[发明专利]声场分离方法

权利要求书

1.一种声场分离方法，其特征在于包括以下步骤：

A、在测量声场中两个声源面之间设置有测量面，测量面上呈网格设置声压振速传感器，相邻网格点之间的距离小于半个波长，声压振速传感器测量测量面上的声压值；

B、对振动体形状进行有限元仿真，建立多虚拟球等效源强，将多虚拟球等效源强分为质心球虚拟源强和非质心球虚拟源强两类，将声压图像的灰度值作为加权重心法的权重值，利用测量出的声压值生成灰度图，根据振动体上实际声源的位置坐标计算出各点的灰度值，然后将灰度值作为权值求系统重心，将系统重心作为质心球虚拟源强球心坐标，同时任选两个以上实际声源，利用各个实际声源的灰度值作为权值计算出与这些实际声源对应的非质心球虚拟源强球心坐标；

C、对测量面上测定的声压值进行补零扩展，得到测量面扩展面上的声压值；

所述步骤C具体步骤如下：

依照式(3)对测量面上的声压值进行补零扩展得到测量面扩展面上的声压值：

p_E(H⁺)＝D·p_E(H)(3)；

其中，p_E(H)为测量面H上的声压测量值；p_E(H⁺)为测量面的扩展面上的声压值；D＝diag[D₁₁,D₂₂,…,D_NN]，D为采样算子，D_ii为矩阵D上对角线上的值；N为测量面扩展面上网格的点数；测量面H(x＝x_H)与(y,z)坐标面平行，测量面的法向为x方向；

D、建立测量面扩展面声压值与多虚拟球等效源强声压之间的传递矩阵，建立测量面上的声压值与多虚拟球等效源强声压之间的传递矩阵，对测量面扩展面声压值与多虚拟球等效源强声压之间的传递矩阵进行正则化处理，获得测量面上的声压求解方程，求解测量面上的声压值；

所述步骤D具体步骤如下：

D1、建立测量面扩展面声压值与虚拟球等效源强声压值之间的传递矩阵如式(4)：

p_E(H⁺)＝T_HQ (4)；

其中p_E(H⁺)为测量面扩展面上的声压值，Q为虚拟球等效源强双向傅里叶分解后的系数矩阵；T_H为虚拟球等效源强与测量面扩展面上声压之间的传递矩阵；

其中T_H由以下步骤得到：

根据等效源强理论，假设S′是振动体内某一虚拟源强分布表面，则可将外场中某点r处的声压表示为

p(r)=Σt=1t∫S′σ(rQ)K(r,rQ)dS′---(5);]]>

式中，r_Q是虚源面上的某一点，t为多虚拟球的个数，σ(r_Q)为待求的源强密度函数，K(r,r_Q)为积分核函数，K(r,r_Q)＝g(r,r_Q)＝(1/4πR)e^ikR，k＝ω/c为波数,R为两点间的距离；

将未知源强密度函数进行双向Fourier级数展开，并利用二维快速FFT计算积分，采用梯形公式离散格林函数，将与距离有关的矩阵规整成一个矩阵，即为T_H；

D2、建立测量面声压值与虚拟球等效源强声压值之间的传递矩阵如下：

{p_E}＝T_EQ(6)；

其中，{p_E}为测量面H上的声压值，T_E为虚拟球等效源强与测量面上声压之间的传递矩阵，T_E的计算参照T_H的计算进行；Q为虚拟球等效源强双向傅里叶分解后的系数矩阵；

D3、联立式(4)、(6)，求解测量面上的声压：

{p_E}＝T_ET_H^-1p_E(H⁺)(7)；

对T_H进行正则化处理，得到：

{pE}=TE(αI+THHTH)-1THHpE(H+)---(8);]]>

其中，α为正则化参数，I为单位对角矩阵，为T_H的共轭转置矩阵，为的逆矩阵；

E、利用步骤D获得的声压求解方程，将两侧声源的声场分离，获取两个声源面的声压值。

2.如权利要求1所述的声场分离方法，其特征在于所述步骤E具体步骤如下：

测量面H上的声压和法向质点振速为：

p_E(H)＝p_1E(H)+p_2E(H)；v_E(H)＝v_1E(H)-v_2E(H) (9)；

式中p_1E(H)为声源1在测量面H上所辐射的声压、p_2E(H)为声源2在测量面H上所辐射的声压、v_1E(H)为声源1在测量面H上所辐射的法向质点振速、v_2E(H)为声源2在测量面H上所辐射的法向质点振速；

对式(9)进行补零扩展得到：

p_E(H⁺)＝p_1E(H⁺)+p_2E(H⁺)；v_E(H⁺)＝v_1E(H⁺)-v_2E(H⁺) (10)；

与式(8)相结合，得到

p1=TE(αI+THHTH)-1THHp1E(H+)---(11);]]>

p2=TE(αI+THHTH)-1THHp2E(H+)---(12);]]>

p1=WE(αI+WHHWH)-1WHHv1E(H+)---(13);]]>

p2=WE(αI+WHHWH)-1WHHv2E(H+)---(14);]]>

其中p₁为声源面S₁上的声压、p₂为声源面S₂上的声压,W_E为虚拟球等效源强与测量面上质点振速之间的传递矩阵，W_H为虚拟球等效源强与测量面扩展面上质点振速之间的传递矩阵；

将式(11)和式(12)相加，将式(13)和式(14)相减，可得：

p1+p2=TE(αI+THHTH)-1THH(p1E(H+)+p2E(H+))=TE(αI+THHTH)-1THHpE(H+)---(15);]]>

p1-p2=WE(αI+WHHWH)-1WHH(v1E(H+)-v2E(H+))=WE((H+)+WHHWH)-1WHHvE(H+)---(16);]]>

将式(15)和式(16)相加，可得：

p1=12(TE(αI+THHTH)-1THHpE(H+)+WE(αI+WHHWH)-1WHHvE(H+))---(17);]]>

将式(15)和式(16)相减，可得：

p2=12(TE(αI+THHTH)-1THHpE(H+)-WE(αI+WHHWH)-1WHHvE(H+))---(18).]]>