專利名稱：雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量與變換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲學(xué)中的聲場(chǎng)測(cè)量變換技術(shù)，具體是一種在雙層介質(zhì)空間中進(jìn)行 聲場(chǎng)測(cè)量變換的方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人民生活水平的不斷提高，噪聲已成為環(huán)境和產(chǎn)品評(píng) 價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，軍事、交通運(yùn)輸、航空航天、工程機(jī)械等領(lǐng)域如何降低噪聲水平也成為 一個(gè)倍受關(guān)注的課題。噪聲控制需要從聲源控制、傳播途徑控制和受者保護(hù)三方面進(jìn)行，一 般來講，聲源控制是噪聲控制中最根本、最有效的手段，而主要聲源的定位與識(shí)別也是噪聲 控制工程的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)識(shí)別噪聲源的方法主要有常規(guī)的聲壓到聲強(qiáng)測(cè)量以及多維聲壓 梯度測(cè)量；常規(guī)的譜分析(自功率譜、互功率譜、互相干等)。聲場(chǎng)的全息測(cè)量技術(shù)突破了 傳統(tǒng)上通過測(cè)量聲源表面振速信息計(jì)算聲場(chǎng)輻射特性方法的瓶頸，而將聲輻射問題轉(zhuǎn)化為 逆問題來研究，從而可通過測(cè)量部分聲場(chǎng)信息重建聲源表面信息，根據(jù)重建信息預(yù)測(cè)整個(gè) 三維聲場(chǎng)的輻射特性，開展近場(chǎng)聲全息技術(shù)研究對(duì)噪聲和振動(dòng)控制、聲源識(shí)別與定位等具 有非常重要的意義。通常的聲場(chǎng)的全息測(cè)量變換方法包括，(1)空間聲場(chǎng)變換法，該方法最突出的優(yōu)勢(shì) 是獲得聲場(chǎng)信息量豐富，并大多可借助于FFT快速計(jì)算，但最大的缺陷在于對(duì)重建的聲源 表面形狀的適應(yīng)性差。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)的形狀各式各樣，結(jié)構(gòu)表面為正交坐標(biāo)系的情況較少， 所以僅靠正交共形近場(chǎng)聲全息變換遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足工程需求。當(dāng)聲源幾何形狀嚴(yán)重偏離了任 何正交坐標(biāo)系下的可分離形面，需要一種更加通用的聲場(chǎng)重建途徑；(2)逆向邊界元法，該 方法主要優(yōu)勢(shì)在于對(duì)聲源幾何形狀適應(yīng)性強(qiáng)，但同時(shí)也增加了計(jì)算量，因?yàn)殡x散后的矩陣 通常都是非對(duì)稱的滿陣。除此之外，還產(chǎn)生了奇異積分的問題，無論是否需要獲得滿意的精 度，都需要巧妙的積分技術(shù)，如極坐標(biāo)變換法等，從而增加了額外的數(shù)據(jù)處理量。在工程實(shí)際中，上述聲場(chǎng)測(cè)量變換方法更大程度的依賴于實(shí)際的測(cè)量環(huán)境，例如， 聲源處于封閉空間或處于有分界面的半自由空間中，分界面兩側(cè)的介質(zhì)相差很大，上述所 介紹的方法都要求全息面上測(cè)量聲壓為聲源輻射的直達(dá)聲壓，即要求在全消聲的環(huán)境下進(jìn) 行，這在實(shí)際測(cè)量中幾乎是不可能滿足的條件，因此傳統(tǒng)的測(cè)量和變換方法對(duì)于存在反射 聲的半自由聲場(chǎng)環(huán)境并不能做出很好的處理。為解決實(shí)際測(cè)量環(huán)境中的聲場(chǎng)測(cè)量變換的問 題，必須在測(cè)量和變換方法進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的聲場(chǎng)測(cè)量變換方法對(duì)分層介質(zhì)空間中由于存在 界面反射造成的聲場(chǎng)測(cè)量不準(zhǔn)確的缺陷提供一種雙層介質(zhì)中的聲場(chǎng)測(cè)量與變換方法。實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量與變換方 法，該方法的步驟為(1)在聲源Sl附近建立兩個(gè)柱面測(cè)量面，Sl位于柱面內(nèi)；
(2)分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)量面上的聲壓分布Pl，P2 ；(3)將介質(zhì)分界面反射的聲波看作是聲源Sl關(guān)于界面的鏡像S2直接發(fā)出的聲波。 將每個(gè)測(cè)量面上的聲壓分解為聲源Sl和虛聲源S2直接傳播的聲壓之和，即，P1 (X1, Y1, Z1)
=PiI (Xi，y” Z1)+P21 (X1, Y1, Z1), P2 (x2, J2, Z2) = P12 (X2, J2, Z2)+P22 (x2, J2, z;2),這里的 P11, P21
分別是聲源Sl和虛聲源S2在測(cè)量面1上的聲壓，P12，P22分別是聲源Sl和虛聲源S2在測(cè) 量面2上的聲壓；(4)上述聲壓信號(hào)P1, P2, P11, P21，P12，P22進(jìn)行二維傅立葉變換，并根據(jù)聲源
權(quán)利要求
1.一種雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量變換方法，其特征在于，該方法的步驟為(1)在聲源Si附近建立兩個(gè)柱面測(cè)量面，Sl位于柱面內(nèi)部；(2)分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)量面上的聲壓分布Pl，P2；(3)將介質(zhì)分界面反射的聲波看作是聲源Sl關(guān)于界面的鏡像S2直接發(fā)出的聲波，將 每個(gè)測(cè)量面上的聲壓分解為聲源Sl和虛聲源S2直接傳播的聲壓之和，BP, P1 (X1, yi; Z1)=Pll (Χι，y” Z1Hp21 (X1, Y1, Z1), P2 (x2, J2, Z2) = P12 (X2, J2, Z2) +P22 (x2, J2, Z2),這里的 P11, P21 分別是聲源Sl和虛聲源S2在測(cè)量面1上的聲壓，P12，P22分別是聲源Sl和虛聲源S2在測(cè)量 面2上的聲壓；(4)上述聲壓信號(hào)P1,p2, pn, P21，P12，P22進(jìn)行二維傅立葉變換，并根據(jù)聲源Sl和 虛聲源S2在兩個(gè)柱面測(cè)量面上的聲壓關(guān)系，BP, Pu(kz,rh2)^Pn(k2,rhl)jj^^P21 (kz,rh\) = P22(kz,rhl) J;f/rkX ,求解得到波數(shù)域的聲壓后，通過二維傅立葉逆變換得JfXKrh2)到空間域上聲源Sl直接傳播至兩個(gè)柱面測(cè)量面上的聲壓pn，P12，這里的Hn(1)，Jn分別是漢 克爾函數(shù)和貝塞爾函數(shù)，rhl和rh2分別是兩個(gè)柱面測(cè)量面的半徑，kz和b是柱坐標(biāo)下的 軸向波數(shù)和徑向波數(shù)；(5)利用測(cè)量得到的任一測(cè)量面上的來自Sl的聲壓分布進(jìn)行柱面的全息反演變換，從 而獲得全空間的聲壓分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量變換方法，其特征在于，聲源可 以是大于或等于一個(gè)的聲源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量變換方法，其特征在于，通過多 點(diǎn)測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)量面上的聲壓信號(hào)，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)大于等于一次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量變換方法，其特征在于，測(cè)量測(cè) 量面上的聲壓信號(hào)是通過分布在該測(cè)量面上的聲壓傳感器進(jìn)行測(cè)量的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量變換方法，其特征在于，測(cè)量 面上的聲壓信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量變換方法，其特征在于，測(cè)量 面上的聲壓可以經(jīng)過放大器將信號(hào)強(qiáng)度放大后再進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙層介質(zhì)空間中的聲場(chǎng)測(cè)量變換方法，該方法的步驟為在聲源S1附近建立兩個(gè)同軸的柱面測(cè)量面，S1位于柱面內(nèi)，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)量面上的聲壓分布p1，p2；將介質(zhì)分界面反射的聲波看作是聲源S1關(guān)于界面的鏡像S2直接發(fā)出的聲波；將每個(gè)測(cè)量面上的聲壓分解為自S1和S2處直接傳播至各測(cè)量面的聲壓之和，即，p1(x1，y1，z1)＝p11(x1，y1，z1)+p21(x1，y1，z1)，p2(x2，y2，z2)＝p12(x2，y2，z2)+p22(x2，y2，z2)；上述兩式左右兩邊分別進(jìn)行二維傅立葉變換，并根據(jù)聲源S1和虛聲源S2在兩個(gè)柱面測(cè)量面上的聲壓關(guān)系，即，求解波數(shù)域的聲壓分布，然后通過二維傅立葉逆變換得到空間域上聲源S1直接傳播至兩個(gè)測(cè)量面上的聲壓p11，p12；最后利用測(cè)量得到的任一測(cè)量面上的來自S1的聲壓分布進(jìn)行柱面全息反演變換，從而獲得全空間的聲壓分布。該方法克服了由于界面的存在導(dǎo)致聲場(chǎng)測(cè)量變換準(zhǔn)確度差的缺陷，并且，變換過程簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，速度快。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102141431SQ20101011023
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者何元安, 張若愚, 申和平, 聶佳 申請(qǐng)人:鴻遠(yuǎn)亞太科技(北京)有限公司