基于单元阻抗耦合法的声场重建

基于单元阻抗耦合法,研究封闭空间中的辐射声场重建问题。以长方体房间中三个单极子声源辐射声场为对象,首先在房间中建立包含三个单极子的矩形包络面,将房间分成两个完全独立的空间：声源空间（含声源）和接收空间（不含声源）。随后,将矩形包络面划分成若干个矩形单元,在声源空间中测量矩形单元的声压分布和声源阻抗,并在接收空间中测量矩形单元的接收阻抗。最后,用这三个测量值重建了三个单极子在接收空间形成的声场,实现了接收空间的声场重建。实验分析说明,当选取的矩形单元边长小于声音最小波长的1/5～1/3时,重建可得到稳定声场,且与实际声场相比误差很小。     

空气声源入水噪声试验研究

1.引言 最近,空气声源激发的水下声场受到了人们的重视.有关理论表明可以通过简单的计算得到空气中静止声源产生的水下声场[1]～[3],国内也有文章发表[4],但仅限于理论,有关试验研究未见报道.为了更进一步了解浅海环境下空气声源激发的水下声场特性,我们于2003年3月组织了空气声入水海上试验,测量静态声源在空气中激发的声信号在水下产生的声场.     

水中条纹模式振动板的驱动方法

1 前言 目前已有可能按照确定的板材和频率来设计和制作以水为负载介质的条纹模式矩形振动板,对于使用这种振动板的大容量水中声源,已有若干研究。但是,在声源驱动频率的调整方面仍存在一些问题。要想对条纹模式振动板水下声源加大功率,使之易于驱动,就须使从声源的电端观测的共振频率与振动板的条纹模式共振频率大体一致。不过,当把声源振动板插入到任意形状和大小的水槽时,从声源的电端测量的共振频率是包括水槽共振在内的多个共振频率,因而很难特定为所需要的条纹模式共振频率。     

房间的最佳混响时间

当房间的声场达到稳态后,声源停止发生,声能被界面反射、吸收,声能不断衰减。当声能衰减100万倍时,声音已基本听不见,我们称这个时间为混响时间。在界面平均吸声较大时,混响时间用艾林公式表示:     

等效场变换理论及浅海声辐射计量

针对声辐射计量往往受测试环境、声源几何形状、材质和运动状态限制的问题,提出了一种获取特定空间内任意声源辐射声场的理论——等效场变换理论(equivalent field transformation, EFT),并得出观测空间权系数的选取标准和判别依据：当观测空间上的声收发合置装置在权系数的加权下,目标空间中的声场与待测点单位无指向性点源激发的声场一致时,便可通过观测空间上的观测值与权系数获得目标空间内任意声源在待测点的声场。进一步给出了EFT的在自由场、浅海环境所能测量的声场范围。通过仿真试验分别在自由场和浅水环境使用EFT获取了有限长线源的辐射声场,结果与理论值吻合。     

Pekeris波导环境中的水下运动声场仿真研究

对Pekeris波导环境中水下运动声源的声场进行了研究。将Pekeris波导中数值稳定的波数积分解和一维近似的波数积分方法运用于求解运动声源的声场。推导了运动声源声场的二维波数积分表达式,给出一维近似解,并在计算深度格林函数时引入数值稳定的计算方法。在仿真实验中,首先在自由空间条件下验证了一维近似的波数积分方法的准确性;再结合Pekeris波导中数值稳定的波数积分方法来分析运动声源的声场特性。通过改变波导和声源、接收器条件仿真研究Pekeris波导中运动声源声场的频率展宽和频移特性。     

复杂声场环境下目标声源声场重建误差分析

针对目标声源在复杂声场环境下进行声场重建易受到其它声源干扰的问题,提出存在干扰源声场、散射声场及目标声源声场的混合声场环境下基于单面声场分离技术的目标声源声场分离及重建方法。首先,通过理论分析和公式推导,清除干扰源声场及散射声场的影响;然后,利用传递函数性质对声场分离及重建误差进行分析,并对计算公式中存在的奇异性问题予以消除,得到高分辨率的声场重建图像。数值仿真表明:利用常规的单面声场分离技术很难重建混合声场环境下目标声源的声场,而利用本文研究的声场分离及重建方法能够很好反映目标声源声场的实际情况,提高声场重建的精度。     

空气中移动声源激发水下声场的频域简正波表示

文中提出了空气中移动声源激发水下声场的简正波频谱表达式。该表达式物理意义明确,形式简单,易于数值计算。利用文中表达式对目前比较流行的简正波程序Kraken进行了改进,通过与波数积分法OAST的计算结果进行比较,验证了所提表达式的正确性。通过数值模拟,对声源与接收相对运动时对声场产生的影响进行了讨论。     

管道高阶模态下一类二端口声源的通用描述形式

就管道通风系统而言,在研究其中的声场分布和同管道末端负载的相互作用影响时,对作为噪声源的流体风机的特征描述是一个关键环节。已往的一些研究往往采用基于管道中平面声波传播的一端或二端模型。而在很多实用场合,由于声源耦合入管道中的声波频率较高,需要考虑所激发出的高阶声场模态。文中提出了一种新的方法,用来在二端耦合的管道中存在高阶声波模态传播的情况下,测量描述这类稳态声源特征。     

一种非自由声场中声源表面振速重构简化方法

在非自由声场中利用近场声全息技术重构声源表面振速时,需要先去除干扰声及干扰声在声源表面的散射声对重构结果的影响。针对刚性边界的声源提出一种非自由声场中表面振速重构的简化方法。该方法利用声源表面的刚性边界条件,只需一步求逆过程即可实现干扰声和散射声的去除以及声源表面振速重构。在仿真中选取简支铝板作为目标声源进行分析,结果表明该方法能够在非自由声场中实现声源表面振速的准确重构。最后通过实验进一步证明了该方法的有效性。     

声场中声能量与传递

当声波传播偏离平面波传播规律时,声场中存在无功声强,影响声能量的传递,有部分能量滞留在声场中。在近场,局部声源表面有时吸收声场中的能量,这成为声场中出现负声强的原因之一。     

多极声源在裸眼井外的纵横波辐射特性

声波远探测方法已逐渐成为石油测井的一门重要应用技术,声源向井外地层中的辐射特性是远探测声场的主控因数。推导了单极、偶极和四极子声源的远场位移渐近解与辐射指向性公式,模拟分析了低频和常规测井频率下多极子声源在井外地层中的辐射图样,优选出不同声源辐射到地层中的优势波类型,并对比了不同频率下优势波指向性的变化规律。结果表明:单极辐射P波和偶极辐射SH横波在各自的辐射声场中占据了主导地位,它们对应的最佳激发频段分别在10 k Hz和4 k Hz左右,而在四极子声源的辐射声场中,P波和SH横波的指向性相近,均优于SV横波,且两者在7 k Hz左右达到最佳,为多极子声波远探测技术的应用提供了理论支持。     

用快速场(FFP)分析空气中声源在水下产生的声场

本文介绍了基于传捅矩阵的快速场(FFP)模型,并用该模型开发出相应的计算机程序,用于对空气中声源在水下产生的声场进行分析.研究了空气中声源高度对于水下声场的影响.计算结果表明,在不考虑空气声吸收的情况下,在远场,声源的高度变化对水下声场强弱影响不大,而在声源正下方区域,随着声源的高度增加,声场减弱.     

声辐射模态在声场重构中的应用

基于声辐射模态,对辐射声场的重构进行仿真研究,取得了令人满意的结果。声辐射模态包含声源几何形状的影响,利用声辐射模态可实现对任意复杂形状声源的声场重构。声源相对简单时,需要较少的测点数就可以得到很好的重构效果。对于复杂的声源辐射声场,重构中结合正则化方法保证重构的高效性与精确性。同时,探讨通过重构声源表面声压的方法来识别噪声源,经过模拟计算和可视化的实现,表明方法简单可行。     

复数声强测量系统的开发研究

声强测量技术广泛应用于声源辐射声功率的测定,声场分析和声源识别等领域.由于声强法在声源声功率的测定上不受测量环境的限制,可在辐射现场进行测量,因而得到了普遍应用.但当两个相关声源相距很近时,声强法的识别则受到了限制.为解决这一问题,人们把声强的概念推广到了复数领域,引入了复数声强(complex acoustic intensity)的概念.复数声强是在声强(亦称有功声强Active intensity)的基础上增加了无功声强Reactive intensity)成分,因而可得到更多的声场信息,能更有效地进行声场分析和声源识别.复数声强除用于声场分析外,还可用以计算产压和质点速度间的相位     

浅海单模入射声场目标回波特性研究

浅海环境中,目标回波受到入射和散射双向过程的信道多途影响,具有复杂的多途结构。基于相控垂直阵的单模发射技术能激发出指定的单个简正波声场,可以降低海底混响干扰,简化目标回波多途结构,为主动探测提供了一种有效手段。在信道中点声源目标回波模型基础上,采用简正波本征函数加权研究了单模声场入射下球形目标散射问题,建立了浅海单模入射声场目标回波预报模型,并利用模型对刚性球回波进行了数值计算。结果表明:总声源级相同条件下,单模发射声场与传统的点声源发射声场相比具有一定的阵发射增益,目标回波具有较高的声压级;单模入射能够消除单程多途的影响,回波结构相对简单,有利于目标的探测和识别。     

实验室动态

正浙江省计量院独立完成的科研项目获浙江省科学技术进步奖三等奖近日,浙江省科学技术奖励大会在杭州召开,由浙江省计量院作为唯一承担单位完成的《标准近似点声源研制及声场研究》项目获2020年度浙江省科学技术进步奖三等奖。《标准近似点声源研制及声场研究》项目基于声波导理论及分层介质原理,针对声场评价、优化与检测及声源定位系统应用所需声源要求,设计、研制了满足近似点声源要求的标准声源,     

基于Gabor-Hough变换二值积累的空中声源过顶检测研究

从航空声源水下声场建模出发,提出了对运动声源过顶信号检测的Gabor-Hough变换二值积累检测算法.声源激发的水下过顶信号在短时间内可以用线性调频信号提供良好的近似,采用Gabor-Hough变换将过顶信号的检测转化为参数空间中的局部峰值检测,而Gabor-Hough变换对强分量杂波掩盖下的弱分量检测能力有限,针对空中声源辐射噪声能量差别较大的特点,提出了二值积累方法检测声源激发的水下信号,仿真实验结果验证了该算法的有效性.     

声场分解的均匀圆阵实值MUSIC算法

经典方位角估计算法中未考虑阵列安装支架对阵列接收信号的影响,实际中阵列安装支架必然会对阵列接收信号产生影响。以环绕在刚性球上的均匀圆阵为阵列模型。在对声场特性的分析中将声学原理和阵列信号处理技术相结合,探讨了存在刚性球形障碍物时的声源方位角估计问题。首先从声学理论出发,分析了刚性球体散射声场及声场分解,讨论了刚性球体对圆阵响应的影响;进而结合阵列信号处理技术,在对声场分解所得到的特征波束空间,利用实值MUSIC算法实现了声源方位角估计。计算机仿真表明,该算法能较好地估计出空间多个声源的方位角,且计算量小,估计精度高,具有解相关声源的能力。     

旋转点声源声场的数值仿真计算

旋转声源辐射声场的计算是利用点源模型预测风扇离散噪声的关键所在,对叶片式机械气动噪声的研究具有重要参考价值.提供了在任意边界条件下计算旋转点声源辐射卢场的数值仿真计算方法.将连续的旋转声源离散化,处理为分布于旋转轨迹上的有限个固定点声源.利用离散化处理后的声源,通过边界元法分别计算旋转单极子和旋转点力源的辐射声场.在自由空间内的计算结果与理论解进行了对比验证,得到较为理想的结果:另外进行了有限长圆管内旋转点声源辐射声场的数值计算,由此对不同长度圆管的结果进行对比,分析了管道长度对声场分布以及指向性的影响规律.