基于波束形成的多类型多声源定位研究

为实现空压机多噪声源的准确定位,仿真对比了多种近场球面波多声源定位算法。基于时域波束形成,研究了相同声源平面、不同声源频率、不同声源纵向距离、不同声源强度下多声源定位以及声源频率、声源纵向距离和声源强度多因素联合的多声源定位仿真方法,模拟了更接近实际的噪声源类型。基于频域波束形成,仿真研究了1400 Hz,2400 Hz,3400 Hz,4400 Hz的多声源。分别利用互功率谱波束形成和除自谱的互功率谱波束形成,仿真研究了相干声源和不相干声源。开发了阵列声成像测试平台,运用频域波束形成和功率谱波束形成对空压机进行了定位试验研究。结果表明,1400 Hz下空压机的主要噪声源是气缸盖、空气滤清器和曲轴附近的机体,这可为空压机减振降噪改进设计提供依据。     

近场声全息技术方法简介

随着科学技术的不断进步和人民生活水平的不断提高,噪声已成为环境和产品评价的一项重要指标,军事、交通运输、航空航天、工程机械等领域如何降低噪声水平也成为一个倍受关注的课题。噪声控制需要从声源控制、传播途径控制和受者保护三方面进行,一般来讲,声源控制是噪声控制中最根本、最有效的手段,而主要声源的定位与识别也是噪声控制工程的关键问题。从声源方面入手控制噪声就是要正确识别和定位声源,获得声源的声辐射特性。近场声全息技术突破了传统上通过测量声源表面振速信息计算声场辐射特性方法的瓶颈,而将声辐射问题转化为逆问题来…     

模拟退火遗传算法在多声源定位中的应用

利用声源定位技术测量弹丸落点坐标时,针对多发炮弹短间隔连续射击试验中,传感器接收信号的时序关系复杂,严重影响声源定位结果准确性的问题,提出了采用模拟退火遗传算法实现短间隔连续多声源目标的精确定位。试验测试了发射间隔为0.15 s的7发炮弹在600 m×600 m区域内的定位情况,结果表明:文章的算法能快速有效的对短间隔连续多声源目标进行定位解算,定位精度小于5 m。     

基于平面声源进行结构声辐射有源控制的实验研究

采用分布式平面声源作为次级声源,对振动钢板的声辐射进行了抵消实验,验证了以往研究中的一系列关键理论。实验研究结果表明:一个平面声源可以控制钢板奇-奇模态的声辐射,两个平面源可以控制结构偶-奇或奇-偶模态的声辐射,同时也可以控制结构奇-奇模态的声辐射;平面声源的面积和布放位置对降噪效果有重要影响,采用单个平面声源控制时,平面声源面积越大,控制效果越好;基于近场声压的误差传感策略是有效可行的,实际中,将近场测量面的声功率作为有源控制的目标函数与总声功率作为目标函数是一致的;控制后远场声压和声强都得到有效降低,部分区域的声能向声源流动,近场声压及声强分布也发生显著变化。     

近场头相关传输函数的多声源快速测量系统设计与验证

近场头相关传输函数(HRTF)是双耳听觉科学研究和虚拟听觉重放应用的重要基础数据。近场HRTF测量系统要求具有高的测量效率、精度和重复性,以至于目前未见文献解决真人受试者的近场HRTF测量困难。本文研究并实现了一种计算机控制的近场HRTF的高效测量系统,并提出系统的快速校准方法,首先实现了真人受试者的近场HRTF测量。通过声学、机械与电子硬件和软件的综合设计,提高了测量效率。通过准确校准声源、受试者和双耳传声器的位置,提高了测量精确度和重复性。系统可用于1.0 m范围内不同声源距离的真人受试者以及人工头的近场HRTF测量,单个声源距离的全空间近场HRTF测量时间减少至20 min以内。测量结果表明,系统测量精度满足实际需求,可用于科学研究和个性化近场HRTF测量及数据库建立。      

基于统计最优和波叠加的联合局部近场声全息

提出了一种基于统计最优近场声全息和波叠加法的联合局部近场声全息技术。首先利用两次统计最优近场声全息的声源定位结果来指导配置等效源,其后利用波叠加法进行局部声场重构。该技术适合于中低频声场的局部重建,计算快速,重建精度高;可以在测量数据有缺失的情况下重建声场。进行了脉动球声源模型的数值仿真,并在半消声室内对电机噪声源进行了实验,仿真实验都准确地重构了声源所辐射的外部声场。该技术可以重建任意类球形声源辐射的声场。      

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

采用声场成像的声源自适应降噪方法

针对现有声音定位技术动态适应能力弱的问题,基于由21个MSM261S4030H0组成的麦克风阵列群和声波接收时间差算法实现的声源定位技术,提出声源自适应降噪方法.该方法在声场成像的基础上,通过能根据声源实际情况调整参量的异常值剔除和迭代修正复合式降噪过程,兼顾定位的准确性和实时性,实现8 m内的声源自适应定位.     

一种改进的弹丸落点声学定位方法

研究了基于传感器阵列的声源定位技术,并在此基础上提出了一种改进的最小二乘声源定位方法。首先,根据风速、风向、温度对声速的影响,建立了观测值修正模型,再根据误差传播特性合理分配权阵,然后用最小二乘法进行定位解算;考虑观测值中可能含有粗差,将IGG3抗差模型加入到数据处理中,以提高系统的抗干扰能力;另外,通过观察残差向量,判断可能出现时序错误的观测值,再对时序不断调整,解决多声源时序混乱的问题。最后,通过对试验数据解算分析,证明本文方法的有效性和可行性。试验结果表明:改进的最小二乘声源定位方法可使定位误差达到4 m以下。本文所提方法不仅能有效降低粗差的影响,而且可准确处理多声源定位中观测值时序关系混乱的问题,可靠性较高。本文的研究内容紧密联系实际,可为声源定位设备的设计和应用提供参考依据。      

分布式压缩感知麦克风阵列多声源方位估计*

麦克风阵列已被广泛应用于音/视频会议等人机交互领域中时,多声源应用场景对声源方位估计性能提出了更高的要求。压缩感知(CS)声源定位算法将声源定位问题转化为信号的稀疏重构问题,相比传统的定位算法如相位变换加权（SRP-PHAT）和时延累加定位（DS）能够获得较高的定位性能,但多声源的存在一定程度上降低了稀疏程度,影响了CS重构性能。考虑到传统的CS定位算法并未利用多个连续语音帧之间声源空间向量的共同稀疏性,提出采用分布式压缩感知（DCS）理论以改善多声源的稀疏恢复估计的性能。仿真和实验结果表明,相比于传统定位算法和CS-OMP算法,DCS-SOMP算法在不同信噪比和不同声源强度的环境中,对多声源的方位估计都具有更好的定位性能和定位稳健性。     

内部体积源作用下的圆柱壳内外声场特性

圆柱壳内各型体积源辐射噪声特性研究是声场建模和声场预报的前提.为了研究具有指向性的大尺度体积源特性对水下航行器结构内外声场的影响,本文结合薄壳理论、等效源和柱腔Green函数构造了体积源激励下的壳体振动耦合方程,研究了体积源表面声散射作用和指向性强弱对圆柱壳内外声场的影响.数值计算结果表明,体积源构造的准确性与其等效源位置有关,等效源配置在体积源几何中心与其结构表面之间0.4—0.6时,可以提高声场计算结果的准确性;大尺度体积源表面的声散射作用会导致壳体内部声场结构发生改变,内声场声腔共振峰发生偏移,并且在部分频段引起较强的声透射现象;此外,体积源指向性变化对壳体内外声场强弱影响较小,其显著作用表现在改变了外辐射声场的远场指向性.该研究结果对噪声预报和控制有一定的参考价值.     

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     

基于时域多普勒修正的运动声全息识别方法

由于运动声源测量信号中多普勒效应的存在,一般声全息方法无法直接使用,而阵列信号波束成形处理方法无法进行定量分析.本方法建立了基于测量面、辐射面和全息面的运动学几何关系,提出了声源与测量信号之间的非线性时间映射方法,基于运动声源的声源特征函数,构造了消除多普勒效应的全息面时域声压分布.全息重建得到运动声源表面有效声压分布,实现了对主要声源处声压幅值的定量估计.实际运动声源的测量实验结果证明了该方法的有效性.     

有限长线声源斜面声场分析

为了进一步研究有限长线声源的声场特性,完善有限长线声源声场理论,建立了有限长线声源斜面声场的模型,提出了其理论计算方法。基于仿真结果和数据分析,探讨并得到了有限长线声源斜面声场特性的三个参数与斜面声场特性之间的关系。通过调整斜面倾角α、交点的位置r0以及有限长线声源的长度L,可以有效改善斜面声场的分布。     

Sound propagation from the shelfbreak to deep water

Motivated by a phenomenon in an experiment conducted in the Northwestern Pacific indicating that the energy of the received signal around the sound channel axis is much greater than that at shallower depths,we study sound propagation from the transitional area(shelfbreak)to deep water.Numerical simulations with different source depths are first performed,from which we reach the following conclusions.When the source is located near the sea surface,sound will be strongly attenuated by bottom losses in a range-independent oceanic environment,whereas it can propagate to a very long range because of the continental slope.When the source is mounted on the bottom in shallow water,acoustic energy will be trapped near the sound channel axis,and it converges more evidently than the case where the source is located near the sea surface.Then,numerical simulations with different source ranges are performed.By comparing the relative energy level in the vertical direction between the numerical simulations and the experimental data,the range of the air-gun source can be approximated.     

高能超声制备碳纳米管增强AZ91D复合材料的声场模拟

建立了高能超声制备碳纳米管增强AZ91D复合材料的声场计算模型, 并采用有限元方法计算了20 kHz超声直接作用下AZ91D熔体的声场分布, 熔体声场呈辐射状分布, 距离声源越远, 声压幅值越低. 采用超声作用下单一气泡变化模型描述超声作用下AZ91D 熔体中的空化效应, 通过对Rayleigh-Plesset方程的求解, 得到了不同声压作用下气泡的变化规律, 获得了声压幅值与熔体空化效应的关系, 声压幅值越大, 气泡溃灭半径阈值越小, 熔体发生空化效应越容易. 计算了固定坩埚尺寸、不同超声探头没入熔体深度情况下的声场, 得到了超声探头最优没入深度为30 mm左右. 将声场计算结果以及AZ91D熔体中空化效应的发生规律进行综合分析, 得到了超声功率对有效空化区域的影响规律, 超声功率较大时, 有效空化区域体积随超声功率近似成线性增大. 最后, 通过甘油水溶液超声处理实验, 验证了模拟计算的准确性.     

Sound velocity change in doped displacive ferroelectrics

An expression is obtained for the sound velocity change in doped displacive ferroelectrics, in the presence of an electric field by considering higher order anharmonic terms in the modified Silverman-Joseph Hamiltonian. The mass and force constant changes due to impurity may give cancellation effects. The presence of higher order anharmonicity decreases the sound velocity which in turn varies with the applied electric field. The sound velocity decreases anomalously near the Curie temperature.     

管道后传声数值模拟的不稳定波抑制

在管道后传声的数值模拟中,必须考虑平均流剪切层的散射效应,然而在非均匀剪切流动下时域求解线化欧拉方程会面临Kelvin-Helmholtz不稳定波产生和放大的难题。已有的不稳定波抑制技术通常很难获得令人满意的结果。本文采用一种混合方法,首先引入有限时段的宽频声源波包将声波和不稳定波分离,进而采用声源滤波器技术对不稳定波进行抑制。数值验证算例选择半无限长轴对称环形硬壁直管道,采用计算气动声学方法时域求解2.5维线化欧拉方程,无背景流动的数值解与解析解符合很好,验证了程序的精度与可靠性,非均匀流动算例则表明所采用波包加声源滤波器混合方法对不稳定波抑制效果明显,对声场影响很小,充分显示了该方法的精度与可行性。     

单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法

为了重构非自由声场中目标声源的声场响应,提出单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法.以球面波函数为基函数,建立由系列球面波函数叠加表达的声场数学模型.基于近场声全息原理,利用单层传声器阵列面上空间重采样形成的两组声压测量信号,求解基函数系数,并重构出传声器阵列两侧声源各自的声场响应,实现声波分离.使用脉动球和振动球共同作用的非自由声场,检验了数学模型以及传声器信号信噪比、传声器阵列形状和面积、声源中心位置、频率等关键参数对声波分离精度的影响,并在全消声室内进行了实验验证.最后,对单层传声器阵列重采样的声波分离方法的实施给出了建议.