声场全息重构方法与实验研究

声场全息重构是通过近场声全息重构声源的声辐射特性的一种声场反演方法,是近年来的研究热点问题.基于近场声全息声场重构模型,研究声场全息重构方法;再运用LabVIEW虚拟仪器软件平台,开展了传声器阵列各通道标定校准、数据采集、全息面复声压的获取和声场可视化等声场全息重构实验研究.实验结果表明,声场全息重构实验具有较高的定位精度,同时也验证了声场全息重构方法的有效性和实用性.     

一种低频扬声器辐射声场测量技术

低频扬声器的辐射声场由于消声室低频截止频率的影响,不易使用标准的声场测量方法进行准确的测量.利用近场声全息技术以及球面坐标系下的声场分离原理,在球谐函数展开表达式中,导出广义的球谐函数系数求解方程,并采用最小二乘法进行球谐函数展开式中系数的估计,使用推导出的声场分离方法利用非自由空间非球面测量,最终重建出声源在自由空间的辐射声场.为了验证所提方法的有效性,使用偶极子声源以及由数个单极子组成的复杂声源进行了多种情况下的仿真,仿真结果验证了所述方法的有效性.     

基于高阶Ambisonics的2.5维近场声源合成

针对空间声信号处理中二维声场合成与实际声源维数失配问题及近场声源合成中的近场失真问题,本文提出了一种2.5维声场合成方法和一种改进的维纳滤波的近场补偿方法.2.5维声场合成基于高阶Ambisonics的球谐函数展开.改进的维纳滤波方法用于补偿高阶Ambisonics合成2.5维近场声源时引入的近场失真.基于连续扬声器阵列假设理论,推导出了扬声器激励信号的一般表达形式.声场合成实验结果表明：与余弦正则化方法产生的相对误差0.23相比,所提方法合成2.5维近场声源的相对误差减少到了0.031;与高通滤波法相比,所提方法可以提供更大范围的有效听音区.     

基于波叠加法的近场声全息重建参数选取研究

基于波叠加法近场声全息的基本原理,分析了使用波叠加法进行声场重建时结果不准确的原因。研究了重建距离、重建频率、等效源的数目、等效源的半径及信噪比等参数变化对重建精度的影响。研究结果表明,与空间傅里叶变换法的平面近场声全息相比,波叠加法近场声全息拓展了重建距离的适用范围;波叠加法近场声全息对5 kHz以下声源的重建效果较好;等效源半径最好选为辐射体半径的0.8倍以下。     

基于组合阵列的水下特征线谱近场定位方法

本文提出了一种基于组合阵列的特征线谱定位方法,该方法仅采用均匀声压阵中心配置单只三维矢量水听器的基阵形式,即可完成近场源方位角、俯仰角和距离的三维参数估计,可为近场聚焦以及近场声全息等噪声源定位识别方法提供可靠的先验知识.该方法利用声源的二阶统计量信息,将三维参数估计问题转化为多个一维搜索问题,从而减少了算法的计算量,...     

曲面超声换能器近声场指向性研究

通过结合物理声学原理推导出曲面结构及其等效动态相控阵列超声换能器所形成的近声场分布,并利用数学软件对超声近场声压进行近似数值仿真。通过分析比较各声场指向性的仿真结果表明,在给定的工作频率和介质条件下,对比于平面结构,二维半圆球壳的曲面压电晶片或等效相控阵元阵列结构的超声换能器在近声场可实现高强度聚焦,同时近声场焦点处的横向/纵向分辨率都达到最佳,旁瓣/栅瓣抑制也达到最大。最后给出了在曲面阵列优化设计方面一些有价值的规律。     

基于平滑l_0范数的压缩感知近场声全息方法

传统平面近场声全息(CPNAH)是一类典型的不适定问题,采用波数域滤波或Tikhonov正则化等方法都无法彻底解决,因此,提出一种基于平滑l_0范数的压缩感知平面近场声全息法(SL0-CS-PNAH)。根据全息面上测量声压的特点,采用symlets8小波函数构建正交小波变换矩阵,将其作为重建面质点法向振速的稀疏基。将CPNAH中使用的瑞利(Rayleigh)第一积分公式离散化,确定SL0-CS-PNAH中满足约束等距原则的测量矩阵,设置合适的压缩比,利用测量矩阵对稀疏信号进行压缩采样。在由感知矩阵、全息面测量声压和稀疏向量共同构成的约束条件下,建立稀疏向量的最小l_0范数优化模型,采用平滑l_0范数重建算法求解此模型下的最优化问题,得到质点法向振速的最优稀疏解,再将最优稀疏解和稀疏基相乘恢复重建面质点法向振速。在数值仿真实验中,将测量点由64×64减少到32×64的情况下将传统CPNAH、基于正交匹配追踪算法的压缩感知近场声全息(OMPCS-PNAH)、基于子空间追踪算法的压缩感知近场声全息(SP-CS-PNAH)和SL0-CS-PNAH进行比较。实验结果表明,在相同采样率和压缩比条件下,采用SL0-CS-PNAH的声场重建质量较好且重建效率较高。     

基于近场波束形成的麦克风阵列语音增强方法

当麦克风阵列用于封闭环境中非手持式语音拾取时,必须面对的一个问题是声场为阵列近场的问题。该文在子带自适应波束形成方法的基础上,引进了一种基于近场波束形成的麦克风阵列语音增强方法。该方法充分利用了近场球面波的波前弯曲率,有效地衰减了混响和噪声对期望信号的影响。仿真实验结果表明,在小房间混响条件下,基于近场波束形成的麦克风阵列语音增强方法取得了较好的噪声抑制效果。     

一种NVH试验台声场分析方法研究

以完善NVH试验台声学设计为目的,提出了一种基于虚声源与声线跟踪法的NVH试验台声场分析方法.通过搭建测试系统,验证了空场条件下数值计算方法所得结果在中高频带内与实际试验结果良好地吻合.应用该方法对声场中的声源高度进行了参数化分析,得出2 500～16 000 Hz频带范围内不同声源高度时的半自由声场偏差值,为NVH试验台中心高度的选取提供了声学角度的参考,具有重要的工程实践意义.     

圆形烧蚀光斑的纵波声场分析

圆形烧蚀光斑具有轴对称性且易于获取,在激光超声检测中有着广泛的应用。为了获得相应的纵波声场特性,建立了激励源模型,讨论了近场中声轴上声压幅值分布情况并获得了近场长度。利用面积积分,推导出声压振幅的表达式,并对远场中的声场能量进行了模拟。通过分析发现,远场中的纵波能量关于声束轴线呈对称分布,并且在轴线上达到最大值,此外光斑大小直接影响着纵波声场指向性。搭建了一套激光超声非接触式测量系统,基于互易原理并根据传播距离修正信号振幅,获得了指向性实验数据,验证了理论分析结果。     

基于任意麦克风阵列的近场声源三维定位算法研究

基于麦克风阵列的声源定位技术在通信、语音处理等领域得到广泛的应用。本文从声音传播的基本原理出发,推导出了精确的相对幅度衰减因子,获得了更加准确的信号传播模型。利用该模型并结合子空间算法的思想,提出了适用于任意拓扑结构的麦克风阵列的近场宽带三维声源定位算法。仿真结果表明,该算法在一维均匀直线阵、二维均匀圆阵和三维均匀球面阵中,均能够得到较好的定位效果。     

一种近场环境下的麦克风阵列语音增强方法

针对语音源位于阵列近场而干扰噪声源位于阵列远场的声学环境,本文提出了一种基于近场双自适应波束形成的麦克风阵列语音增强方法。该方法利用近场声波波前的特点,主通道采用最小方差无失真响应准则的近场优化波束形成器,辅助通道采用双自适应波束形成技术,从而有效地抑制了混响和噪声对语音信号的影响。仿真实验结果表明,在房间混响条件下,本文方法具有良好的噪声抑制性能。     

“混响半径”辨

解释了混响半径的定义,介绍了室内稳态声场中各声学参数之间的关系以及临界距离与混响半径的关系。临界距离内以直达声为主,可近似为自由声场;临界距离以外,以混响声为主,可近似为扩散声场。说明了临界距离在扩声设计中的应用。     

存在近场辐射源情况下的阵列流形建模及分辨性能分析

当辐射源位于天线阵列的近场区域时,信号波阵面在天线阵列的孔径渡越无法忽略,此时电磁波信号到达阵列的波前需要用球面波模型进行描述。本文针对这种情况,研究了传感器阵列的一项固有属性——近场阵列流形,首先构建了任意N元阵列的近场阵列流形数学模型,其次利用微分几何对近场阵列流形的局部特性进行了分析,推导出了近场阵列流形弧长和一阶曲率的数学表达式,并利用这两种局部特性参数分析了近场辐射源参数估计的精度及分辨性能。     

Holographic testing of terahertz antennas

In the light of future applications involving terahertz antenna measurements, this paper revisits Gabor (1949) holography as a direct method for recovering phase, offering some interesting advantages for near-field measurements. In particular, we examine the theory and parameterization of planar near-field Gabor holography and comment on the requirements for scanner precision at terahertz frequencies     

超分辨近场结构光刻技术

介绍了一种新的近场光刻技术的基本原理及其在光刻方面的应用研究的最新进展。新技术的基本原理是;光远场照射,通过超分辨掩模产生光刻所需的超过衍射极限的近场光,利用夹在掩模和光刻胶中闯的电介质保护层实现了近场光的最佳耦合,减小了线宽并大大提高了光刻速度。这种膜层结构叫超分辨近场结构(Super-RENS),是近年来发展起来的一种新的近场光学技术。     

用于手机背光模组的轮廓渐变V-槽形自由曲面结构的新颖设计

目前，市场上流行的手机背光源的导光板基本上为单面网点(球型微透镜阵列)的结构。文章介绍了一种新型手机用导光板的设计，其采用一面为网点结构，另一面为轮廓渐变的V-槽形结构的自由曲面，以使导光板的配光更加合理。模拟结果显示，导光板照度比单面网点的导光板要高出1倍左右。采用这样的结构，背光模组中至少可以少用一层3M公司的增亮膜(棱镜膜)．倬背光樽组的成本有效降低．     

用于提高集成成像景深的微透镜阵列研究

集成成像3D显示是一种运用微透镜阵列从不同方 位对三维物体记录和重构的真三维显 示技术,针对集成成像3D显示技术景深不够、微透镜之间间隙透过的杂散光引起干扰导致的 重构图像质下降等问题,本文设计新型微透镜阵列结构(双层针孔/微透镜组合阵列结构)以 减少杂散光并增加集成成像3D显示的中心深度平面的个数以提高集成成像的景深。根据集成 成像原理,确定双层针孔/微透镜组合阵列的参数,利用Tracepro光学仿真软件对集成成像3D显示过程进 行仿真,结果表明,双层针孔/微透镜组合阵列能有效地较少杂散光;当两层微 透镜阵列间距为5mm时,本文系统获得的景深比传统系统大20 mm左 右,即 双层针孔/微透镜组合阵列结构能够实现在减少杂散光影响的同时又增加集成成像的景深。     

基于频率选择表面的宽角扫描阵列

设计并加工了一种基于双层频率选择表面(frequency selective surface, FSS)的一维Vivaldi阵列天线.首先采用周期边界条件分析无限大阵列中的单元特性, 利用等效传输线原理和广义散射参数矩阵来设计优化加载在Vivaldi阵列上方的介质宽角匹配层.然后, 在所加载的双层介质匹配层表面直接印制FSS结构使阵列扫描特性得到极大改善.仿真和实测结果表明, 一维Vivaldi阵列中心单元在7~12 GHz的有源驻波比均小于2.5, 在8~10 GHz波束扫描范围能够达到±60°.仿真结果还表明:采用双层FSS结构的Vivaldi阵列与未加载匹配层的Vivaldi阵列相比, 在7~11.5 GHz增益有2~4 dB的提高; 同时在扫描至±60°时, FSS结构的加载使得阵列在对应扫描角下的交叉极化下降了5~10 dB.