单个运动传声器结合内积运算的声源识别方法研究

发布时间：2020-09-07 14:24

　　声源识别是噪声控制的基础,只有准确识别声源位置,研究其分布特点和辐射特性,才能更好地控制噪声。常见的声源定位方法大都基于阵列信号处理技术实现,但阵列普遍存在相位失配误差和频响特性不一致的问题,测量前要进行匹配与校准工作,且数据运算量大。本文在传声器阵列结合内积运算识别声源基础上,研究使用单个运动传声器进行声源识别。本文方法以内积运算为基础,内积法识别声源的原理是将阵列上每一个传声器采集的声压信号变换到频域后整合成声压向量,构造同频率的虚拟声源,采用同样的处理方法得到虚拟声压向量,对两向量做内积运算并使用拟牛顿算法搜索内积最大值,内积模峰值处对应的虚拟声源恰与实际声源重合,从而达到识别声源的目的。在内积算法基础上尝试采用单个运动传声器进行声源识别。首先使用传声器测量声源辐射声压并做频谱分析识别声源频率;安排传声器沿既定轨迹低速运动同时采集声压信号,为解决时域声压无法直接构成相关关系的问题,对时域声压数据等时间间隔分段并做时频变换,将每一段离散的时域值变为一个频域值,然后按顺序整合成向量;构造虚拟点声源,模拟传声器以同样的运动方式采集声压并做同样处理,得到每一个虚拟点源对应的声压向量并做归一化,计算两组向量内积并搜索内积极值便可得到声源位置,进而计算声源强度和初相位,从而识别出声源所有参数。建立识别模型,将此方法分别应用于平面和空间内的点声源识别,重构声源近场声压分布,并考察方法的抗噪声干扰能力。仿真算例结果表明,该方法可以有效识别声源,且抗噪效果良好。考察不同分段时间长度对声源识别结果的影响,计算传声器有速度误差时的识别结果。分析模拟计算结果发现,声源识别结果与分段时间长度相关,当分段时间小于6个信号周期时,识别结果有偏差,误差主要由负频率项积分造成。分析时频变换积分前后两项积分值变化趋势,提出使用信号半周期分段方法来减小负频率项干扰,提高声源识别精度。仿真算例表明,采用半周期分段时,识别结果不受分段时间长短限制,较小的分段时间也有较好的识别精度,且识别结果与声源频率和时域声压分段段数无关。分析传声器运动状态有偏差时的识别结果发现,较小的传声器运动速度偏差对声源识别结果影响不明显。在半消声实验室进行声源识别试验,选择无指向性球声源作为识别对象,使用高灵敏度传声器沿既定轨道运动同时采集声压信号,对声压数据进行频谱分析并导入预编声源识别程序,计算并观察内积模分布及对应投影图发现,在声源位置附近存在唯一内积峰值,即表明使用单个运动传声器可以有效定位声源。对不同频率声源进行定位试验,结果表明,该方法对不同频率段声源的识别具有普遍适用性,工程实用性好。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB53
【部分图文】：

声压分布,声源,声压分布,辐射理论

图 2.4 实际声源与识别声源声压分布图对比Fig.2.4 Comparison of sound pressure distribution map between actual source and recognition source2.4 本章小结本章介绍了点声源的辐射理论，给出使用传声器阵列结合内积运算进行声源识别的模

示意图,传声器,声源,示意图

图 3.2 运动传声器识别平面内声源几何示意图ometric sketch of in-plane sound source identification by using moving源的频率，将传声器固定于一点采集声压信号，通过傅里

对比图,声压分布,声压,对比图

由位置误差带来。根据识别出的声源各项参数重构声压分布，并与真实声压分布对比，重构声压面选取在 z 0.03m 处，识别声压分布如图 3.6 所示。由图可知，由于声源位置定位存在偏差，造成重构声压图的最大声压位置与实际声源声压分布出现一定偏差，但分布结果大体一致。

【参考文献】