基于FFT变换的平面瞬态近场声全息法

简介：
简介：本文介绍了一种运用快速傅里叶变换技术改进的平面瞬态近场声全息方法，该方法能够更高效准确地获取和分析声源信息。 平面瞬态近场声全息技术是声学领域内用于重建声源发出的声场的一种方法。这篇文章由张小正、毕传兴等人撰写，在介绍平面稳态近场声全息的基础上，探讨了如何通过增加一维时间傅利叶变换来扩展到瞬态声场的重建。文章首先推导出重建公式，并利用数值仿真验证其可行性。 1. 近场声全息技术（NAH）：这是一种可以有效重建声波空间分布和时间特征的技术，在声学研究与工程实践中广泛应用。它通过测量全息面上的声压信息，采用数学方法来再现发出声音的空间模式。 2. 平面瞬态近场声全息和平面稳态近场声全息的区别：前者适用于随时间变化的复杂瞬变噪声场景；后者则针对的是在一段时间内保持不变的声音环境。因此，平面瞬态技术能更好地捕捉到瞬间出现或快速改变的声音特征。 3. 傅利叶变换：这是一种数学工具，能够将信号从时域转换为频域表示形式，并将其分解成多个简单的正弦波成分。在声全息中，傅立叶变换用于分析声音的频率组成，有助于对整个声场进行重建。 4. 波数谱：这是描述了特定频率下声波的空间分布特征的一个概念，在重建过程中非常重要。 5. 重建公式推导：文章通过时间傅利叶变换获取频谱，并进一步计算每个频率对应的全息面声压的二维空间傅立叶变换，得到相应的波数谱。然后使用稳态近场声全息技术中的方法处理这些数据，最终叠加所有频率上的信息并进行三维反向转换以获得重建面上瞬时时刻的压力分布。 6. 数值仿真的应用：数值仿真模拟了特定条件下（如圆形活塞作为声源）的波传播过程及其测量情况，以此来验证新的重建算法的有效性和准确性。 7. 应用场景：该技术在交通噪声控制、声学工程设计及医学超声诊断等领域有着广泛的用途。例如，在分析汽车制动噪音时可以提供有用的参数以改进消音策略；或者利用瞬态成像数据增强医疗诊断的精度。 8. 研究创新点：文章提出了一种基于快速傅立叶变换（FFT）的方法来处理瞬变声场问题，相较于其他传统手段如非稳态空间变换法或实时近场全息技术具有独特的优势。 9. 基础理论支持：研究建立在齐次波动方程的基础上，并通过数学推导确定了全息面上的声压与重建面间的关系。三维傅立叶变换及其逆向过程是实现这一目标的关键步骤。 10. 资助情况：这项工作得到了高等学校博士学科点专项科研基金的支持，表明其在学术界和工业界的潜在价值。 通过这篇文章的研究内容，读者能够深入了解瞬态声场重建技术的应用前景，并掌握如何利用数学变换与数值计算来实现声音的可视化及分析。这对于促进相关领域的科学研究和技术进步具有重要意义。