[發明專利]聲場分離方法

有效

• 申請號: 201410836637.4
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104596636B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 王玉江;向宇
• 申請（專利權）人: 廣西科技大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 周晟

1.一種聲場分離方法，其特征在于包括以下步驟：

A、在測量聲場中兩個聲源面之間設置有測量面，測量面上呈網格設置聲壓振速傳感器，相鄰網格點之間的距離小于半個波長，聲壓振速傳感器測量測量面上的聲壓值；

B、對振動體形狀進行有限元仿真，建立多虛擬球等效源強，將多虛擬球等效源強分為質心球虛擬源強和非質心球虛擬源強兩類，將聲壓圖像的灰度值作為加權重心法的權重值，利用測量出的聲壓值生成灰度圖，根據振動體上實際聲源的位置坐標計算出各點的灰度值，然后將灰度值作為權值求系統重心，將系統重心作為質心球虛擬源強球心坐標，同時任選兩個以上實際聲源，利用各個實際聲源的灰度值作為權值計算出與這些實際聲源對應的非質心球虛擬源強球心坐標；

C、對測量面上測定的聲壓值進行補零擴展，得到測量面擴展面上的聲壓值；

所述步驟C具體步驟如下：

依照式(3)對測量面上的聲壓值進行補零擴展得到測量面擴展面上的聲壓值：

p_E(H⁺)＝D·p_E(H)(3)；

其中，p_E(H)為測量面H上的聲壓測量值；p_E(H⁺)為測量面的擴展面上的聲壓值；D＝diag[D₁₁,D₂₂,…,D_NN]，D為采樣算子，D_ii為矩陣D上對角線上的值；N為測量面擴展面上網格的點數；測量面H(x＝x_H)與(y,z)坐標面平行，測量面的法向為x方向；

D、建立測量面擴展面聲壓值與多虛擬球等效源強聲壓之間的傳遞矩陣，建立測量面上的聲壓值與多虛擬球等效源強聲壓之間的傳遞矩陣，對測量面擴展面聲壓值與多虛擬球等效源強聲壓之間的傳遞矩陣進行正則化處理，獲得測量面上的聲壓求解方程，求解測量面上的聲壓值；

所述步驟D具體步驟如下：

D1、建立測量面擴展面聲壓值與虛擬球等效源強聲壓值之間的傳遞矩陣如式(4)：

p_E(H⁺)＝T_HQ (4)；

其中p_E(H⁺)為測量面擴展面上的聲壓值，Q為虛擬球等效源強雙向傅里葉分解后的系數矩陣；T_H為虛擬球等效源強與測量面擴展面上聲壓之間的傳遞矩陣；

其中T_H由以下步驟得到：

根據等效源強理論，假設S′是振動體內某一虛擬源強分布表面，則可將外場中某點r處的聲壓表示為

p(r)=Σt=1t∫S′σ(rQ)K(r,rQ)dS′---(5);]]>

式中，r_Q是虛源面上的某一點，t為多虛擬球的個數，σ(r_Q)為待求的源強密度函數，K(r,r_Q)為積分核函數，K(r,r_Q)＝g(r,r_Q)＝(1/4πR)e^ikR，k＝ω/c為波數,R為兩點間的距離；

將未知源強密度函數進行雙向Fourier級數展開，并利用二維快速FFT計算積分，采用梯形公式離散格林函數，將與距離有關的矩陣規整成一個矩陣，即為T_H；

D2、建立測量面聲壓值與虛擬球等效源強聲壓值之間的傳遞矩陣如下：

{p_E}＝T_EQ(6)；

其中，{p_E}為測量面H上的聲壓值，T_E為虛擬球等效源強與測量面上聲壓之間的傳遞矩陣，T_E的計算參照T_H的計算進行；Q為虛擬球等效源強雙向傅里葉分解后的系數矩陣；

D3、聯立式(4)、(6)，求解測量面上的聲壓：

{p_E}＝T_ET_H^-1p_E(H⁺)(7)；

對T_H進行正則化處理，得到：

{pE}=TE(αI+THHTH)-1THHpE(H+)---(8);]]>

其中，α為正則化參數，I為單位對角矩陣，為T_H的共軛轉置矩陣，為的逆矩陣；

E、利用步驟D獲得的聲壓求解方程，將兩側聲源的聲場分離，獲取兩個聲源面的聲壓值。

2.如權利要求1所述的聲場分離方法，其特征在于所述步驟E具體步驟如下：

測量面H上的聲壓和法向質點振速為：

p_E(H)＝p_1E(H)+p_2E(H)；v_E(H)＝v_1E(H)-v_2E(H) (9)；

式中p_1E(H)為聲源1在測量面H上所輻射的聲壓、p_2E(H)為聲源2在測量面H上所輻射的聲壓、v_1E(H)為聲源1在測量面H上所輻射的法向質點振速、v_2E(H)為聲源2在測量面H上所輻射的法向質點振速；

對式(9)進行補零擴展得到：

p_E(H⁺)＝p_1E(H⁺)+p_2E(H⁺)；v_E(H⁺)＝v_1E(H⁺)-v_2E(H⁺) (10)；

與式(8)相結合，得到

p1=TE(αI+THHTH)-1THHp1E(H+)---(11);]]>

p2=TE(αI+THHTH)-1THHp2E(H+)---(12);]]>

p1=WE(αI+WHHWH)-1WHHv1E(H+)---(13);]]>

p2=WE(αI+WHHWH)-1WHHv2E(H+)---(14);]]>

其中p₁為聲源面S₁上的聲壓、p₂為聲源面S₂上的聲壓,W_E為虛擬球等效源強與測量面上質點振速之間的傳遞矩陣，W_H為虛擬球等效源強與測量面擴展面上質點振速之間的傳遞矩陣；

將式(11)和式(12)相加，將式(13)和式(14)相減，可得：

p1+p2=TE(αI+THHTH)-1THH(p1E(H+)+p2E(H+))=TE(αI+THHTH)-1THHpE(H+)---(15);]]>

p1-p2=WE(αI+WHHWH)-1WHH(v1E(H+)-v2E(H+))=WE((H+)+WHHWH)-1WHHvE(H+)---(16);]]>

將式(15)和式(16)相加，可得：

p1=12(TE(αI+THHTH)-1THHpE(H+)+WE(αI+WHHWH)-1WHHvE(H+))---(17);]]>

將式(15)和式(16)相減，可得：

p2=12(TE(αI+THHTH)-1THHpE(H+)-WE(αI+WHHWH)-1WHHvE(H+))---(18).]]>