多源相干/不相干声场的分离与重建方法研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hongxingdehong
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近场声全息(NAH)技术是一种先进的噪声源识别定位和声场可视化技术。该技术通过在靠近声源的近场区域测量声场,可以重建获得声源表面以及整个三维声场的声学信息,从而为机电产品的低噪声设计、声质量设计以及噪声控制提供可靠依据。但是NAH技术要求测量必须在自由声场环境下进行,而实际的声场环境比较复杂,比如测量面背侧有干扰声源或反射体,噪声源接近地面,噪声源处于封闭空间内,或者声场由多个不相干声源辐射产生等。这些声场可以看成是由多个声源(目标声源、干扰声源、地面反射、壁面反射等)产生的声场的叠加,这些声源之间可能是完全相干的也可能不是完全相干的。在这种实际环境中,实现目标声源重建的前提是消除目标声源以外其它所有声源的影响。本文充分利用等效源法(ESM)、宽带声全息技术(BAHIM)、声场分离技术和质点振速传感器,针对多种情况研究了多源相干/不相干声场的分离与重建。针对半空间声场,提出基于ESM的半空间NAH方法,提高了半空间声场的重建精度,且该方法不再依赖于反射面的阻抗特性;针对封闭空间内声场,建立基于ESM的双面patch NAH技术模型,同时解决了测量孔径限制问题和内壁反射问题;针对非完全相干声场,提出基于质点振速参考的部分场分解方法,提高了部分场分解的精度;提出基于三维声强探头的三维BAHIM技术,在不需要参考信号的前提下,实现全息面两侧声场的分离,而且该技术不受声场相干性的限制。具体研究内容如下:第一章从多个方面回顾了NAH技术的发展历程和研究现状,并探讨了其中仍存在的问题和不足,在此基础上确定了本论文的研究内容。第二章提出两种基于ESM的半空间NAH方法,一种将精确的半空间格林函数引入常规的基于ESM的NAH技术,另一种将边界面造成的反射声用一系列简单源替代。通过数值仿真和实验研究验证了两种方法的有效性,还根据反射面的阻抗特性,对两种方法的适用范围进行了研究。第三章将声场分离技术和patch NAH技术结合起来,建立基于ESM的双面patch NAH技术模型,并分析了该技术在声场分离和声场重建过程中的误差敏感性。数值仿真和实验结果表明,该技术可以有效消除干扰源或反射声的影响,实现目标声源的局部重建。第四章提出基于质点振速参考的部分场分解方法,并通过数值仿真和实验研究验证了该方法的有效性,以及与声压参考相比的优越性。同时,还研究了质点振速参考的位置和方向对部分场分解精度的影响。另外,提出一种基于NAH的质点振速传感器灵敏度测量方法,基于该方法对一维和三维p-u声强探头的灵敏度进行了测量,并与参考值进行了对比。第五章提出基于三维声强探头的三维BAHIM技术,在无参考的情况下,实现了全息面上复声压和法向质点振速的测量,基于测量结果消除了干扰声源的影响,实现了目标声源的重建。该技术既适用于相干声场,也适用于非完全相干声场。另外,针对该技术中的奇异性问题给出了多种解决方法,并对各种方法进行了对比研究。第六章对全文进行了总结和概括,提出了需要进一步研究的问题。
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