[논문 리뷰] Examples of usage of nearfield acoustic holography methods for far field estimations: Part 1. CW signals

M. B. Salin, Dmitrii A. Kosteev|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 27.

Aerodynamics and Acoustics in Jet Flows인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 근접장 음향 히알로그래피(NAH) 방법이 컴팩트한 마이크로폰 어레이를 사용하여 원거리 음향 방사 특성을 정확하게 추정할 수 있음을 입증한다. 특히 고도로 발전한 계산 재구성 기법을 통해 전통적인 평면 어레이를 선형 어레이로 대체함으로써 성능을 향상시킨다. 연구는 반음향실에서 실험적으로 이 접근법을 검증하였으며, 근접장 측정 데이터로부터 연속파(CW) 신호의 원거리 방사 특성을 최소한의 어레이 복잡성으로 신뢰성 있게 외삽할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

The paper is devoted to the usage of nearfield acoustic holography methods for estimating far field of the object. An experiment was carried out in anechoic chamber. First, acoustic filed was recorded in a plane that was close to source. This signals records were used to reconstruct the far field by computation routines. Second, the signal in the far field is measured and the results are compared. Several methods are tested and research on possible reduction of the microphone array size is carried out. The most significant reduction of the measurement facility complexity is usage a linear array in stead of the planar array that is made possible due to introduced computation routines

연구 동기 및 목표

• 근접장 음향 히알로그래피 방법이 컴팩트한 마이크로폰 어레이로부터 원거리 음향 방사 특성을 추정할 수 있는지 조사한다.
• NAH 기반 원거리 추정에서 평면 어레이를 선형 어레이로 대체함으로써 측정 설정의 복잡성을 줄인다.
• 통제된 환경에서 실제 원거리 측정 결과와 비교하여 계산된 원거리 예측의 정확도를 검증한다.
• 근접장 데이터로부터 원거리 음압장을 재구성하는 데 있어 다양한 NAH 계산 절차의 성능을 평가한다.
• 음향 히알로그래피에서 추정 정확도를 훼손하지 않으면서 하드웨어 요구 사항을 최소화할 수 있는지 탐색한다.

제안 방법

• 반음향실에서 소스에 가까운 근접장 평면에서 마이크로폰 어레이를 사용하여 음장 측정을 기록하였다.
• 다양한 근접장 음향 히알로그래피(NAH) 계산 절차를 사용하여 근접장 데이터를 처리하여 원거리 음압 분포를 재구성하였다.
• 재구성된 원거리 예측 결과를 소스에서 거리가 떨어진 곳에서 측정한 실제 원거리 측정 결과와 비교하였다.
• 기존 및 고급 형태의 다양한 NAH 방법을 테스트하여 정확도와 내구성을 평가하였다.
• 측정 복잡성을 줄이기 위해 전통적인 평면 어레이 대신 선형 마이크로폰 어레이 구성이 평가되었다.
• 제한된 근접장 데이터로부터 원거리 방사 패턴을 정확하게 외삽할 수 있도록 신호 처리 절차가 개발되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 근접장 측정 데이터로부터 근접장 음향 히알로그래피 방법이 원거리 음향 방사 특성을 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ2 정확도를 저하시키지 않고 NAH 기반 원거리 추정에서 선형 마이크로폰 어레이가 평면 어레이를 얼마나 잘 대체할 수 있는가?
• RQ3 다양한 NAH 계산 절차는 연속파 신호 데이터로부터 원거리 음장 구조를 재구성하는 데 어떻게 비교되는가?
• RQ4 어레이 크기와 기하학적 배열은 NAH 방법을 사용한 원거리 예측 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 계산 재구성 기법은 측정 시스템의 복잡성을 줄이면서도 신뢰성 있는 원거리 추정을 가능하게 하는가?

주요 결과

• 실제 원거리 측정 결과와 비교할 때 NAH 기반 원거리 추정 방법은 높은 정확도를 달성하였으며, 근접장 데이터로부터의 외삽 가능성은 확인되었다.
• 평면 어레이 대신 선형 마이크로폰 어레이를 사용함으로써 측정 시스템의 복잡성이 크게 감소되었고, 동시에 만족스러운 재구성 정확도를 유지하였다.
• 여러 NAH 계산 절차가 연속파 신호 데이터로부터 원거리 방사 패턴을 예측하는 데 있어 뛰어난 성능을 보였다.
• 연구 결과, 고급 계산 재구성 절차를 통해 단순화된 어레이 기하학적 배열에서도 정확한 원거리 재구성이 가능함을 확인하였다.
• 반음향실에서의 실험적 검증을 통해 제안된 방법을 사용하면 근접장 데이터로부터 신뢰성 있게 원거리 음장 구조를 예측할 수 있음을 확인하였다.
• 결과적으로 계산 재구성 기법이 음향 히알로그래피 시스템의 하드웨어 복잡성 감소를 효과적으로 보완할 수 있음을 시사한다.