基于分布源邊界點法的局部近場聲全息仿真實驗研究

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法近場聲全息重建中，無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法局部近場聲全息技術(shù)。為得到較精確重建結(jié)果，對小全息面聲壓數(shù)據(jù)進行外推來獲取大全息面聲壓數(shù)據(jù)，再對其全息面重建得到比邊界點法近場聲全息技術(shù)更精確的數(shù)據(jù)。通過數(shù)值仿真分析及實驗，驗證所提方法可行性和有效性。

關(guān)鍵詞聲全息；重建；仿真；實驗

中圖分類號TB52

文獻標識碼A

文章編號2095-6363（2017）04-0017-01

當(dāng)對聲源局部進行測量計算時傳統(tǒng)NAH技術(shù)只用于大于聲源面孔徑進行，無法得到精確重建結(jié)果；而局部近場聲全息（PNAll）則可得精確重建結(jié)果。對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)局部聲場重建。本文提出采用分布源邊界點法局部近場聲全息，對小全息聲源面測量數(shù)據(jù)進行全息重建。簡介基于分布源邊界點法的近場全聲息和分布源邊界點法的局部近場全聲息技術(shù)基礎(chǔ)理論，對三維聲場分析和實驗研究，驗證該方法有效性和準確性。

3.仿真與實驗研究

3.1仿真分析

仿真采用聲源是脈動球仏，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個測點，面H大小為lmXlm，含21×21個測點，采樣間隔在x，y方向均取0.025m；H上可取11×11點聲壓數(shù)據(jù)，一上21×21點聲壓估計值由PNAH技術(shù)計算可得。仿真用全息面上11×11個測點聲壓數(shù)據(jù)，用分布源邊界點法PNAH計算全息面H上25×25點聲壓估計值與理論值比較，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，無論聲壓、峰值均非常相似，則本文提出分布源邊界點法是有效的。兩者對比可看出提出基于分布源邊界點PNAH重建可有效改善由小全息孔徑條件誤差問題。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%。由仿真不存在測量誤差，為檢驗分布源邊界點發(fā)PNAH技術(shù)對測量誤差穩(wěn)定性，在其他情況不變條件下，向測量聲壓數(shù)據(jù)添加隨機噪聲，得到重建聲壓值。根據(jù)新重建三維圖對比，可看出，整體形狀非常相似，隨著隨機噪聲加入，所得聲壓重建值的誤差增大，但對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法PNAH技術(shù)在噪聲干擾下對測量誤差仍有較好穩(wěn)定性。

3.2實驗研究

為驗證基于分布源邊界點法PNAH在實際中效果，進行全息聲壓外推實驗；用單點激勵鋼板實驗裝置對聲音研究，故實驗在半消音室進行。實驗所用聲源為固定在剛性箱體上表面薄鋼板；選鋼板中心放置標準聲源通過聲音激勵薄鋼板使振動發(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個測點。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，基于分布源邊界點法NAH技術(shù)所造成的重建誤差問題，提出了PNAH技術(shù)。為了獲得較大精確全息孔徑，此技術(shù)通過運用分布源邊界點法測得的在較小全息面上的聲壓數(shù)據(jù)來進行外推，從而使得在較小全息孔徑時仍然具有很高的重建精度。仿真和實驗結(jié)果驗證了PNAH技術(shù)在較小全息孔徑條件下進行局部重建的有效性。