基于单全息面三维声强测量的声场分离技术

在测量全息面三维声强和均方声压的基础上，根据平面上二维切向有功声强与复声压相位间的关系来间接获取复声压的相位，结合测得的均方声压，得到全息复声压；根据全息面上微粒法向振速的叠加原理和波数域的Euler公式，推导出基于单全息面三维声强测量的声场分离公式，将全息面两侧声源各自在全息面上产生的声压分离开来。在全息面两侧均有声源的情况下，实现噪声源的识别与定位，克服了近场声全息(NAH)和基于声强测量的宽带声全息(BAHIM)的应用局限性。数值仿真的结果证明了该技术的可行性和有效性。     

基于混合全息算法的多源相干声场分离方法

当空间声场中存在多个相干声源时,运用常规的近场声全息算法无法重建和预测每个相干声源的声场分布,限制了声全息的应用范围和对相干声场的分析。在针对该问题的现有方法中,基于傅里叶变换的声场分离技术只能用于相干声源位于全息面两侧的情况,而分布源边界点法、联合波叠加法等虽然可解决相干声源位于全息面同侧的分离问题,但在应用时必须预先知道声源的位置以及几何形状等先验知识。针对相干声源在全息面同侧的情况,提出一种新的多源相干声场分离方法。该方法只需全息面声压,不需要其他先验知识就可以实现相干声场分离,能很好地弥补现有方法的缺点,并为相干声场的分析提供有力手段。数值仿真和试验验证该方法的正确性、可行性和有效性。     

正交球面波Patch近场声全息

常规近场声全息(Near-field acoustic holography,NAH)中,为减小算法误差对结果的影响,要求全息测量孔径必须大于声源面积。由于要求的全息孔径较大,导致该技术测量工作异常繁琐以及在大尺寸结构上应用困难。为解决此问题,以全息声压近场外推为基础的Patch近场声全息技术(Patchnear-field acoustic holography,PNAH)发展起来。根据声场的球面波近似原理,提出正交球面波Patch近场声全息方法,该方法将振动体产生的声场等效近似为一系列不同阶次的正交球面波源产生的声场的线性叠加,通过这些正交球面波源的声辐射过程来实现全息面声压的近场外推,然后利用近场外推所得声压数据采用计算简便的快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)方法实现全息重建。数值仿真结果表明,该方法在小全息孔径条件下取得良好效果,显著减小对全息孔径大小的要求,从而方便工程运用。     

基于矢量阵测量的振速重构近场声全息技术

近场声全息技术是一种声源识别和声场可视化技术,它通过在辐射体的近场测量声压数据可以重建和预测出整个三维空间声场的声学量.针对水中声源的振速重构问题,采用质点振速测量来进行声全息重构,推导基于振速重构的平面近场声全息技术的重建公式.利用所编制的程序进行仿真验证,采用矢量水听器进行水中全息试验,验证矢量阵应用于水中近场全息测量的可行性和准确性.试验结果表明,该技术在水中声源辐射声场的噪声源识别和定位中有着明显的优势.     

采用平面测量的统计最优近场声全息方法研究

常规的统计最优柱面近场声全息通常要求全息测量面与声源共形,由此计算出声场传递矩阵,进而重建目标声源声场。但在实际情况中,受测量条件限制,全息测量面有时无法做到与声源共形,限制了其应用范围。为此,综合利用统计最优平面和柱面近场声全息在重建时的各自优点,提出一种适用于的平面测量的基于柱面波函数的统计最优近场声全息方法。通过数值仿真验证了其准确性和有效性,并与平面统计最优近场声全息的重建效果进行了详细的对比分析。结果表明,对于柱状声源,该方法具有鲁棒性强,重建精度高等优点。     

基于传递函数估计的近场声全息的噪声源识别

在近场声全息(NAH)声场测量中,噪声的存在使近场声全息重建精度降低,影响声场重建的实现。本文提出一种基于传递函数估计的双测量面NAH技术,首先采用双测量面对噪声源信号进行测量,然后基于传递函数法引入一种合理的传递函数估计,结合参考传声器信号来求解全息面复声压,最后利用前后测量面数据相位差异来求解格林函数,根据声场重建公式进行近场声全息声场重建。数值仿真及重建误差分析表明,存在测量噪声影响的情况下,本文提出的方法相比传递函数法NAH重建误差更小,能够更准确地识别声源位置并提高声全息重建精度。最后对某型拖拉机前端进行近场阵列扫描试验,验证基于传递函数估计的双测量面NAH的有效性。     

基于波数域外推方法的近场声全息

在基于快速傅里叶变换(FFT)法的近场声全息技术中,为了减小算法误差对结果的影响,要求测量面(全息孔径)至少为声源面积的2倍。由于要求的全息孔径较大,该技术测量工作异常繁琐以及在大尺寸结构上应用困难。分析基于FFT法的近场声全息技术中算法误差产生的机理,并引入声压外推过程予以克服,得到基于波数域外推方法的近场声全息。该方法能有效抑制重建过程中算法误差的影响,不再须要靠增大全息孔径来减小误差,因此在小全息孔径条件下仍具有较高精度。仿真和试验结果表明,该方法在小全息孔径条件下取得了良好效果,显著减小了对全息孔径大小的要求,从而方便了工程运用。     

统计最优双面声场分离的改进算法

为了获取单个声源在多声源声场中的信息,传统的统计最优近场声全息分离方法是根据两个测量面之间的声压传递关系,用统计最优法直接分离,传统方法要求重构面和测量面的数据点数一致,重构效果依赖于测量面数据点数。为了在测量点数较少的情况下提高重构效果,提出先分别使用统计最优方法进行声场重构,使重构面数据点数多于测量面数据点数;再分别使用测量面数据和重构面数据之间的传递关系建立数学关系式,从而进行声场分离;最后,根据分离之后的测量面数据进行声场的重构和预测。通过数值仿真分析不同频率的声场分离效果,并通过试验验证了改进算法的可行性和正确性。分离结果表明,该方法不仅能减少测量点数,而且能提高分离精度,使计算更有效准确。     

非规则结构表面多声源近场声全息方法

为了提高非规则结构表面多声源声场的全息精度,提出基于目标深度识别与球面波叠加逼近的非规则表面多声源近场声全息方法。该方法使用声源空间深度识别理论,确定结构体上各声源的空间位置,在各声源处分别使用球面波的叠加描述空间声场分布,然后结合现有单原点球面波叠加近场声全息法重构声场。为了验证方法的可行性,首先使用所述方法和现有单原点球面波叠加声全息法,分别对径向脉动球与横向振动球组成的不同声场进行全息重构。结果表明,当声源集聚分布时,所述方法与现有方法均能有效全息重构声压分布,重构误差在5%以下;当声源离散分布时,现有方法失效,所述方法能够较准确地给出重构面的声压分布,主要频段内的全息重构误差小于20%。进一步的对比实验表明,在全息重构多扬声器非规则空间分布声场时,使用所述全息方法的重构误差平均下降14.08%,显著提升了多声源非规则空间分布声场的全息精度。     

声全息声压场插值重构方法研究

声全息是一种有效的声场测量分析技术,全息面上的声压重建精度直接影响声源的空间分辨率。基于空间面积分声压重建理论,提出一种融合Newton插值和克希荷夫积分的声压重构方法,通过构造测量点声压及位置声矢量的牛顿插值函数和设置全息面上的虚拟克希荷夫面,由少量麦克风测量点数据,经插值运算和克希荷夫积分重建出全息面上任意位置点上的声压值及声矢量,快速高精度实现全息面声压重构,经数值仿真分析和实验,验证了该方法的准确性和高效性。     

NEAR-FIELD ACOUSTIC HOLOGRAPHY FOR SEMI-FREE ACOUSTIC FIELD BASED ON WAVE SUPERPOSITION APPROACH

In the semi-free acoustic field, the actual acoustic pressure at any point is composed of two parts: The direct acoustic pressure and the reflected acoustic pressure. The general acoustic holographic theories and algorithms request that there is only the direct acoustic pressure contained in the pressure at any point on the hologram surface, consequently, they cannot be used to reconstruct acoustic source and predict acoustic field directly. To take the reflected pressure into consideration, near-field acoustic holography for semi-free acoustic field based on wave superposition approach is proposed to realize the holographic reconstruction and prediction of the semi-free acoustic field, and the wave superposition approach is adopted as a holographic transform algorithm. The proposed theory and algorithm are realized and verified with a numerical example, and the drawbacks of the general theories and algorithms in the holographic reconstruction and prediction of the semi-free acoustic field are also demonstrated by this numerical example.     

统计最优柱面近场声全息

由于全息声压测量点的离散性,在基于空间傅里叶变换的柱面近场声全息中会引入混叠误差;另一方面,由于测量面尺寸的有限性,会在该种全息技术中引入窗效应和卷绕误差。为了克服窗效应及卷绕误差,提出了统计最优柱面近场声全息技术,它通过空间域中全息柱面上复声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,不需要借助空间傅里叶变换来实现全息重建,故可以克服窗效应和卷绕误差。数值分析的结果表明,统计最优柱面近场声全息要优于基于空间傅里叶变换的柱面近场声全息。     

机械噪声源识别的混合波叠加法

提出了一种稳健声场的全息变换算法——混合波叠加法，它结合了波叠加法和Helmholtz方程最小二乘（HELS）方法的优点，用相对少量的测点数据就可重建任意形状源表面的声场。在半消声室里，运用29个传声器组成的“＋”字形平面传声器阵列，对一运转的电机进行噪声源识别，得到声源的空间声压场分布及声源位置，显示出混合波叠加法在工程实践中广泛的应用前景。     

混合波叠加法识别噪声源的理论与试验研究

针对基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非惟一性难题及其基于Helmholtz方程最小二乘法（HELS）特殊函数选择计算问题，提出以一种稳健的声场的全息变换算法——混合波叠加法，此法用相对少量的测点数据就可重建任意形状源表面的声场。在对典型声源进行数值仿真并验证该技术重建空间声压场精度高、精确地识别和定位噪声源后，在半消声室里，运用29个传声器组成的“＋”字型平面传声器阵列，得到音箱声源的空间声压场分布及声源位置，显示出混合波叠加法在工程实践中广泛的应用前景。     

应用近场声全息方法对噪声源的实验研究

本文介绍了可视化空间声场和定位噪声源的一种强有力工具———近场声全息技术,对理论研究方法进行了概括阐释,并通过试验研究的方式高精确的辨认来源以及邻近声场。最后精确的将声压,质点振速以及声强矢量等声学信息绘制到3D图像中,对声场进行重建。