重建参数对平面近场声全息重建精度影响研究

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1、重建参数对平面近场声全息重建精度影响研究摘要：针对近场声全息重建结果不准确性问题，基于平面近场声全息的基本原理，分析了使用k-空间抽样格林函数逆向重构过程中产生重建误差的原因，并研究了重建距离、重建频率和采样点数等重建参数的变化对重建精度的影响。研究结果表明：重建精度随着重建距离的增加而降低；随着重建频率的增加，重建精度逐渐降低；在全息面大小不变时，采样点数越多，重建精度越高；在采样间隔不变时，重建精度随采样点数的增加而增大。关键词：声全息；平面近场声全息；重建误差；重建参数中图分类号：O42;TB532文献标识码：AResearchonEffect

2、ofReconstructiveParametersonPrecisionbyPlanarNear-fieldAcousticalHolographyAbstract:Accordingtotheinaccurateproblemofreconstructionresultbyacousticholography,thecauseofreconstructiveerrorsgeneratedbyusingk-spacesampleGreen’sfunctionareanalyzedbasedontheprinciplesofplanarnearfie

3、ldacousticalholography(PNAH).Itispossibletostudytheeffectofprecisionbysimulationduetothevarietyofreconstructiveparametersincludingreconstructivedistance,reconstructivefrequencyandsamplingnumbers.Theresultsshowthat,withthereconstructivedistanceincreasing,theprecisiongetsworse.In

4、thereconstructivefrequencyrange,theprecisionismoreandmoredecreased.Ifthehologramsizeisunchangeable,themoresamplingnumbersare,thebettertheprecisionisandsametrendappearswithinvariablesampleinterval.Keywords:acousticalholography;planarnearfieldacousticalholography;reconstructiveer

5、ror;reconstructiveparameter引言声全息技术是20世纪60年代在光全息的理论基础上发展起来的一种综合振动、声学、数字信号处理和计算机技术等多学科交叉的新技术。其中，20世纪80年代由宾夕法尼亚大学的J.D.Maynard和E.G.Williams提出的近场声全息理论[1]已被广泛应用于低频声检测、复杂结构的振动和噪声辐射特性研究、噪声源识别与定位[2,3]、结构强度评价、散射体结构表面特性、结构振动模态的研究以及大型结构远场指向性的预报等。近场声全息是在紧靠被测声源物体表面的测量面上记录全息数据，然后通过空间声场变换技术重建空

6、间任意一点处的声压、质点振速、声强等声学量，并用可视化技术给予展示。由于近场声全息技术利用了包含丰富声源细节信息的倏逝波成分，因此具有较高的重建分辨率，从而为噪声控制、声源定位提供了技术参考。平面近场声全息[4,5]作为声全息技术中最容易实现的一种方法，受到了国内外许多研究学者的广泛关注。但是由于有限全息孔径和快速傅里叶变换(FFT)算法的使用，由离散和算法带来的重建误差在所难免，使得平面近场声全息技术在声源精确定位方面受到了限制。为此研究学者对重建误差产生的原因进行了深入的研究。罗禹贡[6]等人针对声场重建时存在的质点振速和声强重建不准确的问题，从

7、理论上详细分析了问题产生的原因，并用仿真计算验证了所分析原因的正确性，但该研究并没有分析声压重建时的误差原因。郑旭[7]在空气中应用实空间抽样格林函数、实空间积分格林函数和k-空间抽样格林函数对声压正向和逆向重构中重建参数对重建精度的影响进行了研究，但他在逆向重构中只研究了重建距离对重建精度的影响，而没有考虑其它的重建参数。为了深入研究重建参数对重建精度的影响，本文首先介绍了平面近场声全息的基本原理，接着分析了使用k-空间抽样格林函数在逆向重构时重建误差产生的原因，最后以一个在水下的点声源为研究对象，深入研究了重建距离、重建频率以及采样点数等重建参数

8、对重建精度的影响。1、平面近场声全息的基本原理均匀理想流体媒质中的小振幅声波的波动方程为(1)式中，为声场中