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球面波束形成声源识别技术研究与应用

周亚男  
【摘要】:随着汽车技术水平的不断提高,汽车车内噪声的大小和品质受到人们越来越多的关注。球型传声器阵列因为其特殊的球对称结构使其具有很大的灵活性,能够同时对三维空间所有方向进行声源定位,可以识别入射噪声及反射噪声,且测量速度高,进而成为了目前内场噪声源识别领域的研究热点。 本文主要研究了用于球阵列声源识别的球面波束形成算法,其基本原理为利用球傅里叶变换及散射理论,通过对球面传声器测量得到的声压数据进行一系列球谐函数的“分解”及“合成”,进而找到声源的确切方位。论文首先研究了基于平面波假设的球谐函数波束形成算法,分析了阵列的分辨率,计算误差及阵列的白噪声增益等。在此基础上,进一步推导了基于单极子点声源假设的声压球谐函数角度分解算法的基本理论,并以现有36通道及50通道传声器球阵列为例,借助MATLAB软件进行了声源识别性能仿真分析,结果表明:球谐函数截断长度、声源频率及声源位置等参数对阵列响应均具有显著影响,且最优截断长度的选取与声源频率、阵列半径及传声器的分布等因素有关。设计开发了阵列动力学性能分析及声源识别成像软件。最后,利用编制的程序对已知声源的试验算例进行了声学成像,结果与声源真实位置吻合,表明该算法能准确识别声源,证实了自主开发程序的正确性。采用36通道传声器球阵列完成了对某汽车的车内声源识别,给出了在特定工况下车内主要噪声源的位置。


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