近场声全息理论与应用的研究现状与展望
摘要：回顾近场声全息(NAH , near field acoustical holography) 理论与应用的发展历史及国内外研究现状。对NAH 技术进行分类,并对各类NAH技术的重建算法及适用范围进行评述。重点介绍近十几年来NAH 的发展:正交共形结构NAH技术中关于测量孔径有限性对重建精度影响的研究,特别是关于数据外推技术的发展;全息面数据采集方法研究,包括参考源互谱测量法及基于声强测量的宽带声全息重建技术(broadband acoustical holography from intensity measurement ,BAHIM) 法;任意形结构NAH技术中声场重建病态性研究的发展,特别是正则化理论的应用;NAH 在工程中的应用研究,包括移动声源、封闭空间声场等场合的应用等。另外,还介绍一些其他的声场重建技术,包括Helmholtz 积分方程最小均方误差法(HELS) 、边界点方法等。最后,讨论NAH研究有待解决的问题,并探讨NAH研究的发展趋势。
关键词：近场声全息 数据外推 正则化方法 等效源方法 边界点方法
1 引言
近场声全息(near field acoustic holography , NAH) 是上世纪80 年代由全息领域脱颖而出的新技术。这种声全息场变换技术是通过包围源的全息测量面做声压全息测量,然后借助源表面和全息面之间的空间场变换关系,由全息面声压重建源面的声场。NAH 技术特别适用于低频场源特性的判别、散射体结构表面特性以及结构模态振动等研究,还用于源辐射功率和大型结构远场指向性的预报等。因此,近二十年来声场全息场重建方面研究深受人们关注,发展甚快,并开始应用于实际工程中。
2 正交共形结构近场声全息
上世纪80 年代初,Williams、Maynard 和Veronesi(1985 , 1987) [1 ,2 ] 提出近场声全息理论和算法,其测量平面到源面的距离是波长的几分之一,在测量系统的动态范围选择适当的情况下,可充分记录测量全息面上声场的低波数和高波数成份,因此,重建分辨率可以很高,它只与测量面和系统的动态范围之比有关。在NAH的算法中,利用测量面上的声压为源面上的声压与格林函数卷积关系,将二维傅里叶变换用于Helmho2ltz 方程,实现实空间域( real2space) —空间波数域( k2space) 的快速变换计算,可由声压测量重建源面声压场、振速场及声强场的分布以及远场指向性等声场量。平面共形结构近场声全息变换可以推广到其他正交共形结构近场声全息变换。Williams 和Dardy(1987) [3 ] 首先将NAH 推广到柱坐标系,提出了研究柱形声源声场
重建的近场声全息(CNAH ,cylindrical nearfield acousticalholography) 的原理和方法。利用2D2FFT(the fast Fouriertransform) 计算同轴的两柱面上声场的空间变换,讨论了k2space 滤波和重建分辨率等问题,给出了离散声场的DFT(the discrele Fourier transform) 算法,并进行了有限长柱的实验研究。Lee (1996) [4 ] 又将NAH 推广到球坐标下球形声源的声场空间变换( SNAH , sphericalnearfield acoustical holography) 。理论上讲,有多少种正交坐标系和相应的正交函数组,就可以导出相应的正交共形结构声场空间变换关系。Sarkissian (1990) [5 ] 提出了用于分析轴对称声源的声全息技术,并在此基础上研究了用于分析有限振动体的NAH 技术。
2. 1 重建算法研究
2. 1. 1 测量孔径有限性影响的研究
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