傅立葉聲學——聲輻射與近場聲全息

《傅立葉聲學——聲輻射與近場聲全息》是2016年清華大學出版社出版的書籍，作者是[美]Earl G. Williams（厄爾 · G · 威廉士）。

基本介紹

• 中文名：傅立葉聲學——聲輻射與近場聲全息
• 作者：[美]Earl G. Williams（厄爾 · G · 威廉士）
• 譯者：盧奐采
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2016年06月01日
• 定價：68 元
• ISBN：9787302438670

圖書簡介

本書以傅立葉變換原理為基礎，系統地總結和介紹了平面聲波、柱面聲波以及球面聲波在波數空間的數學模型和物理概念，以及近場聲全息方法在進行正向聲場預測和逆向聲場重構時的原理、計算步驟和套用。全書共8章，第1章對廣義函式進行了綜述，第2章介紹了平面波和倏逝波的物理概念，引出傅立葉聲學和角譜的定義。第4章和第6章分別在柱坐標系和球坐標系下，介紹柱面波和球面波的表達和物理概念，並用圖形詳細解釋了如貝塞爾函式和球諧函式等複雜函式的細節。第3、5、7和8章分別對應運用平面、柱面、球面以及任何幾何形狀的聲學量測量全息面時，通過近場聲全息方法，求解聲場重構逆問題的過程，即實現在時間和空間上逆向重構聲場的過程和步驟。

本書講解透徹，並配有大量圖表和實驗結果。每一章末尾都有練習題，以便檢驗讀者對各章內容的理解，並提供了進一步的概念和理論。由於本書自成一體，讀者無需具有聲學背景，所有必要的公式和概念都包含其中。本書可作為大學高年級學生和研究生課程的教科書，也可作為水聲學、結構聲學以及氣動聲學等領域中從事近場聲全息、近場/遠場聲輻射、聲成像、聲場可視化、傳聲器陣列信號處理、聲源識別和定位技術的科研工作者和工程師的參考書和工具書。

目錄

第1章傅立葉變換和特殊函式

1.1引言

1.2傅立葉變換

1.3傅立葉級數

1.4傅立葉貝塞爾(漢克爾)變換

1.5狄拉克δ函式

1.6矩形函式

1.7梳狀函式

1.8連續傅立葉變換和離散傅立葉變換

1.8.1傅立葉變換的離散化

1.8.2傅立葉逆變換的離散化

1.8.3圓周變換：傅立葉級數

習題

第2章平面波

2.1引言

2.2波動方程和歐拉方程

2.3瞬態聲強

2.4穩態

2.5時間平均聲強

2.6平面波展開

2.6.1引言

2.6.2平面波

2.6.3倏逝波

2.7以簡正模態振動的無限大板結構

2.8波數空間：k空間

2.9角譜：傅立葉聲學

2.9.1波動場的外推

2.10瑞利積分的導出

2.10.1速度傳播函式

2.11遠場輻射：平面聲源

2.11.1圓對稱振子

2.11.2埃瓦爾德球構建

2.11.3帶障板的方形活塞

2.11.4行波模式下帶障板的方形板

2.11.5帶障板的圓活塞

2.11.6陣列第一乘積定理

2.12輻射功率

2.12.1低頻展開

2.13點驅動無限大板的振動與輻射

2.13.1遠場輻射

2.14有限大簡支板的振動與輻射

2.14.1受流體載荷激勵的矩形板

2.14.2矩形板的輻射：輻射阻抗和輻射效率

2.15超聲聲強

2.15.1點聲源的超聲聲強

2.15.2單一模態下簡支板的超聲聲強

習題

第3章逆問題：平面近場聲全息

3.1引言

3.2理論概述

3.3一維輻射源的理論介紹

3.4測量噪聲所致的病態重構

3.5k空間濾波器

3.5.1示例

3.6濾波器形狀的改進

3.7測量噪聲與測量距離

3.8k空間濾波器的截止頻率的確定

3.9有限測量孔徑的影響

3.10離散化和混疊現象

3.11利用離散傅立葉變換求解全息方程

3.12其他量的重構

3.12.1時域

習題

第4章柱面波

4.1引言

4.2波動方程

4.2.1貝塞爾函式

4.3通解

4.3.1內部域問題和外部域問題

4.4螺旋波譜：傅立葉聲學

4.4.1倏逝波

4.4.2螺旋波波速與聲壓之間的關係

4.5類瑞利積分

4.5.1無限長圓柱面上任意獨立於z坐標的表面速度分布下的聲輻射

4.5.2無限長圓柱面在駐波模式下的輻射

4.6遠場輻射——柱面聲源

4.6.1穩相估計

4.6.2一般速度分布下的遠場和k空間

4.6.3帶柱面障板上的活塞

4.6.4帶柱面障板的局域螺旋波的輻射

4.7輻射功率

習題

第5章逆問題：柱面近場聲全息

5.1引言

5.2逆問題概述

5.2.1重構圖像的解析度

5.2.2k空間濾波器

5.3柱面近場聲全息的實現

5.3.1快速傅立葉變換的運用

5.3.2離散化和有限掃描長度所引起的誤差

5.4實驗結果

5.4.1掃描控制和數據採集

5.4.2實驗參數

5.4.3與其他技術對比：雙水聽器與柱面近場聲全息

5.4.4聲壓、速度和聲強矢量的重構

5.4.5與表面加速度計的比較

5.4.6關於螺旋波譜的幾個示例

習題

第6章球面波

6.1引言

6.2波動方程

6.3角函式

6.3.1勒讓德多項式

6.3.2關聯勒讓德函式

6.3.3球諧函式

6.4徑向函式

6.4.1球貝塞爾函式

6.5多極子

6.5.1單極子

6.5.2偶極子

6.5.3四極子

6.6球諧指向性形態

6.7外部域問題的通解

6.7.1球面波譜

6.7.2速度譜和聲壓譜的關係

6.7.3倏逝波

6.7.4指定徑向速度條件下的邊界值問題

6.7.5類瑞利積分

6.7.6輻射功率

6.7.7遠場聲壓

6.7.8脈動球的輻射

6.7.9一般的軸對稱聲源

6.7.10帶球面障板的圓形活塞

6.7.11帶障板的點聲源

6.8內部域問題的通解

6.8.1指定的徑向表面速度

6.8.2脈動球

6.9瞬態輻射——外部域問題

6.9.1衝擊激勵球的輻射

6.10球面散射

6.10.1求解思路

6.10.2釋壓球的散射

6.10.3剛性球的散射

6.10.4彈性體的散射

習題

第7章球面近場聲全息

7.1引言

7.2外部域——逆問題建模

7.2.1表面粒子速度的切向分量

7.2.2倏逝球面波

7.3內部域近場聲全息

7.3.1倏逝球面波

7.3.2測量噪聲的影響

7.3.3平面波示例

7.4散射近場聲全息

7.4.1雙層測量面法

7.4.2套用聲強探頭的聲全息

習題

第8章格林函式和亥姆霍茲積分方程

8.1引言

8.2格林定理

8.3內部域亥姆霍茲積分方程

8.3.1球面邊界示例

8.4輻射問題的(外部域)亥姆霍茲積分方程

8.5散射問題的亥姆霍茲積分方程

8.6格林函式與非齊次波動方程

8.6.1二維自由空間格林函式

8.6.2三維問題向二維問題的轉化

8.7簡單聲源建模

8.7.1示例

8.8狄利克雷格林函式和諾伊曼格林函式

8.8.1球面的內部域諾伊曼格林函式

8.8.2點聲源散射的等效情形

8.8.3平面諾伊曼格林函式和狄利克雷格林函式

8.8.4球面外部域諾伊曼格林函式

8.9利用本徵函式的展開來構造內部域諾伊曼格林函式和狄利克雷格林

函式

8.9.1示例：柱面腔體

8.10倏逝諾伊曼格林函式和狄利克雷格林函式

8.10.1柱面腔體的倏逝狄利克雷格林函式

8.10.2禁止頻率

8.10.3柱面腔內部的倏逝諾伊曼格林函式

8.11任意形狀結構體與諾伊曼格林函式

8.11.1外部域問題

8.12任意幾何形狀結構的共形近場聲全息

習題

術語表

索引