基于双面阵列和广义逆算法的材料吸声系数测量方法技术

本发明专利技术是一种基于双面阵列和广义逆算法的材料吸声系数测量方法。步骤包括：吸声材料配置、传声数据测量、吸声数据重构和吸声数据处理。吸声材料配置时，吸声材料处于自由场条件下，不需要对吸声材料进行预处理。传声数据测量时，采用双面传声阵列进行双面阵列测量，并利用有限差分法、通过修正转向向量，来降低有限差分法的法向振速估计误差，从而获得双面阵列的声压和振速数据。吸声数据重构时，利用广义逆声源识别法重构材料表面的声压和振速分布，并基于重构得到的声压和振速数据，利用最小二乘估计重构材料表面的吸声系数/阻抗分布，最终得到材料表面的吸声系数。本发明专利技术具有检测效率较高，应用范围广泛，动态显示灵活，抗干扰能力强的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于双面阵列和广义逆算法的材料吸声系数测量方法
本专利技术是涉及降噪吸声领域的一种基于双面阵列和广义逆算法的材料吸声系数测量方法。
技术介绍
现有技术中，吸声系数的测量通采用阻抗管法和混响室法。阻抗管法的测量频率范围受限于阻抗管本身大小，而且需要对吸声材料进行切割处理。混响室法则是在混响室中布置吸声材料，利用传声器测量混响室内的混响时间，然后利用赛宾公式求解吸声材料的吸声系数。混响室法通常需要布置表面积较大的吸声材料，吸声材料还需要多方位多点位布置，造成测试过程费时费力。总之，测量场景要求苛刻、吸声材料加工烦杂、材料布点面积较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于双面阵列和广义逆算法的材料吸声系数测量方法，它能够有效地降低检测场景的环境要求，方便地进行传声数据测量，可靠地重构声压和振速数据。设计一种基于双面阵列和广义逆算法的材料吸声系数测量方法，包括以下步骤：吸声材料配置、传声数据测量、吸声数据重构和吸声系数处理。吸声材料配置时，吸声材料可以处于自由场条件下或者工程应用现场，不需要对吸声材料进行切割加工、多位布点处理。传声数据测量时，在材料底衬与发声声源之间设置双面传声器阵列，利用双面传声器阵列进行双面阵列测量，并利用有限差分法、通过修正转向向量，来降低有限差分法的法向振速估计误差，从而获得双面阵列的声压和振速数据。吸声数据重构时，利用广义逆声源识别法重构材料表面的声压和振速分布，并基于重构得到的声压和振速数据，利用最小二乘估计重构材料表面的吸声系数/阻抗分布。吸声系数处理时，利用多通道采集器和计算机自动处理吸声数据重构时的声压和振速数据，获得吸声材料表面的吸声系数。本专利技术的有益技术效果是：由于吸声材料配置时，吸声材料可以处于自由场条件下或者工程应用现场，不需要对吸声材料进行切割加工和多位布点处理，因而有效地降低了检测场景的环境要求。同时由于传声数据测量时，采用双面传声器阵列进行双面阵列测量，并利用有限差分法、通过修正转向向量降低有限差分法的法向振速估计误差，因而极大地方便了获得双面阵列的声压和振速数据。另外由于吸声数据重构时，利用广义逆声源识别法重构材料表面的声压和振速分布，因而能够可靠地获得材料表面的吸声系数。本专利技术还具有检测效率较高，应用范围广泛，动态显示灵活，抗干扰能力强的优点。附图说明图1是所述测量方法示意图。图中，1、吸声材料，2、材料底衬，3、双面传声器阵列，4、发声声源，5、多通道采集器，6、计算机。具体实施方式下面根据附图提供的实施例对本专利技术所述方法作进一步说明。步骤一，吸声材料配置时，吸声材料可以处于自由场条件下或者工程应用现场，不需要对吸声材料进行切割加工和多位布点处理。步骤二，传声数据测量时，在材料底衬⑵与发声声源⑷之间设置双面传声器阵列⑶，利用双面传声器阵列⑶进行双面阵列测量，并利用有限差分法、通过修正转向向量，来降低有限差分法的法向振速估计误差，从而获得双面传声器阵列⑶的声压和振速数据。具体操作是：材料阻抗/吸声系数测量时，基于双面传声器阵列⑶和广义逆声源识别方法进行材料吸声系数测量，需要合理的配置测量系统，其基本包括宽带发声声源⑷、双面传声器阵列⑶、材料底衬⑵、多通道采集器⑸、性能可靠的计算机⑹等。测量材料的形状无特定要求，测量应尽可能在消声室或者背景噪声较低的环境下进行数据采集。为了测量准确性，测量材料需要与硬质板件紧密贴合，测量材料需要覆盖硬质板件90%表面积以上。测量过程中，为保证测量得准确性，推荐发声声源⑷辐射方向指向双面传声器阵列⑶的几何中心方向，发声声源⑷距离材料的距离应该尽量保证角度c在30度范围以内。测量双面传声器阵列⑶应该在测试材料近场进行数据采集，双面传声器阵列⑶应该尽可能覆盖测试材料的表面，如果一次测量不能全部覆盖，可以采取多次测量的方式进行，然后根据多次测量得到的结果进行平均；如条件受到限制，不能进行多次测量，亦可进行单次测量，单次测量时，双面传声器阵列⑶应该尽可能靠近材料的几何中心进行测量。利用双面传声器阵列⑶和广义逆声源识别的材料吸声系数测量方法，也可以对材料进行现场测量，如对汽车内饰件直接测量，此时根据式(17)得到的吸声系数只能反映当前状态下材料的部分吸声特性。步骤三，吸声数据重构时，利用广义逆声源识别法重构材料表面的声压和振速分布，并基于重构得到的声压和振速数据，利用最小二乘估计重构材料表面的吸声系数/阻抗分布，最终得到材料表面的吸声系数。具体操作是：第一部分，声压分布重构。材料表面的实际声压分布重构时，首先利用双面传声器阵列⑶测量得到的声压数据来重构材料表面的实际声压分布，其过程与一般的声源识别方法类似，需要将材料表面离散成个重构点，或者N个重构点可以离散或均匀分布，然后在材料表面一定距离位置布置双面传声器阵列⑶，或者单面分布的M个传声器，进行声场数据采集。基于一般的声源识别正问题，可构建一个由材料表面重构点到双面传声器阵列⑶之间的声学传递关系：(1)式(1)中为格林函数，反映了从材料表面重构点到双面传声阵列⑶测量点的声辐射关系。其中双面传声器阵列⑶测量得到的声场声压为，为材料表面重构点的声源强度。根据式(1)运用双面传声器阵列⑶进行材料表面声场重构，可得到双测量面的声压分布，其中双面传声器阵列⑶测量声压可由双测量面声压平均得到：(2)式(2)中和分别表示前后阵列面测量得到的声压向量。为提高材料表面声场重构的分辨率，借鉴广义逆声源识别方法，基于双面测量声压重构材料表面声压分布可看作求解的典型声源识别逆问题。为求解该逆问题，将式(1)转化为如下形式：(3)式(3)引入正则化矩阵L提高了材料表面声压重构的精度，利用正则化矩阵L在求解q的过程中引入一个关于材料表面声压分布的先验信息，在迭代过程中不断地修正输出结果从而保证收敛的准确性。实际测量中双面传声器阵列⑶与数据采集器通道通常受到限制，传声器数目往往会小于材料表面重构点数，仅考虑求解式(3)的问题为声源重构欠定问题，此时式(3)在其1阶导数为0情况下得到其迭代最优解为：(4)为便于进行后续分析，对具有复杂形式的式(4)进行变换，简化如下形式：(5)式(5)中，且。为式(5)的一般表达式，运用其能重构材料表面的强度分布。为便于材料表面吸声系数计算，将式(5)归一化为：(6)式(6)的表达形式具有结构简单，结构形式与传统的声源识别方法类似。其中为近似转向向量，主要作用是将输出重构结果输出聚焦到所观察方向的材料表面重构点处。为归一化矩阵，列元素代表材料表面每个重构点的归一化向量：(7)为的列向量，其中为可逆方阵，其包含Tikhonov正则化参数，该参数的数值求解方法主要有L曲线法和广义交叉验证法，也可将其设置为最大特征值的0.1%-5%之间。式(6)中的正则化矩阵可以基于归一化广义逆声源识别输出求解得到：...

【技术保护点】
1.一种基于双面阵列和广义逆算法的材料吸声系数测量方法，包括以下步骤：吸声材料配置、传声数据测量、吸声数据重构和吸声系数处理，其特征在于：吸声材料配置时，吸声材料可以处于自由场条件下或者工程应用现场，不需要对吸声材料进行切割加工、多位布点处理；传声数据测量时，在材料底衬⑵与发声声源⑷之间设置双面传声器阵列⑶，利用双面传声器阵列⑶进行双面阵列测量，并利用有限差分法、通过修正转向向量，来降低有限差分法的法向振速估计误差，从而获得双面阵列的声压和振速数据；吸声数据重构时，利用广义逆声源识别法重构材料表面的声压和振速分布，并基于重构得到的声压和振速数据，利用最小二乘估计重构材料表面的吸声系数/阻抗分布，最终得到材料表面的吸声系数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双面阵列和广义逆算法的材料吸声系数测量方法，包括以下步骤：吸声材料配置、传声数据测量、吸声数据重构和吸声系数处理，其特征在于：吸声材料配置时，吸声材料可以处于自由场条件下或者工程应用现场，不需要对吸声材料进行切割加工、多位布点处理；传声数据测量时，在材料底衬⑵与发声声源⑷之间设置双面传声器阵列⑶，利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎术，康润程，严辉，吴兵，梁涛，
申请(专利权)人：襄阳达安汽车检测中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42