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。     

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     

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     

统计最优平面近场声全息原理与声场分离技术

测量孔径尺寸的有限性，在基于空间傅里叶变换的平面近场声全息中会带来窗效应和卷绕误差. 为了克服窗效应和卷绕误差，引入了统计最优平面近场声全息技术. 运用声场叠加原理，证明了统计最优平面近场声全息的理论公式.通过在空间波数域限定kx,ky的取值范围，并离散其确定的空间波数面的途径，提出了一种确定波数矢量的方法.为了克服常规统计最优平面近场声全息技术的应用局限性——全息面一侧的声场必须为自由声场，提出了适用于统计最优平面近场声全息的、基于双全息面测量的空间声场分离技术. 通过实验和数值仿真对理论推导的正确性进行了验证. 关键词： 统计最优 平面近场声全息 波数矢量 声场分离     

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.     

非自由声场中目标声场还原与重建的等效源方法

为消除在非自由声场中重建声场时干扰声源对重建效果的影响,提出一种采用单个测量面上的声压和质点振速作为输入、等效源法作为分离和重建算法的非自由声场中目标声场还原与重建方法。该方法首先利用单面声压-质点振速测量和基于等效源法的声场分离技术将测量的混合声场分离为来自目标声源的向外传播的声场和来自干扰声源的向内传播的声场,然后利用向内传播的声场和目标声源的边界条件计算出干扰声在目标声源表面产生的散射声场,并将其从向外传播的声场中去除,还原出目标声源在自由声场条件下的辐射声场,最后利用还原的声场实现目标声场重建。通过数值仿真和实验检验了该方法的有效性和必要性。仿真和实验的结果表明,该方法可以在非自由声场的测量条件下,有效地去除干扰声的影响,实现目标声场的准确重建。     

基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法

提出一种基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法. 该方法在波叠加法的基础上,利用全息面声压信号求得布置在全息面附近的虚源面上的简单源源强,再根据求得的简单源源强实现对全息面声压的插值,进而利用插值后的全息面声压数据进行重建. 该方法可以提高近场声全息重建图像的空间分辨率,减少测量工作量,简化测量过程. 通过仿真对影响插值结果的参数进行了分析,给出了合理的选取范围;通过仿真和实验研究验证了该方法的有效性. 关键词： 波叠加法 近场声全息 空间分辨率     

半空间球面波函数叠加法重构声源直接辐射声场

提出了基于半空间球面波函数叠加的声场重构方法,以重构含有限声阻抗边界半空间中声源直接辐射的声场。在半空间中多极子声源声压场的解析解的基础上,构造出以边界声阻抗为参量的半空间球面波函数的正交基;通过求逆获得半空间总声压解的基函数系数,同时也获得声源直接辐射声场即自由空间中的基函数系数,进而重构出声源直接辐射的声场。在边界声阻抗已知和边界声阻抗未知两种条件下,对该方法进行了仿真验证和参数分析,并在全消声室内进行了实验验证。结果表明,所提方法能重构出半空间中典型声源即球形声源和平面声源的直接辐射声场;该方法在边界声阻抗已知时的重构精度与稳定性高于在边界声阻抗未知时的情形。     

非均匀流体介质内部散射声场重建的逐层计算方法*

入射声波激励下非均匀流体介质内部散射声场的重建方法对超声层析成像具有重要意义。以往采用矩量法求解,但该方法全域离散形成的复数满秩矩阵规模随着分辨率与计算精度的提高而急剧增大,对算力具有很高的要求,一定程度上限制了其在实际中的应用。为克服上述缺陷,本文以逐层离散、逐层计算为核心思想,以声散射基本公式与近场声全息理论为基础,推导出逐层计算非均匀流体介质内部散射声场的理论公式并给出对应的几何离散模型。为验证该方法的可行性,以矩量法为参照,对同样的介质模型进行介质内部声场重构仿真。结果表明,逐层算法不仅可以有效地重建非均匀流体介质内部散射声场,且大幅度减小了求解规模。     

单全息面的直接声场分离方法

为了简化分离全息面两侧相干声源的过程,提出仅依据单全息面上的数据直接进行声场分离的方法。该方法通过将等效源配置在球面上,并根据等效源法近场声全息的重构原理,建立全息面上有误差的测量值和计算值之间的数据关系,理论推导出单面声场分离方法。仿真分析干扰声源为脉动球源和受迫振动的简支薄钢板的分离结果,并对双扬声器的声场分离进行了实验验证。结果表明:该方法对两种干扰源都具有较好的分离精度,且有较高的可容忍误差。     

基于波叠加法的patch近场声全息及其实验研究

提出了基于波叠加法的patch近场声全息技术(PNAH).该方法首先通过线性叠加在振动体内部“虚置”的若干不同强度的简单源产生的波场来拟合实际声场，实现近场外推，然后采用计算简便的FFT方法进行全息重建.该方法解决了现有PNAH技术近场外推过程中存在的外推精度和计算效率问题，具有外推精度高、计算速度快、实现方法简单等特点，更适用于工程计算.为了验证本方法的正确性与有效性，将其用于单点激励固支板的全息实验中，取得了令人满意的结果.     

声场分离技术及其在近场声全息中的应用

提出空间声场分离技术，突破了近场声全息（NAH）的应用局限.它们的局限在于全息面一侧的声场必须是自由声场，即要求所有的声源必须位于另一侧.利用波数域内的波场外推理论及声压的标量叠加原理，建立起声场分离技术的双全息面实现方法，利用波数域内的Euler公式及粒子振速的矢量叠加原理，建立起该技术的单全息面实现方法.该技术的一个突出优点是在具有背景噪声的全息测量情况下, 可以消除背景噪声对全息变换结果的影响.理论的推导表明该技术方法的正确性，而仿真算例和实验则显示该技术的可行性和有效性. 关键词： 声全息 波数域 声场分离 背景噪声     

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.