利用声辐射模态对声场进行重构

声辐射模态是定义在振动表面上的一组互相独立的基函数,描绘了振动表面的多极子辐射模式。本文利用声辐射模态对平板辐射的声场进行重构，并同时就频率和模态数对误差的影响进行了分析。针对复杂振动表面幅射的声场，重构时需正则化处理。数值计算结果和对应的理论值达到很好的吻合。     

利用声辐射模态重构任意目标的散射声场

水下目标散射声场的重构可以作为水下目标散射特性的研究基础。本文主要利用声辐射模态对水下目标进行散射声场重构研究。首先,在借助声传递矩阵给出的任意结构声辐射模态的流体域求解方法基础上,通过理论证明了目标的散射声压与声辐射模态具有函数关系。其次,借助声场分布模态的概念,同时考虑到声场分布模态病态及声压测量易受噪声污染,提出基于声辐射模态的正则化散射声场重构算法。仿真结果表明,波数越低,重构所需声辐射模态阶数越少,在较高波数时仅需总模态数的大约20%即可对声场进行重构。与基于边界元的声场重构算法相比,计算量减小了至少80%,且克服了赫姆霍兹积分方程最小二乘法仅对球壳结构的重构效果较好而不适用于长条形结构重构的缺陷。     

声辐射问题中的模态分析:I理论

针对复杂振动表面的声辐射问题,提出一种模态分析方法。在振动表面上所有法向振速分布构成一个Hilbert空间;并在此Hilbert空间中,定义了一个包含声辐射性质并且是线性自伴正的算子。通过这个算子,确定了在Hilbert空间中的一组基函数,作为辐射模态,描述了振动表面的辐射模式。基于辐射模态,应用Helmholtz单层势构造了一组声场基函数,作为声场分布模态,描述了辐射声场的分布模式。声辐射行为可用辐射模态和声场分布模态展开表示。一种模态分析的方法引进声辐射问题的研究之中。     

复杂结构声辐射模态的计算

结构辐射阻矩阵的特征向量就是其声辐射模态,复杂结构的辐射阻矩阵获取困难阻碍了声辐射模态理论的进一步应用。为此提出一种基于等效源方法的复杂结构辐射阻矩阵计算方法,由此形成了一套完整的计算复杂结构声辐射模态方法。最后通过仿真算例对影响结构辐射阻矩阵计算精度的因素进行了分析,给出了复杂结构辐射阻矩阵构造的一般原则。理论推导和数值仿真算例表明所提出的复杂结构声辐射模态计算方法是有效的。该方法简化了复杂结构声辐射模态的计算,计算效率较高。     

声辐射问题中的模态分析:Ⅲ.声场重构

声辐射模态是定义在振动表面上的一组互相独立的基函数,描绘了振动表面的多极子辐射模式。声场分布模态是定义在声场中的一组互相独立的基函数,描绘了多极子辐射的声场分布模式。振动表面的声辐射可以唯地用声辐射模态和声场分布模态展开表示。对于声场重构,关键问题就是确定展开系数。在声场中选择N个测量点,测量声场的有关声学信息,求斛展开系数,从而重构整个声场。针对平板辐射和球形声源辐射的声场进行重构,数值计算的结果与理论分析结果一致。     

声场重构的声辐射模态阶数分析

利用声辐射模态法对椭球状声源辐射声场进行重构,分析了模态阶数对相对误差的影响,以及模态阶数与频率的关系;同时深入探讨了声源形状变化对模态阶数选取的影响。研究发现利用较少的模态阶数即可得到很好的重构效果,且声源形状的变化对重构所需模态阶数的影响较小,因此可将该方法用于任意形状声源的重构,体现了此方法在声场重构中的优越性。     

声辐射问题中的模态分析,Ⅱ.实例

声辐射模态和声场分布模态分别描述了复杂振动表面的辐射模式和声场的分布模式。通过数值计算,揭示声辐射模态和声场分布模态的物理含义。针对球形声源、旋转体声源和立方体声源,给出了声辐射模态和声场分布模态的几何图案。第一阶模态表示单极子辐射行为,第二阶到第四阶模态表示偶极子辐射行为,第五阶到第九阶模态表示四极子辐射行为。声辐射模态和声场分布模态将多极子分解方法应用于复杂声源声辐射问题的讨论。     

利用高分子压电薄膜设计声辐射模态传感器

首先对声辐射模态进行改进,使声辐射模态形状在中、低频时与频率无关。然后在此基础上,以振动梁为例,提出通过设计特定形状的高分子电压薄膜作为传感器测量声辐射模态的伴随系数。实验结果表明这种声辐射模态传感器的设计是可行的。     

基于声辐射模态的有源结构声传入及其辐射控制

从辐射模态的概念和角度研究利用结构误差传感方法对弹性封闭空间结构声辐射进行传感和有源控制。首先分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系。通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射传感和有源控制模型,并提出了通过传感器阵列测量结构表面有限点的振速分布和设计特定的辐射模态空间滤波器来获得控制所需的误差信号。在此基础上对封闭空间结构声辐射有源控制和误差传感策略进行了深入的理论和数值仿真分析,重点讨论了传感器的数量和布放对辐射模态传感及其有源控制效果的影响。结果表明:辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;利用结构传感技术传感封闭空间的辐射模态时测点不足或空间采样不足将可能产生较严重的模态泄漏问题,使得不希望的结构模态泄露进所测的辐射模态当中来。在低频范围内,一般只需传感并最小化前三阶有效辐射模态声势能,在更低频和空间声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样。     

基于声辐射模态讨论声能量辐射与传递

声辐射模态表示了振动声源表面的辐射模式。基于声辐射模态讨论了振动声源表面声能量辐射和声场中声能量传递的性质,给出声能量辐射和传递的模式。采用表面声强描述振动声源表面的声能量辐射,采用声强描述声能量在声场中的传递。表面声强和声强可分解成两部分,一部分将辐射的声能量传递到远场;另一部分表现为振动声源与声场之间的能量交换。针对矩形板分析了声能量辐射和传递,数值计算结果与理论结果一致。结果表明基于声辐射模态讨论声能量辐射与传递是可行的和有效的。     

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.     

基于分子弛豫模型的混合气体多物理场二维重建算法

基于气体分子弛豫模型,研究声波传播的弛豫吸收与混合气体浓度及温度的关系,以CO-N₂-O₂混合气体为例,分别建立声速和声弛豫吸收同混合气体温度、浓度关系的三维模型.提出一种在二维空间中同时重建混合气体的温度场、浓度场和流场的算法,并对混合气体多物理场进行仿真重建.数值实验证明了算法的可靠性及实际应用的可行性,并可以将此算法应用到其它混合气体的测量,为混合气体的复杂多物理场测量提供了一种新的有效测量方法.     

Theoretical and experimental investigation of holographic reconstruction and prediction of multi-source hybrid acoustic field

Recently, NAH has been developed as an efficient tool for noise identification, noise localization and acoustic field visualization. Compared with the traditional acoustic ra-diation calculation problem, the solving problem in the NAH is an inverse acoustic problem. By measuring partial acoustic field information, such as complex pressures or particle velocities on the hologram surface, but not the surface normal velocities of the vibrating body, the surface information can be reconstructed,…     

半自由声场的全息重建和预测实验研究

半自由声场环境下的声源重建和声场预测研究对声全息技术走向实际应用具有非常重要的意义.在提出基于分布源边界点法的半自由声场全息重建和预测方法的基础上,对此展开了实验研究.并将重建和预测的结果与常规方法重建和预测的结果进行了比较和讨论,说明了重建预测过程中反射声压的影响和考虑反射声压的必要性,证明了所提出方法在解决半自由声场环境下存在地面反射时的声源重建和声场预测时的有效性和准确性.还提出了采用奇异值截断滤波和Tikhonov正则化方法来削弱测量误差的影响,从而进一步优化了重建结果,提高了全息成像的可信度.关键词：声全息半自由场边界点声辐射反射声     

看不见的“手”——声辐射力及其应用

声波是在弹性介质中传播的经典机械波。当声波在物体表面发生反射、折射、散射等效应时,会与物体产生动量与能量的交换。这种交换在宏观上表现为声波对物体施加力的作用,称为声辐射力,瑞利和朗之万两位科学家正是声辐射力的最早发现者。经过一百多年的探索,声辐射力的基本理论和研究方法已经得到极大的丰富和发展,成为声学的前沿与热点问题。与此同时,在生物医学、材料科学、纳米科学等领域,基于声辐射力的无损精准操控技术正受到越来越多的关注,展现出巨大的应用前景。     

不同准直角双轴闪光照相

 为了降低闪光照相中散射的影响和提高法国试验客体（French test object,FTO）重建的精度,结合不同准直角下散射不同的特性,提出了不同准直角的双轴闪光照相布局,并进行了相应的数值模拟实验。研究结果表明：不同准直角双轴闪光照相中散射的相互干扰非常严重,且主要来于前保护器件,需使用铅板屏蔽。根据信息融合特性和降低散射影响的要求确定了FTO不同准直角双轴闪光照相的两个准直角分别为2.24°和1.15°。从该不同准直角的双轴闪光照相系统模拟得到的图像重建出了均方根误差小于5.8%的密度分布,结果远优于单轴照相23％的均方根误差。     

Acoustic source identification using a scanning laser Doppler vibrometer

This paper shows how a scanning laser Doppler vibrometer (LDV), an instrument designed to measure vibrations of structures or objects, can be used in a non-traditional fashion to identify acoustical sources. This is achieved by measuring the changes in the optical path induced by local fluctuation of the air refraction index to which the LDV is sensitive. The acoustical signal used is sinusoidal and may be recovered by scanning at a uniform rate over a subject area (continuous scan) parallel to the source axis and demodulating this signal. Due to the fact that the measured scan area is in fact a line integral over a measurement volume between the laser head and a rigid object needed to reflect the laser beam, multiple view planes around the axis of the acoustic source are usually measured. These are then passed through a tomographic algorithm, thereby reconstructing the full sound field. In this article however, only one view plane is measured, but the acoustic source is placed on a rotating surface with fixed rotational frequency, thereby imposing a modulation on the measured spectrum. Demodulation will allow reconstruction of the three-dimensional sound field.