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基于声辐射模态的声场重构及其应用

杨东升  
【摘要】: 论文介绍了基于声辐射模态的声场重构理论。声辐射模态是定义在振动表面上的一组相互独立的基函数,描绘了振动表面的多极子辐射模式;声场分布模态描述了声场的分布模式。辐射声场的声学量可以用声辐射模态或声场分布模态展开表示。展开表示是唯一的,并是收敛的。声场重构的关键是确定展开系数,采用模态截断,在声场中选择有限个测量点,测量声场中的信息,求解展开系数。一旦确定展开系数,便可以重构声源辐射的整个声场。 针对球形声源向全空间辐射的声场,进行声场重构仿真计算。通过对正交球面波源声场进行声场重构,讨论了球形声源声辐射模态与球谐函数具有一一对应的关系,二者一脉相承,均体现了多极子展开模式。考察了较为复杂的嵌有振动活塞的刚性球体辐射声场的声场重构情况,重构中结合Tikhonov正则化方法保证了重构的高效性与精确性。当球体上振动活塞张角θ_0逐渐变大时,声源辐射的方向性越来越不明显,重构的精确性越来越好。 对基于声辐射模态的声场重构在应用方面作了初步探讨,主要对利用声场重构进行声源识别与基于声场重构预估声源辐射声功率两个方面的应用进行了仿真计算与讨论。在利用声场重构进行声源识别方面,探讨通过重构声源表面声压的方法来识别噪声源,经过模拟计算和可视化的实现,表明方法简单可行。针对中低频声辐射,提出了基于声辐射模态,利用声场重构进行声功率预估的方法。以平板声源为例进行了仿真验证,讨论了影响预估精度的一些因素,分析了声场重构法预估声功率的稳定性,并与工程测量法进行了对比分析。研究表明,由于声场重构法基于近场测量,获得远场足够多的信息,在所需测点不多的情况下可以达到更高的预估精度,并且具有很好的稳定性。


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