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。     

基于波叠加与统计最优近场声全息的单面声场分离技术

基于空间声场变换的近场声全息以及统计最优近场声全息都要求全息面一侧的声场必须为自由声场。为了克服应用上的局限性,提出了一种波叠加方法和统计最优近场声全息相结合的方法。针对现有的双全息面声场分离技术需要在两个全息面上进行声压测量,效率较低的问题,首先采用波叠加算法根据全息面上的声压重构出某个重建面上的声压,然后利用全息面和重建面的声压数据采用统计最优近场声全息技术分离出全息面某一侧声源在全息面上单独产生的声学量,从而以更少的测点数在全息面两侧都存在声源的情况下实现空间声场分离。实验和数值仿真验证了该方法的有效性和可行性。     

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。     

基于圆柱近场声全息的水下声源定位实验验证

为提高水下航行器的声隐身性,或者减少其对海洋环境的噪声影响,噪声源的定位与识别对于制定合理的控制方案具有重要的工程价值。同时,对水下航行器的声辐射特性进行评估和管理是其升级和使用过程中不可或缺的环节之一。近场声全息技术利用在船体表面附近测量面测得的声压数据,采用声场变换方法,既可反向重建辐射声源面声场从而定位船体上的噪声源,也可正向重建测量面外部声场从而预测远场声辐射。通过OROS水下声全息软件展示如何利用NAH进行声源定位和远场预测,该软件是目前市场上唯一的水下近场声全息解决方案。考虑到水下航行器以圆柱体结构居多,本文开展了圆柱近场声全息的实验研究,得到了准确的辐射声场信息,验证了该方法的准确性和有效性,为圆柱近场声全息技术的水下工程应用提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

声场中倏逝波特性及改进全息重建方法的研究

近场声全息是通过在紧靠被测声源物体的近场测量面上记录全息数据,不但可以记录传播波成分,还可以获得反映声场高空间特性的倏逝波成分。通过分析传播波和倏逝波在声场中的分布情况与声场空间位置、声源大小及频率的关系,得出了传播波和倏逝波在空间声场中的变化规律、影响因素以及二者之间的对应关系。通过对不同背景噪声下倏逝波的传播情况确定了可利用倏逝波传播距离。在此基础上,提出了一种改进的声全息方法,通过用这种方法,可得出声源面上传播波与倏逝波成分,获取等效于近场声全息的重建结果。最后,通过仿真验证了这一结果。     

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。     

强干扰环境下声源可视化重建方法的研究进展

准确识别噪声源是机电产品噪声控制的关键,其中,近场声全息和波束形成是两种常用的声源可视化重建方法,分别适用于近场低频和远场高频声源重建的情况。传统的声全息和波束形成方法基于自由场假设,即适用于目标声源辐射声与干扰噪声之间的信噪比大于10 dB的情况。然而很多机电产品的噪声测试只能在工作现场进行,不满足自由场条件。为此,从声学传播方程和信号处理两个方面出发,回顾了强干扰环境下声源可视化重建方法的研究发展历程,评点了每种方法的特点和适用范围。重点介绍了强干扰环境下的近场声全息方法,包括声场分离法和逆块传递函数法。另外,还介绍了混响环境下的声源重建方法以及基于信号处理的信号噪声分离方法。最后,讨论了强干扰环境下声源重建有待解决的问题及其发展趋势。     

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。     

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。     

基于近场声全息的重建算法分析与研究

针对声全息算法种类繁多及应用场合不同需求,通过有限元仿真和数值仿真相结合,对基于傅里叶变换、统计最优和等效源3种算法进行分析,寻找声源频率、重建距离、采样间距及正则化方法对重建精度的影响,并对其计算效率进行对比。在开阔水域进行实验验证。结果表明:随着声源频率增大,重建距离增加,采样点数减少,声全息算法的重建精度逐渐降低。在低频区域,结合L-曲线正则化法的统计最优近场声全息具有最佳的声场重建效果;基于等效源法的声全息重建精度最高,但容易产生虚像;基于傅里叶变换的声全息算法受重建距离影响严重,但重建速度优异,且声源定位准确。     

基于压缩感知和快速波叠加谱方法的近场声全息

在等效源法近场声全息理论的基础上,将等效源强和积分核函数在轴对称虚拟面上进行双向傅里叶级数展开,使待求的源强向量转化为稀疏的傅里叶展开系数向量,并结合压缩感知重构算法中的基追踪降噪算法建立了一种基于压缩感知和快速波叠加谱的半解析、半数值等效源近场声全息方法。利用脉动球源与长条形声源对比了所提方法与传统压缩等效源法的声场重建效果。计算结果表明：当频率较低时,所提方法与传统方法的重建精度相当;但随着频率升高,所提方法的重建精度与抗噪性能均优于传统方法。     

基于LabVIEW的近场声全息噪声源识别系统

鉴于大多数近场声全息噪声源识别系统成本较高,基于LabVIEW开发成本低、适用性强的近场声全息噪声源识别系统。该系统可在传声器数量较多时使用阵列快照,也可在传声器数量有限或仪器通道个数有限时用线阵或面阵分块扫描获取全息面信息;通过嵌入的MATLAB近场声全息计算程序可以实现声场的重建和预测;通过LabVIEW可视化控件可以方便地实现重建和预测声场数据的显示。首先对该系统的原理及实现过程进行介绍,随后通过实验检验该系统的有效性。     

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。     

基于二阶循环统计量的近场声全息试验研究

传统近场声全息技术的重建结果不能准确反映循环平稳声场的调制特性。因此,利用循环自相关函数的解调性能来提取声场的特征循环频率,然后通过循环维纳－辛钦关系来获取循环谱密度,将循环谱密度取代声压谱作为平面近场声全息的声场重建物理量。试验研究表明,此方法可准确提取循环平稳声场的特征频率,重建结果可清晰直观的突出声场的本质特性。     

统计最优柱面近场声全息识别声发射源研究

植物在受到病害胁迫时会发出声发射信号。通过声发射信号的采集,以统计最优柱面近场声全息技术为理论依据,进行植物的声源信号识别和声场分析。对单声源和多声源分别进行了仿真分析,通过不断修改全息柱面半径、重建柱面半径和测量点间距等参数,探索获得最佳重建效果的参数范围,同时探讨了窗函数对重建效果的影响。将基于统计最优算法的柱面近场声全息与基于空间傅里叶变换算法的柱面近场声全息进行了比较,仿真结果表明,单声源时基于空间傅里叶变换技术计算的重建面声压幅值相对误差均在10dB以下,而统计最优柱面声全息技术计算的重建面声压幅值相对误差均在15dB以下,多声源时基于空间傅里叶变换技术计算的重建面声压幅值相对误差基本在2dB左右,而统计最优柱面声全息技术计算的重建面声压幅值相对误差在26dB以下,充分表明了统计最优柱面声全息技术的优越性。