基于等效源法的单全息面声场分离机理及技术

声场分离是实现声场精确重建的一种前处理技术。为改进双全息面分离声场技术采用的测点数目多、分离精度受两全息面之间距离影响等问题。提出一种等效源法的单全息面声场分离方法。利用空间变换的声全息技术识别出声源的大致位置，结合等效源法中声压和法向振速之间的关系，建立起声压和法向振速的分离公式。仿真分析了脉动球作为干扰源的分离结果，结果表明，该方法具有较好的分离精度。可见该方法能在单测量面下实现多相干声源声场的有效分离。     

基于压缩奇异值分解等效源法的结构板件声源识别

为改善空间连续型声源的声场重建与声源识别性能,基于压缩感知(compressed sensing,CS)和等效源法(equivalent source method,ESM)的基本理论,提出了一种压缩奇异值分解等效源法(CSVDESM)。CSVDESM通过奇异值分解法获取声场的一系列正交基,在ESM和CS框架的基础上实现对声场的重构。将CSVDESM与高阶矩阵函数波束形成理论结合,通过提高阶次值,不断缩小识别到的声学中心覆盖范围,进一步提高声源识别定位精度。数值仿真分析和实验应用均验证了CSVDESM的有效性与实用性。     

基于分布源边界点法的新型近场声全息技术

文章提出采用分布源边界点法作为近场声全息变换算法,建立了基于分布源边界点法的新型近场声全息理论,该方法避开了采用边界元法时所存在的复杂的变量插值、奇异积分的处理、特征波数处解的非唯一性处理等问题,具有计算速度快、计算精度高、计算稳定性好等优点;针对重建结果对测量误差的高度敏感性,提出采用Tikhonov正则化方法稳定重建过程,抑制了重建误差的影响;提出新型的半自由声场全息重建和预测方法,解决了存在地面反射的声场的全息重建问题,对音箱源的研究验证了文中方法的可行性和正确性。     

低信噪比条件下的平面等效源近场声全息方法

为提高低信噪比条件下的近场声全息成像效果,提出一种低信噪比条件下的平面等效源近场声全息方法,其将近场声全息对声场还原度高的优点和声源定位方法抗干扰能力强的优点相结合。该方法首先结合压缩感知技术的正交匹配追踪算法,在未知声源数目情况下求出虚拟声源在平面分布,再利用传导矩阵求出近场平面声压分布。通过仿真分析金属弹性材料壳体振动的近场声辐射,将该方法与Fourier变换方法、常规边界元方法以及传统等效源方法的近场声全息效果相比较。仿真实验表明,该方法性能可靠且具有较强的抗噪能力,可作为低信噪比条件下平面近场声全息方法的一种有效补充。     

基于多球域波叠加法的PNAH正则化方法的仿真研究

本文阐述了基于多球域波叠加法的局部近场声全息声场重建原理,由于基于多球域波叠加法的PNAH的声场重建是典型的反问题,测量误差的存在使得该反问题的求解具有"不适定"特性,必须进行正则化处理.在此理论的基础上,加入高斯白噪声情况下,本文运用了Tikhonov正则化和L-曲线相结合的方法进行声场重建.并通过仿真实验,证明了该方法的有效性.     

基于多声源模式的高速铁路噪声预测模型

基于多通道噪声振动实时采集与分析系统,利用平面传声器和高声强传声器对运行速度300km·h~(-1)以上的高速列车车体表面噪声源进行测试和分析.将高速列车声源等效为车底部线声源、车中部线声源和受电弓点声源.对列车通过时噪声测试数据进行理论计算,利用最小二乘法确定了高速列车以300km·h~(-1)速度在路堤线路上运行时3部分子声源的源强,由此建立了多声源模式下高速铁路噪声预测模型.将不同声源模式下的预测结果与实测结果进行对比,验证了该模型的有效性.该研究成果为我国制定高速铁路噪声预测标准提供了理论依据.     

基于吸收边界条件的平面直角坐标系下点声源声场的仿真

现有的声场仿真方法多较为复杂,适用范围有着较大局限性,且对仿真区域之外的声场直接忽略造成较大误差.为此将时域有限差分算法引入到声场仿真中,通过基本公式的推导、吸收边界条件的计算和对角点的处理,实现了平面直角坐标系下简单的余弦脉冲点声源和正弦连续点声源所产生声场的仿真.这种方法计算效率高,有着很广的适用范围和更好的仿真效果,并可以进一步推广至三维坐标中使用.     

基于Helmholtz方程最小二乘法的声场重构

对Helmholtz方程最小二乘(HELS)方法的理论进行了研究,提出了一种改进的HELS方法,其基本思想是将辐射声场描述成一系列由球面波函数构成的正交函数的线性组合形式,组合系数通过配置场点的声压来确定.针对HELS方法重建声场过程中矩阵病态和奇异的问题,提出了采用奇异值分解的方法求解组合系数.此外,提出了采用循环迭代的优化方法确定线性组合的项数.这两点改进使得HELS方法更具有普适性、更为稳健.以一脉动球声源为实例,应用改进的HELS方法对其声场进行仿真研究.结果表明,改进的HELS方法是一种非常有效的声场重建算法.     

多源混合声场全息重建和预测方法与实验

多源混合声场的全息重建和预测研究对声全息技术走向实际应用具有非常重要的意义. 在提出两种基于分布源边界点法的多源混合声场全息重建和预测方法: 单面测量组合法和多面测量组合法的基础上, 对此展开了实验研究, 并通过对两种方法重建和预测的结果与实际结果的比较和讨论, 说明了两种方法的有效性以及多面测量组合法的优越性. 考虑到实际重建结果对测量误差的高度敏感性, 文中提出采用Tikhonov正则化方法稳定重建过程, 抑制测量误差的影响, 从而优化了重建结果, 提高了全息重建和预测的可信度, 为声全息技术进一步走向实际应用打下了基础.     

管道内旋转声源频域声场的数值仿真

为准确计算管道内的旋转声源声场,研究基于改进的点源模型和边界元法的声场仿真方法。首先从时域上将旋转点声源离散为均匀分布在旋转轨迹上的有限的静止点声源,通过静止点声源的依次发声模拟旋转点声源的发声过程;将时域声源变换到频域,然后结合边界元方法即可计算得到管道内所有离散的静止点声源声场,该声场即为旋转点声源声场。验证基于改进点源模型计算旋转声源自由声场以及利用边界元方法计算管道内静止点声源声场的可信性,以泵喷推进器为对象,将泵喷叶片分块划分并等效为偶极源,计算分析导管内的叶轮声场。研究结果表明:以改进的点源模型和边界元法为基础的管道内旋转声源声场仿真方法是有效易行的;对导管内叶轮声场而言,入射声场与散射声场存在较大差异,导管对径向测点处叶轮声场影响较大,对轴向测点处叶轮声场的影响可以忽略。     

基于Multi-Agent信号峰频逆源技术研究

在储罐中为了识别到达传感器波的主要模式,开展了将Multi-Agent理论与声发射检测技术结合,并基于岩石中声波传播频散和衰减经验,推演出适用于储罐底板的声源峰频计算公式。通过多传感器线性阵列和圆形阵列声发射实验测试,频率推演能获得准确的源峰值频率值。通过反推声源峰值频率可以推断声源的特性,从而提高评价结果的准确性。与声源峰值频率真值相比,多阵列计算获得结果的误差要低于单阵列逆源结果,反映了Multi-Agent技术用于声源逆源的优势。线性阵列与圆形阵列实验计算得出的声源峰值频率误差均在5%以内,说明该算法准确性很高,可以用于反推声源的峰值频率,对于储罐声发射检测与评价具有一定的应用价值。     

任意构型传声器阵列阵元坐标标定方法

飞机结构强度试验过程中能够准确、快速定位结构异常声源对于提供试验决策支持和及时发现试验风险方面具有非常重要的意义。在复杂试验环境中,根据现场具体情况任意布设传声器进行声源定位的方式更具适用性。针对飞机结构强度试验的实际需求和复杂试验环境中传声器任意布设的应用特点,进行了任意构型传声器阵列的阵元坐标标定方法研究。该方法的核心是通过声源到两个已知坐标参考传声器的真实时延和测定时延,得到时延测定的系统误差,对待标定传声器与参考传声器时延测定误差进行修正,以保证传声器坐标标定精度满足飞机结构强度试验声源定位的精度要求。以基于信号端点检测的时延算法进行传声器间的时延测定,采用优化算法进行标定方程组的求解,形成了一种适用于飞机结构强度试验复杂环境的任意构型传声器阵列阵元坐标标定方法,并在此基础上建立了一套标定流程。通过验证表明,该方法能够实现任意构型传声器阵列的阵元坐标标定,标定误差为毫米级,达到了飞机结构强度试验中传声器空间坐标标定的精度要求,为实现飞机结构强度试验中异常声源的准确、快速定位奠定了技术基础。     

基于球麦克风阵列的三维空间多声源定位

由于球麦克风阵列本身结构的特殊性,目前它广泛的应用于声场录制、波束形成、声场重现和声场分析等等领域.利用球麦克风阵列的对称性进行三维空间的多声源定位,和传统的声源定位方法不一样,通过分析声波传播的物理特性,采用球谐函数声场分解的方法,研究和探讨了离散的球麦克风阵列求解多声源情况下球散射声场球谐系数的方法,同时采用球傅立叶变换的方法分析了多声源情况下声场的指向性因子的变化情况,并由该指向性因子的等高线图确定了三维空间中的各个声源方向.同时还大致分析了麦克风阵列的离散化所导致的声场分解的误差,讨论了麦克风阵列的大小、麦克风位置以及声场分解模态的高低对声源定位精度的影响,最后采用了遗传算法对球麦克风阵列的麦克风位置进行设计和优化,提出了在有实际应用条件限制下设计优化球麦克风阵列的一种方法.计算机模拟表明,基于声场球谐系数求解和球傅立叶变换的方法可以同时有效的确定三维空间中任意方向的多个声源的方向.     

空间有源声吸收的理论研究

理论研究了空间有源声吸收问题．从声场和能量的角度出发，通过理论分析，本文给出了空间声场中单极子、偶极子和四极子所能达到的最大消声量及为此而须满足的条件，并且分析了其吸声性能，指出了各自的空间吸声方位角．通过分析高阶次级源结构，概括了一维多极子源的吸声条件和吸声性能。由于一维多极子源结构存在空间吸声方位角，本文发展了多维次级源结构，可对空间内任何方向入射来的声波进行声吸收。分析中没有涉及初级声源，因此所得结果具有普遍性。     

用跟踪器报告虚拟声源位置的精度分析与验证

虚拟声源定位实验是检验虚拟听觉重放的重要实验手段.文中设计和验证了一种利用跟踪器指示虚拟声源位置来报告其方向和距离的方法,并用计算机软件实现.经实验验证,该方法所测数据重复性好,15个位置6次重复测量结果对应的距离、水平角及仰角的标准差最大值分别为0.4cm、0.6°、0.5°；显著性水平设为0.05时的方差分析结果表...     

北斗无源定位的虚拟卫星算法

为了解决现有的气压高度计辅助卫星定位算法计算繁琐或者难于分析定位精度的问题,该文提出虚拟卫星定位算法。该算法根据用户的位置估计值生成一颗"虚拟"卫星,对应的"虚拟"伪距由气压高度计提供,结合用户的可见卫星和测得的伪距来更新用户的位置估计值,反复执行上述过程直至收敛。该算法计算步骤简单,可直接进行定位精度分析。将该算法应用于北斗三星无源定位当中,仿真结果表明:设定气压测高误差标准差为8m,则中国及邻近地区的位置精度因子为8.8至22.4;在清华大学校园进行的静态测试显示,在各个历元上迭代过程只有4～9次,定位均方根误差为42.7m。     

北斗无源定位的虚拟卫星算法

为了解决现有的气压高度计辅助卫星定位算法计算繁琐或者难于分析定位精度的问题,该文提出虚拟卫星定位算法。该算法根据用户的位置估计值生成一颗"虚拟"卫星,对应的"虚拟"伪距由气压高度计提供,结合用户的可见卫星和测得的伪距来更新用户的位置估计值,反复执行上述过程直至收敛。该算法计算步骤简单,可直接进行定位精度分析。将该算法应用于北斗三星无源定位当中,仿真结果表明:设定气压测高误差标准差为8m,则中国及邻近地区的位置精度因子为8.8至22.4;在清华大学校园进行的静态测试显示,在各个历元上迭代过程只有4～9次,定位均方根误差为42.7m。     

双面Patch近场声全息实验研究

文章将声场分离技术和Patch NAH技术结合起来,提出一种双面Patch NAH技术.该技术首先采用基于空间Fourier变换的双面声场分离技术清除全息面背向声源的干扰,再采用基于波数域外推的Patch NAH技术进行声源局部重建.由于综合了声场分离和Patch NAH的优点,所提出的双面Patch NAH技术可以用...     

虚拟声屏障系统中虚拟传感器位置的优化研究

对于某一特定目标区域,虚拟声屏障系统的误差传感器阵列处于目标区域中某一最优位置,其降噪量最大.然而,误差传感器阵列处于目标区域中会妨碍人头的活动.使用虚拟传感器技术,将虚拟传感器布放于目标区域中,物理传感器布放于目标区域边界,可以解决此问题.前述最优位置即为虚拟传感器的理想最优位置.由于虚拟传感器处声压预测方法的限制,存在一个虚拟传感器的实际最优位置,虚拟传感器布放于实际最优位置时系统性能比布放于理想最优位置时好.控制声源与物理传感器距离较远时,即使虚拟传感器布放于实际最优位置,系统性能与误差传感器处于目标区域边界（不使用虚拟传感器）相比改进不大.然而,控制声源与物理传感器距离较小时,虚拟传感器布放于实际最优位置,与不使用虚拟传感器相比,系统性能提高明显,在550Hz以下低频,系统降噪效果有5dB以上的增加,取得10dB有效降噪静区的上限频率也大幅提高.     

空间听觉与虚拟听觉空间的计算机仿真

一些科学工作者对人类以及动物听觉的自由声场至耳膜的传递函数进行了测量,他们发现在宽带信号激励的情况下,不同频率分量之间的幅度差异是与声源的方向有关的,这一发现已被用于展现“真实”的三维听觉,称作虚拟听觉空间仿真。