一种基于球函数基本解的近场声全息测试方法及装置与流程

技术特征：

1.一种基于球函数基本解的近场声全息测试方法，其特征在于，至少包括如下步骤：

(1)确定振动结构的等效球源半径以及球形全息测量面半径；

(2)确定所采用球函数基本解的阶数N；

(3)确定所述球形全息测量面上麦克风的个数和位置以获得测量点；

(4)对步骤(3)所确定的测量点进行声压测量；

(5)利用步骤(4)中获取的测量结果，反向重构所述振动结构表面的声学物理量。

2.根据权利要求1所述的基于球函数基本解的近场声全息测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中根据振动结构的外表面积来计算等效球源半径，公式如下：

其中，为等效球源半径，S为振动结构的外表面积；

以及根据如下公式计算球形全息测量面半径：

其中，r_h为球形全息测量面半径，d为球形全息测量面距等效源球面的距离。

3.根据权利要求1或2所述的基于球函数基本解的近场声全息测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中依据如下公式来确定球函数基本解的阶数N：

${\mathrm{\ϵ}}_N=\frac{(2N+1){\mathrm{\σ}}_N\left(k\tilde{r}\right)}{{\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{N-1}(2n+1){\mathrm{\σ}}_n\left(k\tilde{r}\right)}\≤{\mathrm{\ϵ}}_0,$

其中，ε_N为当基函数阶数从N-1增加到N，结构体声功率辐射效率关于基函数阶数取N-1时的相对增量；

为等效球源半径，k为波数；

为球形声源在第n阶模态的辐射效率；

为球Hankel函数；

ε₀为设置的误差。

4.根据权利要求3所述的基于球函数基本解的近场声全息测试方法，其特征在于：ε₀设置为10^-2。

5.根据权利要求1或4所述的基于球函数基本解的近场声全息测试方法，其特征在于：根据所述步骤(2)所确定的阶数N，确定所述步骤(3)中球形全息测量面上所需要的测点个数为(N+1)×(2N+1)，球形全息面上测点x_ij(i＝1，2，......N+1；j＝1，2，......2N+1)的球坐标为(r_h，θ_i，φ_j)，其中，r_h为球形全息测量面半径，0≤θ_i＝acosμ_i≤π，μ_i为N+1点Legendre-Gauss积分的第i积分点，-1≤μ_i≤1；φ_j为φ方向相应的矩形积分点，且0≤j≤2N。

6.根据权利要求5所述的基于球函数基本解的近场声全息测试方法，其特征在于，所述步骤(5)具体包括如下步骤：

(51)通过如下公式获得参与因子

$a_n^m=\frac{1}{{\left|h_n\left({\mathrm{kr}}_h\right)\right|}^2}\frac{2\mathrm{\π}}{(2N+1)}\underset{i=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{2N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{i}p\left(x_{ij}\right)S_n^m{(k,x_{ij})}^{*}$

其中，为外部声学问题的基本解；

h_n为球Hankel函数；

为球谐和函数；

w_i为Legendre-Gauss积分的第i个积分点权重；

p(x_ij)为步骤(4)中测点x_ij的测量声压；

(52)根据所述步骤(51)中获取的参与因子，通过如下公式计算振动结构表面的声压：

$p\left(x\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^m{S}_n^m(k,x),$

以及法向速度：

$v\left(x\right)=\frac{1}{ik\mathrm{\ρ}c}\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=-n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n^m\frac{\∂S_n^m(k,x)}{\∂n\left(x\right)},$

其中ρ为介质平均密度；c为声速；n(x)为位置x处的外法向。

7.一种基于球函数基本解的近场声全息测试装置，其特征在于，至少包括：底座(1)、旋转轴(2)、半圆形支架(3)、测试机构(4)，所述旋转轴(2)的一端安装在所述底座(1)上且可相对所述底座(1)作圆周转动，所述半圆形支架(3)的一端固定安装在所述旋转轴(2)上，且所述半圆形支架(3)可随所述旋转轴(2)作圆周转动，所述测试机构(4)安装在所述半圆形支架(3)上，可测量包围振动结构(5)的球形全息测量面上的声压信息。

8.根据权利要求7所述的基于球函数基本解的近场声全息测试装置，其特征在于：所述测试机构(4)包括至少一个固定座(41)、至少一个测试导管(42)，所述固定座(41)可固定安装在所述半圆形支架(3)上，所述测试导管(42)安装在所述固定座(41)上并可相对所述固定座(41)调整其距离振动结构(5)的径向距离。

9.根据权利要求8所述的基于球函数基本解的近场声全息测试装置，其特征在于：所述固定座(41)上设置有安装孔(411)，所述测试导管(42)安装在所述安装孔(411)中并可沿所述安装孔(411)滑动以调整其距离振动结构(5)的径向距离。

10.根据权利要求8或9所述的基于球函数基本解的近场声全息测试装置，其特征在于：安装在所述半圆形支架(3)上的所述固定座(41)以及所述测试导管(42)的个数均为N+1，其中，N为球函数基本解的阶数。