专利名称：双层介质空间中的声场测量与变换方法
技术领域：
本发明涉及一种声学中的声场测量变换技术，具体是一种在双层介质空间中进行 声场测量变换的方法。
背景技术：
随着科学技术的不断进步和人民生活水平的不断提高，噪声已成为环境和产品评 价的一项重要指标，军事、交通运输、航空航天、工程机械等领域如何降低噪声水平也成为 一个倍受关注的课题。噪声控制需要从声源控制、传播途径控制和受者保护三方面进行，一 般来讲，声源控制是噪声控制中最根本、最有效的手段，而主要声源的定位与识别也是噪声 控制工程的关键问题。传统识别噪声源的方法主要有常规的声压到声强测量以及多维声压 梯度测量；常规的谱分析(自功率谱、互功率谱、互相干等)。声场的全息测量技术突破了 传统上通过测量声源表面振速信息计算声场辐射特性方法的瓶颈，而将声辐射问题转化为 逆问题来研究，从而可通过测量部分声场信息重建声源表面信息，根据重建信息预测整个 三维声场的辐射特性，开展近场声全息技术研究对噪声和振动控制、声源识别与定位等具 有非常重要的意义。通常的声场的全息测量变换方法包括，(1)空间声场变换法，该方法最突出的优势 是获得声场信息量丰富，并大多可借助于FFT快速计算，但最大的缺陷在于对重建的声源 表面形状的适应性差。由于实际结构的形状各式各样，结构表面为正交坐标系的情况较少， 所以仅靠正交共形近场声全息变换远远无法满足工程需求。当声源几何形状严重偏离了任 何正交坐标系下的可分离形面，需要一种更加通用的声场重建途径；(2)逆向边界元法，该 方法主要优势在于对声源几何形状适应性强，但同时也增加了计算量，因为离散后的矩阵 通常都是非对称的满阵。除此之外，还产生了奇异积分的问题，无论是否需要获得满意的精 度，都需要巧妙的积分技术，如极坐标变换法等，从而增加了额外的数据处理量。在工程实际中，上述声场测量变换方法更大程度的依赖于实际的测量环境，例如， 声源处于封闭空间或处于有分界面的半自由空间中，分界面两侧的介质相差很大，上述所 介绍的方法都要求全息面上测量声压为声源辐射的直达声压，即要求在全消声的环境下进 行，这在实际测量中几乎是不可能满足的条件，因此传统的测量和变换方法对于存在反射 声的半自由声场环境并不能做出很好的处理。为解决实际测量环境中的声场测量变换的问 题，必须在测量和变换方法进行改进。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的声场测量变换方法对分层介质空间中由于存在 界面反射造成的声场测量不准确的缺陷提供一种双层介质中的声场测量与变换方法。实现上述目的本发明的技术方案为，一种双层介质空间中的声场测量与变换方 法，该方法的步骤为(1)在声源Sl附近建立两个柱面测量面，Sl位于柱面内；
(2)分别测量两个测量面上的声压分布Pl，P2 ；(3)将介质分界面反射的声波看作是声源Sl关于界面的镜像S2直接发出的声波。 将每个测量面上的声压分解为声源Sl和虚声源S2直接传播的声压之和，即，P1 (X1, Y1, Z1)
=PiI (Xi，y” Z1)+P21 (X1, Y1, Z1), P2 (x2, J2, Z2) = P12 (X2, J2, Z2)+P22 (x2, J2, z;2),这里的 P11, P21
分别是声源Sl和虚声源S2在测量面1上的声压，P12，P22分别是声源Sl和虚声源S2在测 量面2上的声压；(4)上述声压信号P1, P2, P11, P21，P12，P22进行二维傅立叶变换，并根据声源
权利要求
1.一种双层介质空间中的声场测量变换方法，其特征在于，该方法的步骤为(1)在声源Si附近建立两个柱面测量面，Sl位于柱面内部；(2)分别测量两个测量面上的声压分布Pl，P2；(3)将介质分界面反射的声波看作是声源Sl关于界面的镜像S2直接发出的声波，将 每个测量面上的声压分解为声源Sl和虚声源S2直接传播的声压之和，BP, P1 (X1, yi; Z1)=Pll (Χι，y” Z1Hp21 (X1, Y1, Z1), P2 (x2, J2, Z2) = P12 (X2, J2, Z2) +P22 (x2, J2, Z2),这里的 P11, P21 分别是声源Sl和虚声源S2在测量面1上的声压，P12，P22分别是声源Sl和虚声源S2在测量 面2上的声压；(4)上述声压信号P1,p2, pn, P21，P12，P22进行二维傅立叶变换，并根据声源Sl和 虚声源S2在两个柱面测量面上的声压关系，BP, Pu(kz,rh2)^Pn(k2,rhl)jj^^P21 (kz,rh\) = P22(kz,rhl) J;f/rkX ,求解得到波数域的声压后，通过二维傅立叶逆变换得JfXKrh2)到空间域上声源Sl直接传播至两个柱面测量面上的声压pn，P12，这里的Hn(1)，Jn分别是汉 克尔函数和贝塞尔函数，rhl和rh2分别是两个柱面测量面的半径，kz和b是柱坐标下的 轴向波数和径向波数；(5)利用测量得到的任一测量面上的来自Sl的声压分布进行柱面的全息反演变换，从 而获得全空间的声压分布。
2.根据权利要求1所述的双层介质空间中的声场测量变换方法，其特征在于，声源可 以是大于或等于一个的声源。
3.根据权利要求1所述的双层介质空间中的声场测量变换方法，其特征在于，通过多 点测量两个测量面上的声压信号，每个测量点的测量数据大于等于一次。
4.根据权利要求1所述的双层介质空间中的声场测量变换方法，其特征在于，测量测 量面上的声压信号是通过分布在该测量面上的声压传感器进行测量的。
5.根据权利要求1或4所述的双层介质空间中的声场测量变换方法，其特征在于，测量 面上的声压信号是数字信号。
6.根据权利要求1或4所述的双层介质空间中的声场测量变换方法，其特征在于，测量 面上的声压可以经过放大器将信号强度放大后再进行处理。
全文摘要
本发明公开了一种双层介质空间中的声场测量变换方法，该方法的步骤为在声源S1附近建立两个同轴的柱面测量面，S1位于柱面内，分别测量两个测量面上的声压分布p1，p2；将介质分界面反射的声波看作是声源S1关于界面的镜像S2直接发出的声波；将每个测量面上的声压分解为自S1和S2处直接传播至各测量面的声压之和，即，p1(x1，y1，z1)＝p11(x1，y1，z1)+p21(x1，y1，z1)，p2(x2，y2，z2)＝p12(x2，y2，z2)+p22(x2，y2，z2)；上述两式左右两边分别进行二维傅立叶变换，并根据声源S1和虚声源S2在两个柱面测量面上的声压关系，即，求解波数域的声压分布，然后通过二维傅立叶逆变换得到空间域上声源S1直接传播至两个测量面上的声压p11，p12；最后利用测量得到的任一测量面上的来自S1的声压分布进行柱面全息反演变换，从而获得全空间的声压分布。该方法克服了由于界面的存在导致声场测量变换准确度差的缺陷，并且，变换过程简单，计算量小，速度快。
文档编号G01H17/00GK102141431SQ20101011023
公开日2011年8月3日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者何元安, 张若愚, 申和平, 聂佳 申请人:鸿远亚太科技(北京)有限公司