基于扫描声强法的声功率测量扫描路径误差研究

依据ISO9614-2标准，以单极子，偶极子和四极子声源为例，建立了矩形测量面上三种扫描路径（方形，直线加半圆形以及锯齿形）的误差函数的数学模型，分析了矩形测量面尺寸大小，扫描测量面到声源的距离等参数对扫描误差的影响，给出了恒定扫描程度条件下各扫描路径的误差函数曲线，研究表明：三种扫描路径均收敛于真值，且锯齿形收敛最快；扫描线密度应随着声源的复杂程度而加大；减小扫描路径间距会提高收敛精度；而增大扫描面尺寸不能提高收敛精度，但适当增大声源到扫描面的距离，可以提高收敛精度。     

等腰三角形路径扫描声强法测量声功率误差分析及参数优化

以单极子、偶极子和四极子声源为例,研究了在包围声源的四面体等腰三角形测量面上采用等腰三角形扫描路径应用扫描声强法测量声功率的收敛特性,并以扫描声强测量误差为目标函数,以等腰三角形扫描测量面的大小、测量面到声源的距离和扫描线密度为设计变量,应用遗传算法进行了优化.依此优化方法确定测量面的各几何参数,保证了测量精度,提高了测量效率,为快速准确地测量声功率提供了依据.     

声强传感器特性对扫描声强法确定声源声功率的影响

文中以典型的矩形测量面方波扫描路径为例 ,分析了扫描声强法测量声源声功率时双传声器互谱声强传感器的有限差分近似误差、近场效应误差、相位不匹配误差与声源频率、测量面离声源的距离以及声强传感器两传声器间的间隔之间的关系。结果表明根据声源频率合理地选取参数可以减小声强传感器所带来的误差 ,从而为保证扫描声强法测量声源声功率测量准确度提供了依据。     

扫描声强法声功率测量的扫描路径误差分析

以单极子、偶极子及四极子声源为例,建立了矩形测量面上三种扫描路径（方波、锯齿波、直线加半圆）的误差函数数学模型;在扫描速度恒定的条件下,得出各路径及声源对扫描线的误差分布函数图形。结果显示：锯齿波误差最小;声强标准推荐的直线加半圆路径误差略大于方波;无指向性声源各扫描路径均误差较小（单极子源）,对于指向性声源,扫描路径的形式对测量精度的影响较大。     

扫描声强测量声功率技术的实验研究

在半消声室用实验的方法研究了不同的扫描路径、不同的扫描线密度、不同的扫描速度与扫描声强测量声功率误差之间的关系;在半消声室添加背景噪声和在普通房间测量时不同的扫描路径与扫描测量声功率误差之间的关系.实验结果表明:无论是直线加半圆形、方形还是锯齿形扫描路径,均能收敛于声强真值,但锯齿形扫描路径测量精度最高,不确定度也较小.IS09614-2推荐的手动扫描速度在0.1-0.5m/8范围内,从满足工程测量精度角度看,扫描速度可在更宽的范围内选择.当扫描速度一定时,扫描线密度越大,扫描测量声功率误差越小.     

扫描声强法声源声功率测量通用数学模型

建立了声源声功率测量的通用数学模型。以半球测量面和平行六面体测量面为例，应用通用模型建立了两种情况下的声功率误差分析模型。验证了通过扫描路径近似所测得的声功率能够很好地反映声源的实际声功率。当人工执行扫描测量，实际扫描路径存在一定的偏移时，只要扫描偏移值在一定的容差范围内，所测得的声源声功率仍然能够取得较好的结果。     

扫描声强法测量声功率回字形扫描路径的研究

应用扫描声强法测量声功率理论,证明了正方形测量面上回字形扫描路径收敛于真值.以单极子、偶极子和四极子声源为研究对象,建立了正方形测量面回字形扫描路径误差函数的数学模型,通过计算机仿真办法分析了测量面尺寸大小、扫描线条数等参数对扫描声强法测量声功率误差的影响.     

一种新的三维矢量声强测量方法

在双传声器互谱声强测量方法的基础上，提出了一种4传声器三维声强矢量测量方法，并且针对实际测量系统存在的误差，给出了一种简单实用的标定方法。以单极子声源为例，对该方法在不同频率情况下的理论误差进行了仿真分析，结果表明：在5—2000Hz频率范围内，测量所得x、y、z3个方向的声强误差均不超过1．5dB。与传统测量方法相比，该方法有如下优点：所用探头结构简单，只需4个传声器，可以节约成本；可用于瞬态声强的测量；在规定的频率范围内具有较高的精度。     

使用双测量面法分离相干声源

当空间存在多个相干声源时,现有的声全息方法不能有效地识别在测量面同一侧任意位置的相干声源中的单个声源所产生的声压。为了解决该问题,提出旋转测量面方法,使任意位置的相干声源分别到测量面的距离不相等,同时在相干声源的两侧测量。再结合双面声全息技术,基于二维傅里叶变换,分离出单个声源在全息面的声压。通过对两组不同频率和不同距离的相干声源进行数值仿真和分析,验证了该方法的正确性和有效性。     

基于改进统计最优近场声全息的空间多种声源声场重建

为获取空间多种声源声场信息,传统统计最优近场声全息需要较多高阶项数的波函数来重建声场,而随着波函数阶数的提高,该方法对误差的放大作用也越大;此外传统方法都采用与声源共形的全息测量面,限制了其应用范围。提出了一种基于平面测量的改进统计最优近场声全息方法,可在波函数阶数较低的情况下提高重建精度。首先通过分析空间多种声源的特点选取合适的波函数组合,然后用该组合求出声场传递矩阵,最后重建出目标声源声场。通过数值仿真验证了该方法的有效性和适用性。结果表明:该方法能够有效地降低重建所需波函数阶数,抑制高阶波数对误差的放大作用从而提高重建精度,即使全息面与声源不共形,也能准确地重建出目标声源声场。     

基于图像处理的声相云图评价方法研究

基于图像处理,提出了声相云图评价方法,用于评价声相仪的声源定位误差。分析了声相仪的成像原理,提出将方位角误差和俯仰角误差作为声相云图声源定位误差的评价指标。利用差影法提取声相云图的声源定位成像区域,并经过灰度二值化、腐蚀膨胀和加权平均之后,计算出成像区域中心的像素坐标。在声相仪不同抓拍距离平面内,通过图像标定得到成像区域中心在实际物理空间上的位置坐标,将其与所定位的声源实际位置坐标相比较,计算得到方位角误差和俯仰角误差。实验结果表明,该方法所得方位角和俯仰角与声源实际位置坐标计算所得到的真实值相比,两者差异较小,能够客观地对声相仪的声源定位误差进行评价,且操作简单。     

定深爆炸声源声信号能量分配试验研究

为了准确测量定深爆炸声源的声源级,从水下爆炸基本过程出发,给出了获取理想爆炸声信号的3个限制条件,并据此得到了B300、B100、B50三型爆炸声源的声源级测量时水听器深度与水平距离的取值范围;在此范围内取值,对B300型爆炸声源进行了海上试验,获得了理想的爆炸声信号,通过计算声信号不同时段的能量分配情况,发现两种信号截取近似计算导致声源级测量的误差分别为0.64 dB和0.53 dB。试验结果表明,给出的限制条件可用于指导爆炸声源级测量方案的设计,据此进行海上试验,可得到更准确的爆炸声源级。     

基于亥姆霍兹方程最小二乘法的运动声源识别研究

为有效解决水下运动声源的噪声源识别问题,研究了基于移动框架技术（MFAH）和亥姆霍兹方程最小二乘法（HELS）的运动声源识别理论,建立了基于MFAH与HELS的组合声全息算法,并通过了水池实验验证。实验研究结果表明该组合算法能够对水下任意形状运动声源进行准确识别,能够获得较高的声源定位精度,并且适用的频率范围较宽;对于存在多个相干声源的复杂声场,仅要求阵列的全息测量面为重建面的1.3倍就能够较准确的识别定位噪声源,实现了用小测量面、快速识别定位运动噪声源,为进一步的工程应用提供了方便     

双层插值NAH噪声源定位方法研究

针对近场声全息(near-field acoustic holography, NAH)在实际测量环境下降低环境噪声的影响且保证全息面上声压重建精度的需求,基于空间面积分声压重建理论,在基于等效源法的近场声全息方法(near-field acoustic holography based on equivalent source method, NAH-ESM)基础上,利用Newton插值和克希荷夫积分的声压重构方法提出一种双层插值NAH噪声源定位方法。由少量麦克风测量点数据,重构多个全息面上任意位置点的声压值及声矢量,实现噪声源定位,进而重构噪声源。最后结合噪声源重构结果建立噪声源等效模型,通过实地测量,建立某制氧厂主厂房噪声数值仿真,仿真结果与实测值误差在5%以内。通过实验证明在一定复杂环境下,该方法能有效提高噪声源定位效率及精度。     

基于近场测量法的水声换能器声场重建方法研究

为了提高对水声换能器声场分析的效率,开展了基于近场测量法的水声换能器的声场重建方法研究,首先将水声换能器的全息测量面近似为等效声源面,通过积分得到声场重建模型,然后利用自主研发的水下声场测量系统获得发射换能器全息测量面的复声压,实现对其声场的重建,最后比较不同全息测量面的重建结果和实测数据,并分析全息测量面的位置对重建结果的误差影响,得到了重建方法的有效测量区间。该声场重建方法可快速得到水声换能器的声场分布,并且准确可靠。