运动物体噪声场分解的传递路径声全息方法

声全息及波束成形技术可以通过对阵列噪声信号处理,获得运动物体表面声场的分布。如果物体中声源相距较近或声源相关性较高,该方法不能有效区分每个声源对目标表面声场的贡献。提出了一种基于声源特征的传递路径声全息方法。该方法同时采集外场阵列面信息及物体上声源参考信息,在声源识别过程中,结合声源传递路径对采样面信息分解,然后采用声全息技术重建声源,实现声源识别和声场分解。介绍了该方法的识别过程,并与传统的声全息方法进行多声源仿真对比;最后应用该方法进行了实际汽车噪声源的分解。结果表明,该方法能有效识别并分离出运动物体的噪声源。     

波束形成三维传声器阵列声源识别的改进方法

采用具有倾角的轮型阵列能消除平面阵列对其后方背景声源无抑制能力的缺点,降低对测试环境的要求。通过仿真计算获得了三维轮型传声器阵列波束形成指向图及典型最大旁瓣水平随阵列倾角的变化曲线,分析了阵列倾角对其声源识别性能的影响。在此基础上,提出了阵列多倾角测量声级平均的声源识别改进方法,三种类型声场声源识别的模拟计算结果表明：该方法在准确计算目标声源位置和幅值的同时,相比于一定倾角阵列的单次测量结果可以更有效地同时衰减阵列前方声波和背后背景噪声在聚焦方向上产生的旁瓣干扰,显著地提高了声源识别精度。     

应用于传声器阵列定位校准的空间点声源声场拟合方法

介绍了一种用于传声器阵列声源定位精度校准的空间点声源声场模拟方法,并基于该方法设计了一套空间点声源模拟系统,完成了一个传声器阵列的定位位置精度校准。文章采用多通道点声源空间声场合成算法模拟了一个位于自由场空间的点声源,根据传声器阵列中每一个传声器的空间位置坐标,计算出传感器所处位置声场的动态声信号。通过耦合腔标准声源将对应的多通道电压信号输入被校准阵列系统,完成点声源的模拟。然后,该阵列运用波束形成算法进行声源定位,得出点声源的位置,并与模拟点声源的位置进行比对,实现对阵列定位准确性的校准。     

响度三维空间分布重建

将近场声全息方法和声品质客观参量计算方法相结合,提出声品质客观参量-响度的三维空间分布重建方法,该方法通过建立从声压分布到响度分布的映射模型,计算声场中不同位置的声品质客观参量大小,得到响度的三维空间分布。为了验证方法的有效性,分别在单个点声源和两个点声源形成的声场开展响度三维分布重建模型的数值仿真分析研究,检验了重构距离、频率和双声源间夹角等参数对声压重构精度和响度三维分布重构精度的影响。同时,在全消声室内使用刚性表面球形传声器阵列对含两个扬声器辐射形成声场的进行了响度三维分布重构模型的实验验证。仿真和实验结果表明:该方法在近场声全息声场重建的基础上有效实现了响度三维空间分布的重建。     

换能器组阵对声场指向性的影响

根据点声源的声场指向性函数,推导出了考虑换能器振动面积时单个超声波换能器的指向性函数和由其组成的矩形阵列的指向性函数,研究了单个超声波换能器和其组成阵列的指向性。计算分析了阵元面积、阵元间距及阵元数目对超声波换能器阵列指向性的影响,为高指向性噪声的控制和声武器对抗提供帮助。     

模态滤波匹配定位方法研究

0引言在典型的海洋环境中,声场可以表示成一系列简正波模态的和的形式。实际中通常使用水听器阵列对这些模态进行空间采样和滤波,进而对声源位置进行定位。与常规的匹配场方法相比,模态估计定位的优势在于方法对环境噪声和阵元自噪声是稳健的[1],因而定位结果的精度比较高。前人已经提出许多模态滤波方法,如抽样模态滤波,伪逆模态滤波等[2]。本文通过对模态滤波方法进行海上试验验证,成功定位了声源位置,验证了方法的可行性。     

基于广义逆波束形成的扩展性噪声源定位误差影响因素仿真研究

实现噪声控制的前提是正确识别出主要的噪声源,研究噪声源空间指向性对于噪声源的辨识和预测有重大意义。为提高复杂声源的分辨率,以单极子点源形成扩展性声源表征噪声源,引进广义逆波束形成算法对扩展性声源进行声源定位。通过仿真计算,分析了广义逆波束形成(Generalized Inverse Beamforming,GIB)算法中麦克风阵列阵元数、测量距离对定位效果的影响,系统比较了去自谱算法和GIB算法对点声源、扩展性声源(5个紧密相连的单极子点源)的分辨率。仿真表明:GIB算法中定位效果受阵元数目影响不大,相对提高了点声源的定位精度,而且能分辨出扩展性声源。     

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。     

基于辅助阵元校正法的柔性阵列阵元位置校正

本文介绍了两种用于校正大型柔性声纳阵列的阵元位置的方法。在阵列进行海底铺设后,阵元位置的不确定,会大大降低声纳搜索方位的性能。辅助阵元校正方法考虑使用阵上较短距离间隔的阵元作为辅助阵元来对信号到达角和阵元相对相位同时进行估计。并从至少两组不同方位声源点测得的数据,获得阵元的相对坐标位置,得到阵形。为了保证校正的有效性,我们比较了这两种辅助阵元校正方法,通过大量的仿真试验比较它们对辅助阵元误差扰动的敏感度,并选择了宽容性较好的MUSIC辅助阵元方法进行了实际的海上试验。     

封闭水池中非自由场重建的实验方法

为实现水下封闭空间中非自由声场的重建,提出一种单全息面的声波分离方法。用声场中不同位置声压的球谐函数展开描述非自由声场,并在声场重建过程中剔除环境噪声,达到目标声源的直达声与环境噪声分离的目的。在六面反射的封闭水槽内,进行非自由声场重建的实验,获得了目标声源的直达声,并与消声水池中的测量结果进行对比,表明:基于单全息声压测量面的声波分离方法可以有效重建水下非自由声场,声波分离后目标声源辐射声场的重建误差小于30%。     

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。     

波叠加联合波束形成的局部声场重建技术研究

传统近场声全息是以快速傅里叶变换为基础的,在有限测量孔径条件下将产生窗效应和卷绕误差,因此一定程度上制约了其在工程上的应用。基于此,提出了一种基于波叠加联合波束形成的局部声场重建技术。首先利用波束形成对传声器阵列采集的声场信息进行分析计算,获得声源的具体位置;然后在该位置配置等效源,并利用迭代算法对局部声场的数据扩展;最后应用扩展后获得的声场数据进行重构。该技术只需要少量的传声器就可以方便快速的实现声场重建。在半消声室内采用两个音箱模拟声源进行研究,实验结果表明:在小测量孔径下该方法可以准确的重构外部声场,拓宽了近场声全息在工程中的应用范围。     

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     

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。     

噪声异常压缩机的声诊断分析

通过声品质评价方法分析了噪声异常转子压缩机试验样机,并计算出A声级、响度、粗糙度和尖锐度作为声品质的客观评价指标,结果表明与正常压缩机相比,该噪声异常压缩机具有较差的声品质。声阵列技术能够精确定位复杂形状的目标声源,与传统采用声级计测试相比,能够获得更加丰富的声场信息。为了诊断出压缩机的异常噪声,通过声阵列技术在全频段对该异常压缩机进行了声源识别定位分析,找到了影响压缩机噪声的关键频率点及相应的噪声源,从而为压缩机噪声的改善提供了有力证据。     

声阵列测试技术在微型泵降噪中的应用研究

声源定位作为机械降噪的关键之一,有效指导着产品噪声问题的解决。某微型压力水泵的噪声较大,为了有效降噪,综合声阵列测试技术和机械降噪技术,构建了一套完整的降噪优化流程方法。在声源定位过程中采用声阵列采集实验数据,利用声强法与波束形成技术获取得到微型压力水泵噪声源的主要声源位置位于套筒中部,结合流场与结构场的实验分析,进一步验证了泵体噪声主要由套筒结构的振动发声所致。在准确识别声源的位置后提出相应的降低本体噪声的改进方法并进行了验证,结果表明：增大壳体的阻抗特性和通过弱化电机与顶盖和底盖的轴向连接刚度的方式可以有效降低压力水泵的噪声。     

高速列车车间连接处车内噪声特性研究

参考ISO 3381-2005标准，对运营中速度等级为300 km/h的某型高速列车进行车间连接处车内噪声测试，给出了车间连接处车内噪声的频谱特性及其空间分布规律。进而，基于球谐函数声场分解和重构的球形阵列声源识别原理，采用球形阵列声源识别系统，对车间连接处车内噪声进行声源识别，明确了车间连接处车内噪声的源强和分布特性。最后，参考TB 3094-2004标准，对典型的车间连接风挡结构进行隔声特性测试。综合上述测试结果，对车间连接处噪声的产生机理进行了综合的分析。结果表明，现有高速列车风挡结构不单有隔声不足的问题，还存在较显著的结构振动声辐射，对风挡结构的优化设计需同时考虑上述两大因素。     

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。     

可视化噪声源识别技术

简要回顾了噪声源识别的传统方法和基于信号处理的方法,阐述了可视化声源识别技术的基本原理,然后利用各种重建算法在三维空间中进行声场重构并将结果用图形表示出来。按噪声信号采集方式、重建算法和结果表示方式对该技术进行了分类。对常用的三类重建算法Fourier方法、Helmholtz-Kirchhoff积分方程法和等效源法进行了详细的比较,重点分析了等效源法,指出它目前存在的研究困难。给出了一种应用可视化噪声源识别技术的系统解决方案。