弹性结构封闭空间有源消声

本文研究了外力激励弹性结构条件下封闭空间有源消声问题。首先根据声弹性理论，提出分步代入法求解初、次级声场，然后以矩形空间为例，研究了不同介质条件下有源消声规律。结果表明：对于弹性结构封闭空间有源消声，当结构一声腔耦合较弱时，次级声源基本上只能抵消声腔模态；当结构一声腔耦合较强时，次级声源不仅能抵消声腔模态，而且对抵消与声腔模态耦合良好的结构模态辐射声也有作用。最后，以有限长圆柱封闭空间为模型，完成了结构受点力激励，腔内为空气介质和水介质条件下的单次级声源有源消声实验。验证了理论结果。     

一种基于简正波模态消频散变换的声源距离深度估计方法

针对浅海环境中传播的低频宽带水声脉冲信号,基于简正波水平波数差和波导不变量之间的关系,本文提出了一种利用距离-频散参数二维平面聚焦测距与匹配模态能量定深的目标声源定位方法.首先,通过将由频散参数和波导不变量表示的前几阶模态相速度与由环境模型计算的相速度进行对比分析,从而估计出前几阶模态的频散参数和环境的波导不变量.其次,利用估计出的频散参数值和波导不变量对接收信号进行消频散变换处理,只有当接收信号的距离参数等于目标声源距离时,各号简正波的幅度均达到最大值,在距离-频散参数二维平面上,出现声压聚焦的现象,利用此现象可以估计目标声源的距离.不仅如此,消频散变换后的接收信号,前几阶模态在时域上明显地分离开来,可以准确地估计出前几阶模态的能量,采用多模态能量匹配的方式,可以估计出目标声源的深度.最后,通过对仿真和冬季获得的气枪信号数据处理结果验证了本文方法的有效性.     

弱耦合封闭声腔的声辐射模态理论与计算

有源结构声控制是耦合封闭声腔的声辐射控制的有效方法。在此前的研究中有学者提出了"耦合封闭声腔的声辐射模态"概念,但其在概念和应用上均存在不便之处:其定义实质上是结构模态幅值的一组基函数,这与自由空间内声辐射模态是结构表面法向振速或声压的一组基函数的物理意义并不一致;另一方面,在计算和利用其进行控制时仍然需要用到结构模态,而在实际中辐射结构有用的结构模态信息难以准确、方便地得到。为了解决这些问题,类比自由空间声辐射模态理论,将声势能直接表示为结构表面法向振速的二次型形式,提出了新的结构向耦合封闭声腔的声辐射模态计算方法,并从理论上证明了当耦合面均匀离散时,在一定的条件下,可以简单地利用声腔模态投影向量代替耦合封闭声腔的声辐射模态,从而有效地节约计算资源。通过理论研究,形成了与自由空间内相统一、便于应用的耦合封闭声腔声辐射模态理论,数值计算案例表明,所提出的理论方法可以极大方便耦合封闭声腔的声辐射计算及其有源结构声控制。     

楔形海域中三维效应对声源距离估计的影响分析*

楔形海域中声传播会出现显著的三维效应,导致水平方向上特定接收位置的声信号出现模态多次到达或者模态影区。利用射线模型,首先对楔形波导中的传播损失进行计算,分析三维效应的存在对于声波传播的影响, 结果表明,随着距离的增加,水平折射效应愈加明显,所得的三维结果与利用二维模型计算所得相差逐渐增大。然后对比二维声场和三维声场中的接收波形,并对其进行模态分离,证明在某些接收位置将会出现明显的模态多次到达或模态影区。最后通过匹配全波解以及分离出的各号简正波所对应的脉冲波形进行声源距离估计研究,并分析三维效应对于声源距离估计结果的影响。结果表明,由于三维效应的存在,使用三维模型能够得到准确估计声源距离,而利用二维模型进行估计得到的结果与实际距离相差较多,总体上偏大。     

基于伽辽金级数的空间电荷场计算模型

利用局部伽辽金矩量法,建立了电子注空间电荷场的2.5维计算模型. 将空间电荷场在径向展开为各个模式的叠加,利用伽辽金级数表示,通过求解其系数方程组, 最终求得空间电荷场.利用本文的模型,计算分析了电子注空间电荷场的特性, 并研究了模型中仿真参量对空间电荷场计算结果的影响.本文的空间电荷场计算模型利用粒子模拟基本方法, 可以应用到速调管注波互作用计算模型中.     

基于波束-波数域非相干匹配的浅海运动声源深度估计方法

浅海波导运动声源定位研究中,在声源距离未知时估计声源深度一直是个具有挑战性的问题.现有深度估计方法对声源未知初始距离敏感,且要求声源运动形成的水平合成孔径长度远大于模态干涉长度.针对这两个问题,本文提出一种基于波束-波数域非相干匹配的浅海运动声源深度估计方法,首先将垂直阵接收声压数据在深度和水平合成孔径方向分别进行波束形成变换到波束-波数域,波束-波数平面的峰值幅度仅包含与声源深度有关的模态激励,峰值位置与模态传播角和水平波数相对应;然后,在波束-波数平面内提取各峰值幅度,并与拷贝计算的模态深度函数进行非相干匹配,实现声源深度估计.所提方法在波束-波数二维平面内进行模态分离,消除了声源距离相关项,提高了模态分辨能力,可在声源初始距离未知和水平合成孔径长度小于模态干涉长度的情况下实现声源深度估计.仿真和SWellEx-96实验数据处理结果验证了所提方法的优越性能.     

旋转方形散射体对三角晶格磁振子晶体带结构的优化

用改进的平面波展开法数值计算了正方形散射体三角排列的二维磁振子晶体当散射体旋转时的带结构. 结果显示, 同样的填充率下, 旋转正方柱散射体可以在新的频率范围内打开更多的带隙, 或者使低频带隙加宽. 说明旋转散射体可以有效地优化带隙.     

基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

适用于循环平稳声场的基于波叠加法的近场声全息技术

在原有的平面循环平稳近场声全息基础上,提出一种基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术,可以对具有复杂表面的声源进行全息重建,重建的声源表面声压谱相关密度函数能反映出调制信号的信息.声源表面声压谱相关密度函数全息图形象地反映了调制信号在表面的强弱分布情况,可由此确定调制信号源的产生位置.仿真分析和实验验证表明,基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术可以更准确地反映循环平稳声场的调制特性.该方法继承了波叠加法的优点,无需计算边界奇异积分,计算效率高、精度好. 关键词： 近场声全息 循环平稳信号 波叠加     

适用于循环平稳声场的基于波叠加法的近场声全息技术

在原有的平面循环平稳近场声全息基础上，提出一种基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术，可以对具有复杂表面的声源进行全息重建，重建的声源表面声压谱相关密度函数能反映出调制信号的信息.声源表面声压谱相关密度函数全息图形象地反映了调制信号在表面的强弱分布情况，可由此确定调制信号源的产生位置.仿真分析和实验验证表明，基于波叠加法的循环平稳近场声全息技术可以更准确地反映循环平稳声场的调制特性.该方法继承了波叠加法的优点，无需计算边界奇异积分，计算效率高、精度好.     

线阵波束形成声强缩放方法估算声源的辐射声功率

为了解决波束形成声源识别过程中声源辐射声功率定量计算的问题,给出了阵型简洁、便于组合的线阵声强缩放模型。通过推导线阵的声强缩放系数,建立起线阵波束输出结果与声源辐射声功率之间的换算关系。无论是线阵还是平面阵的声强缩放方法,对于偏离阵列中心位置较远处的声源进行辐射声功率估算时都存在较为明显的误差。通过理论推导和仿真模拟计算,研究了同一单极子点声源在不同位置处的声功率估算偏差随频率、幅度的变化规律,发现该估算偏差只与声源偏离位置有关,而与声源自身的强度信息无关的结论,据此给出了相应的声功率估算修正方法。半消声室实验结果和声压法测量结果对比表明:修正后的线阵声强缩放方法用于中高频声源的辐射声功率计算时,单频声源的估算误差不超过1.0 dB,宽带声源的估算误差不超过1.8 dB。      

基于矢量阵的运动声源柱面聚焦定位方法试验研究

本文基于被动合成孔径原理, 在建立运动声源矢量阵近场柱面聚焦测量模型的基础上, 分别研究了适用于单频线谱信号和宽带连续谱信号的矢量阵柱面聚焦定位方法, 通过数值仿真计算了该方法在多种误差条件下的定位精度, 并进一步通过舱段模型试验对该方法的工程实用性和正确性进行了详细的分析和论证. 舱段模型试验结果表明, 柱面聚焦定位结果与壳体振动能量分布规律符合较好, 该方法不仅能真实反映声源位置信息, 而且能反映不同频带内声源能量分布的相对大小, 具有良好的定位效果.     

Interior and exterior sound field control using general two-dimensional first-order sources

Reproduction of a given sound field interior to a circular loudspeaker array without producing an undesirable exterior sound field is an unsolved problem over a broadband of frequencies. At low frequencies, by implementing the Kirchhoff-Helmholtz integral using a circular discrete array of line-source loudspeakers, a sound field can be recreated within the array and produce no exterior sound field, provided that the loudspeakers have azimuthal polar responses with variable first-order responses which are a combination of a two-dimensional (2D) monopole and a radially oriented 2D dipole. This paper examines the performance of circular discrete arrays of line-source loudspeakers which also include a tangential dipole, providing general variable-directivity responses in azimuth. It is shown that at low frequencies, the tangential dipoles are not required, but that near and above the Nyquist frequency, the tangential dipoles can both improve the interior accuracy and reduce the exterior sound field. The additional dipoles extend the useful range of the array by around an octave.     

匀加速运动声源的声场建模及其数值算法研究

针对匀加速运动点声源的声场特性与其运动状态密切相关这一问题,提出匀加速直线运动状态下点声源的声场计算方法。利用此方法建立了匀加速直线运动时点声源的声压模型,对模型中的关键参数声矢量R进行数值解析,并对声压进行数值分析仿真,得出匀加速直线运动时固定接收点的声压数值计算方法。用此方法对固定接收点位置的匀加速点声源声压进行声场建模,结果表明:在声源接近接收者一定距离以后,声压明显增大;在此距离之外,距离对声压的影响不大。     

回转体边界层转捩区声辐射的预报方法研究

基于边界层理论和转捩区声辐射理论,利用Liepmann理论Krane偶极子声源改进模型,在研究回转体表面的压力梯度和声衍射损失对转捩区声辐射影响的基础上,改进了回转体边界层转捩区声辐射的预报方法。结果表明:与零压力梯度相比,逆压梯度下的转捩区将导致更高的噪声辐射,利用改进方法预报的噪声级与实验值的一致性较好。     

Influence of wall absorption on low-frequency dependence of reverberation time in room of irregular shape

In this paper, a modal analysis was used to describe a reverberation phenomenon in a room of complex shape. A theoretical model was limited to low sound frequencies, when eigenmodes are lightly damped, thus they may be approximated by uncoupled normal acoustic modes of a hard-walled room. A utility of this method was demonstrated in a numerical example where the enclosure in a form of two coupled rooms was considered. A reverberation time was evaluated from a time decay of spatial root mean square pressure, the overall measure of room pressure. The results of calculations, performed for three different distributions of absorbing materials on room walls, showed how various location of the material can effect a dependence of the reverberation time on a frequency of sound source.     

水下等离子体声源的冲击波负压特性

基于修正的Rayleigh气泡脉动方程对水下等离子体声源放电产生的 强声冲击波的传播过程进行了分析; 利用Euler方程作为控制方程组, 建立了水下等离子体声源的聚束声场模型, 通过仿真计算获得的传播云图对冲击波负压的形成机理进行了直观的理论分析. 结果表明: 经过聚能反射罩反射汇聚得到的聚束波在反射稀疏波和水的惯性作用下, 聚束波周围水域产生了拉伸, 形成负压区, 如果拉伸力大于水的抗拉上限, 就会使得水中形成不连续现象, 即出现空化气泡; 此外聚能罩边缘处产生的衍射波进一步加剧了负压的产生, 边缘衍射波最终与拉伸波叠加, 使冲击波负压达到最大值; 通过对比仿真波形和实验波形, 从而验证和进一步揭示了冲击波负压的形成原因. 研究结果对认识水下冲击波的传播规律和进一步改进等离子体声源的设计具有指导意义. 关键词： 等离子体声源 冲击波负压 聚束声场模型 气泡     

Room acoustical model of external reverberation

A theory of external reverberation in urban built-up environments is developed, based on a classical room acoustical model. In the model, external reverberation is analyzed as a special limiting case of internal reverberation in rooms. Explicit formulae are deduced for the statistical value of the external reverberation time, and the spatial distribution of the external sound field amplitude with distance from a fixed, constant power, sound source, for which comparison with published experimental results is possible. Predictions of the theory compare reasonably well with the experimental values. It is found that the external reverberation time in a built-up area depends chiefly on the average building height, and to a lesser extent on the packing fraction, and the ratio of surface area to cross-sectional area of buildings which make up the built-up environment, apart from the absorptive properties of the building and ground plane surfaces. For the spatial distribution of the steady state sound field amplitude in a built-up environment, it is found that the diffuse field amplitude attenuates with distance from a fixed, constant power source exponentially faster than the inverse square law.     

The prediction of sound intensity from an explosive source

A method of predicting sound pressure levels from an explosive source has been developed by the author to assist in the control of artillery firing at Larkhill.Measurements have shown that, for a given charge weight and source to receiver distance, changing meteorological conditions can alter the observed sound intensities by over 30 dB.The method is valid for a wide range of weather conditions and will model observed sound foci including those upwind. The RMS error in the predictions is less than 6 dB for levels of 100 dB or more (peak linear).Application to other types of sound source and corrections for topography are under development.     

Prony's method applied to estimate noise source locations and their sound powers

An application of Prony's method for evaluating the acoustic power and location of sound sources from spatially sampled data is described. A sound source considered as a point source has an intensity proportional to the inverse square of the distance between source and observation point. The Fourier transform of this intensity function is an exponential function with a real exponent. The shift property of the Fourier transform results in a spectral change in the phase angle, which is expressed in the transform domain by a multiplicative exponential function of pure imaginary exponent. In this paper the usual time axis of the Fourier pair of time and frequency is treated as a variable denoting the location of the sound source. Accordingly, each spectral component of spatially sampled sound intensity generated by n point sources can be expressed as a linear combination of n complex exponentials. By applying Prony's method to the spectral data, these unknown exponents can be calculated numerically. This paper deals with an estimation procedure to find the location and power of a noise source. The estimation is done by minimizing the sum of the squares of the errors between the model and measured data. The proposed method has general applicability to problems where the so-called inverse square law for intensity can be assumed to be valid.