调制声场声源定位技术研究

为提高调制声场特征提取的准确性,减小噪声对全息重建结果影响,提出复解析小波变换的调制声源近场声全息分析方法。利用复解析小波变换自适应分析能力,对调制声场声压信号进行处理,实现调制信号与噪声信号分离,再对调制成分进行统计最优近场声全息重建分析。利用仿真信号及音响实验分析验证表明,该方法能准确识别、定位调制声源,计算量小,抑制噪声能力强,且全息重建精度高。     

宽频带内的单全息面分离声场研究

近场声全息能高分辨率地重构声场,但是适用的自由声场环境很难获得,声场分离的方法能虚拟出自由声场,扩大了近场声全息技术的应用范围。目前声场分离的方法需要对声源有较多的先验知识,而且随着分析频率的增加,为了保持重建的精度需要减小传声阵元的间距,造成工程设计制造的难度进一步增加,这些方面一定程度上阻碍了近场声全息技术的应用。文章根据声波等效源法的原理提出一种在较宽的频带内的单全息面分离声场方法,无需目标声源和噪声源的先验知识,即可对声场进行分离,达到虚拟消声的效果。理论推导确保了方法的正确性,数值仿真验证了该方法的可行性和优越性。     

基于非先验基信号分析方法的声强测量

双传声器声强测量的关键技术要用到离散傅里叶变换(DFT),DFT是一种先验基的分析方法,存在泄漏误差.分析了DFT泄漏误差对声强测量的影响,结果发现这一误差对声强测量的影响大,进而提出一种基于非先验基的信号分析方法,将其用于双传声器声强测量,进行了模拟计算和实验验证.结果证明可以避免泄漏误差,准确地测量出声强值.     

基于改进HELS方法的局部近场声全息技术研究

为实现复杂声源局部声场精确重建,提出基于改进的HELS法的局部近场声全息(PNAH)技术。将实际声场视为声源各部分产生相干声场的叠加,利用小全息孔径测量声压求解正交基函数的线性组合系数,实现全息声压近场外推;用外推所得数据进行声场重建。仿真及实验结果表明,该方法能有效重建复杂声源声场,且重建精度较高。     

一种分析循环平稳声场的近场声全息方法

提出循环平稳近场声全息技术,克服了以往近场声全息技术在分析循环平稳声场时的局限性.以往近场声全息技术将此类声场信号处理为平稳信号,抹杀了其统计参数随时间周期变化的非平稳特性,导致其全息图无法有效地表现声源特性.本技术以谱相关密度函数取代声压谱成分作为重建物理量.由于谱相关密度函数可以提取出循环平稳信号的二阶时变统计量的周期特性,并对循环平稳信号进行解调处理,使得该技术的全息图上不会因为边频带的存在出现虚假能量.实验研究表明,本技术可以更准确地提取循环平稳声场的信息.     

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。     

压缩机噪声的跟踪采样近场声全息实验研究

降低噪声水平是提高产品质量的一个重要指标,识别噪声和振动源有助于采取针对性措施改进设计,从而达到减振降噪的目的。近场声全息技术的三维可视化功能可以有效地重建声振场,识别噪声源的主要位置。针对工业中广泛使用的旋转机械,提出用跟踪采样技术结合近场声全息方法进行声场分析,可以获取不同旋转区间的声场信息。以小型旋转式活塞压缩机为研究对象,压缩机由压缩机主体和储液器两个主要部分组成。利用Mller-BBM测试系统对压缩机外部声场进行测量,同时跟踪记录压缩机叶片的运动过程,在信号预处理后获取压缩机不同工作阶段的声信号,然后通过近场声全息技术重建了不同工作阶段压缩机表面的声场。重建的结果反映了声源的主要位置和不同工作阶段的变化情况,为近场声全息技术分析旋转机械声源方面提供了参考。     

有关循环平稳近场声全息的重建参数的若干确定准则

与普通近场声全息理论相比,循环平稳近场声全息理论可以更好地用于分析循环平稳声场.讨论了循环平稳近场声全息的重建参数的若干确定准则,包括:全息面孔径,相邻测点间距及全息面与声源间的距离等.仿真表明,在这些准则的指导下,可以确定合理的重建参数,提高循环平稳近场声全息理论的重建精度,提高其工程实用价值.     

调制声源的统计最优近场声全息技术研究

常规近场声全息技术分析调制声源产生的声场得到的结果无法正确识别和分析声源的调制成分。本文展开了调制声源的统计最优近场声全息分析,具体方法为先通过Hilbert变换解调调制声场的声压信号,提取出调制成分,然后再对调制成分进行统计最优近场声全息分析重建调制声源。通过扬声器实验和空压机调制声源识别实验证明了该方法在工程应用上的有效性。     

半空间近场声全息技术的等效源配置研究

当振动体位于某边界面上方时,通常可采用半空间近场声全息技术重构三维空间声场,以便考虑该边界面反射作用对声场的影响。其中,基于等效源法的半空间近场声全息技术将反射声视为由一系列位于边界面下方的等效源辐射所得,采用自由空间传递函数即可实现半空间声场重建,原理简单,计算方便,但该方法计算精度严重依赖于等效源配置。如果等效源配置不合理,重建精度很低,甚至重建失效。而目前的等效源配置方法主要适用于自由声场。以探索适用于半空间声场的等效源配置方法为目标,通过数值仿真研究和分析,寻找合适的等效源配置方案,最终获得更高更稳定的半空间声场重建精度。     

局部近场声全息的仿真与实验研究

声场的局部测量不能满足基于快速傅里叶变换近场声全息理论推导的前提条件，所以该方法无法实现局部声场的精确重建。统计最优近场声全息在空间域直接实现声场的重建，避免由于使用快速傅里叶变换而产生的各种误差。结合不同的正则化方法，研究了统计最优近场声全息对局部声场的重建效果，分析了重建面边缘区域以及中心区域误差对总误差的贡献。仿真与实验结果表明：统计最优近场声全息可以实现局部声场的精确重建，重建面边缘区域的误差大于中心区域的误差；正则化技术方面，基于Engl误差最小化原则的正则化参数选择法，使得Tikhonov正则化方法更为实用。     

采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

基于NAH变换的两端封闭有限长圆柱壳体内部声场重建

首先采用模态叠加法计算出两端封闭圆柱壳体的内部声场,然后在Neumann边界条件下推导圆柱壳体内部NAH变换算法,将声场中近场面上的全息数据与NAH变换算法结合实现内部声场的重建,最后比较重建的声场分布与模态叠加法计算出的声场分布,结果表明:通过NAH算法重建的声场分布能较好地与模态叠加法计算出声场吻合.     

基于近场声全息的故障诊断方法及系统实现

针对基于振动信号故障诊断存在的接触式测量弊端及传统声学故障诊断只反映部分声学信息问题,将近场声全息技术引入故障诊断克服该缺陷。基于LabVIEW平台开发出的非接触式机械故障诊断系统,利用近场声全息重建机械声源面附近声压场,得到可视化声源的声像图;从声像图中提取反映声场空间分布的灰度共生矩阵特征,结合支持向量机模式识别实现智能故障诊断。该系统具备智能诊断测试、声源可视化、数据分析等功能,操作方便,可用性强。通过对齿轮箱故障诊断,正确率达97.3%。与传统声学诊断方法的对比,证明该系统可靠、实用。     

基于倏逝波衰减特性的空间频域滤波器研究

平面近场声全息方法在全息面大小有限时存在由于测量距离增大而造成全息面空间频域能量泄漏而引起的不适定性问题。本文利用不同空间频率的平面倏逝波的衰减只与倏逝波波长相关的特性，提出了一种基于倏逝波随测量距离变化可利用准则的新型空间滤波器，在不引起不适定性问题的同时最大限度的利用了有用的倏逝波信息。通过模拟比较利用不同范围的倏逝波信息的声场重建结果，论证了该滤波器的适用性和合理性。     

基于近场声全息的滚动轴承故障诊断

滚动轴承在工业生产中起着关键作用，对其进行故障诊断研究具有重要意义。目前轴承诊断主要以振动信号分析为基础，而获取振动信号受接触式测量限制，声学故障诊断（ABD）具有非接触式测量的优点，但传统基于单通道的ABD存在测点选择难与局部诊断的不足。联合近场声全息（NAH）和灰度—梯度共生矩阵（GLGCM）并应用于滚动轴承故障诊断，利用NAH重建各轴承运行状态下的声场，得到声源附近重建面处的声像图，再从声像图中提取GLGCM特征，建立声场特性与轴承运行状态的内在联系，结合支持向量机模式分类，实现轴承故障诊断，实验研究证实方法的可行性与有效性。     

圆柱壳辐射声场重构的波叠加方法

将声全息技术应用到水下结构的声场重建问题中。通过理论推导和数值仿真,分析一两端带半球帽的圆柱壳模型在不同激励作用下声场的重建效果及影响重建精度的因素。考虑到实际应用,全息面分别采用柱形全息面和平行的双平面全息面。仿真结果表明,该方法是一种稳健的全波数空间声场重构技术;其重建精度受到等效源面参数、全息面参数及测量环境信噪比等多因素的影响;在含有测量噪声的条件下,应用Tikhonov结合L曲线的正则化方法仍可以较精确地重构声场;相比于其它方法,波叠加方法具有测点少,计算速度快等优点,有很好的应用前景。     

噪声源识别的近场声全息方法和数值仿真分析

将近场声全息(NAH)用于噪声源的识别和定位，对不同类型噪声源的数值模拟结果和理论分析表明：对于复杂声源，采用近场声全息方法可以精确地定位噪声源，并且能很好地分辨出各噪声源振幅的强弱；在波数域加窗滤波后，声压测量的误差对声源识别结果的影响不大。并对重建结果误差的产生原因及近场声全息相关参数的选取原则做了详细的分析，对工程测量和噪声控制有一定的指导意义。     

近场声全息方法识别噪声源的实验研究

根据近场声全息(NAH)的原理，建立了全息实验所需要的采集、分析系统。针对影响重建精度较大的截止波数的选取问题，给出了较为详细的讨论．并提出一种不需先验知识的截止波数选取方法。最后通过对实测数据进行全息变换．重建结果表明：在采用提出的截止滤波选取方法后，NAH技术可以精确地对噪声源进行定位与识别，并且可以得到三维空间内的声压、质点振速和声强矢量等声学信息。     

声全息技术的研究现状与展望

简单地回顾了全息术的基本原理,全息术的应用范围及发展历史。对声全息技术进行了分类，并对各类声全息技术的特点进行了评述，就近场声全息技术（NAH）中常用的各类重建计算方法及适用范围、声全息数据的各类采集方法、特点及声全息成像的分辨率、各类声场全息图像的表达方法等问题的研究现状进行了详尽的分析，并重点分析了基于声压测量的近场声全息技术和基于声强测量的近场声全息技术（BAHIM）的研究现状，从而指出了这两种近场声全息技术有待进一步深入研究的问题，并对NAH及BAHIM技术发展前景进行了展望。