Patch近場聲全息-聲品質客觀參量三維分布可視化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Patch近場聲全息技術的聲品質客觀參量三維可視化方法：在大型結構聲源輻射形成的存在來波和去波的聲場中，利用小型麥克風陣列對大型復雜聲源表面進行多次掃描測量，由本發(fā)明公開的Patch近場聲全息-聲品質耦合矩陣計算模型，得到聲學量和聲品質客觀參量在整個空間聲場中的分布信息，實現(xiàn)了聲學物理量和聲品質客觀參量三維分布可視化。
【專利說明】 Patch近場聲全息-聲品質客觀參量三維分布可視化方法
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及大型復雜結構噪聲源識別定位技術與聲品質評價，更具體的說是基于Patch近場聲全息理論的聲品質客觀參量三維分布可視化方法。
【背景技術】:
[0002]近場聲全息方法NAH(Near - field Acoustic Holography)是利用靠近聲源的全息測量面獲得的聲學近場信息，通過各種數(shù)學變換重構出三維空間內(nèi)的聲場物理信息(聲壓、振速等)的方法。NAH方法通過近場測量捕捉到聲場中的倏逝波，得到物體的振動細節(jié)，理論上可以獲得不受波長X限制的高分辨率，極大地提高了聲源識別定位的精度。目前，NAH方法已被廣泛地應用于聲源的識別和定位中，尤其適用于低頻聲源的特性判別、聲散射測量和結構振動引起的聲輻射測量等場合。但是，常規(guī)近場聲全息方法要求麥克風陣列測量孔徑至少是聲源面積的兩倍以上。因此，如果要測量與分析大尺寸以及復雜結構聲源，就需要配置大量的麥克風，使得測量所需的設備價格昂貴。例如對0.4X0.6m2大小的板聲源在40dB信噪比條件下采用傅立葉變換近場聲全息算法重構輻射聲場，若要獲得0.05m分辨率，需要采用882個麥克風來測量，這在工程實際測量中基本無法實現(xiàn)，麥克風數(shù)量限制了近場聲全息方法在大型復雜結構聲源測量等場合的推廣應用。
[0003]而Patch近場聲全息算法很好的克服這一問題。它通過將大尺寸及復雜結構聲源分解為多個局部聲源，采用同一麥克風陣列對各個局部聲源依次進行掃描測量，通過Patch聲全息孔徑合成算法重構得到整個聲源的聲學量的空間分布，突破了常規(guī)近場聲全息對于全息測量孔徑的限制。
[0004]另一方面，研究人員發(fā)現(xiàn)噪聲對于人的影響不僅與聲壓級有關，還與聲音自身頻率的組成、人耳聽覺系統(tǒng)的物理特性以及人的心理特性有關。相同聲壓級的兩種聲音由于各自頻率組成的不同，會導致在人心理感覺上響度的巨大差異。因此需要引入能夠反映人對聲音主觀感受的量-聲品質，作為對噪聲評價的參考。Blauet給出的聲品質定義為:“聲品質”是指人通過人耳對聲音事件的聽覺感知，在主觀上做出喜好判斷的過程。而聲品質好壞的描述可由一系列反應了噪聲對人主觀情緒上影響程度的指標(如尖銳度、粗糙度、響度等)來表示。
[0005]綜上所述，使用近場聲全息方法來計算分析噪聲能給出聲壓、聲強等聲學量的空間分布，但是近場聲全息方法的分析過程沒有把人的主觀感受考慮在內(nèi)，計算結果沒有給出響度、尖銳度等聲品質客觀參量的空間分布結果，不能實現(xiàn)對人主觀聽覺感受影響最大聲源位置的定位。而現(xiàn)有聲品質分析方法都是針對若干個麥克風測得的聲場信息進行計算、分析和評價，使用現(xiàn)有的聲品質分析方法只能得到該空間局部測試點位置的聲品質客觀參量信息，不能作為整個空間聲品質好壞的評價標準，反映不了人的主觀聽覺感受與噪聲源空間分布之間的相互關系，無法獲得對人主觀聽覺感受影響最大的聲源位置信息。
[0006]課題組先前研發(fā)的基于球面近場聲全息方法的聲品質三維分布可視化方法(申請?zhí)?201310261258.2)主要用于封閉空間聲場(如汽車車廂內(nèi)部)等聲源的初步識別定位。在相同傳聲器數(shù)量和相同聲場條件下，球面近場聲全息方法的聲源定位精度沒有Patch聲全息方法的精度高。同時Patch聲全息也不能用于狹小封閉空間內(nèi)部的噪聲源定位,兩種方法的聲場重構的物理模型和數(shù)學公式均不同，是應用于不同類型聲場測量分析的不同方法。
[0007]因此,本發(fā)明提出一種基于Patch近場聲全息和聲品質聯(lián)合(Patch Near - fieldAcoustic Holography - Sound Quality, Patch NAH - SQ)分析方法。該方法突破了常規(guī)近場聲全息對于全息測量孔徑的限制，能夠實現(xiàn)大尺寸以及復雜結構聲源的聲品質客觀參量的空間分布可視化，揭示了主觀聽覺感受與大型復雜結構噪聲源分布之間的相互關系，并高精度定位出了與人聽覺感受最為密切的噪聲源所在的位置。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0008]本發(fā)明要克服聲全息陣列測量孔徑的限制，實現(xiàn)大型復雜結構聲源的測量分析與定位，以及單獨使用聲品質客觀參量計算評價聲場時不能給出整個空間中的聲品質客觀參量分布信息，以及單獨采用近場聲全息方法分析空間聲場分布時沒有考慮人的主觀聽覺因素的缺陷，實現(xiàn)根據(jù)人的主觀聽覺感受識別定位噪聲源的目的。
[0009]本發(fā)明提出一種基于Patch近場聲全息方法的聲品質客觀參量的三維分布可視化方法，其計算結果實現(xiàn)了整個大型復雜結構聲源表面及其輻射聲場內(nèi)中低頻噪聲的可視化，提供了聲品質客觀參量的三維分布信息，并給出影響人主觀聽覺感受最大的噪聲源位置信息，從而為大型結構的減振降噪提供最直接的指導。
[0010]本發(fā)明所述的基于Patch近場聲全息方法的聲品質客觀參量的三維可視化方法按如下步驟進行:
[0011]1.采用同一個小 尺寸高密度傳聲器陣列對大型復雜結構聲源進行多次近場掃描測量，獲得整個聲源面的近場聲信號信息。在每次測量的同時，記錄參考點位置信號，作為每次測量參考點信號。
[0012]2.根據(jù)I測量到的近場聲信號信息，首先通過與參考麥克風信號進行互相干計算，獲得所有測量面同步的麥克風復聲壓信號，然后采用Patch近場聲全息方法獲得聲場聲學量的三維空間分布信息(聲壓、粒子速度等)，計算結果以3D圖像的形式給出。
[0013]Patch近場聲全息方法定義不同測量面的聲壓用如下公式計算:
[0014]復聲壓相位:
【權利要求】
1.基于Patch近場聲全息方法的聲品質客觀參量的三維可視化方法，包括以下幾個步驟: . 1)采用同一個小尺寸高密度傳聲器陣列對大型復雜結構聲源進行多次近場掃描測量，獲得整個聲源面的近場聲信號信息。在每次測量的同時，記錄參考點位置信號，作為每次測量參考點信號。 .2)根據(jù)I)測量到的近場聲信號信息，首先通過與參考麥克風信號進行互相干計算，獲得所有測量面同步的麥克風復聲壓信號，然后采用Patch近場聲全息方法獲得聲場聲學量的三維空間分布信息(聲壓、粒子速度等)，計算結果以3D圖像的形式給出。 Patch近場聲全息方法定義不同測量面的聲壓用如下公式計算: 復聲壓相位:
2.根據(jù)權利要求1所示的方法，其特征在于，所述的基本采集裝置為可應用于大型復雜聲源表面測量分析的小型平面或立體的麥克風陣列。
【文檔編號】G01H17/00GK103616071SQ201310660619
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權日:2013年12月9日
【發(fā)明者】金江明, 盧奐采, 袁芳, 陳恒 申請人:浙江工業(yè)大學
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