快速宽带声全息技术简介
像统计最优近场声全息(SONAH)和等效源(ESM)这样的近场声全息(NAH)方法仅限于低频声源成像,即平均麦克风间距小于声波波长的一半,而波束形成(Beamforming)只能在中高频率下提供有用的空间分辨率。通过适当的阵列设计,这两种方法可以在同一个阵列中使用。但是,NAH要提供良好的低频分辨率,需要较小的测量距离,而波束成形则需要较大的距离来限制旁瓣。
本文提出的宽带声全息(WidebandHolography, WBH)方法就是为了克服这一实际矛盾。只需在相对较短的距离内进行一次测量,就能获得覆盖全频率范围的单一结果,已申请为HBK专利技术。
该方法采用压缩感知(Compressed Sensing,CS)原理,假定声场可以在一组给定的基函数下进行稀疏表示,使用不规则阵列进行测量,通过强制系数向量的稀疏性求解逆问题。本文提出的方法并没有采用基于系数向量1-范数最小化的正则化方法,而是使用一种促进稀疏性的迭代求解程序。迭代法在大多数情况下都能得到非常相似的结果,而且计算效率更高。
WBH方法在处理分布式声源(如振动板)有非常好的效果,典型的应用包括发动机或变速箱等,通常无法近距离测量,此时应用WBH会有很好的效果。
下面是一个实际测试案例,在一个没有进行声学处理的普通房间内,两个4227型 Brüel & Kjær嘴模拟器间隔12厘米,距离阵列36厘米。两个声源由两个独立的稳态随机白噪声发生器激励,并调整到相等的声压级。为了验证,还用声强探头进行了声强测量。
图1 60通道阵列距离声源36cm
图2 1/3倍频程 4 kHz(左)和 5 kHz(右)的WBH 声强云图
图3 WBH估计的声功率与声强探头测量的声功率比较
WBH得到的声强云图与声强探头测量的结果一致。声功率是通过声强云图的区域积分获得的,总体上有很好的吻合,在低频的差异是因为计算面积的大小不一致而造成的。
总结
WBH仅用一次测量,一次计算,覆盖完整的频率段
测量距离一般大于2倍的麦克风间距,小于阵列直径的一半,测量距离并不是关键的参数
在整个频率段都有良好的声功率估计
在整个频率段都有很高的空间分辨率
高频类似于Refined Beamforming
低频类似于SonAH
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