[论文解读] 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)|Nov 27, 2018

Aerodynamics and Acoustics in Jet Flows被引用 5

一句话总结

本文展示了近场声全息（NAH）方法可通过紧凑的麦克风阵列准确估算远场声辐射，尤其通过先进的计算重建技术，用线性阵列替代传统平面阵列实现。该方法在消声室中通过实验验证，表明可从近场测量中可靠地外推连续波（CW）信号的远场辐射，且阵列复杂度极低。

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

研究动机与目标

• 研究近场声全息方法是否可用于从紧凑麦克风阵列估算远场声辐射。
• 通过在基于NAH的远场估算中用线性阵列替代平面阵列，降低测量系统的复杂度。
• 在受控环境中，将计算得到的远场预测结果与实际远场测量结果进行对比，验证其准确性。
• 评估多种NAH计算方法在从近场数据重建远场声场方面的性能。
• 探索在不牺牲估算精度的前提下，最小化声全息系统硬件需求的可行性。

提出的方法

• 在消声室中，使用麦克风阵列在声源附近的近场平面记录声场测量数据。
• 利用多种近场声全息（NAH）计算方法处理近场数据，以重建远场声压分布。
• 将重建的远场预测结果与从声源远处实际测量的远场数据进行对比。
• 测试了多种NAH方法，包括传统和先进公式，以评估其准确性和鲁棒性。
• 评估了线性麦克风阵列配置作为传统平面阵列的替代方案，以降低硬件复杂度。
• 开发了信号处理方法，以实现从有限近场数据中准确外推远场辐射图案。

实验结果

研究问题

• RQ1 近场声全息方法能否从近场测量中准确预测远场声辐射？
• RQ2 在基于NAH的远场估算中，线性麦克风阵列在多大程度上可替代平面阵列而不降低精度？
• RQ3 不同NAH计算方法在从连续波（CW）信号数据重建远场声场方面表现如何比较？
• RQ4 阵列尺寸和几何形状对基于NAH方法的远场预测精度有何影响？
• RQ5 计算重建技术能否在降低测量系统复杂度的前提下，实现可靠的远场估算？

主要发现

• 与实际远场测量相比，基于NAH的远场估算方法表现出高精度，证实了从近场数据外推的可行性。
• 使用线性麦克风阵列替代平面阵列显著降低了测量系统的复杂度，同时保持了可接受的重建精度。
• 多种NAH计算方法在从连续波（CW）信号预测远场辐射图案方面表现出稳健性能。
• 研究表明，先进的计算方法即使在简化阵列几何形状下，也能实现准确的远场重建。
• 在消声室中的实验验证表明，利用所提出方法，近场数据可可靠地预测远场声场。
• 结果表明，计算重建可有效补偿声全息系统中硬件复杂度的降低。