声近场综合试验解析技术及其在车外噪声分析中的应用

开发了声近场综合试验解析技术，包括参考话筒位置选择，非相干源信号的特性辨识，各声源传播途径可视化，各声源对系统输出的贡献评价以及输出预测等方面的新方法。试验研究和实车应用的成功表明，这些新方法可以适用于复杂的工程实际。

基于声线跟踪法的汽车喇叭近场声压仿真

为解决基于实车测试的汽车喇叭选型方法存在滞后,影响车型量产进度的问题,提出了一种基于声线跟踪法的汽车喇叭近场声压仿真方法。以某轿车为研究对象,提取车体外表面硬壁板数据,在VAOne软件中建立声线跟踪法求解模型,由逆矩阵模块得到喇叭的声功率,并将喇叭声功率加载到声线跟踪法求解模型计算得到喇叭近场声压。将喇叭近场声压仿真结果与试验结果进行对比,结果表明:应用声线跟踪法计算得到的喇叭近场声压与试验结果吻合度较好,可在车型开发前期为喇叭选型提供依据。

基于三维N型卷积神经网络和频域注意力-亥姆霍兹正则化的近场声源重建方法

[目的]针对全息面、低采样率条件下近场声源重建误差较大的问题,提出一种高分辨率、低误差的平面声源表面法向振速重建的深度神经网络框架。[方法]首先,建立用于近场声源重建问题的三维N型卷积神经网络框架(包含预编码器),通过提取空间声场频域内的特征,以弥补空间信息的稀疏性;然后,提出频域注意力机制,设计包含频域注意力–归一化重建均方误差、亥姆霍兹正则项的损失函数,以自适应增加频域内难训练样本的损失权重,从而提升声源在高频和本征特征区间的重建精度;最后,通过Matlab对COMSOL Multiphysics软件进行二次开发,建立矩形薄板声振模型的训练集和测试集,开展对比验证。[结果]对比结果表明,该方法在验证集上100~2000 Hz内的平均重建误差仅为4.96%,重建精度明显高于SRCNN和PV-NN。[结论]该研究成果可以降低近场声源重建实船应用中的全息面采样点数量,同时可保证较高的声源面法向振速重建精度。

近场声压法在定位柴油机故障中的应用

在柴油机的故障诊断中,常采用多个传感器测取柴油机的多个信号,如:振动信号、油压信号等进行分析判断各缸工作状况,所需设备复杂,数据处理繁杂。而本文提出了只用一个声压传感器就可定位并分析各缸的工况,较之以往的方法简单易行。

基于近场声压法的离心泵噪声特性试验研究

采用近场声压法在开式试验台上对IS65-50-160A型离心泵进行了噪声特性试验研究,在变流量和恒流量情形下得到了泵噪声随汽蚀余量的变化规律及频率特性,分析了流量、汽蚀余量及泵入口吸入空气对A声级噪声和不同频率下声压级的影响.结果表明:在变流量情形下,非汽蚀工况下泵的A声级随流量增加而增大,且在高效率区达到最大值;汽蚀初生时,A声级噪声出现显著下降现象;深度汽蚀工况下,A声级噪声显著增加;以1 000Hz和2 000Hz为代表的高频声压级对整体A声级噪声的形成贡献较大;绝大多数流量下的声压级分别在250Hz和1 000Hz时出现峰值,该噪声峰值频率均与叶片通过频率相关.在恒流量下的汽蚀过程中,调节泵入口阀门导致汽蚀发生后,受入口吸入空气影响,泵的A声级噪声显著下降;本研究用泵的汽蚀特征频率为250Hz,该频率汽蚀状态下的声压级峰值比汽蚀前升高了5.9～16.4dB.

基于改进TDOA的近场声源鲁棒定位方法研究

针对不同噪声及信噪比条件下,传统进场声源定位精度低、计算复杂度高的问题,提出一种基于改进的时间到达差(TDOA)近场声源鲁棒定位方法。利用传统FIR维纳滤波器对含噪语音信号进行预处理,增强信噪比,并在频域计算TDOA值;采用空域收缩迭代最小二乘算法取代传统的LS算法进行拟合,计算近场声源位置信息。仿真结果表明,在不同噪声和信噪比条件下,该方法在降低运算量的同时,有效提升了定位精度。

基于近场声悬浮的非接触式直线型压电作动器

针对近场声悬浮(NFAL)传输在航空航天、高纯度材料加工以及微机电系统装配操作等领域的良好应用前景,设计出了非接触式直线型压电作动器。该作动器依靠兰杰文振子的振动,产生高声强声场来悬浮并驱动物体沿行波方向运动。先通过动力学分析和结构设计,试制出了一对兰杰文振子样机,并通过实验获得了其动态特性参数;然后,成功制造出了基于NFAL的非接触式直线型压电作动器,此作动器可悬浮传输的最大单位面积质量为3.06g。

微操作中球基对象的近场声悬浮与旋转驱动研究

针对微操作中圆球类对象的悬浮与操纵问题,从推导圆球的超声波近场声悬浮高度公式入手,确定了影响悬浮高度的主要因素。制作了带有凹球面工具端的专用换能器,实现了圆球的近场声悬浮。进而构建偏心式气动驱动系统,进行了转速与气压、偏心距、悬浮高度及扰动关系的实验。结果表明:出气孔气压是影响转速的主要因素,而偏心距对转速的影响较小;随着悬浮圆球转速增加,悬浮高度降低,扰动加大。

扫描近场声显微镜用于光盘表面薄膜结构的研究

介绍了一种将超声检测技术与扫描探针显微技术相结合的扫描近场声显微镜(SNAM),并利用该装置对CD-R光盘表面薄膜进行了检测,得到了其平整印刷面的SNAM图像,与原子力显微镜(AFM)测得的凹槽数据面形貌吻合。文中介绍了这种SNAM的结构、基本工作原理和检测方法,并给出了具体的实验结果。

速度传感器阵列近场声源定位的孔径扩展算法

采用速度传感器阵列提出了一种近场声源定位(距离和DOA估计)的新算法.与目前提出的其它算法相比,本文算法有以下几个优点:无需计算高阶累积量,从而有较低的计算量;能够实现参数估计的自动配对;阵元间隔无需限制在1/4波长内,并可以通过增加阵元间隔扩展阵列孔径,从而提高算法的参数估计精度.论文最后给出了仿真实验,验证了算法的定位性能.

超声波近场悬浮稳定性提高方法与实验研究

在超声波近场悬浮系统中,回复力的大小是影响悬浮稳定性的重要因素。在分析悬浮片和变幅杆中间空气层的流速分布的基础上,根据空气粘性切应力理论解释了回复力的来源,提出新的回复力理论模型,并根据该回复力理论模型得到提高悬浮稳定性的办法,即提高变幅杆边缘位置的声压和降低变幅杆中心位置声压。应用有限元方法设计并制造了球面端面变幅杆,和传统的平面端面变幅杆进行对比实验,将不同质量的悬浮片偏心不同距离放置,分别测量了其往复运动的周期和不同位置的悬浮片倾角。实验结果证明了该理论模型的合理。

纳米声学及近场声成像技术

纳米声学是近年来迅速发展的新的学科领域,旨在亚微米和纳米尺度上来"听到"和"看到"我们尚未发现的物质世界。而近场声成像技术,像扫描探针声显微术(Scanning ProbeAcoustic Microscopy,SPAM)和压电响应力显微术(Piezoresponce Force Microscopy,PFM)等,不仅具有亚微米和纳米分辨力,而且能方便地对试样微区的表面形貌,材料的力学和电学等性质进行成像,是开展纳米声学研究的有效手段。文章结合实验结果,对SPAM和PFM等近场声成像技术作了简要介绍。

ICF靶丸类微球在近场声悬浮系统中的悬浮实验研究

为实现均匀辐照,ICF靶的无接触支撑是关键。提出用近场声悬浮对ICF靶进行无接触支撑,对悬浮ICF靶丸类微球的压电换能器和悬浮系统进行了初步设计,换能器发射端采用了凹球面结构,利用ANSYS软件对发射端的凹球面结构进行了优化。并构建了近场声悬浮测试系统,对不同直径的钢球在不同工作电压下进行了悬浮实验。实验结果表明:当发射端凹球面直径与钢球直径接近或相等时,悬浮效果是最好的,并且用气动的方式可以实现悬浮钢球的非接触驱动。当工作电压为600 V时,钢球的悬浮高度为50μm,扰动振幅为3μm,这说明ICF靶近场声悬浮是可行的。

复域压缩感知近场声图测量方法

针对频域压缩感知近场声图测量方法性能下降的问题,基于阵列信号处理中相移与时延关系,按近场扫描位置在复域对各通道数据进行时延补偿和相关处理,建立复域感知矩阵和观测序列构建方法,提出复域感知矩阵近场声图测量模型。以数值仿真和某近场目标定位试验中测得数据为案例,将该模型与频域压缩感知模型处理结果进行对比。结果表明,相比频域压缩感知方法,通过改变观测序列和感知矩阵构建方式,最低信噪比的适应性得到近10lgM dB(M为通道数)的提升,提高了近场声图测量性能。

双扬声器近场声源重放实验研究

扬声器空间声重放系统的研究一般集中在重放声源的方向感方面,在距离感方面研究较少。该文采用不同距离的近场头相关传递函数调整预滤波器系数,实现近场不同距离下声源的重放,研究多种典型双扬声器配置下,等距离近场声源方向辨别和同方向近场声源距离辨别。实验结果表明:近场声源重放存在前后混淆现象,当虚拟声源与扬声器同前方或同后方时,方向辨别较准确;在方向角判断准确的区域,能够较准确地分辨声源的不同距离;声源越偏离中垂面,距离判定结果越准确。该研究为多扬声器配置下虚拟声源的距离重放性能提供了较全面的评估。

近场多声发射信号源定位分析

为了解决旋转机械内部碰摩声发射信号源难以准确定位的问题,首先分析了近场声发射信号传播的数学模型,提出了一种经验模式分解(EMD)结合近场多重信号分类(MUSIC)的声发射源位置的定位方法:其利用EMD对信号的自适应分解特性,将各传感器接收的信号分解为几个本征模态函数(IMF),再对与声发射源信号对应的IMF进行近场MUSIC算法,通过对距离和方位角的二维联合估计从而实现声发射源的定位。仿真结果表明结合EMD处理的近场MUSIC方法能有效的检测出在强干扰(目标)下的弱声发射信号源位置特征。

基于微力传感的扫描近场声显微镜

描述了一种用于检测超精表面形貌的扫描近场声显微镜 (SNAM )。以谐振频率为 1MHz的未封装伸长型晶振作为微力传感器逼近样品表面 ,在此过程中晶振受到流体阻尼 ,其振动特性发生变化 ,通过检测振动幅值的变化即可获得样品表面形貌信息。在分析SNAM检测机理的基础上设计了SNAM系统 。

基于近场辐射声压信号的索力识别方法

为准确、快速获取拉索结构索力,该文提出利用结构近场固定位置辐射声压信号对拉索进行索力测试的方法。基于动力学理论推导出结构振动加速度响应与其近场辐射声压响应的线性比例关系,并根据希尔伯特-黄变换推导了声压响应信号与结构频率的关系。对单根拉索依次施加3种不同工况的初始张拉力,并对结构中心表面处施加一瞬时脉冲力,使拉索受迫振动发声,通过对结构近场范围内拉索振动辐射声压进行测量,进而获得不同工况下不同位置声压响应信号,并探讨了在有高斯噪声干扰情况下通过希尔伯特-黄变换方法获取拉索固有频率的可靠性。数值模拟分析验证了该方法能较为准确地得到拉索固有频率并利用索力计算实用公式有效地计算出索力值,为实际工程中拉索索力测试提供了一种新的简单有效的方法。

ASAC系统中少测点条件下的近场声压误差传感策略

根据有源控制策略设计简洁、有效的误差传感非常关键。针对基于声压声辐射模态的有源控制策略,具体设计与之对应的少测点条件下近场声压误差传感策略。首先,通过分析声压声辐射模态的空间滤波特性,证明基于声压声辐射模态的有源控制策略可行;然后,利用近场测量面上有限个测点的声压分布,通过求解模态展开所构成的欠定方程组的最小模最小二乘解,获取前K阶声压声辐射模态伴随系数的近似值,从而形成与基于声压声辐射模态的有源控制策略相对应的近场声压误差传感策略;最后,以置于无限大障板上的钢质简支薄板为例,进行数值仿真分析。结果表明设计的误差传感策略可行,所获得的前K阶声压声辐射模态伴随系数具有较高的精度。

基于无线传感器网络的近场声源定位技术

针对近场环境下声音信号的特点,采用TDOA算法对声源进行定位。为了获得较为理想的时延估计,提出了一种锚节点挑选和时延估计策略,剔除误差较大的节点,挑选最优锚节点参与定位。针对求解过程中出现的多解问题,提出一种区域判别法则,对目标位置进行多重判断后再求解,减少了参与计算的方程数量,在不影响定位精度的前提下降低了系统计算量,并与其他方法进行对比。实验表明,该方法相比于其他方法计算量明显减小,并且精度较高,具有较好的定位效果。