Patch近场声全息-声品质客观参量三维分布可视化方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Patch近场声全息技术的声品质客观参量三维可视化方法：在大型结构声源辐射形成的存在来波和去波的声场中，利用小型麦克风阵列对大型复杂声源表面进行多次扫描测量，由本发明公开的Patch近场声全息-声品质耦合矩阵计算模型，得到声学量和声品质客观参量在整个空间声场中的分布信息，实现了声学物理量和声品质客观参量三维分布可视化。
【专利说明】 Patch近场声全息-声品质客观参量三维分布可视化方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及大型复杂结构噪声源识别定位技术与声品质评价，更具体的说是基于Patch近场声全息理论的声品质客观参量三维分布可视化方法。
【背景技术】:
[0002]近场声全息方法NAH(Near - field Acoustic Holography)是利用靠近声源的全息测量面获得的声学近场信息，通过各种数学变换重构出三维空间内的声场物理信息(声压、振速等)的方法。NAH方法通过近场测量捕捉到声场中的倏逝波，得到物体的振动细节，理论上可以获得不受波长X限制的高分辨率，极大地提高了声源识别定位的精度。目前，NAH方法已被广泛地应用于声源的识别和定位中，尤其适用于低频声源的特性判别、声散射测量和结构振动引起的声辐射测量等场合。但是，常规近场声全息方法要求麦克风阵列测量孔径至少是声源面积的两倍以上。因此，如果要测量与分析大尺寸以及复杂结构声源，就需要配置大量的麦克风，使得测量所需的设备价格昂贵。例如对0.4X0.6m2大小的板声源在40dB信噪比条件下采用傅立叶变换近场声全息算法重构辐射声�。粢竦�0.05m分辨率，需要采用882个麦克风来测量，这在工程实际测量中基本无法实现，麦克风数量限制了近场声全息方法在大型复杂结构声源测量等场合的推广应用。
[0003]而Patch近场声全息算法很好的克服这一问题。它通过将大尺寸及复杂结构声源分解为多个局部声源，采用同一麦克风阵列对各个局部声源依次进行扫描测量，通过Patch声全息孔径合成算法重构得到整个声源的声学量的空间分布，突破了常规近场声全息对于全息测量孔径的限制。
[0004]另一方面，研究人员发现噪声对于人的影响不仅与声压级有关，还与声音自身频率的组成、人耳听觉系统的物理特性以及人的心理特性有关。相同声压级的两种声音由于各自频率组成的不同，会导致在人心理感觉上响度的巨大差异。因此需要引入能够反映人对声音主观感受的量-声品质，作为对噪声评价的参考。Blauet给出的声品质定义为:“声品质”是指人通过人耳对声音事件的听觉感知，在主观上做出喜好判断的过程。而声品质好坏的描述可由一系列反应了噪声对人主观情绪上影响程度的指标(如尖锐度、粗糙度、响度等)来表示。
[0005]综上所述，使用近场声全息方法来计算分析噪声能给出声压、声强等声学量的空间分布，但是近场声全息方法的分析过程没有把人的主观感受考虑在内，计算结果没有给出响度、尖锐度等声品质客观参量的空间分布结果，不能实现对人主观听觉感受影响最大声源位置的定位。而现有声品质分析方法都是针对若干个麦克风测得的声场信息进行计算、分析和评价，使用现有的声品质分析方法只能得到该空间局部测试点位置的声品质客观参量信息，不能作为整个空间声品质好坏的评价标准，反映不了人的主观听觉感受与噪声源空间分布之间的相互关系，无法获得对人主观听觉感受影响最大的声源位置信息。
[0006]课题组先前研发的基于球面近场声全息方法的声品质三维分布可视化方法(申请号:201310261258.2)主要用于封闭空间声场(如汽车车厢内部)等声源的初步识别定位。在相同传声器数量和相同声场条件下，球面近场声全息方法的声源定位精度没有Patch声全息方法的精度高。同时Patch声全息也不能用于狭小封闭空间内部的噪声源定位,两种方法的声场重构的物理模型和数学公式均不同，是应用于不同类型声场测量分析的不同方法。
[0007]因此,本发明提出一种基于Patch近场声全息和声品质联合(Patch Near - fieldAcoustic Holography - Sound Quality, Patch NAH - SQ)分析方法。该方法突破了常规近场声全息对于全息测量孔径的限制，能够实现大尺寸以及复杂结构声源的声品质客观参量的空间分布可视化，揭示了主观听觉感受与大型复杂结构噪声源分布之间的相互关系，并高精度定位出了与人听觉感受最为密切的噪声源所在的位置。
【发明内容】
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[0008]本发明要克服声全息阵列测量孔径的限制，实现大型复杂结构声源的测量分析与定位，以及单独使用声品质客观参量计算评价声场时不能给出整个空间中的声品质客观参量分布信息，以及单独采用近场声全息方法分析空间声场分布时没有考虑人的主观听觉因素的缺陷，实现根据人的主观听觉感受识别定位噪声源的目的。
[0009]本发明提出一种基于Patch近场声全息方法的声品质客观参量的三维分布可视化方法，其计算结果实现了整个大型复杂结构声源表面及其辐射声场内中低频噪声的可视化，提供了声品质客观参量的三维分布信息，并给出影响人主观听觉感受最大的噪声源位置信息，从而为大型结构的减振降噪提供最直接的指导。
[0010]本发明所述的基于Patch近场声全息方法的声品质客观参量的三维可视化方法按如下步骤进行:
[0011]1.采用同一个小 尺寸高密度传声器阵列对大型复杂结构声源进行多次近场扫描测量，获得整个声源面的近场声信号信息。在每次测量的同时，记录参考点位置信号，作为每次测量参考点信号。
[0012]2.根据I测量到的近场声信号信息，首先通过与参考麦克风信号进行互相干计算，获得所有测量面同步的麦克风复声压信号，然后采用Patch近场声全息方法获得声场声学量的三维空间分布信息(声压、粒子速度等)，计算结果以3D图像的形式给出。
[0013]Patch近场声全息方法定义不同测量面的声压用如下公式计算:
[0014]复声压相位:
【权利要求】
1.基于Patch近场声全息方法的声品质客观参量的三维可视化方法，包括以下几个步骤: . 1)采用同一个小尺寸高密度传声器阵列对大型复杂结构声源进行多次近场扫描测量，获得整个声源面的近场声信号信息。在每次测量的同时，记录参考点位置信号，作为每次测量参考点信号。 .2)根据I)测量到的近场声信号信息，首先通过与参考麦克风信号进行互相干计算，获得所有测量面同步的麦克风复声压信号，然后采用Patch近场声全息方法获得声场声学量的三维空间分布信息(声压、粒子速度等)，计算结果以3D图像的形式给出。 Patch近场声全息方法定义不同测量面的声压用如下公式计算: 复声压相位:
2.根据权利要求1所示的方法，其特征在于，所述的基本采集装置为可应用于大型复杂声源表面测量分析的小型平面或立体的麦克风阵列。
【文档编号】G01H17/00GK103616071SQ201310660619
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】金江明, 卢奂采, 袁芳, 陈恒 申请人:浙江工业大学
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