双测量面近场声全息噪声源识别系统的制作方法

文档序号:10684596阅读:525来源:国知局
双测量面近场声全息噪声源识别系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双测量面近场声全息噪声源识别系统,属于基于近场声全息的车辆噪声源识别系统技术领域。该系统包括顺序连接的信号采集模块、数据存储模块、分析处理模块和结果显示模块,其中信号采集模块用于确定阵列位置、阵元间距、采样频率、采样点数的和传声器的标定,在各工况下对声压信号进行测量;数据存储模块用于对测量的声压信号进行存储,构建声压信号数据库;分析处理模块采用信号处理方法对测得的声压信号进行分析处理;结果显示模块使用双测量面近场声全息声源识别算法对声场进行重建,得到声场分布图,获得声源信息。该声源识别系统对测量环境的适应性较强,可避免传统测量方式环境噪声影响明显、声源识别分辨率低等问题。
【专利说明】
双测量面近场声全息噪声源识别系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种双测量面近场声全息噪声源识别系统,属于基于近场声全息的车 辆噪声源识别系统技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着汽车行业的发展,噪声问题日益明显。噪声不仅影响驾驶员工作的舒适性和 安全性,还会降低日常工作效率,对人听力造成损伤,甚至诱发多种疾病,因此噪声信号的 监测与控制是非常有必要。开展基于噪声分析的设备故障监测、实施噪声控制,首要环节就 是噪声源的识别。
[0003] 作为声源识别的一种有效工具,近场声全息技术在故障诊断及信号特征提取、设 备噪声声源定位及噪声控制工程中有着广泛的应用前景。当声学试验是在消声室、半消声 室的环境中时,近场声全息具有良好声源识别效果,但当实际试验条件不符合半消声室要 求时,测量信号受到环境中的测量噪声影响,全息面声压的计算受到影响,误差在声全息逆 向重建中放大,进而降低声场重建精度。
[0004] 车辆噪声源识别外在特征的载体是测得的声压信号,近场声全息声场测量中,测 量面上测点信号难免会受到噪声的影响,从而干扰声场信息的测量,降低近场声全息重建 精度。利用基于信号处理的方法对测得的声压信号进行降噪处理,从而根据声场重建公式 对降噪后的声压信号进行声场重建,能够更准确地识别声源位置。

【发明内容】

[0005] 本发明提出了一种双测量面近场声全息噪声源识别系统,有效解决了近场声全息 声场测量中非相关测量噪声降低声场重建精度、影响声场重建的问题。
[0006] 本发明为解决其技术问题采用如下技术方案:
[0007] -种双测量面近场声全息噪声源识别系统,包括顺序连接的信号采集模块、数据 存储模块、分析处理模块和结果显示模块,其中信号采集模块用于确定阵列位置、阵元间 距、采样频率、采样点数的和传声器的标定,在各工况下对声压信号进行测量;
[0008] 数据存储模块用于对测量的声压信号进行存储,构建声压信号数据库;
[0009] 分析处理模块采用信号处理方法对测得的声压信号进行分析处理;
[0010] 结果显示模块使用双测量面近场声全息声源识别算法对声场进行重建,得到声场 分布图,获得声源信息。
[0011] 所述信号采集模块采用双测量面进行声场测量,两测量面相互平行,且测量面上 测点间距及数目情况相同。
[0012] 所述分析处理模块中对测得的声压时域信号进行傅里叶变换时,对两个声压序列 作补零拓延处理,使其长度为原来的两序列长度的和。
[0013] 所述分析处理模块利用传递函数估计方法对测得的全息声压频域信号进行降噪 处理,利用前、后测量面全息数据相位差异来进行格林函数的求解,最终通过声场重建公式 对声场进行声场重建。
[0014] 所述信号采集模块包括声学传感器。
[0015] 本发明具有以下有益效果:
[0016] 1、提出一种新的近场声全息噪声源识别系统,声场测量方式采用双测量面进行声 场测量,利用前、后测量面全息数据相位差异来进行格林函数的求解,与传统近场声全息相 比声源识别效果更好。
[0017] 2、本发明噪声源识别系统是一种外部测量方式,并且该声源识别系统对测量环境 的适应性较强,可避免传统测量方式环境噪声影响明显、声源识别分辨率低等问题。
【附图说明】
[0018] 图1为双测量面近场声全息噪声源识别系统数据处理分析流程图。
[0019] 图2为双测量面近场声全息噪声源识别系统声场测量中前后测量面布置图。
[0020] 图3为双测量面近场声全息噪声源识别系统图。
[0021 ]图4为双测量面近场声全息噪声源识别系统技术路线图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
[0023] 双测量面近场声全息噪声源识别系统包括信号采集模块、数据存储模块、分析处 理模块和结果显示模块,信号采集模块中采用双测量面进行声场测量,得到全息数据在数 据存储模块进行储存,形成声压信号数据库;分析处理模块中利用传递函数估计方法对测 得的全息声压频域信号进行降噪处理,利用前、后测量面全息数据相位差异来进行格林函 数的求解,最终通过声场重建公式对声场进行声场重建,在结果显示模块获得重建面声源 fg息。
[0024] 整个双测量面近场声全息噪声源识别系统数据处理分析流程如图1所示,具体步 骤如下:
[0025] 步骤1,依据阵列扫描法对双测量面阵列网格测点进行声压信号采集,其全息面上 声压信号由参考信号与各测点信号、参考信号之间的传递函数相乘计算得到 (fMf),其中, Plj(f)为全息面各测点声压信号,r(f)为参考信号,叫(f)为各测点信号与 参考信号间的传递函数;
[0026]步骤2,从信号频谱中提取某一峰值频率下的各测点信号p/XfOzpdfO+mXf), V (〇=4〇+111(〇(1,]_ = 0,1,2,'",^1)小为1,]_方向上的采样点数4(〇为参考传声器信 号成分,m⑴为噪声干扰;Plj⑴为全息面各测点声压信号,nu⑴为噪声干扰。这里我们假 设噪声干扰与声源信号,以及噪声相互之间是非相关的;V(f)为实测参考传声器信号,p、」 (f)为全息面(i,j)测点处的实测信号;
[0027]步骤3,将含有噪声成分的声压信号代入传递函数的计算公式 ⑴,得到传递函数
_,可以看出所求的传递函数巧(/)小于恥⑴, 称为传递函数的欠估计;
[0028]步骤4,根据信号处理知识,将含有噪声成分的声压信号代入另一传递函数表达式 由式~(/) = c~~(/)/c%r(/),其中:q~(/)为Pij⑴的自谱;^(/)为Pij⑴与 参考信号的互谱,得到传递函数
其中:C0为噪声干扰 mj(f)的自谱;可以看出所求的传递函数H、(f)大于恥⑴,称为传递函数的过估计;
[0029]因出估计是一种欠估计,而H2估计为一种过估计,故我们引入一种传递函数估计方 法,取前两个估计的调和平均值,称为H3估计:
[0031 ]其中,Q:心(/)代表nij⑴的自谱,购为Pij⑴的自谱。
[0032] 步骤,5,噪声源识别系统利用前后测量面上测得的声压数据相位差来对格林函数
其中:kx、ky为信号由空间域转换为波数 5 域坐标形式;Z为重建距离;d为前后测量面之间距距;Pf为前测量面声压数据;Pr为后测量面 声压数据;
[0033] 步骤6,噪声源识别系统对全息数据进行空间域二维傅里叶变换,将其频谱由空间 域转换到波数域;求得前、后测量面波数域频谱及格林函数G D(kx,ky,z)后,通过声场重建公 式就可以得到重建面波数域频谱;对重建面波数域频谱进行空间域傅里叶逆变换从而得到 重建面声压数据,然后取变换后〇彡m,n 2$N-l区间范围内的离散序列即可得到重建声场复 声压数据:
[0034] p(m ,n2, z) = {IDFT2NX2NLP7 (ki ,k2, zh)G7 o(ki, k2, z~zh) ] }nxn
[0035] 其中:IDFT2nx2N为二维离散傅里叶逆变换;P' (kil^ZH)为全息面声压的二维傅里 叶变换;{以D(h,k2,Z-ZH) ] }为格林函数的二维傅里叶变换;
[0036] 图2阐释了噪声源识别系统声场测量时,双测量面中前后测量面的布置情况,其中 两测量面相互平行,测量面上测点间距及数目情况相同,间距为d。
[0037] 如图3所示,双测量面近场声全息噪声源识别系统,包括信号采集模块、数据存储 模块、分析处理模块、结果显示模块;其中信号采集模块中声场测量距离声源很近(远小于 波长A),用于确定阵列位置、阵元间距、采样频率、采样点数的确定和传声器的标定等,在各 工况下对声压信号进行测量;数据存储模块用于对测量的声压信号进行存储,构建声压信 号数据库;分析处理模块采用信号处理方法对测得的声压信号进行分析处理,为使用声场 重建算法对声场进行重建做准备;结果显示模块由计算机完成,使用双测量面近场声全息 声源识别算法对声场进行重建,得到声场分布图,获得声源信息。
[0038] 双测量面近场声全息噪声源识别系统技术路线如图4所示,首先是试验准备阶段, 包括阵列位置、阵元间距、采样频率、采样点数的确定,以及传声器的标定等;然后对全息面 各测点不同工况下时、频域声压信号进行测量记录以及数据处理;最后结合传递函数估计 方法,利用双测量面近场声全息算法对测量声场进行声源识别及定位。
[0039]综上可知,本发明这种外部测量方式可大大提高测量可靠性,对测量环境的适应 性较强,可避免传统方法受环境噪声影响明显、声源识别分辨率低等问题。
【主权项】
1. 一种双测量面近场声全息噪声源识别系统,其特征在于,包括顺序连接的信号采集 模块、数据存储模块、分析处理模块和结果显示模块,其中信号采集模块用于确定阵列位 置、阵元间距、采样频率、采样点数的和传声器的标定,在各工况下对声压信号进行测量; 数据存储模块用于对测量的声压信号进行存储,构建声压信号数据库; 分析处理模块采用信号处理方法对测得的声压信号进行分析处理; 结果显示模块使用双测量面近场声全息声源识别算法对声场进行重建,得到声场分布 图,获得声源?目息。2. 根据权利要求1所述的双测量面近场声全息噪声源识别系统,其特征在于,所述信号 采集模块采用双测量面进行声场测量,两测量面相互平行,且测量面上测点间距及数目情 况相同。3. 根据权利要求1所述的双测量面近场声全息噪声源识别系统,其特征在于,所述分析 处理模块中对测得的声压时域信号进行傅里叶变换时,对两个声压序列作补零拓延处理, 使其长度为原来的两序列长度的和。4. 根据权利要求1所述的双测量面近场声全息噪声源识别系统,其特征在于,所述分析 处理模块利用传递函数估计方法对测得的全息声压频域信号进行降噪处理,利用前、后测 量面全息数据相位差异来进行格林函数的求解,最终通过声场重建公式对声场进行声场重 建。5. 根据权利要求1所述的双测量面近场声全息噪声源识别系统,其特征在于,所述信号 采集模块包括声学传感器。
【文档编号】G01H17/00GK106052848SQ201610327566
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】李舜酩, 周东旺, 江星星, 王勇, 程春
【申请人】南京航空航天大学
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