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B&K技术评论 | 快速宽带声全息技术简介

B&K技术评论 | 快速宽带声全息技术简介 声学楼论坛
2024-03-12
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像统计最优近场声全息(SONAH)和等效源(ESM)这样的近场声全息(NAH)方法仅限于低频声源成像,即平均麦克风间距小于声波波长的一半,而波束形成(Beamforming)只能在中高频率下提供有用的空间分辨率。通过适当的阵列设计,这两种方法可以在同一个阵列中使用。但是,NAH要提供良好的低频分辨率,需要较小的测量距离,而波束成形则需要较大的距离来限制旁瓣


本文提出的宽带声全息(Wideband Holography, WBH)方法就是为了克服这一实际矛盾。只需在相对较短的距离内进行一次测量,就能获得覆盖全频率范围的单一结果,已申请为HBK专利技术。


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该方法采用压缩感知(Compressed Sensing, CS)原理,假定声场可以在一组给定的基函数下进行稀疏表示,使用不规则阵列进行测量,通过强制系数向量的稀疏性求解逆问题。本文提出的方法并没有采用基于系数向量1-范数最小化的正则化方法,而是使用一种促进稀疏性的迭代求解程序迭代法在大多数情况下都能得到非常相似的结果,而且计算效率更高。


WBH方法在处理分布式声源(如振动板)有非常好的效果,典型的应用包括发动机或变速箱等,通常无法近距离测量,此时应用WBH会有很好的效果。


下面是一个实际测试案例,在一个没有进行声学处理的普通房间内,两个4227型 Brüel & Kjær嘴模拟器间隔12厘米,距离阵列36厘米。两个声源由两个独立的稳态随机白噪声发生器激励,并调整到相等的声压级。为了验证,还用声强探头进行了声强测量。

图1 60通道阵列距离声源36cm

图2 1/3倍频程 4 kHz(左)和 5 kHz(右)的WBH 声强云图

图3 WBH估计的声功率与声强探头测量的声功率比较


WBH得到的声强云图与声强探头测量的结果一致。声功率是通过声强云图的区域积分获得的,总体上有很好的吻合,在低频的差异是因为计算面积的大小不一致而造成的。


总结             

  • WBH仅用一次测量,一次计算,覆盖完整的频率段
  • 测量距离一般大于2倍的麦克风间距,小于阵列直径的一半,测量距离并不是关键的参数
  • 在整个频率段都有良好的声功率估计
  • 在整个频率段都有很高的空间分辨率
    • 高频类似于Refined Beamforming
    • 低频类似于SONAH



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“声学楼”创办于2005年,致力于促进声学领域技术交流与应用。历经多年发展,声学楼已从一个单纯声学工程师交流平台,成长为音频企业上下游多方参与音频技术专业论坛之一,每年还通过举办技术研讨会、年会等活动,搭建起与会的行业供需双方沟通的桥梁。
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