[发明专利]一种半空间声场重建方法和装置

说明书

本发明公开一种半空间声场重建方法和装置，方法包括：根据振动体和边界面进行等效源以及虚源面的配置，得到多个等效源配置方案；针对各等效源配置方案，基于预知的半空间声场声压，计算对应各等效源配置方案的源强列向量的正则解；再基于源强列向量的正则解，重建对应各等效源配置方案的振动体表面法向振速，进而计算振动体表面法向振速的重建误差；最后将振动体表面法向振速重建误差最小的等效源配置方案作为最终等效源配置方案，重建半空间声场。本发明利用半空间近场声全息技术，通过合理配置等效源，保障半空间声场的重建精度，同时不依赖与反射面的表面声阻抗，且测量成本较低。

技术领域

本发明涉及物理声学技术领域，特别是一种基于半空间近场声全息技术的半空间声场重建方法和装置。

背景技术

当振动体位于有边界的半空间声场环境时，通常需要考虑该边界的反射作用对声场的影响。声场分离技术可用来重建半空间声场，因其可以分离输入声和输出声，而且声场分离技术有一个明显优势，即不需要知道反射面的表面声阻抗。但该技术要求测量面必须是包络振动体的封闭面，以确保反射声刚好从测量面的另一侧传播进入待研究半空间声场。此外，声场分离技术本身对测量面也有诸多要求，比如双面声压测量或双面质点振速测量，或单面声压-质点振速测量。这将导致高额的测量成本，包括测量设备等经济成本和测量工作时间成本。

如果反射面的表面声阻抗已知，可将半空间格林函数引入传统近场声全息技术，以实现半空间声场的重建。目前有两类半空间格林函数：一类基于平面波假设，认为被反射的声波都是平面波，会导致振动体与反射面距离不够远时半空间声场的重建精度显著降低；另一类基于真实的球面波，自动满足反射面的边界条件，可获取很高的半空间声场重建精度，但因涉及积分故计算很耗时。此外，这种方法需预知反射面的声阻抗，即依赖于反射面的表面声阻抗。

有一种半空间近场声全息技术既不需要预知反射面的表面声阻抗，也不需要高额测量成本，因为该方法将由反射面产生的反射声等效成一系列位于反射面下方的简单源的辐射声。此时，半空间声场问题转换成多源自由声场问题，无需考虑反射面的表面声阻抗，测量也只需单面声压或质点振速即可，大大降低测量成本。由于该方法不依赖于反射面的表面声阻抗，且基于等效源方法，故将其命名为I-ESM(Independent-Equivalent SourceMethod)。但I-ESM的半空间声场重建精度在很大程度上依赖于等效源的配置，尤其是表征反射面作用的一系列等效源。因此，不合理的等效源配置可能显著降低I-ESM的半空间声场重建精度。

所以，现有半空间声场重建方法有三个缺陷和不足：(1)测量成本高；(2)依赖于反射面的表面声阻抗；(3)重建精度不理想。

发明内容

本发明的目的是，利用半空间近场声全息技术，提出一种半空间声场重建方法和装置，通过合理配置等效源，保障半空间声场的重建精度，同时不依赖与反射面的表面声阻抗，测量成本较低。

本发明采取的技术方案如下：

一方面本发明提供一种半空间声场重建方法，包括：

根据振动体和边界面进行等效源以及虚源面的配置，得到多个等效源配置方案；所述等效源包括分别表征振动体和边界面反射作用的两组等效源，虚源面包括振动体等效源所在的虚源面Γ和边界面反射作用等效源所在的虚源面Ω；

针对各等效源配置方案，分别计算半空间声场声压；

基于半空间声场声压，计算对应各等效源配置方案的源强列向量的正则解；

基于源强列向量的正则解，重建对应各等效源配置方案的振动体表面法向振速；

计算各等效源配置方案的振动体表面法向振速的重建误差；

将振动体表面法向振速重建误差最小的等效源配置方案作为最终等效源配置方案；

利用最终等效源配置方案重建半空间声场。