声全息声压场插值重构方法研究

声全息是一种有效的声场测量分析技术,全息面上的声压重建精度直接影响声源的空间分辨率。基于空间面积分声压重建理论,提出一种融合Newton插值和克希荷夫积分的声压重构方法,通过构造测量点声压及位置声矢量的牛顿插值函数和设置全息面上的虚拟克希荷夫面,由少量麦克风测量点数据,经插值运算和克希荷夫积分重建出全息面上任意位置点上的声压值及声矢量,快速高精度实现全息面声压重构,经数值仿真分析和实验,验证了该方法的准确性和高效性。     

理想声源辐射声场的数值分析

通过声场的特性和规律分析可以识别和定位噪声源,对噪声控制以及声源的设计提供参考。数值方法是求解有源声场的重要工具,复杂的声辐射一般可分解为简单的声辐射叠加。研究了单极子、偶极子、活塞等几种理想声源辐射声场的解析解,并用有限元法计算数值解,得到相应的辐射声场,包括声压、速度、指向性等量,有限元法得到的数值结果与解析解吻合;利用有限元法计算了点声源的线性阵列与平面阵列等典型的叠加声场。对各种声源的特性和辐射声场的规律以及在工程领域中的应用进行了归纳。     

声腔-弹性板结构在不同激励下声辐射特性研究

以声腔-弹性板声振耦合模型为研究对象,对比分析该模型在点力激励和点声源激励下,激励位置、声腔厚度以及弹性边界等对弹性板声辐射功率、表面振速和腔内声压的影响及两种情况下的区别。弹性板的振动位移函数通过谱几何方法得到,并采用Hamliton原理,充分考虑了板的振动与板两侧声场之间的耦合。利用Rayleigh积分,可计算出弹性板的声辐射特性参数。结果表明,在简支约束情况时,点力和点声源两种激励下,激励位置、声腔厚度和弹性边界对板的声辐射功率、表面振速和腔内声压有不同的变化。在薄声腔时,点力激励下,声腔个别模态对板有明显影响。点声源激励下,模型耦合作用明显,弹性板的声辐射功率、表面振速和腔内声压主要受到耦合模态的影响,且点声源的耦合作用明显强于点力作用。相较于扭转刚度,直线刚度对声辐射的影响更大。     

封闭空腔内声场分析的等效声传递向量法

提出了一种用于封闭空腔内声场的计算方法--等效声传递向量法。采用位于腔体表面附近的若干虚构声源的叠加声场来等效由结构振动形成的封闭空腔声场,通过匹配振动结构表面上的法向振速获得虚构声源的源强,建立起结构表面的法向振速与腔体内场点声压的联系,并推导了结构面板声学贡献度的计算公式。计算过程避免了边界元法中复杂的数值计算和奇异积分的处理,提高了计算效率。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

一种检测多频多源复杂稳定声场声压的新方法

针对准确检测出多频多源声场复声压信号不理想,并且在信噪比(SNR)较低的情况下,现有的检测方法很难解决,提出了一种结合自适应算法、信号互谱和信号能量不变原则检测多频多源复杂稳定声场声压的方法。该方法首先利用自适应算法求出背景随机噪声,再次利用自适应算法求出声源辐射信号,并对频谱分析和校正,结合信号互谱、信号正交,以及信号能量不变原则得出声场中检测点的复声压,最后通过算例验证此方法的有效性和可行性,即使声场在多频多源且信噪比较低的情况下,仍然能精确测出声场测点的复声压信号。     

考虑边界条件的弹性长方体封闭结构腔辐射声场分析

在弹性板边界施加假想的弹簧系统模拟板的不同边界条件,利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,建立由2块四边弹性支承的弹性板及4块刚性板构成的封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导腔体外辐射声场的解析解.该模型考虑两弹性板之间以及弹性板与腔体内声场之间的耦合.算例表明,低频段时两弹性板之间为弱耦合,辐射声场主要由受到外激励的结构所决定;支承板的线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大.同时,运用有限元法计算腔体内的声模态和弹性板的振动模态及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与前面导出的解析结果进行比较,理论推导的正确性得到验证.     

结构与空气噪声辐射的等效面声源预测

将振动或气动发声系统作为一个整体,建立近场虚拟包络面并划分区域,将实验测试获得的各区域中心近场声压信息作为相应区域的声源,形成整个振动或气动发声系统的等效面声源模型,以此作为声学边界积分方程的边界条件,实现辐射声场的数值计算.以矩形箱振动发声系统为例,应用两种规模的等效面声源预测噪声辐射,与实验相对比获得了较好的准确度,验证了该方法的有效性,同时表明等效面声源规模越大预测结果越准确.将小型离心风机气动声源与理想体积声源置于矩形箱内,应用该方法预测其辐射声场,也得到了理想的结果.     

混合波叠加法识别噪声源的理论与试验研究

针对基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非惟一性难题及其基于Helmholtz方程最小二乘法（HELS）特殊函数选择计算问题，提出以一种稳健的声场的全息变换算法——混合波叠加法，此法用相对少量的测点数据就可重建任意形状源表面的声场。在对典型声源进行数值仿真并验证该技术重建空间声压场精度高、精确地识别和定位噪声源后，在半消声室里，运用29个传声器组成的“＋”字型平面传声器阵列，得到音箱声源的空间声压场分布及声源位置，显示出混合波叠加法在工程实践中广泛的应用前景。     

基于遗传算法的动态优化波叠加噪声源识别方法

针对现有声全息以及波束形成等方法中重建声场的虚假声源问题,提出一种利用遗传算法搜索声源位置的波叠加噪声源识别方法。该方法通过传声器阵列测量声音信号,基于时间延迟算法进行声源面的声压预估;选取预估声压峰值点作为等效源的初始位置;根据初始识别结果确定声源位置搜索的三维空间范围,以重建传声器声压误差函数作为位置评价指标,利用遗传算法动态地优化等效声源的空间位置,并实现声场的波叠加重构。对该方法进行仿真试验,得到的识别结果中旁瓣引起的虚假声源强度下降到真实声源的10%以下。试验结果表明利用该技术重建声场时,与传统的全息和阵列技术相比,可以有效消除虚假声源以及旁瓣效应,与静态波叠加方法相比,可以取得准确的声源位置和重建声压值。     

基于空间脉冲响应的超声换能器声场研究

以空间脉冲响应为理论基础,建立了换能器空间声压模型,通过求任意时刻相交弧长对应圆心角的方法,计算了圆形和矩形换能器的脉冲响应函数,并仿真了其声轴线平面、横截面和声轴线的声压分布,通过与理论声压对比,仿真结果可以准确地反映换能器在空间辐射的声场。该方法对优化换能器设计参数和无损检测工艺、提高超声检测分辨率和可靠性有重要意义,也适用于其他形状换能器声场的计算。