非自由空間聲場的聲輻射模態計算及其聲場重建研究

《非自由空間聲場的聲輻射模態計算及其聲場重建研究》是依託浙江大學，由劉祖斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：非自由空間聲場的聲輻射模態計算及其聲場重建研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：劉祖斌
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

聲場重建近年來成為國內外聲場信號研究領域的熱點之一，但目前涉及非自由空間內聲場重建的理論和技術尚未完善。區別於其他聲場重建方法，非自由空間內聲場重建模型以近場聲輻射模態為基礎，其優勢有：聲輻射模態描述聲場所需的模態階數少，重建聲場所需測點少、成本低；與距離相關的近場聲輻射模態作為準確的模態函式，提高了重建精度；非自由空間條件更為常見，該條件下的聲場重建理論將更為實用。.本項目研究，首先以Pressure-Velocity Method為基礎建立非自由空間聲場的近場聲輻射模態計算模型，將考慮多種平面組合的邊界形態和不同反射程度的邊界條件；其次研究非自由空間聲場的近場聲輻射模態性質，包括空間分布、頻響特性以及空間形態和邊界特性產生的影響；最後以非自由空間聲場的近場主動和被動聲輻射模態為基礎建立雙聲輻射模態聲場重建方法，並對有上下反射界面的半自由空間聲場和全封閉反射壁面方腔聲場做相應實驗研究。

結題摘要

項目組在基金的支持下，針對聲輻射模態在非自由場中的建模和聲場重建中的套用完成了以下幾項工作：通過建立全反射、部分反射邊界條件下內聲場Green函式模型，完成了非自由聲場中的類Rayleigh積分公式推導，完成了在封閉方腔內聲輻射模態計算方法的研究，並獲得了具體算例的結果。封閉方腔內的聲輻射模態與腔體模態有關，與測量空間距離無關。第一階模態的模態輻射效率係數隨頻率增加而減小，其他模態隨之增加。建立了基於聲輻射模態重建聲源振動速度的方法。首先提出了保證聲輻射模態完全正交的PV方法計算改進形式。其次，對比分析了以主動聲輻射模態、以被動聲輻射模態和以主動被動聲輻射模態聯合為基函式的三種重建計算流程，數值結果表明聯合模態重建方法誤差最大，其他兩者保持相同水平。再次，以振動平板為聲源，分析了在不同頻率、不同階次、不同格線劃分條件下的重建精度影響，建立了達到設定重建精度要求下所需的參數標準。最後，通過設計聲源速度空間新的基函式，實現了同一模態下，稀疏格線的重建參數用於加密格線的重建，從而增強重建結果的解析度和精度。建立了非自由聲場中存在背景噪聲的基於聲輻射模態的聲場重建方法。針對逆問題求解過程中可能出現的病態問題，研究並確定了使用Tikhonov 正則化方法以提高求解過程的穩定性。對比研究了GCV和L-Curve兩種正則化參數選取方法在非自由聲場重構中的效果，後者在大部分頻率範圍內都有穩定較好的結果，而前者只有在個別頻率下有較好的結果。完成了非自由聲場中存在背景噪聲條件下的平板振動速度分布重建實驗。通過振動平板的實驗驗證了存在背景噪聲條件下的平板振動速度分布重建的有效性。雖然實驗現場測量信噪比最低只有5dB，但在一定頻率範圍內，項目組提出的重建方法仍然達到了近80%的振動分布重建精度。