[发明专利]基于球面近场声全息重构无功声强的室内噪声源定位方法

权利要求书

1.一种基于球面近场声全息重构无功声强的室内噪声源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建模仿真计算规则小型房间内部由噪声源辐射的三维空间声场数据；

(2)采用阵元数为Q的球形传声器阵列对噪声源辐射到三维空间的声压信号进行采集，得到复声压数据P(r,t)；

(3)对球形阵的Q个传声器数据分别和第1个传声器数据进行互谱分析，获取整个球形阵表面的频域复声压P(r,θ,φ)；

(4)基于球形阵表面的频域复声压，利用球面近场声全息算法重构声源附近球面的声压p(r_S,θ,φ)和质点振速v_n(r_S,θ,φ)；

(5)利用声源附近球面复声压和质点振速重构该表面复声强I_c(r,w)，提取其无功声强部分I_R(r_s,w)；

(6)通过声源附近球面的无功声强分布I_R(r_s,w)确定室内噪声源位置；

所述步骤(2)中由Q个传声器组成球形阵列，整个球形阵测量数据的复声压数据为：

其中：以随机球形阵中心为坐标原点(0,0,0)；

球形阵阵元个数Q，阵元编号为1,…,q,…Q，第q个传声器的空间坐标为(x_q,y_q,z_q)；

P₀为距离点声源1m处的声压幅值，单位为pa；

为第q个传声器到点声源(x₀,y₀,z₀)的距离，单位为m；

ω为角频率，单位为rad/s；t为时间点，单位为s；k为波数；

所述步骤(3)中对球形阵的Q个传声器数据分别和第1个传声器数据进行互谱分析，获取整个球形阵的频域复声压为：

所述步骤(4)中采用球面近场声全息算法重构声源附近球面的声压分布的计算公式如下：

式中：r_S为重构面半径，r_H为全息面半径；为n阶m次的球谐函数，重构球面声压球面波谱P_nm(r_S)的计算公式如下：

式中：P_nm(r_H)为全息面的球面波谱；

j_n(kr)为第一类球Bessel函数，j_n(kr_s)/j_n(kr_H)为全息面球面波谱P_nm(r_H)与重构面球面波谱P_nm(r_S)之间的传递函数，全息面的球面波谱的计算公式如下：

式中：(r_q,θ_q,φ_q)为第q个传声器位置的坐标，p_q(r_q,θ_q,φ_q)为第q个传声器采样获取的频率复声压；α_q＝4πa²/Q为权重系数，是每个传声器位置对应的球面网格面积，N为需要计算的球面波谱的最高阶数；

所述步骤(4)中采用球面近场声全息算法重构声源附近球面的质点振速分布为：

式中：i²＝-1；ρ₀c₀为空气的介质特性阻抗；

j'_n(kr)为n阶第一类球贝塞尔函数的导数。

2.根据权利要求1所述基于球面近场声全息重构无功声强的室内噪声源定位方法，其特征在于：所述步骤(5)声源附近球面的复声强用复声压分布和复质点振速分布获得，其计算公式如下：

I_c(r,w)＝p(r_S,w)·v_n(r_S,w)

式中：p(r_s,w)为声源附近球面声压的Fourier变换；v_n(r_s,w)为复质点振速的Fourier变换；

所述复声强分解为有功声强部分和无功声强部分，用下式表示：

I_c(r,w)＝I_A(r_s,w)+i·I_R(r_s,w)

式中：I_A(r_s,w)为有功声强部分，表示声波向远处传播的声能；

I_R(r_s,w)为无功声强部分，表示不传播的声能。