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基于球面阵的声场分离方法及技术实现

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  • 日期:2024-10-19
  • 来源:上海论文网

工程管理论文哪里有?本文主要基于球面等效源法的NAH进行声场重建研究,以提升球面传声器阵列在多声源共存下的目标声源识别能力和声场重建性能为目标,建立以球面等效源法为基础的单球面声压测量声场分离方法,采用数值仿真与实验验证相结合的方法研究了所提声场分离方法的重建性能。

第一章绪论

1.2.3声场分离方法

声场分离技术适用于声场中存在多声源的情况,应用此技术可以有效的将目标声源的自由辐射声场还原出来,从而消除声场中除目标声源外其他声源或反射边界对声场所造成的影响。也就是说,即使目标声源位于复杂声场中也不影响重建出其辐射声场。Melon等[49]于2007年提出了一种声场分离技术,并将其对音响进行测试分析,通过实验证明了所提声场分离技术有较好的可行性,可以分离出音响的辐射声场。在三年后,Melon等[50]在此前的基础上又研究了测量面与声源之间距离、测量点数量等因素对目标声场分离后重建精度的变化影响。Fernandez等[51]通过两个不同位置的测量面阵列对质点振速进行测量,并对目标声源的质点振速进行重建,通过仿真与实验验证了所提声场分离方法的可行性,结果发现该声场分离技术在目标声源与干扰声源同时存在的情况下可高效的重建出目标声源辐射声场的质点振速。一年后,Fernandez等[52]采用双测量面进行测量声源的质点振速,同时在单测量面上测量质点振速和声压,并对两种声场分离方法进行赋加权重,通过比较等效源面和测量面之间的距离来讨论距离对重建结果的影响,通过两种声场分离方法来研究声压和质点振速之间的转换关系,通过数值仿真以及实验验证,结果表明在目标声源无法识别时,该声场分离方法可以有效的将目标声源从测量声场中重建。

第三章单球面声压测量声场分离方法

3.1单球面声压测量声场分离模型

在对振动结构辐射场进行测量时,在测量面另一侧往往存在干扰源或反射边界,为了获得目标振动结构在自由场中产生的辐射声场,应使用声场分离技术来消除干扰源或反射边界的影响。该技术有两种测量方法,通常利用平面阵列同时测量一个测量面上的声压和质点振速,或者对两个测量面上的声压或质点振速进行测量。而采用平面阵进行声场分离时只能显示声压峰值的集中区域,无法对声源的前后位置进行判断。本节依据球面等效源法,提出单球面声场分离方法,并利用波叠加原理,通过测量一个球面上的声压信息实现声场分离与目标声源识别。

如图3-1所示,将半径为a的球形测量面H上的测量点随机分为两组,分别记为测量组1H和测量组2H;与球形测量面同心的半径为sr的等效源面S上的等效源点沿铅直方向对应分为两个半球形,记为等效源面1S和等效源面S2,其中等效源面1S由靠近目标声源一侧的等效源点组成,代表目标声源的等效源;等效源面2S由靠近干扰声源一侧的等效源点组成,代表干扰声源的等效源。

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第四章基于球面阵的声场分离实验

4.1实验

为了降低环境噪声影响对本声场分离实验的重建精度产生干扰,在全消声室中进行声场分离实验。该消声室面积有23平方米,本底噪声为15.9dB,截止频率约为125Hz。

在基于单球面声场分离方法的声场分离重建实验中,采用的麦克风阵列选择的是空心球面麦克风阵列,完美的避开了刚性球阵列在进行声场测量时使得声源的辐射声场辐射到刚性球表面时发生散射从而导致地测量误差,又因其测量成本低,从而被选用为本实验的测量阵列。实验装置连接图如图4-1所示,在消声室内,通过电脑设置的发声程序驱动声源发声,两声源之间放置一个空心球阵列,使用该阵列测量实验中喇叭所产生的声压信号,将空心球阵列与同步时钟盒相连的两台数据采集仪连接进行数据采集,并传输到计算机中,最后通过DHDAS动态信号采集系统记录实时声压数据。

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4.2实验结果及分析

通过对所采集的实时声压数据进行FFT处理,转换成复声压,再将复声压导入到实验程序中,进行目标声源在重建面上的声场分离重建。利用L曲线参数选择方法结合Tikhonov正则化以及1l范数正则化进行正则化处理,对声源频率分别为100Hz、1000Hz和4900Hz时声场分离后的重建结果进行分析。如图4-4所示,图10为目标声源在频率为100 Hz、1000 Hz和4900 Hz时的声压级分布图。图中‘+’为目标声源在球面声场中位置,‘*’为干扰声源在球面声场中位置。

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在图4-4中,(a)、(e)和(i)分别为100 Hz、1000 Hz、4900 Hz时无干扰声源时目标声源在重建面处的声场声压级分布图,图(b)、(f)和(j)分别为100 Hz、1000Hz、4900 Hz时目标声源与干扰声源同时发声时在重建面处测量得到的声场声压级分布图。图(c)、(g)和(k)分别为100 Hz、1000 Hz、4900 Hz时存在干扰声源时本文所提单层球面声场分离方法采用1l范数正则化进行等效源强求解完成分离后的重建声场声压级分布图,从图中可以看出,基于1l范数正则化的本文所提分离方法能够较为准确地识别目标声源位置,即声压级最大值处即为目标声源位置处。在低频、中频和高频段时,其分离后的重建声场声压级与目标声源声场声压级均较为接近,分离后可较好地重建出目标声源辐射声场。

第五章总结与展望

5.2展望

本文在基于球面等效源法的近场声全息技术中采用1l范数正则化和Tikhonov正则化作为求解等效源强的方法,提出单层球面测量声压的声场分离方法,有效的解决了球面阵列无法在复杂声场中对目标声源进行准确定位和对目标声源辐射声场进行重建的问题。但仍存在有待进一步研究之处:

(1)本文在求解逆问题的过程中仅使用了1l范数正则化与Tikhonov正则化这两种方法,未采用其他方法对等效源强进行求解,使得其求解时间较长,在后续的工作中,可采用其他求解算法进行进一步研究与对比。

(2)本文所采用的实验声源较为简单,而在实际的工程应用中,噪声源的结构复杂且多变;此外,本文仅在频域中对声源的辐射声场进行分析,未对声源连续发声时进行时域分析,这是下一步可以开展的工作。

(3)本文所采用的双声源位于球阵列的两侧,对于干扰源与目标声源在同一侧甚至处于目标声源后方的情况,没有进行讨论,在后续工作中可对其进行进一步的研究。

参考文献(略)

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