非平稳任意外形声源辐射声场的时域近场声全息方法研究

工程中常见的刹车噪声、汽车车外噪声、摩擦啸叫噪声、结构受撞击噪声、打击乐器的声音等都是非平稳的信号。辨识非平稳噪声源的位置和特性，可以认识此类声场产生的物理过程和机理，有助于控制噪声的产生和传播，或者改进结构的设计制造。近场声全息是声源定位和声场可视化的有效方法,但目前尚不能用于具有任意外形的非平稳声源。本课题以建立适用于非平稳任意外形声源的时域近场声全息方法为目标，拟采用拉普拉斯变换和波叠加法重建时域非平稳声场。首先推导非平稳任意外形声源的时域近场声全息方法的声场重建公式，然后研究其数值实现方式，分析影响重建精度的各项参数，实验验证重建方法的正确性,并用之分析工程实际声源,检验其在工程应用中的效果。实现本课题目标，将可以重建非平稳任意外形声源的时域声场，得到三维声场随时间变化的信息，为辨识非平稳声源及其特性提供新的技术途径。

本课题的研究旨在实现非平稳声场的可视化重建，认识非平稳声场的工作机制和变化过程。采用了时域近场声全息技术研究非平稳声源，可以拓展近场声全息技术的应用范围。研究的成果可以对任意外形非平稳声源进行时间—空间两域的重建。此方法将有助于更好地认识非平稳声源的工作过程和作用机制，为控制非平稳声源的噪声辐射、降低振动影响提供一种新的分析手段。. 在自然基金的资助下，对非平稳声场的时域重建方法进行了研究，主要针对瞬态声场和循环平稳声场进行了研究，所做的工作主要包括以下内容。. 利用插值时域等效源法实现了瞬态声场的重建，分析了影响重建的若干因素。为了扩大时域等效源法的应用范围，研究了在半自由空间情形下的瞬态声场重建问题。在半自由空间中，采用了两种方法研究瞬态声场的重建。第一种方法利用镜像原理，用在半空间对称位置处同时设置等效源，并利用法向声阻抗率与入射角度建立反射波到达接收点的时域声压表达式，然后离散化处理后得到适用于半空间的插值时域等效源法。第二种方法利用了半空间的时域响应函数方法，即瞬态时域Green函数法，对于质量型的反射平面，建立了适用于半自由空间的瞬态声场重建方法，离散化处理后可以应用插值时域等效源法重建半空间时域声场分布。基于质量面半空间插值时域等效源法的声场重构要比经过刚性面简化模型下的声场重构精度更高。由于等效源法适用于任意外形的声源，这些研究结果可以用与对任意外形声源激发的瞬态时域声场进行重建。研究还针对一类特殊的非平稳声场——循环平稳声场进行了研究，分析发现窄幅幅值调制循环平稳声场由于其特殊性，可以实现对其调制波的声场重建，从而得到幅值调制循环平稳声场随时间缓慢变化的概略图，实现声源的定位，研究结果实现了对幅值调制循环平稳声场的重建和分析。研究中还对如何简化测试声全息实验测试进行了创新，利用光学原理实现空间定位，简化了测试工作。. 研究工作按照原先设定的计划进行，完成了对关键问题的研究和解决，研究成果达到了预定的目标。