混响环境中声场重构的实验研究.pdf

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1、第34卷第3期2016年9月海洋学研究JoURNALoFMARINESCIENCESV01．34No．3Sep．，2016王潇，陈志敏，宋玉来，等．混响环境中声场重构的实验研究[J]．海洋学研究，2016，34(3)：86—90，doi：10．3969／j．issn．1001—909X．2016．03．014．WANGXiao，CHENZhi—min，SONGYu—lai，eta1．Experimentalstudyofsoundfieldreconstructioninreverberationenvironment[J]．JournalofMarineSciences，

2、2016，34(3)：86—90，doi：10．3969／j．issn．1001—909X．2016．03．014．混响环境中声场重构的实验研究王潇1，陈志敏2，宋玉来3，金江明4，卢奂采“(1．浙江工业大学机械工程学院特种装备制造与先进加工技术教育部／浙江省重点实验室，浙江杭州310014；2．海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033；3．嘉兴学院机电工程学院，浙江嘉兴314001；4．浙江省信号处理重点实验室，浙江杭州310014)摘要：针对混响环境非自由声场中声源测量的问题，本文以消声水池和混响水槽为实验环境，以换能器辐射的声场为研究对象，以水听器阵列为测量前端

3、，进行了混响环境非自由声场中声源对象的测量、分析和重构的实验研究。通过单层水听器阵列对非自由声场进行声压分布测量，并对测量结果作声波分离处理，将分离前后的声压分布和在消声水池中测量的声压分布进行比较，给出了声源频率为5000Hz和7000Hz时，声场重构的误差分析结果。结果表明，基于单层水听器阵列声压测量的声波分离方法，能够较精确地对混响环境中的声场进行重构。关键词：混响环境；单层水听器阵列；非自由声场；声波分离；声场重构中图分类号：0422．2文献标识码：A文章编号：1001—909X(2016)03—0086—05Doi：10．3969／j．issn．1001—909X

4、．2016．03．0140引言混响水槽是很多实际物理环境的一个简化模型，所以对其中的非自由声场的研究将具有非常重要的意义。现有的一些关于自由声场重构的研究，多是基于近场声全息方法(NearfieldAcousticHolography，NAH)[1-2]，NAH是通过靠近结构表面的传声器阵列，采集声源结构发出的包含倏逝波声信号，根据声场逆运算算法，重构出不受声波波长限制的高精度三维声学图像。由于在非自由声场中，无法用NAH方法准确地重构出声压的分布，需要通过声波分离的方法来分离出目标声源辐射的声场。PACHNER[31和WEIN—REICHetal[41使用2个不同半径的同

5、心球形传声器阵列进行声场分离，但都必须使用规则的共型球面传声器阵列；于飞等口]基于空间傅里叶变换，使用双层平面阵列分离出目标声源单独作用的声场分布。上面都是基于声压的NAH建立的方法，毕传兴等[6]和FERNANDEZ—GRANDEetal[71首先基于粒子振速的NAH，使用双层粒子速度测量面，后来又使用了单层声压一粒子速度测量面。同样，这些方法都使用了双声学量作为声场分离方法的输入量。宋玉来等[83提出一种基于单全息面声压测量的声波分离方法，只使用一个共形的声压测量面，通过声场逆运算的方法计算出来波和去波的系数，有效分离出目标声源辐射的声场，达到重构自由声场的目的。本文针

6、对混响水槽中的非自由声场环境，使用单层传声器阵列测量声压分布，运用单全息面声压测量的声波分离方法[8]，进行实验数据的分析和处理，最终重构出混响水槽中的目标声源辐射的声场分布。收稿日期：2016-01-18修回日期：2016-04—03作者简介：王潇(1987一)，男，江苏泰兴市人，主要从事水声信号处理方面的研究。Email：wangxiao—sv[ab@163．COrn*通讯作者：卢奂采(1962一)，女，教授，主要从事声学、振动与高端装备噪声控制的研究。E—mail：huancailu@zjut．edu．cn王潇等：混响环境中声场重构的实验研究·87·1混响水槽中非自由

7、声场的测量实验1．1测量系统混响水槽的六面均为粗糙壁面，它的主要材质是PVC材料，尺寸为1．2rn×0．5m(长×宽×高)。声源系统采用中心频率可达10kHz的换能器，单层水听器阵列是自行设计的方形阵列，测点数为5×5，相邻测点间距为6cm，其中水听器尺寸为25mm×32ram(直径×高度)，水听器的灵敏度为一199dB，工作频率为50～10kHz。数据采集系统是丹麦B8LK公司的型号为PULSELan—XI的数据采集系统。具体的测量系统组成如图1所示。1．2实验布置将单层传声器阵列置于换能器和混响水槽的近槽壁之间