基于分布源边界点法的局部近场声全息仿真实验研究

吕凌枭　张军　陈仁虹　张伟

摘要：在传统较小全息孔径分布源边界点法近场声全息重建中，无法获得较高精度重建结果，鉴此本文提出一种基于分布源边界点法局部近场声全息技术。为得到较精确重建结果，对小全息面声压数据进行外推来获取大全息面声压数据，再对其全息面重建得到比边界点法近场声全息技术更精确的数据。通过数值仿真分析及实验，验证所提方法可行性和有效性。

关键词声全息；重建；仿真；实验

中图分类号TB52

文献标识码A

文章编号2095-6363（2017）04-0017-01

当对声源局部进行测量计算时传统NAH技术只用于大于声源面孔径进行，无法得到精确重建结果；而局部近场声全息（PNAll）则可得精确重建结果。对PNAH技术，其允许条件为：d₁2（d₁全息孔径；d2假设较大孔径），它不受传统NAH技术对全息孔径限制，当d₁2仍可得高精度重建结果，因此PNAH便于尺寸结构局部声场重建。本文提出采用分布源边界点法局部近场声全息，对小全息声源面测量数据进行全息重建。简介基于分布源边界点法的近场全声息和分布源边界点法的局部近场全声息技术基础理论，对三维声场分析和实验研究，验证该方法有效性和准确性。

3.仿真与实验研究

3.1仿真分析

仿真采用声源是脉动球仏，将其放置在z-o平面。、全息面上域尺寸0.5mX0.5m，H上共有11×11个测点，面H大小为lmXlm，含21×21个测点，采样间隔在x，y方向均取0.025m；H上可取11×11点声压数据，一上21×21点声压估计值由PNAH技术计算可得。仿真用全息面上11×11个测点声压数据，用分布源边界点法PNAH计算全息面H上25×25點声压估计值与理论值比较，以证外推声压数据有效性，为使仿真更具真实性，在仿真中添外界干扰因素，得结果如图2示。

从上图可看出，无论声压、峰值均非常相似，则本文提出分布源边界点法是有效的。两者对比可看出提出基于分布源边界点PNAH重建可有效改善由小全息孔径条件误差问题。其中PNAH声压幅值误差为2.35%比NAH低7.52%，相位误差为7.21%比其低5.22%。由仿真不存在测量误差，为检验分布源边界点发PNAH技术对测量误差稳定性，在其他情况不变条件下，向测量声压数据添加随机噪声，得到重建声压值。根据新重建三维图对比，可看出，整体形状非常相似，随着随机噪声加入，所得声压重建值的误差增大，但对比直接由小全息面所得重建值仍具较精确重建值。以上表明提出基于分布源边界点法PNAH技术在噪声干扰下对测量误差仍有较好稳定性。

3.2实验研究

为验证基于分布源边界点法PNAH在实际中效果，进行全息声压外推实验；用单点激励钢板实验装置对声音研究，故实验在半消音室进行。实验所用声源为固定在刚性箱体上表面薄钢板；选钢板中心放置标准声源通过声音激励薄钢板使振动发声；声源位于z=0平面全息面位于z=0.8m平面上，其尺寸为0.5mX0.5m，均布11×11个测点。重建面和特解面分别位于z=0.5m和z=0.2m平面上；用其外推到0.8mX0.8m区域声压值，后取区域0.5mX0.5m上重建值作最终结果对比，由小全息直接得到重建声压值相比较，采用分布源边界点法PANH技术所得声压重建值在大致形状、峰值均有较大差别，在小全席面所得重建声压幅值、声压相位误差值分别为129.34%和109.21%，而用该方法比其低112.31%和100.12%，可看出，小全息面所得重建声压误差大，而用本文方法重建声压误差较小，证明其具有的有效性。

4.结论

为克服在较小全息孔径条件下，基于分布源边界点法NAH技术所造成的重建误差问题，提出了PNAH技术。为了获得较大精确全息孔径，此技术通过运用分布源边界点法测得的在较小全息面上的声压数据来进行外推，从而使得在较小全息孔径时仍然具有很高的重建精度。仿真和实验结果验证了PNAH技术在较小全息孔径条件下进行局部重建的有效性。