一种基于单面测量和局部声全息法的分离声场方法

摘要

本发明涉及噪声领域，具体涉及一种适用于大型声源的声场分离和重建的声场分离和重构方法。本发明包括如下步骤：获取测量面上声压和法向质点振速；对位于两个声源之间的测量面进行补零扩展；获取扩展测量面与两个声源表面即声源面之间的传递矩阵；建立测量面上声压和法向质点振速之间的传递关系；获取第一声源面和第二声源面上的声压和法向质点振速。本发明采用单测量面和局部近场声全息法进行声场分离和重构，具有方法简单、计算时间短、计算效率高的特点。可以广泛应用于大尺寸声源声场的近场声全息测量、材料反射系数的测量、散射声场的分离等。

主权项

一种基于单面测量和局部声全息法的分离声场方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取测量面上声压和法向质点振速：由第一声源和第二声源构成的被测声场中，在位于两个声源之间的测量面上呈网格式分布有测量点，相邻网格点之间的距离小于半个波长，通过获取各网格点处的声压幅值和相位信息获得测量面上的声压，通过获取各网格点处的法向质点振速幅值和相位信息获得测量面上的法向质点振速；(2)对位于两个声源之间的测量面进行补零扩展，获取扩展测量面，对测量面上的声压和法向质点振速进行补零扩展，得到扩展测量面上的声压和法向质点振速；(3)获取扩展测量面与两个声源表面即声源面之间的传递矩阵：所述传递矩阵$W_1={\mathrm{DB}}_{k_c}{F}^{-1}{G}_{1}F,W_2={\mathrm{DB}}_{k_c}{F}^{-1}{G}_{2}F,W_3={\mathrm{DB}}_{k_c}{F}^{-1}{G}_{3}F,$其中$G_1=e^{{\mathrm{jk}}_{z}d},$$G_2=k_z{e}^{{\mathrm{jk}}_{z}d}/\mathrm{\rho ck},G_3={\mathrm{\rho cke}}^{j{k}_{z}d}/k_z,B_{k_c}=F^{-1}{L}_{k_c}F,k_z=\left\{\begin{array}{cc}\sqrt{k^2-k_x^2-k_y^2}& k_x^2+k_y^2\le k^2\\ -j\sqrt{k_x^2+k_y^2-k^2}& k_x^2+k_y^2>k^2\end{array}\right.,$D＝diag[D₁₁,…,D_NN]、$D_{\mathrm{ii}}=\left\{\begin{array}{cc}1& (x,y)\in M\\ 0& (x,y)\notin M\end{array}\right.,L_{k_c}=\mathrm{diag}[L_{11},...,L_{\mathrm{NN}}],$$L_{\mathrm{ii}}=\left\{\begin{array}{cc}1& \sqrt{{k_x}^2+{k_y}^2}<k_c\\ 0& \sqrt{{k_x}^2+{k_y}^2}>k_c\end{array}\right.,$W₁为扩展测量面上法向质点振速与声源面上法向质点振速之间的传递矩阵、W₂为扩展测量面上法向质点振速与声源面上声压之间的传递矩阵、W₃为扩展测量面声压与声源面上法向质点振速之间的传递矩阵、G₁为扩展测量面上法向质点振速与声源面上法向质点振速的格林函数、G₂为扩展测量面上法向质点振速与声源面上声压的格林函数、G₃为扩展测量面上声压与声源面上法向质点振速的格林函数、为波数域内带限算子、F为二维空间傅里叶变换因子、F^‑1为二维空间傅里叶变换因子的逆变换、为低通滤波器、L_ii为矩阵中对角线上的值、k_c为截止波数、ρ为介质密度、c为介质中声速、k为波数、d为测量面与声源面间的距离、第一声源面和第二声源面分别与(x,y)坐标面平行，两个声源面的法向为z方向；(4)建立测量面上声压之间的传递关系、法向质点振速之间的传递关系：所述测量面上声压之间的传递关系、法向质点振速之间的传递关系为：p_M(M)＝p₁+p₂、v_M(M)＝v₁+v₂，其中p₁为第一声源在测量面上所辐射的声压、p₂为第二声源在测量面所辐射的声压、v₁为第一声源在测量面上所辐射的法向质点振速、v₂为第二声源在测量面上所辐射的法向质点振速；(5)获取第一声源面和第二声源面上的声压和法向质点振速：所述第一声源面和第二声源面上的声压和法向质点振速为：$p_{10}=\frac{1}{2}({(\mathrm{\alpha I}+{W_1}^H{W}_1)}^{-1}{W_1}^H{p}_E(M+)+{(\mathrm{\alpha I}+{W_2}^H{W}_2)}^{-1}{W_2}^H{\nu }_E(M+)),$$p_{20}=\frac{1}{2}({(\mathrm{\alpha I}+{W_1}^H{W}_1)}^{-1}{W_1}^H{p}_E(M+)+{(\mathrm{\alpha I}+{W_2}^H{W}_2)}^{-1}{W_2}^H{\nu }_E(M+)),$$v_{10}=\frac{1}{2}({(\mathrm{\alpha I}+{W_3}^H{W}_3)}^{-1}{W_3}^H{p}_E(M+)+{(\mathrm{\alpha I}+{W_1}^H{W}_1)}^{-1}{W_1}^H{\nu }_E(M+)),$$v_{20}=\frac{1}{2}({(\mathrm{\alpha I}+{W_3}^H{W}_3)}^{-1}{W_3}^H{p}_E(M+)+{(\mathrm{\alpha I}+{W_1}^H{W}_1)}^{-1}{W_1}^H{\nu }_E(M+)),$其中，p₁₀为第一声源面上的声压、p₂₀为第二声源面上的声压、v₁₀为第一声源面上的法向质点振速、v₂₀为第二声源面上的法向质点振速、α为正则化参数、I为单位对角矩阵、W₁^H为W₁的共轭转置矩阵、(αI+W₁^HW₁)^‑1为矩阵(αI+W₁^HW₁)的逆矩阵；所述获取扩展测量面上的声压为：$p_E(M+)=\left\{\begin{array}{cc}{p}_M\left(M\right)& (x,y)\in M\\ 0& (x,y)\notin M\end{array}\right.,$扩展测量面上法向质点振速为：$v_E(M+)=\left\{\begin{array}{cc}{v}_M\left(M\right)& (x,y)\in M\\ 0& (x,y)\notin M\end{array}\right.,$其中p_M(M)为测量面上的声压、v_M(M)为测量面上的法向质点振速，(x,y,z)为三维笛卡尔坐标，测量面与(x,y)坐标面平行，测量面的法向为z方向。