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本文在分析了传统噪声源识别方法和可视化噪声源识别方法的基础上,分析了各种识别方法的优劣,选取波叠加方法进行声场可视化研究。主要研究工作由以下几部分组成:
(1)详细介绍波叠加方法的原理、离散化实现过程及其非唯一性问题。数值仿真验证了混合势和复矢径波叠加方法可以很好地克服解的非唯一性问题。将用于声辐射计算的波叠加方法引入到噪声源识别领域,并且将虚源配置在与实际边界面不重合的面上从而避免了奇异积分问题。为了增强源强解的稳定性,采用了奇异值截断滤波法和Tikhonov正则化方法处理。
(2)设计了8种全息阵列,以重建误差最小为原则并考虑到加工制造的方便性从中选了两种阵列:十字阵列和网格阵列。然后,分别以这两种阵列为全息面,研究了虚源面为椭球面和平面时的识别效果,发现虚源面为平面时识别效果较好。接着,从项目实际出发,取虚源面为平面进行数值仿真,详细分析了全息面与声源面的相对位置、虚源面大小、声源频率对重建精度的影响,声源可识别范围的大小与声源频率、虚源面大小的关系,声源频率对分辨率的影响。最后,给出了不同条件下声源的识别效果。
(3)针对仿真结果在消声室进行了声源识别的实验研究。首先,介绍了扫描法和快照法的特点,并给出了这两种方法采集声场声压数据时全息面上复声压的计算公式。接着,设计并搭建了阵列声源识别实验系统,在半消声室以1~3个音箱为识别对象,以扫描法和快照法完成了声场声压数据采集,完成了系统中所有硬件和软件的开发调试工作。最后对实验数据进行了处理分析,取得了一定的识别效果,对无法识别的情况作了分析说明。
(4)结合仿真与实验研究结论,将LabVIEW友好的操作界面和MATLAB强大的科学计算功能有机结合,设计了基于波叠加算法的声场可视化软件,用户只需要输入相应的实验参数就可以快速处理实验数据。