基于波数域外推方法的近场声全息

在基于快速傅里叶变换(FFT)法的近场声全息技术中,为了减小算法误差对结果的影响,要求测量面(全息孔径)至少为声源面积的2倍。由于要求的全息孔径较大,该技术测量工作异常繁琐以及在大尺寸结构上应用困难。分析基于FFT法的近场声全息技术中算法误差产生的机理,并引入声压外推过程予以克服,得到基于波数域外推方法的近场声全息。该方法能有效抑制重建过程中算法误差的影响,不再须要靠增大全息孔径来减小误差,因此在小全息孔径条件下仍具有较高精度。仿真和试验结果表明,该方法在小全息孔径条件下取得了良好效果,显著减小了对全息孔径大小的要求,从而方便了工程运用。     

统计最优柱面近场声全息

由于全息声压测量点的离散性,在基于空间傅里叶变换的柱面近场声全息中会引入混叠误差;另一方面,由于测量面尺寸的有限性,会在该种全息技术中引入窗效应和卷绕误差。为了克服窗效应及卷绕误差,提出了统计最优柱面近场声全息技术,它通过空间域中全息柱面上复声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,不需要借助空间傅里叶变换来实现全息重建,故可以克服窗效应和卷绕误差。数值分析的结果表明,统计最优柱面近场声全息要优于基于空间傅里叶变换的柱面近场声全息。     

正交球面波Patch近场声全息

常规近场声全息(Near-field acoustic holography,NAH)中,为减小算法误差对结果的影响,要求全息测量孔径必须大于声源面积。由于要求的全息孔径较大,导致该技术测量工作异常繁琐以及在大尺寸结构上应用困难。为解决此问题,以全息声压近场外推为基础的Patch近场声全息技术(Patchnear-field acoustic holography,PNAH)发展起来。根据声场的球面波近似原理,提出正交球面波Patch近场声全息方法,该方法将振动体产生的声场等效近似为一系列不同阶次的正交球面波源产生的声场的线性叠加,通过这些正交球面波源的声辐射过程来实现全息面声压的近场外推,然后利用近场外推所得声压数据采用计算简便的快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)方法实现全息重建。数值仿真结果表明,该方法在小全息孔径条件下取得良好效果,显著减小对全息孔径大小的要求,从而方便工程运用。     

近场声全息试验用于医用制氧机噪声控制

为了降低家用制氧机的运行噪声,采用了近场声全息技术进行制氧机噪声场数据采集和声场重建.根据声压频谱图、声压辐射云纹图、声速频谱图、空间声速分布图以及时间/频率/声压图谱等可视化信息,选择了针对声源、传播途径的隔声罩、涂敷阻尼胶、石膏板吸声和加装部件减振胶垫等简单有效的噪声控制措施.试验表明,近场声全息技术是一种有效地进行噪声源控制和声辐射特性研究的重要工具.     

提高近场声全息重建精度方法

在近场声金息中利用扫描法进行全息面测量时,全息面上的测点信号与参考信号会不可避免地受到一些噪声的影响,降低重建精度,影响重建的实现.在噪声与声源信号以及噪声相互之间非相关的假设下,首先引入两种传递函数估计方法求解全息面复声压,然后再进行近场声全息重建.仿真和实验结果表明,该方法可以有效抑制非相关噪声对全息面复声压计算的影响.近场声全息重建结果表明,该方法减少了测量噪声带来的误差,提高了扫描法近场声全息的重建精度.     

近场声全息技术及其工程应用

近场声全息技术(简称NAH)是一种功能强大的噪声源识别、定位及声场可视化技术。本文首先对NAH理论和算法进行了介绍,并通过试验和仿真进行了验证;然后,讨论了NAH研究需要解决的问题和研究现状;最后,介绍了NAH在工程中的一些应用。     

近场声全息中的声场分解技术

为了系统地探讨偏相干分解和奇异值分解方法在工程上的适用范围,研究了参考传声器布置位置、各声源幅值水平差异和测量噪声等因素对这两种方法的影响.结果表明,在正确使用参考传声器信号排列顺序的前提下,偏相干分解方法的分解效果要优于奇异值分解方法,最后通过音箱试验证明了这个结论.     

基于统计最优的近场声全息理论与仿真实验

对统计最优平面近场声全息（SOPNAH）技术进行研究,提出了一种吉洪诺夫（Tikhonov）正则化方法并选择最优正则化参数λ。通过仿真实验验证了结合吉洪诺夫正则化方法的SOPNAH能够对噪声源进行准确定位及实现声场重建,并且重建的精度比传统的方法更高。     

基于压缩感知的平面近场声全息方法及其应用

传统的平面近场声全息在其重建过程中,无论采用波数域滤波或是正则化方法,都无法解决其本身的不适定性,进而无法提高重建精度。基于压缩感知的平面近场声全息,有效地利用了质点振速信号的稀疏性,将传统地直接求解质点振速转化为间接求解稀疏系数,避免了重建过程中的不适定问题。结合基于Tikhonov正则化方法的平面近场声全息,从数值仿真角度分析了两种方法的重建精度,结果表明,基于压缩感知的平面近场声全息方法具有很好的重建精度,尤其是在重建面的边界区域。最后,应用该方法有效地识别出了冰箱的噪声源,为其噪声控制提供有效依据。     

采用平面测量的统计最优近场声全息方法研究

常规的统计最优柱面近场声全息通常要求全息测量面与声源共形,由此计算出声场传递矩阵,进而重建目标声源声场。但在实际情况中,受测量条件限制,全息测量面有时无法做到与声源共形,限制了其应用范围。为此,综合利用统计最优平面和柱面近场声全息在重建时的各自优点,提出一种适用于的平面测量的基于柱面波函数的统计最优近场声全息方法。通过数值仿真验证了其准确性和有效性,并与平面统计最优近场声全息的重建效果进行了详细的对比分析。结果表明,对于柱状声源,该方法具有鲁棒性强,重建精度高等优点。     

NEAR-FIELD ACOUSTIC HOLOGRAPHY FOR SEMI-FREE ACOUSTIC FIELD BASED ON WAVE SUPERPOSITION APPROACH

In the semi-free acoustic field, the actual acoustic pressure at any point is composed of two parts: The direct acoustic pressure and the reflected acoustic pressure. The general acoustic holographic theories and algorithms request that there is only the direct acoustic pressure contained in the pressure at any point on the hologram surface, consequently, they cannot be used to reconstruct acoustic source and predict acoustic field directly. To take the reflected pressure into consideration, near-field acoustic holography for semi-free acoustic field based on wave superposition approach is proposed to realize the holographic reconstruction and prediction of the semi-free acoustic field, and the wave superposition approach is adopted as a holographic transform algorithm. The proposed theory and algorithm are realized and verified with a numerical example, and the drawbacks of the general theories and algorithms in the holographic reconstruction and prediction of the semi-free acoustic field are also demonstrated by this numerical example.     

分布源边界点法在声场全息重建和预测中的应用

提出了以分布源边界点法作为声场的全息变换算法,建立了基于分布源边界点法的声全息重建和预测的数学模型。与基于边界元法的声全息重建和预测模型相比,此法避开了变量插值、数值计算和奇异积分的处理,具有计算速度快、计算精度高、计算稳定性好和简单易懂等优点,因此在工程实践中有着广泛的应用前景。     

近场声全息理论与应用的研究现状与展望

回顾近场声全息(NAH,near field acoustical holography)理论与应用的发展历史及国内外研究现状。对NAH技术进行分类,并对各类NAH技术的重建算法及适用范围进行评述。重点介绍近十几年来NAH的发展：正交共形结构NAH技术中关于测量孔径有限性对重建精度影响的研究,特别是关于数据外推技术的发展;全息面数据采集方法研究,包括参考源互谱测量法及基于声强测量的宽带声全息重建技术(broadband acoustical holography from intensity measurement,BAHIM)法;任意形结构NAH技术中声场重建病态性研究的发展,特别是正则化理论的应用;NAH在工程中的应用研究,包括移动声源、封闭空间声场等场合的应用等。另外,还介绍一些其他的声场重建技术,包括Helmholtz积分方程最小均方误差法(HELS)、边界点方法等。最后,讨论NAH研究有待解决的问题,并探讨NAH研究的发展趋势。     

基于正交球面波源边界点法的声学灵敏度分析

提出采用正交球面波源边界点法作为声学灵敏度算法,计算空间任意点的声学量关于设计变量的灵敏度,克服基于边界元的声灵敏度分析中所固有的各阶奇异积分和非唯一性问题,降低数值处理难度和工作量.提出近场声全息与声学灵敏度的组合分析方法,利用声全息重建出表面法向振速及其导数,然后再进行灵敏度分析,解决表面声学量获取困难的问题.数值仿真的结果充分证明该声学灵敏度分析方法的正确性和可行性.     

基于灰色关联聚类的声像故障诊断技术

声像故障诊断方法基于声像的物理含义,结合图像处理、特征提取和模式识别等学科研究成果,把声学故障诊断问题转化为图像的模式识别问题,但该方法存在特征冗余,限制了模式识别率的进一步提高。针对上述问题,提出了基于灰色关联聚类的声像故障诊断技术,首先利用近场声全息技术构建机械状态的辐射声场,提取有效反映机械状态的声像Gabor小波特征,然后运用灰色关联聚类技术融合特征序列中关系紧密的因素,进而构建低维有效声场特征模型实现状态诊断识别。仿真和实验结果表明该技术能够降低特征冗余、缩减特征维数,同时,改善声像诊断效率和鲁棒性,进一步改进了声像故障诊断技术,拓展了灰色关联聚类技术的工程应用。