[发明专利]一种基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法

说明书

本发明公开了一种基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法，包括：在被测声场中设置两个互相平行的测量面，采集两个测量面上的声压和质点振速；基于双面声压数据和加权迭代等效源算法确定阵列两侧的声源位置；根据拟合测量面幅值误差最小原则获取声源垂直于测量面的位置坐标；基于声源初步定位结果在每个声源内部布置等效源；建立多个等效源和双测量面之间的传递函数，对符合及不符合稀疏分布的声压或质点振速分别进行相应处理，获取源强分布；根据声场传递函数重构每个声源的辐射声场，并进行目标声场叠加，获取测量面分离数据后，进一步实现目标声场重构。本发明实现方便、适用于任意形状测量面、计算稳定性好、分离精度高。

技术领域

本发明涉及噪声场识别与声场可视化技术领域，特别涉及一种基于声压和质点振速双面测量的声场分离方法。

背景技术

近场声全息方法是重构近场声场分布的一种有效的方法，通过记录被测声源物体表面附近的声压或质点振速数据，运用空间声场变换算法即可实现声源表面的声场重构。然而，近场声全息技术是建立在自由声场假设基础上的，即测量时声源必须位于测量面的一侧，其另一侧(背侧)为自由声场。但在实际测量过程中，通常会遇到测量面另一侧存在干扰源，而干扰源又无法移去或停止，或存在墙面或其他固定设备的反射、散射等影响而无法满足自由声场条件。此时，如果采用常规近场声全息进行重建，势必会出现虚假声源，或出现较大的重构误差。因此，在非自由声场环境中实施NAH技术时，需要利用声场分离技术对测量数据进行前处理，即基于近场声全息方法建立等效源与测量面上的声压/质点振速之间的线性叠加关系，在此基础上解耦目标声源与干扰声源在测量面上的声压和质点振速相互作用，在测量面上将目标声源信号分离出来，以便于获取实施NAH技术所必需的自由声场条件。

为了消除反射声和散射声的影响，有学者提出了部分场分解方法和多源相干声场重建方法，这两种方法都可以用于非自由声场中声源辐射的声场重建，但都需要预知声源的位置信息。相比而言，声场分离技术通过分离向内传播波和向外传播波，可用来消除半空间声场中的干扰噪声，且无需反射面的具体位置和阻抗特性等先验知识，因而得到广泛应用。目前已发展出多种声场分离算法，包括空间Fourier变换法，统计最优分离方法以及等效源法等。

20世纪初，基于空间Fourier变换的声场分离技术首次被应用于NAH技术中，通过测量两个平面上的声压，并借助地板辐射声与顶板反射声之间的声压关系，实现了测量面另一侧有反射声时的全息重建。Frisk建立了基于空间Fourier法的双测量面声场分离技术，被许多学者进一步发展和推广，成功用于测量声反射系数、分离散射声场和分离噪声干扰。这种声场分离技术不需要预知声源的位置信息便可实现声场的分离。但是，基于二维空间Fourier变换算法产生的边缘效应和卷绕误差，会影响后续的定位和重构精度。另外，受到方法本身限制，只能用于平面、柱面、球面等规则测量面，对于不规则的测量面则无法实现分离。

针对上述问题，有学者提出了基于SONAH(统计最优近场声全息)的声场分离方法。2006年，Hald成功地将改进的SONAH算法应用到车内环境中声场的重建。通过双层声压传感器阵列，将测量面两侧声源的声场分离出来，并在去除传声器阵列背侧的干扰声后实现了目标声场的重建。2007年，Jacobsen利用质点振速的矢量特性实现两侧声源的分离，但只适用于测量面两侧声源对称布置时的情况。2008年，Hald进一步考虑了测量面背侧干扰声在目标声源表面上产生的散射声。2012年，Grande提出基于SONAH和双面质点振速测量的声场分离技术，发现双面质点振速测量的声场分离方法更加稳定。基于统计最优的声场分离方法克服了传统二维空间Fourier变换算法产生的边缘效应和卷绕误差问题，但是，受到统计最优声全息方法本身的限制，测量面和重建面只能是平面、柱面或球面中的一种，无法重建任意形状声源辐射的声场，因此无法针对实际情况中的大尺寸不规则形状声源实现有效的声场分离。