多源运动声场的随机声阵列稳健超指向性测试机理及方法基础研究

The noise of cars, trains and other vehicles is a very important part of the sound pollution. This type of noise becomes the difficult problem in the field of noise test and control due to its sound characteristics are closely related to the state of motion, such as multi sound sources, frequency bandwidth, and movement. The related acoustic testing basic research is necessary to carry out. So, the project is intended to expand the following contents with car noise: 1)Investigating the reconstruction of multi-source movement sound field, analyzing sound source equivalence, equivalence conditions and characteristics of the sound field directivity to establish sound field directivity dynamic reconstruction model with wave superposition.2)Researching the random array element direction index analysis method and multi-source sound field equivalence principle, establishing mathematical model based on the max-directional orientation index.3) Researching the acoustic array robust super-directional modeling and analytical methods base on acoustic and the array element characteristics ,building the largest SNR acoustic array super-directional gain model. The project is expected to reveal the law of acoustic propagation on the multi-source moving sound field, the relationship between sound field ,the array element and array super-directivity, the mechanism of small-scale array robust super-directivity, achieving super-directional acoustic expression and robustness characteristics, establishing the random acoustic array robust super-directivity testing methods . Research results will provide a scientific basis to the moving sound source identification, measurement and management.

汽车、火车等运载工具噪声是声污染中很重要的一部分。这类噪声因声源多、频带宽、运动发声等特性与运动状态耦合而成为噪声测试控制的难题，其相关噪声测试研究亟待开展。为此，本项目拟以轿车噪声为研究对象展开以下研究：1）研究多源运动声场的重构方法，分析声源等效性、等价条件及声场特征，建立声场指向性的动态波叠加重构模型； 2）研究随机阵列阵元的方向指数解析方法和多源声场的等价原则，建立基于最大方向指数的阵列指向性数学模型；3）研究基于声场及阵元特征的声阵列稳健超指向性的建模和解析方法，构建最大信噪比的声阵列超指向增益模型。项目预期将揭示多源运动声场的声传播规律、声场与阵元及阵列超指向的关系、随机阵列稳健超指向性机理，实现阵列超指向性的声学表达及其稳健性构成，构建声阵列稳健超指向性测试方法。研究成果将为运动噪声源识别、测量与治理提供科学依据。

近年来，随着城市化进程加快，城市交通噪声日益成为环境污染的突出问题。这类噪声因声特性复杂而成为噪声测量、评价和控制难题，其相关测量方法和技术亟待开展。基于此，本项目以提高声阵列测量空间分辨率、增大信噪比和增强阵列随机性为目标，围绕运动声场特性、阵元指向性和阵列稳健超指向性，重点研究了三方面内容：一，多源运动声场特性及其与声阵列超指向性关系。以不同运动状态的声特征构建了测量声场与阵列超指向性关系，解耦了运动声场特性与运动状态的耦合性；二，阵元指向性及其与阵列超指向性的关系。给出了阵元指向性特征和阵列构型等形成阵列超指向性的物理条件，且构建了指向性函数，建立了阵列超指向性模型；三，随机声阵列稳健超指向性的形成。创建了最大信噪比随机阵稳健超指向性数学模型，并采用数值算法和实验对关键算法和推理过程进行了验证。研究成果主要体现在方法和技术方面。一方面，以运动声场特性、阵元指向性和随机声阵列超指向性为基础，以等价解耦声场模型融合阵元指向性和阵列构型，创建了随机声阵列超指向性数学模型，构造了多源运动声场的随机声阵列稳健超指向性测量方法；另一方面，搭建了一套基于随机声阵列稳健超指向性测量方法的多源运动声场测量系统。实现了从多源声场模型的等价、特性分析和与阵列超指向性关系到阵元特征、阵列构型和阵列超指向性的动态融合数值仿真；完成了以声场和阵元特征为基础的随机声阵列稳健超指向性构建过程及阵列搭建。该项目解决了不同运动状态的多源运动声场特性与运动状态的耦合问题，建立了运动声场与阵列超指向性关系，为随机阵列精准测量奠定基础；研究成果不仅在理论方法上有创新性突破，而且实现了测量阵列的快速精确搭建，为实际应用提供了可靠有效的理论和技术支撑。