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声强是表示空间声场中声能量流动的物理量,声强测量在现代声学测量中具有十分重要的位置,基于双传声器声压测量的“互谱法声强”是目前声强测量的最重要方法。有限差分误差是互谱法声强计算中存在的固有误差,直接影响互谱声强测量精度,限制了互谱声强测量系统的工作频率上限。
本文主要研究互谱声强测量中的有限差分误差的分析及修正方法,指出现有误差分析中存在的缺陷,提出的误差分析和修正方法可对互谱声强测量有限差分误差进行定量分析和高精度的修正,解决了限制互谱声强测量精度的关键问题;本文还对互谱声强测量中的三维声强探头技术和有限差分误差对基于声强测量的全息复声压计算误差的影响做了细致的研究,弥补了现有研究中的一些不足。全文七章主要内容如下:
第一章回顾了声强技术发展历史和研究现状,分析了互谱声强测量中的误差,总结了互谱声强有限差分误差和基于声强测量的声全息研究中存在的问题,明确了本文的工作内容。
第二章针对现有互谱声强有限差分误差分析中存在的问题,指出互谱声强有限差分误差分析时应考虑声强探头轴线的空间方位,给出了考虑探头轴线空间方位的有限差分误差公式。
第三章提出互谱声强有限差分误差的通用数值分析方法,并用数值仿真算例验证了该方法的正确性,解决了现有分析方法不能分析复杂声场、适用面窄的缺点;利用所提出分析方法讨论了典型声场中全测量面上的声强布及其有限差分误差的空间分布;指出现有声强测量误差评价指标的片面性,提出选用能综合反映考虑整个测量面上各点误差的参数(误差最大值、最小值、误差平均值、误差标准差)来衡量全测量面上的声强测量误差。
第四章提出了两种互谱声强有限差分误差的修正方法,即基于测量点三维声强分量测量和基于双传声器声压信号相位判别的修正方法;采用数值仿真的方法验证、比较了所提修正方法在典型声源场中的修正效果;从修正方法的实现、修正效果等诸多方面证明了这两种修正方法都优于现有文献中的互谱声强有限差分误差消除方法。
第五章中研究了三维声强探头技术,总结、比较了三维声强测量的方法及不同的探头结构形式,重点讨论了由4个传声器构成的“正四面体型”三维声强探头的测量、计算方法,比较了这种结构探头的声强矢量解耦矩阵的选择特点,澄清了现有研究中的一些错误观点。
第六章中,首先以测量系统误差导致的全息复声压测量误差为例,研究全息复声压测量误差对全息重构精度的影响,给出了这类误差导致的重构声场误差近似公式;提出基于测量系统通道间传递函数测量的修正方法,并给出了简明的重构声场修正公式。其次,利用本文所提出的误差分析方法,研究了切向声强有限差分误差对复声压重构精度的影响,研究表明互谱声强有限差分误差对全息面上复声压的计算精度影响远远超过BAHIM算法本身产生的误差。
第七章对全文的工作与创新进行了总结,指出了需要进一步深入研究的问题。