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。     

基于遗传算法的动态优化波叠加噪声源识别方法

针对现有声全息以及波束形成等方法中重建声场的虚假声源问题,提出一种利用遗传算法搜索声源位置的波叠加噪声源识别方法。该方法通过传声器阵列测量声音信号,基于时间延迟算法进行声源面的声压预估;选取预估声压峰值点作为等效源的初始位置;根据初始识别结果确定声源位置搜索的三维空间范围,以重建传声器声压误差函数作为位置评价指标,利用遗传算法动态地优化等效声源的空间位置,并实现声场的波叠加重构。对该方法进行仿真试验,得到的识别结果中旁瓣引起的虚假声源强度下降到真实声源的10%以下。试验结果表明利用该技术重建声场时,与传统的全息和阵列技术相比,可以有效消除虚假声源以及旁瓣效应,与静态波叠加方法相比,可以取得准确的声源位置和重建声压值。     

波叠加法在机械噪声故障特征提取中的应用研究

声学故障诊断中,测量到的噪声信号是现场所有声信号的混合.为提取待诊设备噪声故障特征,建立机器系统的多声源宽带相关混合声场模型,使用波叠加法重建源表面为任意形状的空间声压场分布,计算出未知声源的数目与位置.提出的算法具有计算速度快、重建精度高,能够消除其他噪声源信号的干扰,从较小的信噪比的观测信号中分离待监测源信号的功率谱,有效提取机械噪声故障特征.实验结果验证模型与算法的可行性.     

半自由场波叠加噪声源识别方法研究

提出了一种适合半自由场条件下进行噪声源识别的方法，通过仿真和实验验证了半自由场波叠加噪声源识别方法的正确性。根据波叠加方法的原理，声源产生的空间声场可以用其内部的一系列虚源点来等效代替，而虚源源强可以通过匹配场点的声压来获得，进而由这些虚源重建任意场点的各种声学量。通过阵列获取声压场，结果表示成声压等值线图、三维视图或声强矢量图，便于直观地判别出声源的位置、大小和传播路径。半自由场渡叠加噪声源识剐方法可以在半自由场条件下对任意形状物体进行噪声源识别。     

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。     

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。     

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。     

基于HELS方法的噪声诊断技术研究

基于赫姆霍兹方程最小二乘法（HELS）的噪声诊断技术,将赫姆霍兹方程应用于噪声诊断技术中,把声场中声压转化为一组线性无关的独立函数的叠加,使用最小二乘法根据已知的较少噪声信号准确高效地重建声源表面的声压。建立基于非线性优化理论的新型HELS-PSO模型进行噪声源识别和声场重建研究,在实验室中以音箱作为模拟噪声源,通过实验进行验证。实验结果验证了该算法的有效性和高效性,表明新算法的求解精度较高。     

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。     

近场声全息试验用于医用制氧机噪声控制

为了降低家用制氧机的运行噪声,采用了近场声全息技术进行制氧机噪声场数据采集和声场重建.根据声压频谱图、声压辐射云纹图、声速频谱图、空间声速分布图以及时间/频率/声压图谱等可视化信息,选择了针对声源、传播途径的隔声罩、涂敷阻尼胶、石膏板吸声和加装部件减振胶垫等简单有效的噪声控制措施.试验表明,近场声全息技术是一种有效地进行噪声源控制和声辐射特性研究的重要工具.     

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。     

一种三维质点振速传感器灵敏度测量方法

一种基于近场声全息技术的质点振速传感器灵敏度测量方法,在没有任何特殊声源或声学设备的前提下,通过测量或重建声场中的声压和法向质点振速来计算声阻抗,实现质点振速传感器的灵敏度测量。将该方法扩展至三维质点振速传感器的灵敏度测量,在测量或重建法向质点振速的同时,也测量或重建切向质点振速,实现三维声阻抗的估算,从而同时测量计算3个方向质点振速传感器的灵敏度,并通过实验验证了所提方法的有效性。     

封闭空腔内声场分析的等效声传递向量法

提出了一种用于封闭空腔内声场的计算方法--等效声传递向量法。采用位于腔体表面附近的若干虚构声源的叠加声场来等效由结构振动形成的封闭空腔声场,通过匹配振动结构表面上的法向振速获得虚构声源的源强,建立起结构表面的法向振速与腔体内场点声压的联系,并推导了结构面板声学贡献度的计算公式。计算过程避免了边界元法中复杂的数值计算和奇异积分的处理,提高了计算效率。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

高速列车风道传声特性及其优化设计

空调系统噪声是高速列车静置噪声的主要噪声源之一,改善风道传声特性是其减振降噪的关键所在。针对某高速列车阻抗复合消声风道结构,采用FE-SEA混合法,建立了风道传声特性分析模型,计算了100～3 150 Hz频率区段的风道传声特性,同时,基于声学有限元法计算了风道结构的声学模态,并据此分析了风道传声损失峰值和谷值的成因。为提高风道传声损失,分别从声学阻性和抗性优化两方面着手,对风道进行优化,包括选材、吸声包数量和位置等优化设计。计算结果表明：吸声选材优化可显著提高其传声损失,最大可达11.3 dB;吸声包数量和位置优化可提高其传声损失4.8 dB;阻抗复合优化方案最高可提高风道传声损失15.6 dB。相关结论可为高速列车空调系统减振降噪提供参考。     

旋转锯片空气动力学噪声特性计算与分析

为分析旋转刀具在气流作用下的声学特性,基于多场耦合计算方程建立了流场-结构-声场联合仿真模型,通过弹性体与流场的动力学计算得到了结构强迫振动响应,利用边界元法将振动响应信息作为声学边界,获取了锯片的声场辐射信息,噪声预估值与实测结果吻合良好。研究了锯片旋转过程中周围流场媒介的层流、湍流特性对锯片振动的影响规律;揭示了流-固耦合作用对声场时域、频域影响作用机制;确定了锯片空载噪声辐射的方向特性;分析了锯片尺寸结构对噪声的影响规律,为低噪声锯片的设计提供了参考依据。     

压缩感知声源定位方法研究*

目前声源定位主要采用波束形成算法与麦克风阵列相结合的方法。常规波束形成(Conventional beamforming, CBF)方法存在以下缺陷：① 空间分辨率受限于瑞利限;② 动态响应范围受旁瓣的影响。高级波束形成算法则存在着计算时间过长、会出现负声源或假声源等缺陷。提出一种基于麦克风阵列与压缩感知正交匹配追踪(Orthogonal matching pursuit, OMP)算法的声源定位方法。在不同频率下通过数值仿真方法将压缩感知OMP算法与CBF算法及压缩感知基追踪(Basis pursuit, BP)算法的声源定位结果进行对比。结果表明：① 与CBF算法相比,压缩感知算法显著提高定位结果的分辨率;② 当声源频率为 1 000 Hz时,测量矩阵的等距约束性常数(Restricted isometry constant, RIC)远高于FOUCART边界限,不满足等距约束性条件(Restricted isometry property, RIP),压缩感知OMP算法仍能定位出主要声源的位置,而压缩感知BP算法无法对主要声源进行定位。通过数值仿真方法对不同信噪比(Signal to noise ratio, SNR)及不同声源间距下压缩感知OMP算法和CBF算法声源定位的结果进行对比。结果表明：① 当SNR为零时,压缩感知OMP算法能对主要的声源信号进行定位,而CBF算法无法对主要声源进行定位;② 在声源频率为5 000 Hz时,OMP算法的空间分辨率为0.074 m,突破了瑞利限约束。通过试验对所提出的声源定位方法的可行性进行验证。     

Acoustic method for measuring the sound speed of gases over small path lengths

Acoustic "phase shift" methods have been used in the past to accurately measure the sound speed of gases. In this work, a phase shift method for measuring the sound speed of gases over small path lengths is presented. We have called this method the discrete acoustic wave and phase detection (DAWPD) method. Experimental results show that the DAWPD method gives accurate (+/-3.2 ms) and predictable measurements that closely match theory. The sources of uncertainty in the DAWPD method are examined and it is found that ultrasonic reflections and changes in the frequency ratio of the transducers (the ratio of driving frequency to resonant frequency) can be major sources of error. Experimentally, it is shown how these sources of uncertainty can be minimized.     

对称消声器传递损失测量及误差修正

为了提高对称消声器传递损失的测量效率，基于声学理论分析，提出了一种单负载法传递损失计算模型。针对反射系数较大的吸声末端，导致该方法在实际测量中存在较大误差的问题，推导出了一种能够消除测试管道末端反射声波在上、下游形成多次反射的修正公式。通过自制阻抗管进行试验测试，结果表明：在末端声学负载吸声性能良好的情况下，单负载法传递损失计算模型能够精确计算出对称消声器的传递损失；修正公式能够有效地消除末端负载所引起的反射波对传递损失计算的影响，降低对末端声学负载吸声性能的要求，保证单负载传递损失计算模型的适用性。