New measurements techniques:Optical methods for characterizing sound fields

摘要

Akustiske målinger er baseret på transducere og de mest avancerede teknikker er baseret på transducer arrays. Dette medfører et grundlæggende problem, nemlig at lydfeltet ændrer sig, når transduceren placeres i lydfeltet. Denne indvirkning er frekvensafhængig og kun ubetydelig, når størrelsen af transduceren er lille i forhold til bølgelængden. Hvis lydfeltet er kendt, er det muligt at korrigere for indvirkningen, men under alle omstændigheder bidrager transduceren fysiske form til usikkerhed på målingen. Optiske metoder kan bidrage til at løse dette problem, fordi føleren er en lysstråle, som ikke påvirker lydens fysiske egenskaber. Optiske metoder er således ikke-invasive.I dette Ph.D. projekt undersøges primært anvendelsen af den akusto-optiske effekt, dvs. vekselvirkningen mellem lyd og lys, som et middel til at karakterisere lydfelter. Det akusto-optiske måleprincip giver ikke et direkte mål af lydtrykket i et punkt, men integrerer lydtrykket langs den optiske vej. Dette integrationsprincip kan udnyttes til visualisering af lydfeltet ved hjælp af tomografi. I projektet undersøges også anvendeligheden af det akusto-optiske måleprincip til akustisk holografi og beamforming. På den ene side foreslås en ny metode kaldet akusto-optisk nærfeltsholografi (NAOH), som gør det muligt at forudsige lydfeltet i et andet plan end det der måles i. NAOH har særlige gunstige spektrale egenskaber i bølgetalsdomænet i forhold til konventionel akustisk nærfeltsholografi (NAH). På den anden side er en akusto-optisk beamformer udviklet til lokalisering af lydkilder i fjernfeltet. I dette tilfælde tolkes en laserstråle som et ‘line array’ af mikrofoner med uendelig opløsning, hvilket gør at den foreslåede akusto-optiske beamformer ikke begrænses af rumlig aliasering ved høje frekvenser. Desuden er fotonkorrelationsspektroskopis anvendelighed som en primær metode til mikrofon kalibrering i frit felt undersøgt. Der foreslås forskellige forbedringer af signalbehandlingen for at opnå den nøjagtighed, der kræves af de metrologiske standarder.