[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

说明书

本发明公开了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，包括以下步骤：(1)计算规则小型房间内部由机械声源辐射的三维空间声场数据；(2)采用阵元数为Q的球面传声器阵列对目标声源辐射到三维空间的声压信号进行采集；(3)将球形阵的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；(4)利用球面近场声全息算法重构声源面的声压和质点振速；(5)利用复声压和质点振速重构声源附近表面复声强，提取其无功声强部分；通过无功声强分布确定室内噪声源位置；与现有技术相比，本发明利用无功声强在声源近场区域较强的特点，能够排除室内混响环境的影响，对室内噪声源进行有效定位。

技术领域

本发明涉及一种室内噪声源定位方法，尤其涉及一种利用球面近场声全息算法重构声源附近球面的无功声强分布来进行室内噪声源定位方法。

背景技术

小型房间内部噪声过大会危害工作人员的身体健康，因此对室内噪声源进行有效治理是至关重要的工作，对噪声源进行有效控制的必要前提是对噪声源进行准确定位。

在噪声源定位领域，采用传声器阵列进行声场测量是最常用的手段。比较常用的是平面传声器阵列，但平面阵的局限在于不能区分阵列前方或后方的声音。小型房间内部由于壁面和天花板的反射作用，使得内部声场形成混响场，在如此复杂的声场环境中，平面阵很难对噪声源进行有效定位。球形阵列具有经纬角全指向性和三维对称性，能一次性测量三维空间各个方向的声场信息。球形阵特殊的结构使其具有很大的灵活性，测量速度快，因此可用于潜艇、飞机、汽车等内部空间的声场测量。

近场声全息技术是基于传声器阵列的噪声源定位识别算法，对于低频近场的噪声源定位问题具有很好的适用性。在自由场条件下，采用传声器阵列测量的三维空间声场数据可作为近场声全息技术的全息面数据，通过该算法重构出声源附近球面的声压分布来确定噪声源的位置。但在小型房间等内部空间中，由于天花板和壁面的反射等作用，使得内部声场会产生多阶强模态叠加成为混响场，此时适用于自由场的近场声全息算法重构声源附近球面的声压往往不能确定噪声源位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种利用目标声源附近球面的复声强的无功声强部分来对室内噪声源进行准确定位的方法，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：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，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的球面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)；