[發明專利]用于重建聲學場的方法

有效

• 申請號: 200980126438.1
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN102089633A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: J.哈德;J.戈梅斯
• 申請（專利權）人: 布魯爾及凱爾聲音及振動測量公司
• 主分類號: G01H3/12
• 分類號: G01H3/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬永利;盧江

技術領域

本發明涉及聲學場的重建。

背景技術

近場聲全息（Near-field?Acoustical?Holography，NAH）對于聲輻射的3D可視化以及基于在聲源附近表面上的測量的精確噪聲源定位來說是非常有用的工具。其用于還重建漸逝（evanescent）波分量的能力確保了非常高的空間分辨率。

已知的近場聲全息方法基于穿過可分離的坐標系統中的等位面（level?surface）的規則柵格（regular－grid）測量，允許由空間離散傅立葉變換（DFT）來執行NAH計算，參見例如E.?G.?Williams、?J.?D.?Maynard和?E.?J.?Skudrzyk的“Sound?source?reconstruction?using?a?microphone?array,”J.?Acoust.?Soc.?Am.?68,?340-344?(1980)。由于DFT的使用，處理非常快，但使用DFT的副效果包括嚴重空間開窗（windowing）效果，除非測量區域完全覆蓋具有高聲壓的區域。在某些情況下，對測量區域的這種要求無法滿足，并且在很多情況下，必須的大小變得過分地大。

已經提出一組技術來在保持DFT空間處理的同時仍降低空間開窗效果，但代價是增加的復雜性和計算需求，參見例如J.?HaId的?“Reduction?of?spatial?windowing?effects?in?acoustical?holography,”Proceedings?of?Inter-Noise?1994。典型地，迭代過程首先用于將測量的聲壓外推（extrapolate）到測量區域外部，隨后在擴展數據窗上應用基于DFT的全息方法。

已經提出了致力于避免使用空間DFT并且提供所要求的測量區域的減少的其它方法。

一種這樣的方法是亥姆霍茲方程最小二乘（HELS）方法，其使用依據球面波函數的聲場（sound?field）的局部模型，參見例如US?6,615,143,?Z.?Wang和S.?F.?Wu的?“Helmholtz?equation－least－squares?method?for?reconstructing?the?acoustic?pressure?field,”?J.?Acoust.?Soc.?Am,?102(4),?2020-2032?(1997)；或S.?F.?Wu的“On?reconstruction?of?acoustic?fields?using?the?Helmholtz?equation－least－squares?method,”J.?Acoust.?Soc.?Am,?107,?2511-2522?(2000)。然而，由于僅具有共同原點的球面波函數被用于表示聲場，因此將會在源表面上的聲場重建中引入誤差，除非源表面也是球面的并且以同一原點為中心。上述現有技術方法的另一缺點在于，其需要大量測量位置來獲得足夠精確的模型。第三個缺點在于，傳統正則化方法（比如Tikhonov正則化）并非正確地起作用。相反，上述現有技術方法對與最小二乘解組合的球面波展開的優化截斷應用計算上昂貴的迭代搜索，而無需正則化。

另一先前提出的方法是統計學優化近場聲全息（SONAH）方法，公開于R.?Steiner?和J.?HaId的“Near-field?Acoustical?Holography?without?the?errors?and?limitations?caused?by?the?use?of?spatial?DFT,”Intern.?J.?Acoust.?Vib.?6,83-89?(2001?)中。然而，該現有技術方法基于平面波函數，并且沒有考慮在非平面源表面上聲場的精確重建。

發明內容

根據第一方面，在此公開的是一種基于測量集合重建聲場的方法，所述方法包括：

-接收在測量位置集合測量的第一聲學量的測量值；

-定義虛擬源位置集合和波函數集合，每個波函數表示源自所定義的虛擬源位置集合中的相應一個的相應聲場；

-根據乘以相應展開系數的波函數集合的疊加來計算在目標位置處的第二聲學量；其中，計算包括：根據波函數集合的疊加對接收到的測量值的最小范數擬合（least-norm?fit）來確定一個或多個展開系數。