单层传声器阵列重建相干声场的近场声全息方法研究

针对传声器阵列两侧存在相干声源的非自由声场重建问题,提出基于球面谐波函数扩展近场声全息理论的相干声场重建方法。该方法在已知测量面两侧声源几何位置时,使用单层传声器阵列获取测量面处的声压分布,通过最小二乘法获得与目标声源和干扰噪声源响应对应的最优球波函数扩展项数和最优系数向量,结合测点位置的空间坐标进行声波分解,并分别重建出各声源在测量面上的声压分布。为了验证方法的有效性,分别给出了相干噪声源为球形声源和非球形声源的仿真验证,并在全消声室内对双扬声器产生的相干声场的重建进行了实验验证。结果表明:该方法对球形声源和非球形声源干扰下的声场重建都具有较好的效果,球形声源干扰下的重建精度更高。      

消声器声学性能预测的子结构快速多极子边界元法

鉴于快速多极子边界元法的应用主要局限于单区域声学问题计算,发展基于子结构技术的快速多极子边界元法以计算多区域声场问题,介绍基本原理、具体实施过程以及优缺点.以带有插进口管的膨胀腔消声器为例,应用子结构快速多极子边界元法和传统边界元法计算其传递损失,通过与实验测量结果的比较,验证方法的有效性和计算精度.研究表明,快速多极子边界元法与传统边界元法相比,节点数越多,其在节省计算时间,减少计算量等方面的优势越明显.     

非规则封闭空间声场建模的Chebyshev-变分法及其固有声学特性分析

针对非规则封闭空间声场建模问题,提出了一种基于Chebyshev-变分原理的声场建模方法。该方法首先选取包络非规则声场的矩形空间并将此矩形空间内的声压函数展开成三重Chebyshev级数形式,然后通过坐标变换得到定义域空间中的声场势能和声场动能,最后按照里茨方法对声场的拉格朗日泛函进行求解,得到声场的特征方程并求得声场固有频率和模态。通过与曲面声场的数值结果对比,验证了本建模方法的正确性和有效性。在此基础上研究具有不同倾角的梯形声场固有特性,分析内部凹槽深度对"凹"型声场频率和模态的影响。结果表明,梯形声场模态会随着倾角增大而逐步演变;"凹"型声场低阶频率随凹槽深度的增加而逐渐减小,但第一阶频率却呈现先减小后增大的特点。      

超声探头的响应特性及暂态回波模型

建立检测系统的数学模型,可以更好地理解超声检测的物理本质。分析了超声波从产生、介质中传播、缺陷耦合以及接收的全过程,将缺陷回波表示为探头响应函数与缺陷响应的时域卷积。利用空间脉冲响应和基尔霍夫近似建立了超声波与平面型缺陷的耦合模型,用大平面试块底面回波和大平面响应进行反卷积求得了探头的响应函数,并详细分析了探头在不同偏置位置时不同大小缺陷响应的特点,发现缺陷回波由直达回波和边缘回波组成,直达回波和边缘回波极性相反,且直达回波的幅值远远大于边缘回波。      

基于声场复现的有源噪声控制支撑技术*

有源噪声控制是一种有广泛用途的低频噪声控制技术,目前已在部分场合取得商业化应用,然而该技术的大规模应用仍然面临诸多困难,声场复现技术为解决其中的关键问题提供了有效手段。该文论述了声场复现的两种实现方式(声场重构和声场再现)的基本原理、国内外现状及其在有源控制技术开发中的应用,尤其是基于声压匹配法的初级声场重构、基于球阵的声场再现以及电声器件布放优化设计。     

声源分布和超声频率对清洗声场均匀性的优化*

驻波和换能器指向性等影响声场均匀性,造成清洗死角,影响清洗效果。采用COMSOL仿真软件建立了单个换能器位于底部的三维模型,通过染色法实验结果验证模型的有效性。研究了换能器同时位于底部和侧面、多排换能器位于底部时的声场,用声压幅值相对标准差来量化均匀性,发现该两种换能器分布方式能够有效优化声场均匀性。通过调节频率研究频率对声场的影响,进一步优化声场均匀性。对声源分布的确定、频率的选择以满足声场均匀化需求有指导意义。     

基于集合卡尔曼变换的东中国海声学 敏感区判定方法*

为改善海洋与水声环境预报质量,针对常规观测成本高、资料利用率低等问题,将适应性观测方法应用于海洋声学领域。结合海洋-声学耦合模式与集合卡尔曼转换敏感区诊断方法,以东中国海宫古海峡北部区域为验证区,计算并分析不同条件下海洋环境敏感区与声学敏感区分布,通过观测系统模拟试验验证适应性观测对验证区预报的提升效果。结果表明,两种敏感区位置随时间间隔增加均向验证区上游移动,海洋环境敏感区相比于声学敏感区分布更为集中,且平移特征更明显;对海洋环境敏感区和声学敏感区添加适应性观测均能提升海洋与水声环境的预报质量,提升效果随时间间隔增加而减小,在某种类型敏感区的适应性观测对相对应参数的预报质量提升效果优于对其他类型敏感区进行观测的效果。     

方板阶梯辐射体辐射声场的计算及测试

研究了一种同相弯曲振动方板阶梯辐射体。以边长50 mm的方形平板为例,材料为钢,厚度为6mm。其第四阶本征振型的频率为19332 Hz,用同频率的纵振换能器激励其中心,会出现节线与边长成45°夹角的响应(本征振型中无)。为了获得辐射体辐射声场的高指向性,在四个板角与四条节线围成的等腰直角三角形区域加阶梯,可将平板辐射体改进成阶梯辐射体。计算得到阶梯辐射体的指向性比平板辐射体的指向性尖锐,与方板活塞辐射体的指向性相似。实验测试辐射体指向性与计算结果基本一致。进一步计算发现,方板阶梯辐射体与线性尺寸相同的矩形、圆盘阶梯辐射体比较,其频率低,指向性同样尖锐,可望应用于超声测距、料位测试中。      

双面声场反向神经网络声压外推分离

针对有限测量孔径造成的窗效应和离散传声器阵列带来的卷绕误差对双面声场分离技术的影响,提出了一种利用反向传播神经网络的全息面声压外推方法。该方法首先利用孔径内部测点平面坐标和相应声压值组成的学习样本训练神经网络,拟合出两者的函数关系。接着代入孔径外部测点坐标得到对应声压值,实现有限孔径外推。最后将已有测量值和外推测量值组成的虚拟大孔径导入双面声场分离处理。与传统外推方法相比,该方法不需要先验知识,操作简单,计算抗干扰能力强,结果准确性高。数值仿真和实验进一步验证了该方法在改善声场分离结果方面的可行性和有效性。      

圆柱腔低频声场的球谐函数分解及声场再现

针对圆柱腔低频声场的球谐函数分解,提出了基于移动式球形传声器阵列(简称球阵)测量的空间域直接求解法。利用空间域测量数据,在压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论框架下通过一次线性方程组求解,获得整体坐标系下的声场展开系数。首先讨论了感知矩阵的列相关性,比较不同球阵形式及球面采样点数目,不同球谐函数截断阶数以及空间测量位置等的影响。随后在飞机舱室模型内利用文中提出的方法求解声场展开系数,再现腔内水平面的声压分布,并与传统球坐标变换方法做比较。实验结果表明,利用空间域直接求解法,通过球面随机挑选10个采样点的刚性球阵在声腔3个位置进行声场测量,不仅能够有效求解声场展开系数,而且声场再现精度更高,同时计算效率也显著提高。