余音绕梁 如闻天籁——3D环绕声技术发展述评

对目前主流的3D环绕声技术进行了分类,比较分析了各类3D环绕声技术的特点及其商业应用前景,预言3D环绕声技术的创新正在推动21世纪声音技术的发展。

纵横联结中催生的创造性(三)——3D音响空间中的创作思维

作为这个当代电子音乐的四篇系列研究之三,该文介绍了音响空间思维的产生和发展,着重探讨了电子音乐技术对构筑当代三维音响空间的贡献,以及不同作曲家在追求音响"空间化"中的独特创作观念的由来、形成、联系与发展。最后从当代电子3D音响空间音乐的"不可转述性",探讨现今和将来音响空间创作技术与观念发展的可能性。

WFS 3D声音技术在音乐会扩声工程中的应用——上海北外滩景观3D交响音乐会解析

较为详细地介绍了波场合成技术的来由、北外滩景观3D全息交响音乐会的创意、场地设计、系统设计、拾音与扩声技术细节等,并对3D声音技术的发展前景提出了看法。

基于3D-MUSIC和波叠加的声场重建方法

为解决波叠加法的等效源配置不确定性问题,提出了一种基于3D-MUSIC和波叠加的声场重建方法。该方法利用3D-MUSIC算法获取声源的空间位置,然后在该位置附近布置等效源,利用波叠加法重建声场。该方法在一定程度上解决了等效源配置的不确定性问题,为任意型声源的定位及声场重建提供了替代性解决方案。最后,通过数值仿真与实验研究验证了该方法的可行性和准确性。该方法在1300Hz~3000Hz频率范围内,可有效定位声源三维位置,准确重建声场且重建误差低于10%。

基于改进BPNN的声速场分层建模

针对BPNN在三维声速场建模应用中存在的预测精度低、极易陷入局部最优及可解释性弱等局限性,提出了一种基于BPNN的温盐场建模方法,并联合声速经验公式设计了声速分层建模方案。同时通过引入自适应粒子群优化算法,对BPNN函数和架构进行改进和优化,提高了温盐场建模精度。采用中国南海中部区域的BOA_Argo网格数据对所提算法的建模性能进行试验,结果表明,本文算法能够充分反映海洋声速场物理特性,相较于传统算法其建模精度更高、稳健性更强,且具有优秀的稳定性和可靠性。

基于多元高斯声束模型的圆柱体三维声场仿真

结合圆柱体工件内部缺陷超声检测的实际情况,采用多元高斯声束模型仿真了检测时超声波的三维声场分布。针对水浸式超声检测原理,将超声传播的过程分解成探头发射、液体耦合介质中的传播、液固界面处的传播和固体工件中的传播等4个阶段,建立了传播过程中的声场模型并得出仿真结果.分析了三维坐标体系中不同方向的声场变化情况,结果表明采用多元高斯声束模型模拟三维声场的有效性和准确性,研究的结果对于实际圆柱体工件的内部缺陷检测提供理论依据。

基于三维声场空间特征的故障诊断方法研究

基于机械表面声压幅值分布变化的声像故障诊断方法改善了传统的采用单点测试的声诊断鲁棒性,但由于忽略空间相位信息,在弱故障工况下存在识别率低和诊断困难等问题。针对上述问题,运用信息映射和融合的思想,提出了一种基于三维声场物理空间特征的声诊断方法。首先利用近场声全息技术构建弱故障工况的辐射声场,将声源的相位信息映射到空间域,得到三维场点声压分布;然后在一个波长范围内序列拾取13个辐射声场空间断层,对每个断层面提取Gabor小波特征,并构建声场空间特征模型进行诊断识别。仿真和实验研究结果表明基于三维空间声场的故障诊断方法能有效改善弱故障工况的诊断鲁棒性,进一步拓展了声成像技术的工程应用,并为声学故障诊断提供了新思路。

声源分布和超声频率对清洗声场均匀性的优化

驻波和换能器指向性等影响声场均匀性,造成清洗死角,影响清洗效果。该文采用COMSOL仿真软件建立了单个换能器位于底部的三维模型,通过染色法实验结果验证模型的有效性,并分析声场的特点。研究了换能器同时位于底部和侧面、多排换能器位于底部时的声场,用声压幅值相对标准差来量化均匀性,发现该两种换能器分布方式能够有效优化声场均匀性。通过调节频率研究频率对声场的影响,进一步优化声场均匀性。对声源分布的确定、频率的选择以满足声场均匀化需求有指导意义。

基于声场重建的三维音频技术

近年来,随着人们对视听体验的要求不断提高,三维(空间)音频技术被广泛应用于娱乐影音等各领域,并取得显著进展。如何便捷地创造一个具有沉浸式空间听觉体验的环境是一直以来的研究热点。因此综述了主流三维声场重建的相关技术,并分析了其优缺点,主要讨论了三维声场的表达与维度、不同扬声器下的三维声场重建以及相应的混响均衡技术。最后,归纳了三维声场重建技术目前存在的问题,并展望未来发展的新方向。

声学CT储粮温度监测收发器阵列设计

针对声波收发器阵列设计的合理性直接影响声学CT系统的测量实时性及温度场重建精度等问题,提出了声学CT储粮温度监测收发器阵列设计方法.该方法对围绕圆筒形仓布置的声波收发器数量、布局和有效声波路径选择等参数进行了计算机仿真设计.三种典型的三维模型温度场重建结果表明,有效声波传播路径选择、收发器布置的层数、每层布置收发器的个数都会对模型温度场重建质量产生较大影响.通过对声波收发器阵列的仿真设计,可优化收发器阵列各参数,提高声学CT系统的性能和温度场重建精度.

转向架焊接结构件深度缺陷超声相控阵检测及三维可视化

针对轨道列车转向架焊接结构件等关键部位的焊接接头深度缺陷复杂的声学特征与缺陷显示,分析了不同形状和尺寸缺陷的相控阵检测效果,并结合声场传播仿真结果,阐述了低碳钢深度缺陷的声场作用机理对相控阵检测结果的影响,同时基于三维数据库OpenGL实现不同缺陷的三维可视化。结果表明,长条状缺陷对于相控阵声场在竖直方向上的反射作用更强,声影区随缺陷宽度尺寸减小而增大,同时在缺陷处的反射较为集中的相控阵声场具有更高的检测灵敏度与分辨力,基于三维数据库实现的缺陷三维显示结果能够清晰直观地反映构件内部缺陷。该研究对于高速列车转向架焊接结构件中缺陷的超声相控阵检测和三维可视化具有实际指导意义。

一种非中心点处声场重建方法

针对已有技术使用若干扬声器合成一个虚拟声源的方法在中心听音点处的三位声场重建效果较好,而非中心听音点处的声场重建效果较差的问题,提出一种非中心点处三维声场重建方法。以非中心点为中心构建虚拟扬声器阵列,并求解虚拟扬声器的信号;由虚拟扬声器的信号求得实际扬声器的信号。模拟实验将该方法应用于NHK22.2系统的重建,结果表明,该方法在非中心听音点处的三维声场重建效果优于传统方法。

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。