基于混合波叠加法的声源识别理论与试验研究

波叠加法作为噪声源识别的一种技术，克服了基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非唯一性难题，但在测量面上要求足够多的传声器数目以满足重建精度，这样导致测量成本高、工作耗时且也不利实际实施。针对波叠加法的此缺点，提出将波叠加法和HELS方法相结合的方法，此法是基于Helmholtz方程最小二乘法，用相对少量的测点数据获得包围源的最小球面上或之外的任意一假想球面上的声压数据，然后将这些数据作为输入，计算出辐射体内混合内域虚源强的强度值，通过解离散波叠加的方程，重建出在重建面上离散点的声压值。达到用相对少量的测点数据重建表面为任意形状的振源辐射声压的目的。数值仿真与试验结果表明：它具有计算速度快、重建精度高、测量成本低和容易实施等优点，可以精确地识别和定位机械噪声源，在工程实践中具有广泛的应用前景。     

噪声源识别的混合波叠加法及其数值仿真研究

提出了以混合波叠加法作为声场的全息变换算法,建立了基于混合波叠加法在声源识别中的理论模型。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,克服了基于边界元法的声全息中的奇异值积分和解的非唯一性难题,数值仿真结果表明:它具有计算速度快、重建精度高、测量成本低和容易实施等优点,可以精确地识别和定位机械噪声源,在工程实践中具有广泛的应用前景。     

基于两向设计地震动的二维自由场构建

针对在设计地震动基础上构建平面半空间自由场的问题,在综合考虑水平向与竖直向设计地震动基础上获得平面半空间自由场,实现了将设计地震动与以任意角度组合入射的P波、SV波构成的自由场相联系。首先在已有成果的基础上,研究了以任意角度入射情况下P波及其反射波、SV波及其反射波对水平向和竖直向设计地震动的贡献;然后在假设入射P波、SV波与两向设计地震动具有相同频率组成的基础上,获得了以特定角度组合入射条件下P波、SV波的频谱和相位信息;进而通过傅里叶逆变换获得入射P波、SV波的时间序列;最后依据P波、SV波及其反射波在平面半空间的传播情况获得自由场条件下平面半空间内任意点的水平向和竖直向地震动。该文所采用的波场构建方法可实现对包含任意频谱和相位信息的两向设计地震动所对应的平面半空间自由场的构建,所获得的斜入射P波和SV波也具有各自的频谱和相位信息。最终得到的平面半空间自由场任意点水平向和竖直向地震动时间序列具有非一致性;根据入射P波、SV波结合地基边界条件确定的空间点地震动时间序列可用于结构的非一致地震动输入。     

基于波叠加的噪声源识别实验研究

提出了基于波叠加的噪声源识别和定位方法。该方法克服了边界元法声全息固有的奇异性和非唯一性问题，原理上容易理解，计算上容易实现。从实验出发，建立了实验所需的采集和分析系统，根据实测数据利用自谱和互谱获取全息面上的复声压，结合正则化处理给出了同一平面三个音箱源识别的效果图，实验验证了该方法在进行噪声源识别和定位时具有较好的效果。     

基于矢量阵测量的局部近场全息技术研究

统计最优近场声全息技术是通过全息面上测量声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,可以从理论上克服基于傅氏变换的近场声全息技术的局限性。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,采用声压和质点振速测量来进行声全息计算,推导了基于振速测量的统计最优柱面近场声全息技术的重建公式。利用所编制的程序进行了仿真验证,最后设计矢量水听器进行水中全息实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明,该技术在水中柱形声源辐射声场的噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

基于设计地震动的斜入射波时程确定方法对土石坝地震响应的影响

基于设计地震动的斜入射波时程确定方法对土石坝的地震响应有显著影响,分析了斜入射P波和SV波时程按均质岩体在平坦地表水平向设计地震动1/2调幅,获得这种常用方法及其适用性。在P波和SV波组合斜入射前提下,考虑两者对半无限空间自由场的共同作用,建立了空间任意点自由场分量表达式,基于控制点自由场分量与设计地震动分量相同的原则,建立了入射波时程与入射角度的函数关系,提出了基于两向设计地震动的入射波时程确定方法。分析了在按垂直入射假定确定斜入射波时程时半无限空间地表自由场和基岩-覆盖层-土石坝系统地震响应相对于该方法的偏差。结果表明:在任意非垂直入射角度下,控制点自由场响应偏离设计地震动较严重,获得的土石坝坝顶加速度大小随入射角度变化规律包含地震动强度变化的贡献,不是设计地震动作用下的结果;该方法获得的地表自由场位移与设计地震动水平和竖直分量均吻合良好,能够正确反映斜入射角度引起的非一致运动,可以在保持设计地震动强度不变的前提下,分析斜入射角度对土石坝地震响应的影响。     

利用源强分布声辐射模态识别噪声源

为了解决噪声源识别中存在的识别精度不高、分辨率受限、对测量条件要求高等问题,提出了基于源强声辐射模态的噪声源识别方法。该方法首先计算结构的源强声辐射模态矩阵和声场分布模态矩阵,然后利用声场中测得的声压数据向量与结构声场分布模态矩阵的关系求出声辐射模态展开系数向量,最后通过声辐射模态矩阵和声辐射模态展开系数向量的积就可得到结构的源强分布,从而达到对噪声源识别的目的。该方法利用较少的测量点可以获得较高分辨率和识别精度。通过平板振动仿真和音箱实验验证了该方法对平面结构噪声源识别的有效性。     

船舶近场声辐射特性初探

为了修正目前国内所普遍采用的船舶辐射噪声测量方法,建立了一个具有一定空间分布的船舶辐射噪声源模型。利用渡数积分方法仿真计算了该模型在自由场条件下的近程声场,并分析了近场辐射噪声的基本规律。仿真结果与国外文献提供的船舶水下辐射噪声近场特性吻合,验证了所建模型的正确性。     

由波束形成的噪声源识别方法对比研究

噪声源识别在航空航海等领域具有重要的意义。目前常用的识别算法多数是基于波束形成,一方面是由于其性能稳定,另一方面则可以在定位噪声源的同时估计其辐射强度。常规波束形成方法(CBF)的主瓣宽度较宽,不利于分辨相距较近的噪声源。近年来,基于波束形成的高分辨噪声源识别方法不断涌现,各种噪声源识别方法有其不同特点。为此,针对CBF,CLEAN,DAMAS三种算法进行分析,仿真对比这三种方法的特点,并通过外场实验验证了仿真的正确性,从而为噪声源识别中选择合适的算法提供依据。     

利用部分声源面测量数据识别噪声源

为利用声源面少量测量数据识别噪声源,提出了一种基于声辐射模态的联合利用声压与法向振速进行噪声源识别的方法。首先,对辐射声阻抗矩阵进行特征值分解,得到基于振速的声辐射模态;然后,推导出了与基于振速的声辐射模态具有一一对应关系的基于声压的声辐射模态;最后,建立了联合利用声压与法向振速的噪声源识别公式。进行了单点激励下的简支平板数值仿真和固支平板激振实验,结果表明:该方法能够联合利用少量的声压与法向振速对声源面的声压和法向振速进行较好的重建,从而实现噪声源识别。该方法的提出能够促进基于声源面测量的噪声源识别技术在工程实际中的应用。     

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。     

三维空间有源消声的一种通用优化方法

本文根据声源辐射理论、声场叠加原理以及测得的声功率大小与所选取的测量面无关这一特点,提出了一种通过最小化初级声源和次级声源总的声功率对三维空间噪声的主动控制进行优化的数值方法。文中采用边界元近似,将总的声功率表示成次级声源复强度的二次型正实函数。本优化方法是Bullmore 等人提出的解析方法的推广,具有广泛的适用性,可用于设计初级声源在各面元上的声压可知、次级声源到各面元上的声传播可确定的任何场合下控制器优化传递函数。计算过程中仅用了几次复矩阵乘法和一组复系数线性方程组的求解,因此计算简便、速度较快。文中采用这种方法对圆柱壳和无幕活塞辐射器这两种具有典型指向特性的分布初级声源辐射噪声的优化控制问题进行了研究,说明了方法的有效性。文中还给出了实验验证结果。     

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。     

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。     

基于傅里叶变换的点衍射干涉术

在相移算法的点衍射干涉术的基础上,提出了基于傅里叶变换的点衍射干涉测量术.基于傅里叶变换的点衍射干涉测量术是一种建立在点光源衍射干涉理论基础上的测量方法,它采用傅里叶条纹分析方法来求解干涉条纹的相位分布,运用基于BFGS的拟牛顿算法进行三坐标的迭代计算,确定点光源的三维空间坐标.通过计算机模拟实验,验证了该方法在有噪声干扰的情况下,可以有效降低干扰噪声对测量的影响.     

交叉层波束形成方法的发动机噪声源识别

发动机噪声源分布复杂,来源多,用人耳很难分辨,利用传声器阵列的噪声源识别技术可以为发动机噪声控制提供客观依据和指导。使用波束形成声源识别方法,对位于不同平面的多个声源进行了仿真识别,并研究了多维声源识别方法,使用交叉层法得到了声源定位的立体结果。结果显示,交叉层法可以有效消减或去除来自识别表面之外的声源在识别表面的虚假投影。最后,针对某发动机产品,使用平面传声器阵列对其上、前、左、右四个面分别进行一次变转速工况时域声压信号采集,使用互谱矩阵波束形成算法,得到各转速下发动机各表面的声源分布图像,并通过交叉层法得到了发动机表面声源的立体分布,准确将声源定位至发动机表面各部件。     

基于声源监测的厂界噪声预测及贡献分析方法研究

噪声监测是环境噪声预测和治理的重要技术方法。提出了一种基于声强测量的声源监测方法并应用于电厂环境噪声预测和厂界噪声贡献分析。在电厂主要设备噪声源附近布置测点测量并计算设备厂房的辐射声强，将设备厂房简化为面声源建立噪声预测模型，并以测量计算的声强级作为声源模型的源强。利用该模型计算厂界预测点A声级，与实验值具有良好的一致性，验证了该声源监测方法数据的可靠性与噪声预测模型的正确性。通过该模型计算分析了电厂主要噪声源对厂界噪声排放的贡献和影响，为电厂噪声治理提供技术依据。     

高速公路高架段桥下反射声识别及改善措施

台湾因为中山高速公路承载量逐年不足,拟通过兴建汐五高架来解决交通拥堵问题。该工程虽然有效地解决了交通拥堵问题,但高架桥的桥腹反而变成了平面路段交通噪声的反射面,使当地原有噪声问题更加严重。文章通过声源识别技术取得现场不同声源的贡献量,其中以反射声为环境噪声的主要增量来源。基于前述声源识别结果,针对桥底反射声设计了不同几何形状的桥底吸声装置(W型以及倒N型吸声装置),两种桥底吸声装置的声学检测结果显示,W型以及倒N型吸声装置的斜入射吸声性能较平面型吸声板好。另外依据实测成果可知,进行大型工程的噪声改善前,通过声源识别技术区分出主要和次要噪声源,并针对噪声源提出最佳的改善方案,可大幅提升改善工程的效益。