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声学材料大样低频性能测量方法研究

李岩  
【摘要】:随着声学材料在低频段的应用越来越广泛,相应的研究也因此越来越受到重视,其中声反射系数是表征声学材料低频性能的重要特性之一。目前对于声学材料大样低频性能的研究,大多数方法都是在自由声场中进行的,但是在这种环境下并不能准确地测出材料的声反射系数。因此,如何在半空间声场环境下精准地测出材料大样在低频段的声反射系数,对于实际声学材料的应用具有重要的意义。由于声全息在低频带测量时重建性能优异,本文基于声全息理论概述了三种材料大样低频性能测量算法,它们分别为平面近场声全息算法(NAH)、统计最优近场声全息算法(SONAH)和等效源法(ESM)。根据三种算法的基本理论知识,探讨了误差产生的主要机理,并为减小误差提出了相应的优化方案。对于NAH算法,通过仿真过程中采用全息数据空间域补零、波数域加滤波窗的实施方案,减小了由于二维Fourier变换本身缺点而导致的窗效应和卷绕误差,极大地改善了重建效果;对于SONAH算法,仿真对比了声压法和振速法在重建声压参量、振速参量时的效果,得出了测量参量和重建参量需保持一致的限制条件;对于ESM算法,仿真研究了等效源个数对精度的影响,表明了无限增大等效源个数对计算精度影响较小的结论。为了将ESM算法应用到移动声源,本文通过将传统公式进行改进,从而解决了多普勒频移问题。对于声学逆问题,本文采用Tikhonov正则化准则,通过仿真对比了L-curve法、GCV法两种选取方法在不同频率、信噪比配置下的结果,表明了L-curve、GCV只适用于低频、高信噪比环境,这为实验中如何快速、准确地选取正则化参数提供了参考。为了在半空间声场环境下准确地测量声学材料大样低频性能,本文将传统测量模型进行改进,建立了一种基于双全息面的声反射系数测量模型。通过MATLAB仿真了三种算法在不同频率和采样间隔下的计算结果,横向对比了三种算法在宽频带下的稳定性和计算效率,为不同实验环境下测量算法的选取提供了理论依据。最后通过原理性实验验证,证明了三种算法基于双全息面测量模型的正确性和高效性。


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