[发明专利]重建声学场

说明书

技术领域

本发明涉及声学场的重建。

背景技术

近场声全息（NAH）是一种用于声幅射的3D可视化和基于声源附近的表面上的测量的精确噪声源定位的非常有用工具。它的还重建渐逝波分量的能力确保非常高的空间分辨率。

已知的近场声全息方法基于可分离坐标系中水平面上的规则网格测量，允许用空间离散傅立叶变换（DFT）执行NAH计算，参见例如E. G. Williams、J. D. Maynard和E. J. Skudrzyk等人在J. Acoust. Soc. Am. 68, 340-344 (1980)发表的“Sound source reconstruction using a microphone array”。因为DFT的使用，该处理非常快，但是使用DFT的负面效应包括严重的空间开窗效应，除非测量区域利用高声压完全覆盖这些区域。在一些情况下，不能实现对测量区域的这种需求，并且在许多情况下，必要的尺寸会变得过大。

已经提出一组技术来降低空间开窗效应，同时仍保持DFT空间处理，但是以增加复杂性和计算需求为代价，参见J.Hald在Inter-Noise 1994论文集中发表的“Reduction of spatial windowing effects in acoustical holography”。典型地，迭代过程首先被用于外推（extrapolate）被测区域之外所测量的声压，之后在扩展的数据窗口上应用基于DFT的全息方法。

已提出其他方法来设法避免使用空间DFT以及提供所需测量区域的减小。

一种这样的方法是Helmholtz方程最小二乘（HELS）方法，其使用根据球面波函数的声场的局部模型，参见例如Z.Wang和S.F.Wu的US 6,615,143的“Helmholtz equation-least-squares method for reconstructing the acoustic pressure field” J. Acoust. Soc. Am, 102(4), 2020-2032 (1997)或者S. F. Wu的“On reconstruction of acoustic fields using the Helmholtz equation-least-squares method”J. Acoust. Soc. Am, 107, 2511-2522 (2000)。然而，因为仅具有公共原点的球面波函数被用来表示声场，所以误差将被引入到关于源表面的声场重建中，除非源表面也是球面的并且以相同的原点为中心。该现有技术方法的另一缺点是估计问题的需求没有被充分确定，意味着测量位置的数目必须大于或等于在场表示中使用的球面波函数的数目。这可以需要大量的测量位置以获得足够精确的模型。第三个缺点是波函数的缩放（scaling）不以下述方式来应用，即在模型区中具有较强衰减的函数被缩放到相同区中的较低振幅。因为缺少该缩放，比如Tikhonov正则化之类的传统正则化方法不会适当地工作。相反，上述现有技术方法结合最小二乘解而无需正则化来应用从计算方面讲昂贵的迭代搜索来寻找球面波展开式的最优截断。

先前提出的另一种方法是在R.Steiner和J.Hald于Intern. J. Acoust.Vib.6,83-89(2001）发表的“Near-field Acoustical Holography without the errors and limitations caused by the use of spatial DFT” 中提出的统计最优近场声全息（SONAH）方法。该现有技术方法基于平面波函数，并且通过使用以下述方式定义的传递矩阵计算接近测量表面的映射表面上的声学量，所述方式为以最优平均精确度来投影（project）所有传播波和渐逝波的加权组。从1）所有测量位置对之间的自关联和互关联的自关联矩阵以及2）从每个测量点到每个重建位置的互关联的互关联矩阵获得传递矩阵。自关联和互关联处于平面传播和渐逝波的域中。