半球封闭圆柱体表面绕射声场研究

基于一致性几何绕射理论,对半球封闭圆柱体上半球表面的高频绕射声场进行了数值计算与分析。获得了单个点声源作用下,半球表面声场的声压分布图,其中包括一些干涉条纹,干涉条纹的区域及形状与点声源的位置和频率有关;在多个点声源作用下,发现在接近半球顶点的附近,多个声波经多途传播后在该区域的叠加声压由衰减转为增强的现象。     

混响环境下目标声场稀疏分解多域声场重放方法

对于封闭空间内的声场重放,传统的多点声压匹配方法 (Cov-PM)依据在目标声场测得的声压直接使用最小二乘来计算扬声器权重。然而这种方法要求较多的目标声场采样点以实现足够的精度。对于一类特殊的声场景,也就是目标声场是由少量声源辐射产生时,提出一种对目标声场稀疏分解的方法来进行混响环境下多域声场重放以降低对目标声场采样数量的要求。该文给出基于目标声场等效源稀疏分解多域重放方法(Sparse-ESM)理论推导,通过数值计算以及实验测试两种方式对比所提方法与最小二乘等效源分解方法以及Cov-PM的声场重放性能。数值结果表明,在600 Hz以上的频段,Sparse-ESM方法的重放误差性能提升明显。实验结果也得出了与数值计算相同的结论。同时,还通过数值计算和实验测试两种方法证明了当目标声场声源方向波动时,Sparse-ESM仍然可以保持与其余两类方法相近的声对比度,并且实现较高的亮区重放精度。     

小阻尼界面房间声传输函数和声脉冲响应函数的有限元素法

有限元法可用于以声波动方程为基础通过数值计算求解室内声场,适用于分析界面阻抗非均匀分布和复杂形状房间内声场的低频特性。本文首先介绍了小阻尼界面条件下室内声场简正方式、声衰变系数、混响时间的ＦＥＭ计算方法。在此基础上导出了房间内两点之间声传输函数和声脉冲响应函数的ＦＥＭ计算模型,并以矩形房间为例详细讨论了有关细节。本文所讨论的计算模型可以映房间内不同的声源点,接收点位置上的声压频谱特性和脉冲响应的时     

一种更加实用的声速测量实验原理的探究

提出一种更加实用的诠释声速测量实验原理的方法.通过微小面元积分方法推导出接收端的声压,与球面波和平面波为声源的模型推导出的声压进行对比.在探头尺寸相对于传输距离不能近似于无穷大也不能忽略不计,实验测量误差较小的距离内,通过面源积分方式推导的声压随换能器之间距离演化趋势更加接近实验测量数值.理论计算与实验数据差值较后两种常见模型减小约10倍以上,能够更加真实地反映声场传播规律.     

噪声源非均匀分布海洋环境噪声水平声能流理论分析

研究水平非均匀分布噪声源所产生的各向异性海洋环境噪声场声能流。提出一种混合型非均匀分布噪声源模型,理论分析并数值计算了此模型情况下的环境噪声场水平声能流。结果表明:非均匀分布噪声源引起的海洋环境噪声场具有显著非零平均水平声能流;不同接收点的水平声能流明显不同;其幅度和方向取决于各个局部海域不等强度声源产生的合成噪声声能流矢量和。研究了两接收点间噪声的声压和振速水平分量、振速水平分量归一化相关系数随两接收点间距的关系,各量之间表现出较强相关性,为分析水下矢量声场目标探测技术性能提供理论依据。      

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。      

非线性声场中的参量激发

本文基于求解单频声波方程近似解的方法,得到了非线性声场中谐波的声压与介质性质、初始声压幅值及频率之间的定量关系.并对两列相对声压幅值和相对频率不同情况下的声场分布进行了研究.通过分析单、双频声源辐射场中的谐波分布和传播规律发现:在非线性声场中会不断地出现新的谐波,激发的各阶谐波随着声波传播距离的增大逐渐增强而后减弱.在声源的附近,谐波的声压随基波声压振幅的增大而增大;但在基波的频率增大时反而会减小.在输入总声能相同的情况下,与单频声场相比双频声源辐射场的声能量分布较均匀,声的传播距离较大,远场中的谐波含量较大.结果表明,基波的频率越高,衰减得越快,谐波的积累越缓慢;声压的极值越大,基波声能量转移得越多,产生的谐波越多,基波的衰减越快,声压对远场声能的负效应增大;如果改用多频声源,并适当地控制输入声波的组成成分,可以达到改善声场分布均匀性、增大声辐射距离的效果.     

空气中声源的水下匹配场定位

通过水下布放的垂直线列阵采集空中声源在水下激发的测量声场,采用声场波数积分模型(OASES模型)对空中声源激发的水下声场建模,计算出拷贝声场,将二者进行匹配处理从而对空中声源目标定位。首先通过数值仿真验证了匹配场处理技术对空中声源的测距能力,并通过引入宽带匹配场处理器平滑掉距离上的周期性旁瓣。最后分析南海某海域的空气声试验数据,采用常规匹配场方法对700 m以内的32组空中声源目标进行定位,测距结果与GPS计算的收发间实际距离相比,大多数情况下是一致的,在较远距离由于信噪比降低,测量结果容易出现偏差。     

热疗用环形平面换能器声场特性的研究

引入负声源，导出了环形平面换能器声场的简洁表示式，计算了单个圆环、多个同心圆环同时激励及环阵相控聚焦声源产生的声场，分析了环的宽度、环数及聚焦点位置等因素对声场特征的影响。提出根据各阵元在声场中某点产生的声压的相位来确定各阵元电激励信号的延时，此方法较根据各阵元到该点的平均声程确定各阵元电激励信号的延时，能更难确地在该点实现聚焦。     

空气中声源的水下匹配场定位

通过水下布放的垂直线列阵采集空中声源在水下激发的测量声场,采用声场波数积分模型(OASES模型)对空中声源激发的水下声场建模,计算出拷贝声场,将二者进行匹配处理从而对空中声源目标定位。首先通过数值仿真验证了匹配场处理技术对空中声源的测距能力,并通过引入宽带匹配场处理器平滑掉距离上的周期性旁瓣。最后分析南海某海域的空气声试验数据,采用常规匹配场方法对700 m以内的32组空中声源目标进行定位,测距结果与GPS计算的收发间实际距离相比,大多数情况下是一致的,在较远距离由于信噪比降低,测量结果容易出现偏差。      

Wave field synthesis of moving virtual sound sources with complex radiation properties

An approach to the synthesis of moving virtual sound sources with complex radiation properties in wave field synthesis is presented. The approach exploits the fact that any stationary sound source of finite spatial extent radiates spherical waves at sufficient distance. The angular dependency of the radiation properties of the source under consideration is reflected by the amplitude and phase distribution on the spherical wave fronts. The sound field emitted by a uniformly moving monopole source is derived and the far-field radiation properties of the complex virtual source under consideration are incorporated in order to derive a closed-form expression for the loudspeaker driving signal. The results are illustrated via numerical simulations of the synthesis of the sound field of a sample moving complex virtual source.     

Sound radiation from point sources in circular motion

The moving-source approach used by Morfey and Tanna for broad-band sound radiation from a point force in circular motion is adopted in this paper to evaluate the sound radiated in the far field due to point sources of random time variation rotating uniformly in a circle at subsonic speed. It is shown that the sound pressure results (overall and spectral density) for the volume velocity source can be easily extracted from the corresponding results for a rotating point force. An expression for the sound field of a point volume displacement source in arbitrary motion is derived and this is applied to the special case of uniform circular motion. The effects of acceleration of the sources due to circular motion on the radiated sound are established. Applications include noise from tip jet rotors, compressors and marine propellers.     

Position optimization of particular solution sources for distributed source boundary point method by volume velocity-matching

Choosing particular solution source and its position have great influence on accuracy of sound field prediction in distributed source boundary point method.An optimization method for determining the position of particular solution sources is proposed to get high accuracy prediction result.In this method,tripole is chosen as the particular solution.The upper limit frequency of calculation is predicted by setting 1%volume velocity relative error limit using vibration velocity of structure surface.Then,the optimal position of particular solution sources,in which the relative error of volume velocity is minimum,is determined within the range of upper limit frequency by searching algorithm using volume velocity matching.The transfer matrix between pressure and surface volume velocity is constructed in the optimal position.After that,the sound radiation of structure is calculated by the matrix.The results of numerical simulation show that the calculation error is significantly reduced by the proposed method.When there are vibration velocity measurement errors,the calculation errors can be controlled within 5% by the method.     

体积速度匹配分布源边界点法的特解源位置优化方法研究

在分布源边界点法中,选择特解源及特解源位置对声场计算的精度具有很大的影响。为减小声场计算的误差,提出了一种确定特解源位置的优化方法。在该方法中,采用三极子作为特解源,以1%体积速度相对误差对结构声辐射计算的上限频率进行预测,然后在计算上限频率范围内通过体积速度匹配搜索,得到体积速度相对误差最小意义下的特解源优化位置,在该优化位置处构造声压与表面体积速度之间的传递矩阵来计算声场,以减小计算误差。数值仿真结果表明:在求取的计算上限频率范围内,特解源处于优化位置时,计算误差得以显著减小。当振速测量存在一定误差时,采用该方法仍可将计算误差控制在5%以内。      

The simulation of acoustic radiation from a moving line source with variable speed

The purpose of this work is to simulate and investigate the sound field generated by a moving line source with finite length and variable speed. Expect for the variation of the acoustic pressure at the specific field point, the distribution of the surface pressure along the surface of the line source was also considered. For achieving this purpose, a numerical method which combines the Time Domain Boundary Element Method (TDBEM) and moving sound source theory was developed in the present work. After comparing the results with the constant and the variable speed case, it showed that the effect of the variable speed not only influenced the variation rate of the frequency modulation, i.e., Doppler effect, but also the time about the maximum acoustic pressure being observed. In addition, the simulation results also presented that the difference as to the amplitude variation of the acoustic pressure still existed between the moving case and the stationary case even if the length of the line source is very long.     

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。      

运动声源快速定位的声达时差法

针对声达时差法只能用于非运动声源定位的问题,本文提出一种运动声源快速定位方法。该方法以声达时差为基本定位原理,基于声源计算位置对多普勒效应进行解耦并进行声信号多普勒效应修正,根据三角定位方法构建声传播空间矩阵,以声源位置偏差度为目标基于单纯形优化搜索算法进行声源位置快速逼近,实现了对匀速直线运动的单声源的定位追踪,提高定位实时性。该方法将声达时差法拓展到运动声源的定位,同时解决了消除多普勒效应带来的计算过程复杂、运算量大的问题,仅用4个传声器就可实现运动声源的快速定位,突破了传统运动声源识别中对大传声器阵列的依赖。仿真实验和实车运动声源识别实验结果证明了该方法的有效性,本研究为短时发声运动声源的识别提供了一种简便、高效的方法。      

Quantitative measurement of pass-by noise radiated by vehicles running at high speeds

It has been a challenge in the past to accurately locate and quantify the pass-by noise source radiated by the running vehicles. A system composed of a microphone array is developed in our current work to do this work. An acoustic-holography method for moving sound sources is designed to handle the Doppler effect effectively in the time domain. The effective sound pressure distribution is reconstructed on the surface of a running vehicle. The method has achieved a high calculation efficiency and is able to quantitatively measure the sound pressure at the sound source and identify the location of the main sound source. The method is also validated by the simulation experiments and the measurement tests with known moving speakers. Finally, the engine noise, tire noise, exhaust noise and wind noise of the vehicle running at different speeds are successfully identified by this method.     

复杂封闭声场面板声学贡献度识别的等效源法

针对由复杂结构振动形成的封闭空间声场,提出了一种基于等效源法的面板声学贡献度分析方法。该方法首先利用基于等效源法的内部声全息技术,重构出振动结构表面的法向振速并实现对整个内部封闭声场的预测。再将振动结构的每个面板在腔体内部场点产生的声压分别用位于空腔表面附近的等效源在该点产生的辐射声压代替,将复杂的封闭非自由声场问题转化为简单的内部自由场问题,结合重建出的结构表面法向振速进而识别出封闭振动结构各面板对腔体内任意位置的声学贡献度。通过对复杂结构内声场的数值仿真和验证实验,分析了等效源的数量及与重建面距离等参数对重建精度的影响,结果表明所提方法不仅能够达到传统数值分析方法的计算精度,而且具有更简单的求解过程。      

水下对空中声源的运动参数估计

为了解决传统的交互式多模型目标跟踪算法中马尔可夫概率转移矩阵固定不变,造成的模型切换缓慢、跟踪精度不高的问题,提出了一种基于后验信息修正的时变转移概率自适应交互式多模型跟踪算法。算法定义了一种新的修正因子,利用后验信息对概率转移矩阵进行实时修正,提高匹配模型的概率,减小非匹配模型的影响,使得系统模型能够及时、准确地切换到匹配模型。蒙特卡洛仿真实验表明,该自适应交互式多模型算法能够应用于水下目标跟踪中,相比传统交互式多模型算法,模型匹配度更高,滤波效果也更好。