基于等效源法和質(zhì)點振速測量的近場聲全息技術(shù).pdf

1、近場聲全息(NAH)是一種先進的用于聲源識別、定位以及空間聲場可視化的噪聲測量分析前沿技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)用于船舶、汽車和家電等各個行業(yè)，也逐漸成為這些行業(yè)解決環(huán)境和產(chǎn)品噪聲問題的強有力的工具。本文在深入分析NAH技術(shù)的發(fā)展歷程和最新進展的基礎(chǔ)上，從重建算法、正則化、測量方法和前處理四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)對NAH技術(shù)中仍然存在的問題進行了深入的研究和探討。在重建算法上，將基于等效源法(ESM)的NAH技術(shù)擴展到非閉合聲源和移動聲源輻射聲場的重建和預(yù)測

2、，拓寬了NAH技術(shù)的應(yīng)用范圍；在正則化技術(shù)上，為克服L曲線法的缺陷，提出一種更加穩(wěn)定的正則化參數(shù)選取方法；在測量方面，將基于Microflown傳感器的質(zhì)點振速測量方法引入NAH技術(shù)中，以解決聲源表面法向振速重建困難的問題，并分別基于空間Fourier變換和ESM算法對該測量方法的優(yōu)越性進行了驗證；在前處理技術(shù)方面，提出了分別基于空間Fourier變換和統(tǒng)計最優(yōu)方法的兩種新型單面聲場分離技術(shù)，提高了測量效率和聲場分離精度；對汽車車廂內(nèi)部

3、聲場開展實驗研究，基于前文提出的聲場分離技術(shù)和質(zhì)點振速測量方法實現(xiàn)了內(nèi)聲場中的聲源識別和聲場可視化，為NAH技術(shù)進一步應(yīng)用于工程實際打下基礎(chǔ)。本文具體研究內(nèi)容主要圍繞ESM(第二、三章)和質(zhì)點振速測量方法(第四、五、六章)展開，結(jié)構(gòu)安排如下：
　　 第一章從重建算法、誤差分析、濾波和正則化技術(shù)、以及最新進展等幾個方面詳細地介紹了NAH技術(shù)的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，探討了目前NAH技術(shù)中仍然存在的問題，并確立了本論文的主要研究內(nèi)容。<

4、br>　　 第二章從理論上將基于ESM的NAH技術(shù)擴展到非閉合聲源情況，為基于ESM的PatchNAH技術(shù)的研究打下基礎(chǔ)；首次提出一種基于ESM的移動聲源輻射聲場計算方法—移動等效源法；為解決任意形狀移動聲源的NAH重建和預(yù)測，首次提出基于移動等效源的NAH技術(shù)；數(shù)值仿真和對點激勵固支板輻射聲場的實驗研究驗證了所提出擴展理論的正確性和有效性。
　　 第三章在基于ESM的NAH技術(shù)基礎(chǔ)上深入分析應(yīng)用L曲線法有時出現(xiàn)正則化參數(shù)錯誤

5、選擇或不當(dāng)選擇的原因，提出一種新的正則化參數(shù)選取方法—|cosθ|曲線法，有效地解決了L曲線法存在的問題；對簡支板和振動球的數(shù)值仿真，以及對固支板、箱體和雙音箱三種不同聲源的實驗研究驗證了所提出方法的有效性以及相比L曲線法的優(yōu)越性。
　　 第四章簡要介紹了Microflown質(zhì)點振速傳感器的原理及其在聲學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用；提出了基于質(zhì)點振速測量的常規(guī)NAH和迭代Patch NAH技術(shù)，有效地解決了聲源表面法向振速重建的困難；對質(zhì)點振速

6、-聲壓重建過程中的奇異性問題進行分析，推導(dǎo)出等效替代的傳遞因子，保證了質(zhì)點振速測量在基于Fourier變換的NAH技術(shù)中的成功應(yīng)用；數(shù)值仿真和對實際聲源的實驗研究驗證了所提出方法的有效性和正確性，同時也表明質(zhì)點振速更適合作為Patch NAH技術(shù)的輸入量。
　　 第五章將質(zhì)點振速測量方法引入基于ESM的常規(guī)NAH和Patch NAH技術(shù)，以解決任意形狀聲源表面法向振速重建困難的問題；分別基于聲壓和質(zhì)點振速兩種測量方法對NAH重建

7、過程進行了誤差靈敏度分析，從理論上說明以質(zhì)點振速為輸入量的基于ESM的NAH技術(shù)的重建穩(wěn)定性要好于聲壓測量；利用質(zhì)點振速的矢量特性，提出基于聲壓-質(zhì)點振速測量的p-u聲場重建方法，用于消除反射聲或消除與聲源關(guān)于全息面處于對稱位置的干擾聲源的影響；數(shù)值仿真和對不同聲源的實驗研究驗證了質(zhì)點振速測量在基于ESM的NAH技術(shù)中的優(yōu)越性，也驗證了p-u聲場重建方法的可行性和有效性。
　　 第六章分析了基于Fourier變換的雙面和單面聲場

8、分離技術(shù)中存在的問題；提出了基于Fourier變換的修正的單面聲場分離方法；為進一步減小Fourier變換算法引入的各種誤差，提出了基于統(tǒng)計最優(yōu)NAH的新型單面聲場分離技術(shù)，提高了測量效率和聲場分離精度；數(shù)值仿真和多種情況下的實驗研究驗證了所提出的兩種分離方法的有效性和正確性，并通過互相比較說明了各自的優(yōu)缺點。
　　 第七章以汽車車廂內(nèi)聲場為例進行了實驗研究，采用質(zhì)點振速測量方法、基于ESM的Patch NAH和聲場分離技術(shù)在車