本發(fā)明涉及聲場重建領(lǐng)域，具體涉及一種虛擬源強(qiáng)的配置方法。

背景技術(shù)：

在聲場重建領(lǐng)域，波疊加法是常用的手段。波疊加法是由Koopmann等最先提出的，其基本思想是：物體輻射的聲場可表示為，置于該輻射體內(nèi)部一系列簡單源(單極子、偶極子等)產(chǎn)生的聲場線性疊加，來擬合實(shí)際聲場?，F(xiàn)有文獻(xiàn)《基于多球域波疊加法的Patch近場聲全息》中提出了基于多球域波疊加法的PNAH，該方法采用多球形虛擬源強(qiáng)配置的靈活性，改進(jìn)了共形問題影響重建精度的困難，提高了重建精度和計(jì)算效率

根據(jù)所采用等效源的不同，虛擬源強(qiáng)源配置方法可以分為以下兩類：

(1)采用簡單源(單極子或偶極子等)作為等效源的NAH技術(shù)。采用此種方法時(shí)，等效源分布在實(shí)際聲源表面背離分析域一定距離的虛源面上,且等效源的數(shù)量等于表面節(jié)點(diǎn)數(shù)時(shí)數(shù)據(jù)仿真結(jié)果最佳。

(2)采用球面波作為等效源的NAH技術(shù)。通過一系列不同階次的球面波源加權(quán)組合來近似實(shí)際聲源所輻射的外部聲場。

現(xiàn)有聲源分析中，采用的聲源分布并不是隨機(jī)的，是按照一定的規(guī)律進(jìn)行分布的；然而對于任何結(jié)構(gòu)形狀振動(dòng)體，由于聲源產(chǎn)生是隨機(jī)分布的，那么就需要根據(jù)不同的隨機(jī)分布特性，進(jìn)行實(shí)際的虛擬聲源的布置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種虛擬源強(qiáng)的配置方法，該配置方法克服現(xiàn)有技術(shù)聲場重建精度不高的缺陷，具有精度高、更適于結(jié)構(gòu)形狀振動(dòng)體適用性更強(qiáng)的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種虛擬源強(qiáng)的配置方法，包括以下步驟：

A、在需要進(jìn)行虛擬源強(qiáng)配置的目標(biāo)區(qū)域建立坐標(biāo)系，基于坐標(biāo)系獲得各點(diǎn)聲源的坐標(biāo)，建立目標(biāo)區(qū)域的聲壓圖像，將聲壓圖像中對應(yīng)的灰度值作為對應(yīng)點(diǎn)聲源的聲壓值；所述的聲壓圖像通過結(jié)合目標(biāo)區(qū)域的聲場情況建模模擬測量得到；

B、將各點(diǎn)聲源的聲壓值作為權(quán)值通過重心法求出目標(biāo)區(qū)域聲場系統(tǒng)的重心坐標(biāo)，作為質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的球心坐標(biāo)；

C、將目標(biāo)區(qū)域劃分為多個(gè)單位體積，計(jì)算出各個(gè)單位體積的聲源聚集度，根據(jù)聲源聚集度進(jìn)行歸類分析，將相鄰區(qū)域聚集度比較高的進(jìn)行歸類，每一類點(diǎn)聲源作為一個(gè)非質(zhì)心虛擬源強(qiáng)；將區(qū)域聚集度不高的點(diǎn)聲源進(jìn)行分散處理，每一個(gè)點(diǎn)聲源作為一個(gè)非質(zhì)心虛擬源強(qiáng)；

D、將各個(gè)非質(zhì)心虛擬源強(qiáng)中各點(diǎn)聲源的聲壓值作為權(quán)值通過重心法求出各個(gè)非質(zhì)心虛擬源強(qiáng)的重心坐標(biāo)，作為非質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的球心坐標(biāo)；

E、自定義質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)與非質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的半徑，完成虛擬源強(qiáng)的配置。

優(yōu)選地，所述的目標(biāo)區(qū)域?yàn)榇亟晥鰧?yīng)的不規(guī)則振動(dòng)體區(qū)域。

優(yōu)選地，所述的步驟C具體為：將以各點(diǎn)聲源坐標(biāo)為中心，以預(yù)設(shè)的搜索半徑為半徑的球形區(qū)域作為單位體積，計(jì)算各點(diǎn)聲源對應(yīng)的單位體積的聲源聚集度；將最大聲源聚集度對應(yīng)的單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源劃分為一類；對剩余各點(diǎn)聲源對應(yīng)的單位體積的聲源聚集度計(jì)算，將最大聲源聚集度對應(yīng)的單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源劃分為新的一類；循環(huán)進(jìn)行上述對剩余各點(diǎn)聲源的聲源聚集度的計(jì)算及分類，直至全部點(diǎn)聲源都完成分類。

優(yōu)選地，步驟B具體如下：

利用式(1)求出整個(gè)系統(tǒng)的重心作為質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)球心坐標(biāo)；

其中(x_i,y_i,z_i)為各點(diǎn)聲源的坐標(biāo)，f(x_i,y_i,z_i)為點(diǎn)聲源(x_i,y_i,z_i)的聲壓值，v為點(diǎn)聲源的數(shù)量。

優(yōu)選地，步驟C具體如下：

C1、預(yù)設(shè)搜索半徑為d，將以各點(diǎn)聲源坐標(biāo)為中心，以d為半徑的球形區(qū)域作為單位體積，利用式(2)計(jì)算各點(diǎn)聲源對應(yīng)的單位體積的聲源聚集度；

式中，F(xiàn)為單位體積的聲源聚集度，a為單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源數(shù)量，A為聲場系統(tǒng)內(nèi)總的點(diǎn)聲源數(shù)量，b為單位體積內(nèi)點(diǎn)聲源的聲壓值之和，B為聲場系統(tǒng)內(nèi)點(diǎn)聲源的聲壓值之和；

C2、將最大聲源聚集度對應(yīng)的單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源劃分為一類；對剩余各點(diǎn)聲源對應(yīng)的單位體積的聲源聚集度計(jì)算，將最大聲源聚集度對應(yīng)的單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源劃分為新的一類；重復(fù)進(jìn)行上述對剩余的聲源聚集度的計(jì)算及分類，直至全部點(diǎn)聲源都完成分類。

優(yōu)選地，步驟D具體如下：

將屬于同一類別點(diǎn)聲源構(gòu)成一個(gè)子系統(tǒng)，將各個(gè)子系統(tǒng)中各點(diǎn)聲源的聲壓值作為權(quán)值通過重心法求出各個(gè)子系統(tǒng)的重心坐標(biāo)，作為非質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的球心坐標(biāo)；

公式如下：

式中為各個(gè)子系統(tǒng)的重心坐標(biāo)，j為子系統(tǒng)的數(shù)量，1≤j<v；w為對應(yīng)子系統(tǒng)中點(diǎn)聲源的數(shù)量。

本發(fā)明采用多球形虛源的簡單源進(jìn)行研究，有效解決了球面波有限階數(shù)截?cái)嗟膯栴}，克服了采用簡單源配置中與聲源表面的共形問題；同時(shí)，引入了聲源空間聚集度的聚類分析法，有限地針對聲源分布的隨機(jī)性來配置虛擬源強(qiáng)，更適用于任何結(jié)構(gòu)形狀振動(dòng)體應(yīng)用，為后續(xù)聲場重建的高精確度打下基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的虛擬源強(qiáng)的配置方法的流程圖

圖2為實(shí)施例1的點(diǎn)聲源及坐標(biāo)建立圖

圖3為實(shí)施例1對應(yīng)聲場重建生成的L曲線

圖4為實(shí)施例1對應(yīng)聲場重建結(jié)果與誤差圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例具體說明本發(fā)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供的一種虛擬源強(qiáng)的配置方法，包括以下步驟：

A、在需要進(jìn)行虛擬源強(qiáng)配置的目標(biāo)區(qū)域建立坐標(biāo)系，基于坐標(biāo)系獲得各點(diǎn)聲源的坐標(biāo)，建立目標(biāo)區(qū)域的聲壓圖像，將聲壓圖像中對應(yīng)的灰度值作為對應(yīng)點(diǎn)聲源的聲壓值；

B、將各點(diǎn)聲源的聲壓值作為權(quán)值通過重心法求出目標(biāo)區(qū)域聲場系統(tǒng)的重心坐標(biāo)，作為質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的球心坐標(biāo)；

具體如下：

利用式(1)求出整個(gè)系統(tǒng)的重心作為質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)球心坐標(biāo)；

其中(x_i,y_i,z_i)為各點(diǎn)聲源的坐標(biāo)，f(x_i,y_i,z_i)為點(diǎn)聲源(x_i,y_i,z_i)的聲壓值，v為點(diǎn)聲源的數(shù)量；

C、預(yù)設(shè)搜索半徑，將以各點(diǎn)聲源坐標(biāo)為中心，以搜索半徑為半徑的球形區(qū)域作為單位體積，計(jì)算各點(diǎn)聲源對應(yīng)的單位體積的聲源聚集度；將最大聲源聚集度對應(yīng)的單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源劃分為一類；對剩余各點(diǎn)聲源對應(yīng)的單位體積的聲源聚集度計(jì)算，將最大聲源聚集度對應(yīng)的單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源劃分為新的一類；循環(huán)進(jìn)行上述對剩余各點(diǎn)聲源的聲源聚集度的計(jì)算及分類，直至全部點(diǎn)聲源都完成分類；

具體如下：

C1、預(yù)設(shè)搜索半徑為d，將以各點(diǎn)聲源坐標(biāo)為中心，以d為半徑的球形區(qū)域作為單位體積，利用式(2)計(jì)算各點(diǎn)聲源對應(yīng)的單位體積的聲源聚集度；

式中，F(xiàn)為單位體積的聲源聚集度，a為單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源數(shù)量，A為聲場系統(tǒng)內(nèi)總的點(diǎn)聲源數(shù)量，b為單位體積內(nèi)點(diǎn)聲源的聲壓值之和，B為聲場系統(tǒng)內(nèi)點(diǎn)聲源的聲壓值之和；

C2、將最大聲源聚集度對應(yīng)的單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源劃分為一類；對剩余各點(diǎn)聲源對應(yīng)的單位體積的聲源聚集度計(jì)算，將最大聲源聚集度對應(yīng)的單位體積內(nèi)的點(diǎn)聲源劃分為新的一類；重復(fù)進(jìn)行上述對剩余的聲源聚集度的計(jì)算及分類，直至全部點(diǎn)聲源都完成分類；

D、將各個(gè)非質(zhì)心虛擬源強(qiáng)中各點(diǎn)聲源的聲壓值作為權(quán)值通過重心法求出各個(gè)非質(zhì)心虛擬源強(qiáng)的重心坐標(biāo)，作為非質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的球心坐標(biāo)；

步驟D具體如下：

將屬于同一類別點(diǎn)聲源構(gòu)成一個(gè)子系統(tǒng)，將各個(gè)子系統(tǒng)中各點(diǎn)聲源的聲壓值作為權(quán)值通過重心法求出各個(gè)子系統(tǒng)的重心坐標(biāo)，作為非質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的球心坐標(biāo)；

公式如下：

式中為各個(gè)子系統(tǒng)的重心坐標(biāo)，j為子系統(tǒng)的數(shù)量，1≤j<v；w為對應(yīng)子系統(tǒng)中點(diǎn)聲源的數(shù)量；

E、預(yù)設(shè)質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)與非質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的半徑，完成虛擬源強(qiáng)的配置。

本實(shí)施例預(yù)設(shè)目標(biāo)區(qū)域的不規(guī)則振動(dòng)體位于測量面的一側(cè)，其中S為25個(gè)點(diǎn)聲源組成的任意形狀的不規(guī)則振動(dòng)體，分布在0.4mх0.8mх0.8m的長方體內(nèi)，以測量面的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，測量面指向點(diǎn)聲源S方向?yàn)閤軸正方向，如圖2所示；最初的測量距離d＝0.8m，測量面采用的是8×8的聲陣列布置方式；質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的半徑預(yù)設(shè)為0.025m，非質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的半徑預(yù)設(shè)為0.05m；

通過步驟C將25個(gè)點(diǎn)聲源分為6類，其中類5與類6均只包含一個(gè)點(diǎn)聲源，求出各個(gè)非質(zhì)心球虛擬源強(qiáng)的球心坐標(biāo)后，完成虛擬源強(qiáng)的配置；聲場重建的后續(xù)步驟參照發(fā)明專利：聲場重建方法(專利號：201310733451.1)中的相應(yīng)步驟進(jìn)行，聲場重建生成的L曲線圖如圖3所示，重建聲場的幅值及相位誤差分析結(jié)果如圖4所示，其中L曲線在獲得最大曲率點(diǎn)時(shí)的曲線擬合程度高，這樣更易于選擇正則化參數(shù)，也證明了本實(shí)施例虛源源強(qiáng)配置方法的有效性。