越高，测量分析软件的功能越来越强。在阵列结构的优化设计中出现了球形阵列、平面弧形阵列、环形阵列、矩形阵列、十字形阵列等。随着信号检测系统的能力进一步增强，声探测阵列的阵元数量增加，出现了48元、64元、128元阵列，从而提高成像探测的主峰信噪比。同时阵元孔径减小，最小孔径达到5cm，使得探测的频率上限提高，得以涵盖机器噪声的主要频率范围。超大传声器阵列可用于实现对远距离声源的精确测量。声成像波束形成算法进一步改进，信号处理算法精度的进一步提高、抗噪声干扰能力增强，在短时频谱计算中采用短取样结合补零技术提高频率精度，在声源模型分析中采用多种模型最优匹配方法减小误差，在声传播误差抑制中采用延时平移法抑制传播的非线性和大气湍流的影响，探测旁瓣导致的虚影现象被进一步抑制。在进一步提高传声器一致性和阵列结构稳定性的的基础上，声成像清晰度得以提高。

　　多种信息融合分析最新进展

　　多传感器信号分析的信息融合技术不仅在信号分析方法上进一步优化，在信息融合算法上也出现了新的发展，出现了具有较强容错能力的信息融合的算法，以及具有快速搜索能力的最优化分析算法。

　　(2)发展趋势

　　网络化分布式多类型大规模数量传感器联合监测系统发展趋势

　　混响环境中多传感器噪声检测发展趋势

　　声学阵列检测技术作为新一代检测和信号处理技术，具有非接触式安装、和信息量大的特点，并且具有许多新技术应用潜能。最新的研究工作证明了采用许多新技术的声学检测，如时-频分析、自适应技术、小波变换、独立分量分析等对提高机器的状态监测具有很大的突破。采用分布式多阵列联合检测可以有效地提高对声源的检测精度。国内外声源定位和混响声场检测的研究成果说明，混响场中声源检测与信号分析的研究，不仅具有很多重要的应用前景，而且已经具备了一定的研究基础和技术条件。其基本思想是利用多个分散开的传声器联合对声源进行定位。该方法在低混响水平房间中实现声源定位，用多阵列联合探测定位，用强指向性的微型阵技术提高空间分分辨力，用聚焦检测方法提高信混比，以提高对目标声源的定位精度和识别精度。
　　多元传声器阵列声成像法检测和多阵列联合检测发展趋势

　　多元传声器阵列声成像技术的发展朝着实用化和方向发展，一方面阵列成像算法研究进一步发展，使得成像精度进一步提高，同时信号采集分析设备的通道数和运算速度提高，使得大尺度声场的成像精度高。另一方面在低混响场探测研究的基础上，设计容错性强的信号分析算法以适应低成本传声器，降低设备成本，推广阵列声成像设备的应用领域。
　　混响和多声源混杂场合的声成像技术进一步发展，需要采用多阵列联合以降低混响影响。利用多阵列混响声的相关性差异抑制混响的干扰。

　　(3)应用前景

　　工业设备噪声源监测的应用前景

　　针对工业设备噪声源监测与识别的传声器阵列检测技术，包括研究降低干扰源影响和提高目标声源的信混比的方法，和采用新的测试手段和信号分析技术，增强目标声源信号和提高对目标声源的远距离检测能力。针对设备与平台机器声音的分离检测与识别，采用微型阵列实现锥形探测波束，用多阵联合定位和声像分析方法结合来分离检测强混响场中的多个声源。



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