基于分布源邊界點(diǎn)法的局部近場(chǎng)聲全息仿真實(shí)驗(yàn)研究

呂凌梟　張軍　陳仁虹　張偉

摘要：在傳統(tǒng)較小全息孔徑分布源邊界點(diǎn)法近場(chǎng)聲全息重建中，無(wú)法獲得較高精度重建結(jié)果，鑒此本文提出一種基于分布源邊界點(diǎn)法局部近場(chǎng)聲全息技術(shù)。為得到較精確重建結(jié)果，對(duì)小全息面聲壓數(shù)據(jù)進(jìn)行外推來(lái)獲取大全息面聲壓數(shù)據(jù)，再對(duì)其全息面重建得到比邊界點(diǎn)法近場(chǎng)聲全息技術(shù)更精確的數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)值仿真分析及實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所提方法可行性和有效性。

關(guān)鍵詞聲全息；重建；仿真；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)TB52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)2095-6363（2017）04-0017-01

當(dāng)對(duì)聲源局部進(jìn)行測(cè)量計(jì)算時(shí)傳統(tǒng)NAH技術(shù)只用于大于聲源面孔徑進(jìn)行，無(wú)法得到精確重建結(jié)果；而局部近場(chǎng)聲全息（PNAll）則可得精確重建結(jié)果。對(duì)PNAH技術(shù)，其允許條件為：d₁2（d₁全息孔徑；d2假設(shè)較大孔徑），它不受傳統(tǒng)NAH技術(shù)對(duì)全息孔徑限制，當(dāng)d₁2仍可得高精度重建結(jié)果，因此PNAH便于尺寸結(jié)構(gòu)局部聲場(chǎng)重建。本文提出采用分布源邊界點(diǎn)法局部近場(chǎng)聲全息，對(duì)小全息聲源面測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行全息重建。簡(jiǎn)介基于分布源邊界點(diǎn)法的近場(chǎng)全聲息和分布源邊界點(diǎn)法的局部近場(chǎng)全聲息技術(shù)基礎(chǔ)理論，對(duì)三維聲場(chǎng)分析和實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證該方法有效性和準(zhǔn)確性。

3.仿真與實(shí)驗(yàn)研究

3.1仿真分析

仿真采用聲源是脈動(dòng)球仏，將其放置在z-o平面。、全息面上域尺寸0.5mX0.5m，H上共有11×11個(gè)測(cè)點(diǎn)，面H大小為lmXlm，含21×21個(gè)測(cè)點(diǎn)，采樣間隔在x，y方向均取0.025m；H上可取11×11點(diǎn)聲壓數(shù)據(jù)，一上21×21點(diǎn)聲壓估計(jì)值由PNAH技術(shù)計(jì)算可得。仿真用全息面上11×11個(gè)測(cè)點(diǎn)聲壓數(shù)據(jù)，用分布源邊界點(diǎn)法PNAH計(jì)算全息面H上25×25點(diǎn)聲壓估計(jì)值與理論值比較，以證外推聲壓數(shù)據(jù)有效性，為使仿真更具真實(shí)性，在仿真中添外界干擾因素，得結(jié)果如圖2示。

從上圖可看出，無(wú)論聲壓、峰值均非常相似，則本文提出分布源邊界點(diǎn)法是有效的。兩者對(duì)比可看出提出基于分布源邊界點(diǎn)PNAH重建可有效改善由小全息孔徑條件誤差問(wèn)題。其中PNAH聲壓幅值誤差為2.35%比NAH低7.52%，相位誤差為7.21%比其低5.22%。由仿真不存在測(cè)量誤差，為檢驗(yàn)分布源邊界點(diǎn)發(fā)PNAH技術(shù)對(duì)測(cè)量誤差穩(wěn)定性，在其他情況不變條件下，向測(cè)量聲壓數(shù)據(jù)添加隨機(jī)噪聲，得到重建聲壓值。根據(jù)新重建三維圖對(duì)比，可看出，整體形狀非常相似，隨著隨機(jī)噪聲加入，所得聲壓重建值的誤差增大，但對(duì)比直接由小全息面所得重建值仍具較精確重建值。以上表明提出基于分布源邊界點(diǎn)法PNAH技術(shù)在噪聲干擾下對(duì)測(cè)量誤差仍有較好穩(wěn)定性。

3.2實(shí)驗(yàn)研究

為驗(yàn)證基于分布源邊界點(diǎn)法PNAH在實(shí)際中效果，進(jìn)行全息聲壓外推實(shí)驗(yàn)；用單點(diǎn)激勵(lì)鋼板實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)聲音研究，故實(shí)驗(yàn)在半消音室進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)所用聲源為固定在剛性箱體上表面薄鋼板；選鋼板中心放置標(biāo)準(zhǔn)聲源通過(guò)聲音激勵(lì)薄鋼板使振動(dòng)發(fā)聲；聲源位于z=0平面全息面位于z=0.8m平面上，其尺寸為0.5mX0.5m，均布11×11個(gè)測(cè)點(diǎn)。重建面和特解面分別位于z=0.5m和z=0.2m平面上；用其外推到0.8mX0.8m區(qū)域聲壓值，后取區(qū)域0.5mX0.5m上重建值作最終結(jié)果對(duì)比，由小全息直接得到重建聲壓值相比較，采用分布源邊界點(diǎn)法PANH技術(shù)所得聲壓重建值在大致形狀、峰值均有較大差別，在小全席面所得重建聲壓幅值、聲壓相位誤差值分別為129.34%和109.21%，而用該方法比其低112.31%和100.12%，可看出，小全息面所得重建聲壓誤差大，而用本文方法重建聲壓誤差較小，證明其具有的有效性。

4.結(jié)論

為克服在較小全息孔徑條件下，基于分布源邊界點(diǎn)法NAH技術(shù)所造成的重建誤差問(wèn)題，提出了PNAH技術(shù)。為了獲得較大精確全息孔徑，此技術(shù)通過(guò)運(yùn)用分布源邊界點(diǎn)法測(cè)得的在較小全息面上的聲壓數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行外推，從而使得在較小全息孔徑時(shí)仍然具有很高的重建精度。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了PNAH技術(shù)在較小全息孔徑條件下進(jìn)行局部重建的有效性。