基于波疊加方法的聲全息技術與聲學靈敏度分析.pdf

1、本文圍繞產品噪聲測量與控制這一日益受到關注的課題，開展了關于近場聲全息技術(NAH)和聲學靈敏度分析方面的研究。近場聲全息技術，誕生于20世紀80年代初，通過在輻射體的近場測量聲壓數據可以重建和預測出整個三維空間聲場的聲學量，如聲壓、質點振速、聲強以及遠場指向性等。因其具有此優(yōu)點，近場聲全息技術迅速地成為一種聲源識別和聲場可視化的強有力工具。在過去的二十多年中，該技術也取得了很大的發(fā)展，形成的全息變換算法主要有：空間聲場變換(STSF)

2、、邊界元方法(BEM)和Helmholtz方程最小二乘法(HELS)。 本文在實現和改進基于STSF方法的NAH技術基礎上，提出了空間聲場分離技術，為克服BEM和HELS方法的缺點，提出可應用于內、外聲輻射問題分析的基于波疊加方法(WSA)的NAH技術。而在聲學靈敏度分析方面，本文通過對波疊加公式進行關于設計變量的求導，提出基于波疊加方法的三維聲學靈敏度分析。每章內容簡要概括如下： 第一章回顧近場聲全息技術和聲學靈敏度分

3、析的發(fā)展歷史，分析了二者的研究現狀和存在的問題，在此基礎上提出了這些問題的解決途徑，確定了本文的主要研究內容。 第二章實現基于STSF的近場聲全息技術，解決該技術中的若干關鍵問題。采用特殊函數和分離變量法推導出平面、柱面和球面NAH技術的理論公式，并討論它們的數值實現算法，以及全息重建過程中的誤差傳遞。最后，進行掃描全息測量的實驗驗證工作，提出一種不需要先驗或后驗知識的截止波數選取方法。 第三章提出空間聲場分離技術，拓寬

4、基于STSF的近場聲全息技術的使用范圍。從近場聲全息原理出發(fā)，利用聲波沿不同方向傳播的特點，針對平面、柱面和球面全息測量建立了波數域內的聲場分離公式。利用聲場分離技術分離后的全息聲壓，可以不受背景干擾地重建目標源面上和聲場中的聲學參量。 第四章給出聲輻射問題的聲學基礎和定解問題描述，推導出邊界Helmholtz積分方程，隨后給出了邊界Helmholtz積分方程的離散化形式——邊界元方法，以及在離散化實施過程中存在的問題和相應的處

5、理方法。在此基礎上，推導出波疊加方法的基本公式，論證了波疊加方法和邊界元方法之間的等價性關系，最后給出波疊加方法的實施過程和精度分析。 第五章提出了基于波疊加方法的近場聲全息技術。依據波疊加積分公式，通過離散化連續(xù)虛源方法來改進簡單源替代方法，并引入混合層勢理論，建立了一種穩(wěn)健的全波數空間聲場重構技術。研究聲全息重建過程中的不適定性問題，以及相應的正則化策略。通過典型算例和實驗驗證了理論分析的正確性，并研究了聲源頻率及虛源位置等

6、對重構精度的影響。 第六章推導出腔體內聲場計算的波疊加積分公式，并建立基于WSA的腔內聲全息理論和采用等參插值離散虛源表面的全息實現方法。通過幾個典型算例對腔內全息技術進行仿真驗證，結果表明：在采用不同的正則化方法之后，即使采用含有測量誤差的數據進行重構和預測，其計算結果與理論值都能吻合得相當好，其中采用Tikhonov方法比TSVD方法濾波效果稍好。 第七章建立了基于波疊加方法的三維聲學靈敏度分析理論和實現算法。根據波