统计最优近场声全息重建精度和计算速度优化方法

分析了统计最优近场声全息(Statistically optimized nearfield acousticholography,简称SONAH)的重建过程发现采用SONAH重建噪声源表面法向振速时误差较大的原因在于正则化参数选取较小。在此基础上提出一种单元平面波优化选择方法,该方法保留了单元平面波中的全部传播波和部分倏逝波,去除了一些较高波数的倏逝波成分,保证了重建过程中正则化参数的准确选取。另外,采用单元平面波优化选择方法还可以降低SONAH中传递矩阵的阶数,从而解决SONAH的计算速度随着测量点数目的增加急剧变慢的问题。通过数值仿真和实验对所提出的单元平面波优化选择方法的有效性进行了验证,结果表明采用该方法后SONAH的计算速度和法向振速的重建精度都得到了较大提高。      

采用连续/不连续单元边界元法的声学灵敏度分析

采用连续单元与不连续单元混合离散建模的方法,将源点与场点分别划分为连续单元与不连续单元,由于两种网格节点互不重合,从而可以有效避免边界元法中奇异积分的问题。该方法简单易执行,利于工程应用。将该边界元公式应用于声学灵敏度分析中,所得的公式可以用来计算设计参数的改变而导致的场点声压改变量,为验证这一方法的正确性,以脉动球为例进行声灵敏度计算,并与常单元方法比较,证实了该方法的准确性。      

分部优化正则化在近场声全息技术中的应用

在基于等效源法近场声全息技术的基础上,对稳定重建过程不适定性的正则化技术进行深入研究.为改善正则化效果,综合考虑Tikhonov正则化和截断奇异值法,提出一种新的分部优化正则化技术.该技术兼取了两种方法的优点,比Tikhonov正则化稳定,避免了过滤波等正则化失效的情况;比截断奇异值法精度高,包含了更多的细节信息.通过对简支板的数值仿真,分别和Tikhonov正则化和截断奇异值法进行了比较,说明了本文所提方法稳定性较好和精度较高的优点.最后通过实验研究进一步证明了本文方法的有效性和正确性.     

基于分布源边界点法的局部近场声全息技术

为了克服基于分布源边界点法的近场声全息技术在小全息孔径条件下造成的重建误差问题,提出了基于分布源边界点法的局部近场声全息技术.该技术运用分布源边界点法,采用测得的较小全息面上的声压数据来外推较大全息面上的声压数据,然后用外推的数据进行全息重建.仿真和实验结果验证了采用该技术在小全息孔径条件下进行声源局部重建的有效性.     

基于声压-振速测量的单面声场分离技术

在近场声全息技术的基础上,研究了基于声压-质点振速测量的单面声场分离技术.分析了现有基于Fourier变换的单面声场分离技术中的奇异性问题,并应用波数域谱平均法提出了去除奇异性的修正声场分离公式.为改善分离效果,减小由于Fourier变换引起的卷绕误差等因素的影响,基于统计最优近场声全息提出了一种新的单面声场分离方法.通过仿真分析对各种单面声场分离方法做了比较,并用Microflown公司的声强探头做了基于声压-振速测量的单面声场分离实验研究,验证了提出的修正公式和基于统计最优单面声场分离方法的正确性和有效性. 关键词： 声场分离 近场声全息 统计最优 Fourier变换     

预测声屏障插入损失的抛物方程法及其初始声场研究

Salomons建立的抛物方程(CNPE)方法可以预测非均匀环境中的声屏障插入损失。但是该方法在声屏障与声源距离较近时会产生较大误差。文中通过理论分析发现产生该问题的原因在于CNPE方法所使用的Gauss初始场仅适用于小仰角(10°以内)范围内的声波。为解决Gauss初始场引起的问题,推导了可以用于较大仰角声波的更高阶数的Gauss初始场。通过数值仿真对比了不同阶数的初始场在CNPE方法中的效果。结果表明:4阶初始场是最适合CNPE方法的初始场,将该初始场与CNPE方法相结合,可以准确预测当声屏障与声源距离较近时的插入损失.      

矩形测量面扫描测量声强时扫描路径研究

采用扫描法测量声强具有测量精度高、测量效率高的特点。扫描测量面的形式有多种,测量面上的扫描路径形式也有多种,扫描面形式及扫描路径的形式的确定是实施扫描测量前要解决的问题之一。矩形测量面是声强扫描时最常用和最容易实现的一种扫描测量面。对矩形测量面上几种扫描路径的分析研究结果表明:在速度恒定、声源稳定的前提下存在许多真实的扫描路径,只是有些扫描路径不能做到简单易行。扫描路径是否为真实的扫描路径与扫描速度无关,但扫描的收敛速度与扫描路径形式有关,在直线加半圆、方形、锯齿形三种扫描路径中,锯齿形扫描路径收敛速度最快,扫描面大小对扫描误差影响不大。     

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.     

联合波叠加法的全息理论与实验研究

当空间声场中同时存在多个相干声源时，运用常规近场声全息方法无法重建每个相干声源表面的声学信息，当然也无法预测每个声源单独产生的空间声场，相干声场的全息重建与预测已成为全息技术推广应用过程中亟待解决的问题.在提出联合波叠加法并将其应用于空间声场变换的基础上，对其进行了实验研究.通过对实际相干声场的全息重建与预测，验证了常规波叠加法在相干声场重建中的局限性、联合波叠加法在相干声场全息重建与预测过程的可行性和准确性，还研究了Tikhonov正则化方法在抑制声学逆问题的非适定性中的有效性和滤波系数的选择原则的可行性，以提高全息重建与预测的精度. 关键词： 近场声全息 联合波叠加 相干声场 Tikhonov正则化     

基于等效源法的平面近场声全息及其实验研究

目前的平面声源全息重建与预测的主要方法是基于FFT的近场声全息技术,但是该方法存在卷绕误差、边缘重建误差等很多固有的影响重建精度的因素,有时甚至会导致重建结果严重失真。本文提出将等效源法应用于平面声源的全息算法,由于该方法不涉及到波数域空间变换,所以避免了卷绕误差和边缘重建误差,简化了计算过程,有利于工程实际推广。文中首先从理论上推导出了等效源法用于平面声源的理论模型,并以点激励固支板的声辐射实验,验证了该方法的正确性和有效性.