近场声全息

摘要： 在非自由声场环境下近场声全息技术的应用需要配合声场分离算法,而现有的处理反射声场的分离算法大部分研究的是理想化的边界条件,对于阻抗反射边界的研究较少。为弥补这一不足,提出一种考虑反射边界声阻抗的声场分离算法。该算法先利用系列球面谐波基函数的叠加来描述目标声源的直达声场,再结合镜像法并考虑反射边界声阻抗来描述镜像声源的反射声场,两者相加得到混合声场的声压值。利用传声器阵列上得到的声压测量信号,求解出目标源的球面谐波基函数系数,最后重构声场实现直达声与反射声的分离。通过Comsol和Matlab进行仿真实验来检验该算法的有效性。结果表明在各种边界阻抗条件下,该算法均能较好地完成直达声与反射声的分离,且分离精度较高。

摘要： 考虑到近场噪声检测对水下航行器诊断、降噪具有重要意义,利用矢量声波信号指向性强、抗干扰能力优秀,能有效屏蔽工作环境中物体反射与其他方向干扰声源的特点,提出一种基于振速矢量信息进行柱面统计最优近场声全息的算法。通过仿真分析与实验对比,分别从声源频率与重构距离这两个参数变化对比该算法与标量声压算法的重构精度与声场效果,验证该算法的可行性,以及在声源识别与声场重构的优势:在实验结果中,声源频率变化时,振速算法的误差低于声压算法35%~40%;重构距离变化时,振速算法的误差低于声压算法37%~40%。

摘要： 在结构健康监测中获取结构响应是非常重要的。基于由载荷引发的结构损伤问题,通过对铝板上的冲击载荷产生的声场进行研究来获取结构响应。通过声模态叠加法模拟出声场模型,运用近场声全息技术反演声场,分析声场信息;然后通过设计反演算法来实现对载荷冲击信号的反演,为结构损伤的分析评估提供一个参考因素;最后,选定激励信号对载荷冲击信号进行模拟,结合声场的正向重建和逆向重建过程,得到反演信号,并与原信号进行对比,验证了该方案的可行性。

摘要： 基于等效源的近场声全息算法不受声源形状限制,具有较强的环境适应性,考虑到声场重构的精度,提出一种基于虚拟声源定位的改进算法,分别在声源频率与重构距离变化情况下比较改进前后算法的重构精度与重构效果,利用仿真分析与实验验证,证明了基于等效源的近场声全息算法在水下运用的可靠性,以及基于虚拟声源定位进行声场重构时在声源分辨与声场还原的优势。在实验结果中,声源频率变化时,改进后算法的误差在低频时降低1.97~5.44 dB;重构距离变化时,改进后算法的误差降低1.97~3.99 dB。

摘要： 在传统基于波叠加法的近场声全息技术中,单极子等效源所辐射的球面形式波函数极易导致传递矩阵因强线性相关性而病态。利用指向性射线波函数替换球面波函数可使传递矩阵趋于主对角占优,有效提高重建稳定性。然而,以往的格林函数方向导数型射线波函数是一种指向性强度随着求导阶数离散变化的离散型射线波函数,无法得到针对不同重建模型的最优指向性强度,一定程度上影响了声场的重建精度和稳定性,甚至可能导致重建失败。针对该问题,构造了一种由0阶射线波函数和m阶射线波函数构成的组合型射线波函数,并结合辅助点法和遗传算法提出了一种选择组合参数的方法。最后,利用球面活塞声源、随机点声源以及简支板声源验证了组合型射线波函数在声场重建中的有效性。计算结果表明:由于组合型射线波函数可以通过组合参数灵活调节射线波函数的指向性强度,改善了离散型射线波函数的缺陷,其重建精度和稳定性均优于离散型射线波函数;而且,通过选择合适的组合参数,在离散型射线波函数完全失效的情况下,组合型射线波函数仍可获得较理想的重建结果。

摘要： 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。

摘要： 半空间中声源直接辐射声场重构的实施需要构造以边界声阻抗为参量的半空间基函数,边界声阻抗的获取则通常需要借助原位测量方法.基于半空间球面波基函数叠加的声场重构方法,通过在声源近场布置全息测量面和一支参考传声器采集声压,并以参考传声器声压重构误差取得最小值为准则,估算各全息测点的声压反射系数,就能在边界阻抗未知条件下实现声源直接辐射声压的重构,从而摆脱了常规方法对声阻抗原位测量技术的依赖.本文的目的是对这一方法进行详细的参数讨论,并在估算声压反射系数的基础上,进一步对边界声阻抗加以重构,提出一种基于近场声全息的声阻抗测量方法.以球形声源为例,对声阻抗和声源直接辐射声压的重构进行了仿真,定量地分析参考传声器坐标、边界有效流阻率和边界孔隙度随深度的降低率等参数对重构精度的影响.

摘要： 近场声全息技术在装配式建筑及构件隔声的现场测量中具有广泛应用前景,为了降低全息测量的复杂度和提高声场重建的准确度,文中首先以点声源为例,采用数值仿真和实验验证的方法,对隔声测量精度随参数的变化规律开展了研究;然后,探讨了参数的优选范围;最后,通过实例来验证文中选取的重建参数对隔声测量的有效性。结果表明:仿真值与实验值基本一致,隔声测量精度随重建距离和采样间距的增加而逐渐降低,随全息面孔径边长的增加而逐渐升高;重建距离和采样间距的取值不宜超出最高频率对应的半波长,全息面孔径边长的取值宜为构件尺寸的1.5倍,此条件下精度提升幅度最大;通过对重建参数的优选,不仅能降低隔声测量的复杂度、提高测量效率,而且可以得到较好的隔声测量精度,提升了近场声全息隔声测量技术的工程实用性。

摘要： 针对汽车进气系统三通管路的特点,提出了多通管路的管壁传递损失测试方法.并以某车型的双涡轮增压发动机进气三通管道为例,采用该方法评价其用塑料代替铝后的声学性能,主要以声传递损失来评价涡轮增压器噪声通过三通连接管路管壁的辐射和透射特性.测试过程中,三通管道的两个连接涡轮增压器端口分别用声源两次发声,靠近进气歧管端口采用两种不同反射末端,然后在每段管路布置两个压力场扬声器进行测试,并基于平面波分离入射波和反射波,同时在三通管道外用声功率半球面十点分布法自由场扬声器测试,经过3次测量来计算管道管壁的声传递损失.由于声传递损失是管道本身特性决定,所以该测试方法能够准确找出塑料件和金属件在不同频率的声学特性差异.而后,在声传递损失测试结果的基础上,结合近场声全息方法和波束形成原理进行声源识别,可知该三通管路材质改为塑料后主要噪声来自焊缝薄弱处的中高频透射声和管壁结构的低频辐射声.

摘要： 为了解决少量测点条件下利用近场声全息技术重建结构表面法向振速精度和分辨率不高甚至失效的问题,提出了一种基于声压声辐射模态的全息面插值算法,可有效提高结构法向振速重建精度和分辨率.计算全息面声压声辐射模态向量;根据声压声辐射模态收敛性,求取截断声压声辐射模态展开系数的最小二乘解或Tikhonov正则化解,由此计算出插值点处的声压值;利用插值后的全息面数据重建结构表面法向振速.简支平板激励仿真和音箱实验均表明,少量测点条件下利用该方法能够有效提高结构法向振速重建精度和分辨率,验证了方法的有效性.同时音箱实验验证了方法的可行性.

摘要： 提出1种通过辐射声测量来识别激励源的基于近场声全息的载荷识别技术.针对所研究的圆筒结构,通过测量激励产生的辐射声场,使用近场声全息的声场理论建立内部声等效源,进而用基于等效源的近场声全息方法重构结构表面振速.将振速换算成法向加速度对激励进行识别,并与由力传感器直接测得的力谱进行比较,结果显示主要峰值频率处激励力的辨识误差均在5dB以下,满足工程应用要求.

摘要： 基于近场声全息(NAH)技术及空间快速傅里叶变换(FFT)算法,利用虚拟仪器软件Labview开发了柴油机噪声测试与分析系统;对系统中的数据采集模块、NAH模块、仿真程式模块的程序框图进行了分析;通过已知声源进行仿真模型校正,该系统具有对噪声进行频域分析及识别的功能.以直列四缸涡轮增压柴油机为测试对象,在次推力侧主要对1800r/min、350N·m,3000r/min、220N·m工况进行了测试及声压级分析,对主推力侧、发动机前端寻找最大声压级.结果表明:系统仿真时能准确识别已知声源信号;1800r/min工况下,噪声幅值较大区域主要有:气缸盖罩、油底壳、带轮端、发电机及带轮端等.3000r/min工况下,在气缸盖罩、带轮端、下缸体等位置产生了较大噪声;主推力侧、发动机前端都在高转速3600r/min,1410～2820Hz频段内出现最大声压级,噪声均高达125dB.

摘要： 基于Helmholtz球函数基本解的近场声全息方法(NAH)是一类重要的近场声成像方法.本文,首先建立基于球函数基本解的结构表面和全息测量面之间声学物理的映射关系.为保证反演的唯一性,采用包络测量,在全息面根据测量声压获取球函数基本解的参与因子,进而利用映射关系采用同一组基本解参与因子在结构表面上反演声学物理量.提出一种基于声功率辐射效率的球函数基本解阶数选取方法,推导了阶数与给定误差之间的解析表达式.发展了基于局部形函数的球函数基本解拟合算法,给出了平面全息面上测量点个数和位置的一种优化判定依据.分析了此类方法逆算子的特性,给出了结构表面上重建声压的误差分析.最后,数值仿真验证了所提出方法理论的正确性.

摘要： 统计最优近场声全息技术是一种良好的局部近场声全息技术.在采用L曲线法进行正则化参数选取时可能会出现正则化参数选取不合理,导致声场重构误差较大.本文介绍一种非等间隔选取单元平面波波数矢量的平面统计最优算法,对不同测量网格点数条件下改进算法与原始算法进行了仿真,仿真结果表明改进统计最优算法可以很好的配合L曲线法选取合理正则化参数,提高统计最优近场声全息技术的重构精度.

摘要： 近场声全息是一种先进的声源定位和声场可视化技术,在声源识别及控制领域有着广泛的应用前景.现有的近场声全息是通过在声源表面获取声压数据进行声场重建和预测,本文采用同样反映声场特性的质点振速来进行近场声全息运算,首先对基于质点振速测量的近场声全息进行理论推导,并通过仿真运算验证了该方法的准确性,通过对比,基于质点振速测量的声全息声场重建精度较声压测量高.本文最后将该声源识别方法应用到某型号冰箱吹胀蒸发器的噪声源识别,对噪声源处结构优化设计后,吹胀蒸发器降噪效果明显,从而说明该技术识别声源的有效性,为冰箱降噪提供了关键性的指导依据.

摘要： 本文为克服近场声全息(NAH)技术算法过程中存在的“有限孔径效应”误差和“卷绕”误差,研究了利用声压测量数据外推及插值迭代算法来改善重建精度,算法中引入波数域变换与反变换及滤波过程,在小全息测量孔径条件下根据声场辐射模式能获得孔径外的声压数据.数值仿真及水池实验验证了NAH测量数据外推及插值技术的正确性和有效性,外推后的全息孔径小于原测量孔径2倍为宜.该算法在实验中显示出良好的技术性能,可用于简化NAH测量工作、提高NAH实施效率.

摘要： 近场声全息是一种先进的声源定位和声场可视化技术,在声源识别及控制领域有着广泛的应用前景.本文将近场声全息技术应用到冰箱噪声源的识别定位中,识别精度高,指向性强,为冰箱的降噪工作提供了有力的依据.文章首先简要介绍了近场声全息的算法原理,随后运用matlab程序对近场声全息算法作了仿真验证,接着通过声阵列对某型冰箱压缩机舱近场采集全息声压数据,并利用近场声全息技术准确识别出冰箱压缩机舱的噪声源位于毛细管与回气管的缠绕区域,最后依据冰箱噪声源位置,对毛细管与回气管实施管路分离,冰箱的整机噪声得到大幅度降低,从而有力地验证了近场声全息识别冰箱噪声源的准确性和有效性.

摘要： 某汽油发动机在某些工况辐射噪声过大。我们采用扫描近场声全息技术，在全消声室内对该发动机的前、左、右侧进行了噪声源识别。识别结果表明，最主要声源位于前罩盖中心处，这是因为前罩盖某些振型被曲轴皮带轮、平衡轴产生的23阶次振动激起共振。这些实验结果和计算的模态结果一致。

摘要： 基于阵列测试和近场声全息技术的声像诊断技术利用声源表面声压幅值分布变化特征诊断机械状态,解决了传统声诊断技术的测点选择困难等问题.但由于忽略了法向维度的变化信息,声场描述不够完善,在弱故障工况下诊断困难.进一步挖掘近场声全息技术内涵,提出一种基于三维声场空间特征的声场诊断方法,并利用轴承故障诊断实验验证声场诊断技术相对于声像诊断技术的优越性.首先通过阵列测试获得噪声信号,利用近场声全息技术得到轴承的三维离散场点声压幅值;然后沿法向在一个波长范围内序列拾取N个声场空间断层,对每个断层面提取纹理特征,并顺序排列构建声场空间特征模型.最后通过对比训练样本识别效果,获得最佳的声场特征模型,用于后续的诊断识别.在轴承诊断实验中,基于三维声场空间特征的声场诊断技术比声像诊断技术诊断效果改善了10％以上,有效验证了声场诊断技术的优越性,同时进一步发展了基于阵列测试的声诊断技术.

摘要： 准确识别出主要噪声源是控制噪声的前提和关键.本文首先简单介绍了传统的噪声源识别方法,以及近年来发展起来的声强法、近场声全息和波束形成等噪声源识别方法,经过分析比较,近场声全息和波束形成是两种比较有效的声源识别及可视化技术,随后通过仿真分析,得出近场声全息适用于中低频声源的识别定位,而对高频声源识别效果较差,波束形成则适用于中高频声源的识别,而对低频声源不能有效识别,接着提出了将近场声全息和波束形成综合运用,可有效识别复杂特性的噪声源,最后将噪声源识别技术应用于某小型冰箱的降噪实验中,准确识别出了冰箱噪声源位于毛细管与回气管紧密缠绕的区域,对噪声源区域结构优化后,冰箱整机噪声大幅度降低,从而有力地说明了噪声源识别技术在冰箱降噪中的指导意义.

摘要： 本发明公开了一种基于Patch近场声全息技术的声品质客观参量三维可视化方法：在大型结构声源辐射形成的存在来波和去波的声场中，利用小型麦克风阵列对大型复杂声源表面进行多次扫描测量，由本专利公开的Patch近场声全息-声品质耦合矩阵计算模型，得到声学量和声品质客观参量在整个空间声场中的分布信息，实现了声学物理量和声品质客观参量三维分布可视化。

摘要： 本发明公开了一种具有声源稀疏度自适应性的变范数等效源近场声全息算法，是在声源近场辐射区域内布置全息面并测量获得全息面上声压PH；在目标重建面远离全息面一侧布置等效源面；利用等效源与全息面之间的声压传递矩阵建立声压与等效源间关系；采用带有自适应范数约束惩罚项的迭代正则化算法求解等效源源强，再用求得的源强以及等效源与目标重建面之间的传递矩阵计算获得目标重建面上的声场数据。本发明自适应地改变正则化求解过程中lp范数惩罚项中的p值，使求解所得等效源源强的稀疏度与声源的实际稀疏度更加一致，对空间稀疏型声源、空间连续型声源或源强稀疏度介于充分稀疏与连续之间的声源皆能够实现精确求解。

摘要： 本发明公开了一种半空间环境下的边界元法近场声全息变换方法，包括步骤一：建立半空间环境下的近场声全息测量模型，获取真实声源以及镜像虚源的源面上的节点坐标信息；步骤二：建立基于边界元理论的亥姆霍兹‑基尔霍夫(Helmholtz‑Kirchhoff)积分方程；步骤三：建立相应的传递矩阵；步骤四：建立全息变换关系式；步骤五：全息重建过程中的正则化处理。本发明考虑半空间测试环境，对传统半空间边界元法进行了改进，考虑了半空间中界面对源面声压及振速场的影响，建立了半空间环境下的全息变换矩阵，从而提高重构精度。

摘要： 一种平面声呐阵阻抗特性近场声全息法校准测量方法，属于大型平面发射阵阻抗特性近场声全息测量方法的研究技术领域，其技术要点是：平面发射阵阻抗特性计算方法；基于近场声全息的辐射阻抗校准方法；基于BAHIM法近场声全息变换方法和算法；基于近场声全息的辐射阻抗校准方法数值仿真；建立低频平面声呐阵阻抗特性近场声全息理论测试模型。本发明可根据水声监听船主动声呐设备声特性校准的需求，有针对性地开展平面声呐阵阻抗特性近场声全息法校准基本原理研究、近场声全息法校准方案设计、低频声呐阵阻抗特性校准软件开发以及近场声全息法校准测量试验的相关研究工作，以提升低频发射换能器校准系统的校准能力，解决低频声呐阵阻抗特性的评价问题。

摘要： 本发明公开了一种基于球面近场声全息重构无功声强的室内噪声源定位方法，包括以下步骤：(1)计算规则小型房间内部由机械声源辐射的三维空间声场数据；(2)采用阵元数为Q的球面传声器阵列对目标声源辐射到三维空间的声压信号进行采集；(3)将球形阵的Q个传声器数据分别和第1个传声器数据进行互谱分析，获取整个球形阵的频域复声压；(4)利用球面近场声全息算法重构声源面的声压和质点振速；(5)利用复声压和质点振速重构声源附近表面复声强，提取其无功声强部分；通过无功声强分布确定室内噪声源位置；与现有技术相比，本发明利用无功声强在声源近场区域较强的特点，能够排除室内混响环境的影响，对室内噪声源进行有效定位。

摘要： 本发明公开了基于空间傅里叶变换的有限空间平面近场声全息测量方法，包括步骤一：建立基于点声源的自由场与有限空间辐射声场模型，提取自由场中点声源重建面的复声压和有限空间中全息面上的复声压数据。步骤二：计算自由场中点源重建面与有限空间中点源全息面声压角谱，计算重建面与全息面的传递算子G‑1。步骤三：测量得到有限空间中带重构声源的全息面上的复声压数据；并计算全息面声压角谱。步骤四：将步骤三中的全息面声压角谱与步骤二中的传递算子G‑1相乘获得重建面上的声压角谱。步骤五：对重建面的声压角谱进行波数域加窗。对加窗后的重建声压角谱进行Fourier逆变换获得重建面声压。本发明考虑有限空间测试环境，通过求解自由场与有限空间中的传递算子，提高了重建精度。

摘要： 本发明公开了一种基于近场声全息的隔声测量系统及其测量方法，该系统包括设于声源室内并依次相连的PC机、声卡、功率放大器、正十二面体扬声器、声级计，以及设于接收室内的基于Labview的隔声测量平台、全息传声器阵列、参考信号传声器和显示器。本发明使用传声器阵列扫描技术测取构件近场的复声压分布，通过近场声全息算法重建构件表面的辐射声场，包括声压分布、振速分布、三维声强分布以及辐射声功率等，进一步分析不仅可得构件的隔声频率特性，而且能精准定位隔声缺陷。本发明具有精度高、多点同步测量以及不受房间声学条件限制等优点，为构件隔声的实验室测量和现场测量提供了新的参考。

摘要： 本发明公开了一种基于Patch近场声全息技术的声品质客观参量三维可视化方法：在大型结构声源辐射形成的存在来波和去波的声场中，利用小型麦克风阵列对大型复杂声源表面进行多次扫描测量，由本发明公开的Patch近场声全息-声品质耦合矩阵计算模型，得到声学量和声品质客观参量在整个空间声场中的分布信息，实现了声学物理量和声品质客观参量三维分布可视化。

摘要： 有界空间中基于近场声全息的声源直接辐射远场声学量的预测方法，包括：1.建立基于有限项半空间球面波基函数叠加的有界空间声场数学模型；2.在声源近场布置全息测量面进行声压全息测量；3.将全息测点分为两组，建立两组测点声压之间的数学关系，确定基函数的最优展开项数；4.建立声源近场全息测量获取的有界空间声压与声源直接辐射远场声压的数学关系，求解远场声压值，实现声源直接辐射远场声学量的预测。本发明对于在不具备理想声学测量条件的情况下，实施结构声源，特别是大尺寸结构声源远场辐射声学量的评估，提供了数学基础。

摘要： 本实用新型公开了一种基于近场声全息的隔声测量系统，该系统包括：接收室、声源室、待测构件、显示器、基于Labview的隔声测量平台、全息传声器阵列、参考信号传声器、声卡、声级计和设于声源室内并依次相连的PC机、功率放大器、正十二面体扬声器；设于接收室内的基于Labview的隔声测量平台分别与全息传声器阵列、参考信号传声器、显示器相连，全息传声器阵列的多个声压传感器按设定采样间距排布，参考传声器设于待测构件近场位置；接收室与声源室之间设有测试洞口，待测构件设于测试洞口中，声级计设于声源室内测量声压级。本实用新型具有精度高、多点同步测量以及不受房间声学条件限制等优点，为构件隔声的实验室测量和现场测量提供了新的参考。