波场合成与波场分析的有源房间补偿方法

波场合成是一种空间声重放技术,利用扬声器阵列在宽阔的听音区域内重建声场。为消除或者消减听音房间的反射对重建波场的影响,利用测量环绕听音区域的闭合曲线上声压和声压梯度来分析波场,推导了基于圆形阵列进行波域分解的公式,利用多通道逆滤波进行了平面波域的房间补偿,实验结果显示该算法在整个听音区域内都是有效的。与传统补偿方法相比,边界元法所需的测量传声器数目少计算复杂度低,而波域分解具有更充分的波场分析能力,因此是一种更有效的有源房间补偿方法.      

海洋环境噪声场中声压和质点振速的空间相干

研究海洋环境噪声场中声压和质点振速的三个正交分量间的空间相干。假定海洋介质水平分层,非相关偶极子噪声源均匀分布于海面,由射线声学理论出发,导出了计算噪声场中声压和质点振速的空间相干矩阵的积分表示式。积分式中的被积函数包含一噪声强度垂直指向性因子,海洋介质分层条件通过该指向性因子影响噪声场的空间相干。针对浅海和均匀半空间环境,给出了相应的空间相干计算结果,发现海洋水文和海底对噪声场中声压和质点振速空间相干的影响不可忽略。     

基于声压振速联合信息处理的声矢量阵相干信号子空间方法

为解决水下宽带源的远程测向问题,提出了一种基于声压P与振速V的互谱矩阵的声矢量阵相干信号子空间方法。与现有的将声矢量传感器的振速信息仅仅作为独立阵元来处理的声矢量阵测向方法不同,新方法完全基于声压与振速联合信息处理,充分利用了声矢量阵中P-V互谱的抗噪能力,能将相干信号子空间方法的宽带高分辨能力及去相干能力与声矢量阵的抗噪能力有机地结合起来,实现对宽带源的远程、高分辨方位估计。理论分析给出了基于P-V互谱矩阵的宽带聚焦原理和特征分解原理,以及信源数检测准则。基于湖试数据的仿真实验结果显示,采用3元声矢量阵,在信噪比为-10dB和观测时间为20s时,新方法方位估计的均方根误差约为5°,明显强于现有方法。     

声压振速信息联合处理应用于环境噪声分析

本文将声压、振速信息联合处理应用于环境噪声分析,分析了利用新型的组合传感器采集的湖试环境噪声样本。将环境噪声场分解为不相干的各向同性分量和相干的各向异性分量,可进一步分析环境噪声场的构成及各组成分量的特性     

四个部分相干点源的完全相消干涉特性

使用部分相干光的干涉定律,对部分相干光照明呈正方形对称四孔干涉仪的干涉场做了研究.结果表明,一定条件下,可出现完全相消干涉,并存在光强和光谱相干度的相位奇点.与二个、三个部分相干点源的干涉做了比较.对所得结果物理上可解释为：虽然四个点源是部分相干的,但从两个点源出射场之和与从另外两个点源出射场之和却可能是完全相关的. 关键词： 相关奇点光学 完全相消干涉 部分相干光 刃型位错线     

基于反射系数估算的半空间边界阻抗和声源直接辐射重构

半空间中声源直接辐射声场重构的实施需要构造以边界声阻抗为参量的半空间基函数,边界声阻抗的获取则通常需要借助原位测量方法.基于半空间球面波基函数叠加的声场重构方法,通过在声源近场布置全息测量面和一支参考传声器采集声压,并以参考传声器声压重构误差取得最小值为准则,估算各全息测点的声压反射系数,就能在边界阻抗未知条件下实现声源直接辐射声压的重构,从而摆脱了常规方法对声阻抗原位测量技术的依赖.本文的目的是对这一方法进行详细的参数讨论,并在估算声压反射系数的基础上,进一步对边界声阻抗加以重构,提出一种基于近场声全息的声阻抗测量方法.以球形声源为例,对声阻抗和声源直接辐射声压的重构进行了仿真,定量地分析参考传声器坐标、边界有效流阻率和边界孔隙度随深度的降低率等参数对重构精度的影响.     

舰船辐射噪声贝叶斯方法反演浅海底层结构及地声参数EI北大核心CSCD

针对以舰船辐射噪声为参考声源的浅海海底分层结构及地声参数反演问题,研究了一种基于贝叶斯理论的浅海多层海底地声参数反演方法。反演中以舰船辐射噪声的线谱成分为研究对象,进而采用非线性贝叶斯反演方法反演浅海底层结构、层中声速、声速衰减和密度,并对反演结果的不确定性进行分析。反演结果的最大后验概率估计值和边缘概率分布分别通过拨正模拟退火算法和Metropolis-Hastings采样法在各参数先验区间内计算获得,并根据贝叶斯信息准则确定最佳海底分层结构。海上实验表明:根据该方法反演获得海底分层结构及地声参数,计算得到的声压场与实测舰船辐射噪声传播损失误差不超过10%,反演结果能够准确表征实验海区海底特征。反演结果不确定性分析表明:海底纵波声速、横波声速以及密度的不确定性更小,对声压场变化更加敏感,反演结果更有效、准确。     

基于相位调制-解调的光纤激光相位噪声检测方法研究

在主动相位控制相干合成中,常用的光纤激光主动相位控制方法主要有外差法、多抖动法和随机并行梯度下降算法等. 基于多抖动法和外差法的原理,提出了一种新型的基于相位调制-解调的相位检测与控制方法. 该方法利用周期信号对参考光进行相位调制,将调制后的参考光与待检测信号光进行相干检测,通过对相干光强信号和相位调制信号的融合处理,实现相位噪声的检测和控制. 对该方法进行了数值模拟和实验研究. 实验结果表明,对于频率为2 kHz,噪声范围为[0,2π)的正弦噪声,相位检测精度优于λ/50,控制精度可达 关键词： 光纤激光 相干合成 相位噪声检测 调制-解调     

基于频带分解和距离加权的单矢量水听器浅海被动测距方法研究

本文针对浅海环境下中低频宽带脉冲声源被动测距问题, 提出了一种声压和水平振速联合处理的被动测距方法. 在浅海波导中, 声压和质点振速的自相关函数卷绕(warping)谱具有稳定的频率特征. 声压和水平振速的自相关卷绕谱具有相同的准线谱特征, 垂直振速自相关卷绕谱具有宽谱叠加线谱的特征, 与声压自相关卷绕谱相比, 其尖峰个数比更多, 且尖峰宽度更宽. 利用引导源, 本文提出了基于频带分解和距离加权的声压和水平振速联合被动测距方法. 利用该方法对2008年冬季青岛海域综合实验中单矢量水听器接收的气枪信号进行处理, 结果表明, 该方法能够实现气枪声源的有效测距. 与传统单声压水听器被动测距方法相比, 该方法可以有效减小代价函数的主瓣宽度、提高测距精度.     

任意体目标激光波束的散射场量统计矩及非相干分量比

推导了任意体目标高斯波束的散射场量本征统计矩.以椭球体目标为例,通过数值方法研究体目标在激光波束入射下,三种不同材料的单站散射场量互相关函数、协方差及其非相干散射分量比.数值计算椭球类目标非相干散射分量比随散射角的变化情况,结果表明:目标非相干分量在总散射分量中的比重较小,目标姿态、表面材料及其粗糙度对其散射场量非相干分量比有影响,粗糙面越光滑,非相干分量比越小;金属类材料比非金属镀漆材料的非相干分量比小;具有缩比关系的目标散射场量的非相干分量比的分布趋势基本相同,仅其数值略微有些差别.     

Scan-based near-field acoustical holography and partial field decomposition in the presence of noise and source level variation

Practical holography measurements of composite sources are usually performed using a multireference cross-spectral approach, and the measured sound field must be decomposed into spatially coherent partial fields before holographic projection. The formulations by which the latter approach have been implemented have not taken explicit account of the effect of additive noise on the reference signals and so have strictly been limited to the case in which noise superimposed on the reference signals is negligible. Further, when the sound field is measured by scanning a subarray over a number of patches in sequence, the decomposed partial fields can suffer from corruption in the form of a spatially distributed error resulting from source level variation from scan-to-scan. In the present work, the effects of both noise included in the reference signals, and source level variation during a scan-based measurement, on partial field decomposition are described, and an integrated procedure for simultaneously suppressing the two effects is provided. Also, the relative performance of two partial field decomposition formulations is compared, and a strategy for obtaining the best results is described. The proposed procedure has been verified by using numerical simulations and has been applied to holographic measurements of a subsonic jet.     

Partial field decomposition of multi-source cyclostationary sound field

The cyclostationary sound field is a kind of special non-stationary field which has obvious modulation phenomena. Conventional planar near-field acoustic holography (PNAH) technique cannot exactly reflect its modulation characteristics. If the cyclic spectral density (CSD) instead of the complex sound pressure is adopted as the reconstruction variable, the modulating wave and carrier wave components of the cyclostationary sound field can be extracted effectively. A new technique called cyclostationary PNAH utilizing the CSD is proposed in this paper. Based on this technique, the problem of partial field decomposition by singular value decomposition (SVD) of multiple incoherent cyclostationary sound sources is researched. The results of numerical simulation and experiments show that the CPNAH technique and SVD decomposition method are effective.     

基于脉冲声分离的刚性球散射声控制

提出了一种基于脉冲声的三维空间中刚性球散射声分离方法,并利用前馈、固定系数控制方式对分离出的散射声进行有源控制,抑制散射声强度,实现了刚性球散射体在观测点处“声学不可见”。该方法利用脉冲信号作为初级噪声,通过有无刚性球时传声器采集脉冲信号的差值确定散射声大小,实现散射声与声源直达声的分离。对分离出的散射声进行多通道有源控制以验证该文所提分离方法及控制系统的有效性。实验结果表明,700~1000 Hz范围内,有源控制开启后,双通道散射声的平均降噪量大于5 dB,多通道散射声的平均降噪量大于8 dB,且误差传声器处采集的残余声场与无刚性球时采集的初级声场信号波形基本一致,实现了刚性球散射体在误差传声器处“声学不可见”。此外,参考传声器布放位置的选取问题也在该文做了详细讨论。     

Application of cylindrical near-field acoustical holography to the visualization of aeroacoustic sources

The purpose of this study was to develop methods for visualizing the sound radiation from aeroacoustic sources in order to identify their source strength distribution, radiation patterns, and to quantify the performance of noise control solutions. Here, cylindrical Near-field Acoustical Holography was used for that purpose. In a practical holographic measurement of sources comprising either partially correlated or uncorrelated subsources, it is necessary to use a number of reference microphones so that the sound field on the hologram surface can be decomposed into mutually incoherent partial fields before holographic projection. In this article, procedures are described for determining the number of reference microphones required when visualizing partially correlated aeroacoustic sources; performing source nonstationarity compensation; and applying regularization. The procedures have been demonstrated by application to a ducted fan. Holographic tests were performed to visualize the sound radiation from that source in its original form. The system was then altered to investigate the effect of two modifications on the fan's sound radiation pattern: first, leaks were created in the fan and duct assembly, and second, sound absorbing material was used to line the downstream duct section. Results in all three cases are shown at the blade passing frequency and for a broadband noise component. In the absence of leakage, both components were found to exhibit a dipole-like radiation pattern. Leakage was found to have a strong influence on the directivity of the blade passing tone. The increase of the flow resistance caused by adding the acoustical lining resulted in a nearly symmetric reduction of sound radiation.     

可压缩涡流场中空泡运动规律及声辐射特性研究

基于可压缩流体力学基本理论, 通过边界积分方程, 采用不同表面压力模型, 求解空泡在计及可压缩性的涡流场中的运动规律; 通过表面离散及坐标变换, 采用Kirchhoff动边界积分方程, 将空泡表面视为运动变形边界, 作为直接噪声源, 获得涡流场中空泡运动产生的时域声压分布; 分析了涡流场参数对空泡运动规律及声辐射特性的影响. 研究结果表明: 计及流场可压缩性, 空泡的脉动幅度会随时间减弱, 辐射声压幅值随之减小; 空泡在涡流场中会发生延展、 颈缩、 撕裂, 并在撕裂后子空泡中形成射流; 当流场中的压力减小时, 空泡运动过程中的最大半径与撕裂前的最大长度逐渐增加, 且当流场中压力较小时, 空泡撕裂时形成的子空泡增多; 空泡辐射声压的指向性较弱, 撕裂会使辐射声压产生突变, 形成极大峰值; 随着涡通量的增大或空泡数的减小, 空泡脉动周期及其诱导的辐射声压波动周期随之延长, 辐射声压峰值逐渐滞后并减小. 本文结果旨在为涡流场中空泡运动规律及声辐射特性的相关研究提供参考. 关键词： 可压缩 涡流场 空泡 声辐射     

水下复杂壳体结构在多源激励下的振动及声辐射特性研究

为了综合评估水下复杂壳体结构在多源激励下的振动与声辐射特性,专门设计了一个多舱段复杂壳体模型,分别进行了单台设备激励、多台设备激励的壳体振动与声辐射试验。试验结果表明,多源激励下的结构响应和辐射声场可以近似为单源激励下结构响应和辐射声场的非相干叠加。通过对激励源与结构响应、辐射声场之间传递关系的理论分析,讨论了以单源激励响应非相干叠加合成得到多源激励响应的合理性和误差。研究结果对复杂壳体结构在实际激励下的振动与噪声预报具有重要价值。      

基于等效源法和双面质点振速测量的声场分离方法

目前基于等效源法的声场分离方法有两种输入方式, 一种以双测量面上的声压为输入, 另一种以单测量面上的声压和质点振速为输入. 本文以双测量面上的质点振速为输入, 提出一种新的基于等效源法的声场分离方法. 首先给出了该方法的理论推导, 然后通过数值仿真和实验验证了该方法的有效性. 通过与基于双面声压测量的声场分离方法的比较, 证明了该方法在分离质点振速方面的优越性. 此外, 在仿真中还研究了干扰声源强度和测量面间距对分离精度的影响. 关键词： 声场分离 质点振速测量 等效源法 近场声全息     

非均匀流体介质内部散射声场重建的逐层计算方法*

入射声波激励下非均匀流体介质内部散射声场的重建方法对超声层析成像具有重要意义。以往采用矩量法求解,但该方法全域离散形成的复数满秩矩阵规模随着分辨率与计算精度的提高而急剧增大,对算力具有很高的要求,一定程度上限制了其在实际中的应用。为克服上述缺陷,本文以逐层离散、逐层计算为核心思想,以声散射基本公式与近场声全息理论为基础,推导出逐层计算非均匀流体介质内部散射声场的理论公式并给出对应的几何离散模型。为验证该方法的可行性,以矩量法为参照,对同样的介质模型进行介质内部声场重构仿真。结果表明,逐层算法不仅可以有效地重建非均匀流体介质内部散射声场,且大幅度减小了求解规模。