球面近场声全息中的阵列传声器分布与球面数值积分

球形传声器阵列是实现封闭空间三维声场重构的测量前端,传声器在球形阵列面上的分布对三维声场重构的精度有重要影响。针对球面近场声全息方法,结合I.H.Sloan,Spherical t-designs,J.Fliege等球面数值积分法,检验传声器数目、传声器几何位置分布、积分权重、波数、基函数扩展项数、声场重构半径等参数对声场重构精度的影响。结果表明:Spherical t-designs球面数值积分法与其它积分法相比,在声场重构误差接近的情形下,允许传声器的数目和位置布置有更多的选择,并且在传声器数目一定时,各点积分权重相等,使得球面近场声全息中球面数值积分计算相对简单。

球形传声器阵列识别定位汽车内部异响声源

针对新款汽车在路面行驶时车内出现的异响问题,使用球形传声器阵列对汽车在不同车况下水泥路面行驶时汽车内部声场进行了测量。以球形传声器阵列测量的声压数据作为输入,运用球谐波束形成法,重构得出汽车内部声场分布,并对以阵列中心为球心的球面声场进行了可视化处理,从而实现了对异响声源的识别与定位。由声压频谱分析得出了汽车内部在750、1000和1500 Hz频率附近存在异响;通过对应的内部声场三维可视化结果,确定了异响声源的位置;在轮胎后部的车身加装橡胶挡板或海绵挡板隔离噪声后,异响得到了有效的降低。研究方法和结果有助于有针对性地控制与降低汽车行驶时车内异响以及改善车内声学环境。

多臂螺旋传声器阵列的优化设计

针对基于经验或者数学模型的阵列设计不能充分挖掘传声器阵列声学定位潜力的问题,提出了一种多臂螺旋阵列的通用设计模型,以波束的主瓣宽度(MLW)和最大旁瓣水平(MSL)为评价指标,采用非支配排序遗传进化算法对模型参数进行迭代优化,获得传声器阵列构型的非支配解集。针对56传声器多臂螺旋阵列,首先以传声器极径为设计变量,随后开展了传声器极径与螺旋角协同设计。结果表明,所设计的传声器阵列在宽频范围内具有稳定的MSL,考虑螺旋角的协同设计创新了多臂螺旋阵列的布局形式,进一步降低波束的MLW和MSL。最后,基于邻近双声源定位算例,通过与常规对数多臂螺旋阵列和Underbrink螺旋阵列对比,验证了所设计传声器阵列具有较高的空间分辨和空间干扰抑制能力。

基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计

针对传声器规则阵列因均匀采样间隔导致的空域混淆问题,提出一种基于改进遗传算法的传声器随机阵列优化设计方法。经过仿真分析,优化后24元随机阵列在保持主瓣性能的同时,有效抑制了旁瓣的增益。与均匀阵列相比,采用设计的遗传算法对阵列布局进行优化设计后可获得更好的旁瓣抑制和阵列增益。

基于函数波束形成的传声器阵列声成像性能分析

在传声器阵列声成像系统中,常规波束形成算法(CBF)的主瓣宽度和旁瓣级性能受限,成像效果不能满足高精度声源定位需要,为此研究函数波束形成算法(FB)。首先对阵列接收信号的互功率谱矩阵进行特征值分解,并计算对特征值对角矩阵的v-1次幂,以此替换CBF中的互谱矩阵,进一步对波束输出进行v次幂运算,由此得到FB输出。然后,通过增加互谱矩阵的幂次运算,FB能够有效克服CBF的主瓣宽、旁瓣高等缺陷。最后,仿真对比了不同声源频率时CBF和FB的性能,分析不同指数v对FB性能的影响。结果表明,与CBF相比,FB具有更高的分辨率性能,且随着指数v的增大,FB旁瓣减小,动态范围增加。为满足工程中声成像动态性要求,建议指数v一般选取16。

波束形成传声器阵列性能研究

基于不同条件下均匀线性阵列的波束形成输出,分析了阵列尺寸、传声器数目、信号频率、阵列张角等参数对其性能的影响。以非规则轮形阵列为例,阐述了平面阵列性能仿真分析方法及过程,并对矩形网格阵列、十字轴阵列、人字形阵列、圆环阵列、非规则的扇形轮阵列进行了仿真分析及对比,得出了各阵列的阵列模式径向分布函数和最大旁瓣水平随波数的变化关系,探讨了传声器布置形式对阵列性能的影响。在此基础上,开发了通用的阵列性能分析软件,为阵列性能分析、阵列选型和阵列设计及优化提供了有力工具。

基于传声器阵列电动汽车用电机系统噪声源识别研究

为了满足电动汽车电机驱动系统工作噪声源定位的研究需要,在基于波束成型理论分析的基础上,利用十字形阵列进行了噪声源识别试验研究,确定了该电机系统工作过程中的的主要噪声源依次为风扇、变速箱和电机本体的部分区域。为了验证试验结果,与基于声强测试理论的分布测点法试验结果进行了对比研究。结果表明,在试验条件下,基于声阵列的电动汽车用电机系统噪声源识别方法比基于声强测试理论的分布测点法更为快捷,而识别效果相同。进一步说明声阵列方法在工作环境中有效实现机械或电气设备噪声源定位的可行性。

球形传声器阵列三维波束形成性能

为分析球形阵列结构参数对三维波束形成声源识别性能的影响,基于延迟求和波束形成理论,仿真分析了主瓣宽度和最大旁瓣水平随阵列直径的变化规律,结果表明：在传声器布置形式一致的情况下,直径越大,阵列空间分辨率越好,但对旁瓣抑制能力越弱;模拟计算了5种典型球形阵列的阵列模式径向投影及最大旁瓣水平,结果显示：传声器均匀分布球形阵列的性能最好,在50～100rad/m的波数范围内,最大旁瓣水平约为-12dB,在波数高达220rad/m时最大旁瓣水平也低于-6dB。提高球形阵列传声器分布的均匀程度和密集程度能显著提高阵列性能。

基于七元传声器阵列的声源定位算法及性能分析

为了准确定位声源所在空间位置,提高声源定位性能,在分析方位估计算法的基础上,建立七元传声器阵列模型,提出一种声源定位算法。根据阵元间的矢量关系,推导出声源方位计算公式,实现声源定位。利用阵列参数,水平偏角、仰角和声源到阵元中心距离,与定位性能关系,对测距测向精度进行分析。结果表明,该算法声源坐标误差为1.0%,方位角误差为0.5%,具有较好的定位效果。

任意构型传声器阵列声源定位方法

针对飞机结构静力/疲劳试验中,通过准确定位结构异常声响及时发现结构损伤的实际需求,结合试验现场设备多、环境复杂的特点,提出了考虑复杂应用环境的任意构型传声器阵列声源定位方法。该方法首先通过任意布设传声器获取已知坐标的声源信号,建立传声器坐标标定方程组,采用优化算法进行方程组求解,确定任意布设传声器的空间坐标;随后,将广义互相关法和信号端点检测法相结合计算不同传声器之间的时差,实现声源定位。在此基础上,建立了一套声源定位流程。对该方法进行了试验验证,结果表明:该方法能够在传声器任意布设的情况下,实现声源的空间定位;传声器的空间坐标标定误差为毫米级,声源定位误差为厘米级,达到了飞机结构静力/疲劳试验中异常声源定位的精度要求;与现有的声源定位方法相比,该方法能够实现根据试验现场具体情况任意布设传声器,更加适用于飞机结构静力/疲劳试验复杂环境下的异常声响定位。

基于小波变换的传声器阵列语音增强方法

针对现有的基于传声器阵列语音增强算法的局限性,并考虑到人耳听觉感知模型,提出一种将延迟-求和波束形成技术和小波变换技术相结合进行语音增强的方法.该方法首先利用延迟-求和波束形成技术将阵列中各个传声器接收到的信号进行时间延迟补偿,并对各通道信号相加-平均,消除一部分不相干或弱相干噪声;然后再利用小波变换技术进一步去除噪声.计算机模拟结果表明,该方法具有良好的消噪能力.

基于四元传声器阵列的声源全方位定位算法

为了准确定位声源所在空间位置,解决声源方位计算产生盲区问题,在分析方位估计算法基础上,建立四元传声器阵列模型,将各阵元间的相对位置关系转化为三维坐标,提出了一种声源全方位定位算法。将声源所在位置划分为4种情况进行研究,利用声源传播到各阵元时延值,对声源所在方位进行反演,得到声源坐标和角度。对定位性能进行分析,实验结果表明,该算法能有效对声源进行定位,坐标和水平偏角误差率约为5%,仰角误差率约为10%,具有较好的定位效果。

传声器阵列校准技术研究

气动噪声通常为宽频噪声,设计的阵列需要同时满足对高低频信号的测量需求,在确定了阵列测量频率范围的情况下,设计相应的阵列形式。在风洞气动噪声试验技术中,基于传声器阵列的噪声源定位技术是核心试验技术,噪声源定位的精准度主要取决于传声器阵列校准技术。传声器相位阵列安装之后,由于传声器频率响应和灵敏度不同,前置放大器、电缆的铺设、电源和信号调理器的频率响应以及传声器在阵列中的安装影响,会引起数据采集系统各测量通道间固有的相位差和幅值差。修正传声器的相位差和幅值差使得所有的传声器幅频响应一致,保证试验结果的准度。

改进自适应遗传算法的平面传声器阵列优化

针对传声器位置的离散性和遗传算法二进制的编码特点,本文提出改进的自适应遗传算法,对自适应交叉概率和变异概率作了重新设计,并将本文改进自适应遗传算法和传统标准遗传算法以及文献中提到的改进自适应遗传算法进行了比较,发现本文方法能够快速得到更优的结果。此外,本文提出了随频率变化的主瓣宽度和旁瓣水平折中的适应度函数R3,通过与适应度函数R1和R2的仿真结果对比,发现适应度函数R3能够有效地平衡阵列主瓣宽度和旁瓣水平。最后,本文设计了5臂均匀圆阵和5臂螺旋阵,并与本文随机阵进行仿真实验对比,进一步验证本文方法的有效性和可行性。

传声器直线阵列在声源定位问题中的误差分析

针对传声器均匀直线阵列在近场声源定位中的应用,从理论上推导了声源方位角和距离对阵列定位误差的影响,然后分析了均匀直线阵列的局限性:声源与直线阵列的夹角越小,误差越大;声源距离直线阵列越远,误差越大;当近场信号变成远场信号时,此时只能计算得到声源信号的方位角,而不能获得距离信息。最后使用计算机仿真的方法来验证了推导结果。

微机械阵列滤波传声器的动态特性

对近年来硅微机械加工技术 (MEMS)工艺研制的几种微传声器进行了论述 ,对其优缺点进行分析和研究表明 :这些传统的传声器主要起声电转换的作用 ,对噪声信号的滤波处理是由专用滤波电路完成 ,或者用数字滤波进行处理。为此提出了一种硅微阵列滤波器传声器 ,在转换信号的同时实现滤波。讨论了阻尼和硅簧片根数对动态特性的影响 ,并由此得出 :阻尼的增加会降低传声器的灵敏度 ,簧片根数的增加可以改善灵敏度曲线。而且在获取噪声信号的同时能够实现滤波。

基于传声器阵列的声源定位

概括了利用传声器阵列进行语音声源定位几种方法,同时分析了几种声达时间延迟的相关算法,并给出了几种搜索算法,给出了基于互功率谱相位加权延迟估计的声源定位实验结果。

波束形成三维传声器阵列声源识别的改进方法

采用具有倾角的轮型阵列能消除平面阵列对其后方背景声源无抑制能力的缺点,降低对测试环境的要求。通过仿真计算获得了三维轮型传声器阵列波束形成指向图及典型最大旁瓣水平随阵列倾角的变化曲线,分析了阵列倾角对其声源识别性能的影响。在此基础上,提出了阵列多倾角测量声级平均的声源识别改进方法,三种类型声场声源识别的模拟计算结果表明:该方法在准确计算目标声源位置和幅值的同时,相比于一定倾角阵列的单次测量结果可以更有效地同时衰减阵列前方声波和背后背景噪声在聚焦方向上产生的旁瓣干扰,显著地提高了声源识别精度。

开口风洞剪切层对传声器及其阵列测量影响试验研究

开口风洞进行气动噪声测量及传声器阵列定位研究时必须考虑开口剪切层对声传播的影响。基于传统的二维剪切层折射修正公式的Snell定律和波传播对流效应,推导了更普遍的三维剪切层折射修正公式。针对0.55m×0.4m开口风洞,首先开展了风洞剪切层形态及位置的测量研究,70m/s风速下,该风洞剪切层略向外扩张,角度为1.14°;其次采用相位相关分析的方法研究了风速30,50和70m/s条件下,不同频段的声波穿过剪切层的折射现象,并与基于剪切层无限薄假设的Amiet等人的理论结果进行了比较,指出了折射角度的理论修正公式只有当声源到剪切层的距离大于4倍的目标声波波长时,即满足远场条件时,才与试验结果接近;最后,将剪切层修正方法应用于基于Beam-forming算法的传声器阵列的声源定位中,结果表明三维剪切层修正方法能够有效提高传声器阵列声源定位的准度。

改进粒子群算法的立体传声器阵列声成像系统阵形优化设计

提出改进的粒子群优化算法,获得波束方向图主瓣宽度和旁瓣级折中的优化立体阵形,避免基本实数粒子群算法仅采用旁瓣级或主瓣宽度一个性能指标优化而导致另一个性能指标恶化的问题,利用阵列视角限制进一步优化立体阵形并设计了声成像测量系统。改进的粒子群算法与基本粒子群算法仿真优化阵形比较表明改进粒子群算法设计的优化阵形在保持较窄的主瓣宽度的条件下具有较低的旁瓣级。阵列声成像测量系统的性能测量分析结果表明该系统的空间分辨率和旁瓣抑制能力与理论结果接近,验证了所提算法的有效性。