專利名稱：：互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于聲學(xué)測量領(lǐng)域，具體地說涉及到一種互譜聲強(qiáng)有限差分誤差的修正方法。
背景技術(shù)：
：聲強(qiáng)是表示空間聲場中聲能量流動(dòng)的物理量，表示單位時(shí)間內(nèi)由指定單位面積向指定方向傳播聲能量的多少。聲強(qiáng)測量是一種十分重要的現(xiàn)代聲學(xué)測量方法，具有很多優(yōu)點(diǎn)聲強(qiáng)測量能直接反映聲能量傳播的流向及其強(qiáng)弱，能有效地解決很多聲壓測量無法解決的現(xiàn)場聲學(xué)測量問題。例如可以在工作現(xiàn)場進(jìn)行機(jī)器噪聲源輻射聲功率的測量、噪聲源識(shí)別與定位，材料的聲阻抗及吸聲系數(shù)測定，材料隔聲性能、及振動(dòng)表面聲輻射效率測量等。聲強(qiáng)是矢量，通常用/(W)來表示。理論上，聲強(qiáng)的瞬時(shí)值等于測量點(diǎn)處的聲壓^r,f)與該點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度50"，f)的乘積，艮P-習(xí)慣上用瞬時(shí)聲強(qiáng)的時(shí)間均值來表示聲能量的強(qiáng)度，稱之為時(shí)均聲強(qiáng)？。力，即:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中/—(/V)——t時(shí)刻測量點(diǎn)處沿著矢徑？方向上的瞬時(shí)聲強(qiáng)值，矢量；——t時(shí)刻測量點(diǎn)處沿著矢徑F方向上的時(shí)均聲強(qiáng)值，矢量；有時(shí)也簡記為/:——t時(shí)刻測量點(diǎn)處的聲壓值，標(biāo)量；5(W)——t時(shí)刻測量點(diǎn)處沿著矢徑？方向的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，矢量；基于雙傳聲器聲壓測量的互譜聲強(qiáng)測量是目前測量聲強(qiáng)的最主要方法,通常簡稱為"互譜聲強(qiáng)"，目前與聲強(qiáng)相關(guān)的ISO標(biāo)準(zhǔn)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)都是以這種聲強(qiáng)測量方法為基礎(chǔ)。互譜法聲強(qiáng)測量中，一個(gè)聲強(qiáng)探頭由配對(duì)的兩個(gè)傳聲器A、B共同構(gòu)成。把傳聲器聲學(xué)中心的連線(也稱作聲強(qiáng)探頭軸線，為測量聲強(qiáng)的方向)的中點(diǎn)O當(dāng)作聲強(qiáng)探頭的測量點(diǎn)。傳聲器A、B所測量到的聲壓分別為p,(w)和,傳聲器A和B的聲學(xué)中心的間隔距離為rf?；プV聲強(qiáng)的計(jì)算原理如圖l?；プV聲強(qiáng)測量中，測量點(diǎn)o位置的聲壓Hw)是用兩個(gè)傳聲器A、B測量到的聲壓的算術(shù)平均值來表示，艮P:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(3)聲強(qiáng)測量點(diǎn)o位置處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度5(w)可根據(jù)Euler公式，用測量點(diǎn)處的聲壓梯度的積分得到，艮P-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(4)其中P——傳播聲波的媒介質(zhì)的密度，常數(shù)?？諝庵腥為1.293kg/m3;當(dāng)傳聲器A、B之間的間隔距離rf遠(yuǎn)小于測量聲波波長A的時(shí)候，可以用聲壓的有限差分來代替聲壓梯度，艮P-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>所以，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的近似計(jì)算式-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>把式(6)和式(3)代入聲強(qiáng)定義式(2)中，即可得到沿探頭軸線方向的聲強(qiáng)/(w)對(duì)圓頻率為w的簡諧聲波，時(shí)均聲強(qiáng)的時(shí)域計(jì)算公式為其中&一傳聲器A測量到聲壓的幅值；&——傳聲器B測量到聲壓的幅值；%——傳聲器A測量到聲壓的相位；%一傳聲器B測量到聲壓的相位；在頻率域中，時(shí)均聲強(qiáng)的計(jì)算式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula><5><formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(6)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(7)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>(8)，H](9>其中-/,(w)——測量點(diǎn)處頻率為w的時(shí)均聲強(qiáng)值；G^(句——傳聲器A、B所測量到聲壓信號(hào)的互功率譜函數(shù)，復(fù)數(shù)；Im[]——求取復(fù)函數(shù)虛部的運(yùn)算；P——傳播聲波的媒介質(zhì)的密度，常數(shù)。空氣中取1.293kg/V;^——聲強(qiáng)探頭傳聲器A、B之間的間隔距離，常數(shù)；"——測量聲波的圓頻率；公式(9)表明，互譜聲強(qiáng)利用FFT(快速傅里葉變換)譜分析技術(shù)，把原本需要在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行的聲強(qiáng)求解計(jì)算轉(zhuǎn)換到頻域中進(jìn)行，大大簡化了聲強(qiáng)的測量、計(jì)算?；プV聲強(qiáng)測量方法的提出極大地推動(dòng)了聲強(qiáng)測量的廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)代聲學(xué)測量研究中一個(gè)重要里程碑。但是，從式(3)和式(6)知在互譜聲強(qiáng)計(jì)算過程中，測量點(diǎn)的聲壓MW)和該點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度S(w)的計(jì)算都采取了近似處理，這使得聲強(qiáng)/,(o))的測量中的引入了一個(gè)極其重要的誤差——有限差分誤差。這是一種由于算法所引起的系統(tǒng)性誤差，不能象消除測量中的隨機(jī)噪聲那樣用多次平均的方法來消除或者降低。英國的FrankJ.Fahy和美國的J.Y.Chung等研究者在互譜聲強(qiáng)測量方法提出的同時(shí)就對(duì)該方法所固有的有限差分誤差進(jìn)行了分析，并簡單討論了互譜聲強(qiáng)中有限差分誤差對(duì)測量精度的影響，給出了遠(yuǎn)場中互譜聲強(qiáng)的有限差分誤差的計(jì)算式為sinfai把上式寫成對(duì)數(shù)形式，即得聲強(qiáng)互譜測量值與理論值之間的相對(duì)誤差的分貝(dB)值Le為Le=10x《logK其中|/,|——聲強(qiáng)的理論值(真實(shí)值)；|/,|——聲強(qiáng)的互譜測量值；c——聲波在媒質(zhì)中的傳播速度；*——聲波的波數(shù)，"w/c;叨.=10xjlog10(11)rf——聲強(qiáng)探頭兩個(gè)傳聲器A、B的聲學(xué)中心的間隔距離；式(10〉和式(11)表明互譜聲強(qiáng)有限差分誤差隨兩個(gè)傳聲器之間的間隔距離和測量聲波波數(shù)的乘積W增加而增加；對(duì)相同的傳聲器間隔距離d而言，互譜聲強(qiáng)的有限差分誤差將隨著波數(shù)it增加而變大。另一方面，除有限差分誤差之外，互譜聲強(qiáng)測量中還會(huì)存在由于測量通道之間的相位失配而導(dǎo)致的"相位失配誤差"。研究表明，"相位失配誤差"也和乘積W相關(guān)，但變化趨勢與"有限差分誤差"相反，不能用減少/W的方法來同時(shí)降低上述兩種誤差。在目前實(shí)際聲強(qiáng)測量中，為了同時(shí)兼顧這兩種誤差，人們都以犧牲部分測量精度為代價(jià)即在保證一定測量精度的前提下，規(guī)定多個(gè)傳聲器間隔距離長度分別適用于不同頻率范圍上的聲強(qiáng)測量。例如丹麥腿K公司提出傳聲器A、B間隔距離可采用6,、12,、50mm，以分別保證在上限頻率為10KHz、5KHZ、L25KHz的頻率范圍內(nèi)，互譜聲強(qiáng)測量中的有限差分誤差不大于ldB。但采用較大的傳聲器間隔距離會(huì)使得聲強(qiáng)測量系統(tǒng)的有效工作頻率的下限也相應(yīng)提高。當(dāng)需要在很寬頻率范圍上進(jìn)行聲強(qiáng)測量時(shí)，目前廣泛采用的做法是把聲強(qiáng)測量頻率范圍分為高、中、低不同頻段，在不同頻率段上選用不同長度的探頭傳聲器間隔距離c/，分別在高、中、低頻段上進(jìn)行聲強(qiáng)測量，然后再把高、中、低頻段上的測量數(shù)據(jù)綜合后得到全頻段上的聲強(qiáng)值。這種分頻段聲強(qiáng)測量所得到聲強(qiáng)值也還是受有限差分誤差的影響。同時(shí)，分頻段的聲強(qiáng)測量使得測試時(shí)間成倍增加，也難以保證聲強(qiáng)探頭在同一點(diǎn)多次測量時(shí)的準(zhǔn)確重復(fù)定位。此外，分頻段的多次聲強(qiáng)測量只能適用于被測聲源是穩(wěn)態(tài)的情況。周廣林提出采用"幾何聲強(qiáng)"的方法來減少互譜聲強(qiáng)有限差分誤差，即用聲強(qiáng)探頭傳聲器A、B所測量聲壓的"幾何平均"代替"算術(shù)平均"來表示測量點(diǎn)o處的聲壓，以此來減少測量點(diǎn)的聲壓計(jì)算誤差。"幾何聲強(qiáng)"方法對(duì)互譜聲強(qiáng)中的有限差分誤差修正效果是有限的，因?yàn)檫@種方法并沒有減少測量點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的計(jì)算誤差。此外，"幾何聲強(qiáng)"的計(jì)算不能通過傳聲器A、B聲壓信號(hào)的互譜虛部來計(jì)算獲得，其計(jì)算流程已與"互譜聲強(qiáng)"的計(jì)算流程完全不一樣，失去了互譜聲強(qiáng)計(jì)算的便利性。事實(shí)上，互譜聲強(qiáng)有限差分誤差不僅與乘積/W有關(guān)，還與聲強(qiáng)探頭在空間聲場中的方位有關(guān)?，F(xiàn)有的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差計(jì)算式并不能全面反映互譜聲強(qiáng)的有限差分誤差。有限差分誤差的存在大大降低聲強(qiáng)的測量精度，限制了聲強(qiáng)測量的頻率上限，阻礙了互6譜聲強(qiáng)測量技術(shù)的廣泛應(yīng)用和向高精度測量的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的針對(duì)現(xiàn)有的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差分析方法及該誤差消除方法上的不足，給出了更加全面、合理的互譜聲強(qiáng)有限差差分誤差分析公式和一種概念清晰，便于實(shí)施、不增加測試工作量，且修正效果明顯的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法。本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案。本發(fā)明互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行第一步、互譜聲強(qiáng)測量值^(^及傳聲器A、B聲壓信號(hào)的相位差譜Ap的獲得a、用雙傳聲器A和B構(gòu)成的聲強(qiáng)探頭在測量點(diǎn)o處進(jìn)行聲壓測量，分別得到通道A和通道B的兩路時(shí)域聲壓信號(hào)p,(O和psW;b、分別對(duì)所述兩路時(shí)域聲壓信號(hào)^(z)和A^)進(jìn)行快速傅里葉變換FFT，得到通道A和通道B的聲壓信號(hào)頻譜尸,(fiO和/Uw)，再對(duì)通道A的聲壓信號(hào)的頻譜求共軛，得通道A頻譜共軛《(《);c、將通道A頻譜共軛《(《;)與通道B頻譜^(W相乘得到通道A和通道B聲壓信號(hào)的互譜G》)；d、計(jì)算獲得互譜聲強(qiáng)的測量值t(司式中S——為聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間的夾角；G^(w)——傳聲器A、B所測量到聲壓信號(hào)的互功率譜函數(shù)，復(fù)數(shù)；Im[j——求復(fù)函數(shù)虛部的運(yùn)算；——傳播聲波的媒介質(zhì)的密度，常數(shù)?？諝庵腥?.293kg/m3;^——聲強(qiáng)探頭傳聲器A、B之間的間隔距離，常數(shù)；——測量聲波的圓頻率；e、依據(jù)互譜C^(w)得到傳聲器A和傳聲器B聲壓信號(hào)的相位差譜Ap;第二步、按下式獲得聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間夾角的余弦值cose為&式中—聲波的波數(shù)；第三步、按下式獲得互譜聲強(qiáng)的修正值4(")為T/、；/、Wcos^"乂"；sin(Wcos6>)本發(fā)明方法給出的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差計(jì)算式中不僅考慮波數(shù)A和傳聲器間隔^該誤差的影響，還考慮了互譜聲強(qiáng)測量時(shí)聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間夾角e的影響；同時(shí)利用互譜聲強(qiáng)探頭雙傳聲器所測量到的聲壓信號(hào)間的相位差譜得到聲強(qiáng)探頭軸線與聲波的傳播方向之間的夾角的余弦值，進(jìn)而對(duì)互譜聲強(qiáng)測量中產(chǎn)生的有限差分誤差進(jìn)行修正。與己有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明給出的誤差修正方法可以對(duì)互譜聲強(qiáng)中的有限差分誤差進(jìn)行修正，提高互譜聲強(qiáng)的測量精度，擴(kuò)展互譜聲強(qiáng)測量系統(tǒng)的工作頻率上限。同時(shí)本發(fā)明給出的誤差修正方法考慮全面、合理，概念清晰，修正過程簡單、便于實(shí)施。且不需要任何額外的輔助測量，不增加現(xiàn)場的測試工作量；2、采用本發(fā)明給出的誤差修正方法后，不需要改變聲強(qiáng)探頭傳聲器間隔距離，就可以通過一次測量就得到整個(gè)低、中、高頻率范圍的聲強(qiáng)值，既節(jié)約測量時(shí)間，又避免由于頻繁改變聲強(qiáng)探頭傳聲器間隔距離而引起的傳聲器損壞和測量定位誤差及聲場瞬變導(dǎo)致的各種隨機(jī)誤差。3、本發(fā)明修正計(jì)算流程不改變?cè)械幕プV聲強(qiáng)測量和計(jì)算流程，能最大限度地保證原有聲強(qiáng)測量系統(tǒng)的延續(xù)和完整性；4、利用本發(fā)明給出的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正公式可以定量給出修正前的互譜聲強(qiáng)測量值中存在的有限差分誤差大小，提高互譜聲強(qiáng)測量誤差分析精度。5、本發(fā)明給出的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法不僅可以提高聲強(qiáng)的測量精度，還會(huì)對(duì)其它的基于聲強(qiáng)測量的聲學(xué)參數(shù)的測量精度提高也有幫助。圖1互譜聲強(qiáng)計(jì)算原理；圖2互譜聲強(qiáng)計(jì)算原理(考慮聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向夾角)；圖3互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正算法實(shí)現(xiàn)流程；圖4(a)Z向聲強(qiáng)的互譜測量值(單極子源聲場)；圖4(b)修正前Z向聲強(qiáng)的有限差分誤差(單極子源聲場)；圖4(c)修正后Z向聲強(qiáng)的有限差分誤差(單極子源聲場)；圖5(a)Z向聲強(qiáng)的互譜測量值(偶極子源聲場)；圖5(b)修正前Z向聲強(qiáng)的有限差分誤差(偶極子源聲場)；圖5(c)修正后Z向聲強(qiáng)的有限差分誤差(偶極子源聲場)；圖中標(biāo)號(hào)s波陣面、A第一個(gè)傳聲器、b第二個(gè)聲壓傳聲器、o是聲強(qiáng)測量點(diǎn)、f聲波傳播方向(波陣面s的法線方向)、&由波陣面s到傳聲器A的矢徑、fs由波陣面s到傳聲器b的矢徑、f。由波陣面s到聲強(qiáng)測量點(diǎn)o的矢徑、e聲波傳播方向與聲強(qiáng)探頭軸線之間夾角。具體實(shí)施例方式參見圖1，現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于互譜聲強(qiáng)計(jì)算及其有限差分誤差的理論分析和計(jì)算公式的推導(dǎo)時(shí)都是假設(shè)聲強(qiáng)探頭始終和波的傳播方向一致，即聲強(qiáng)探頭軸線始終是和波陣面s的法線f方向一致。聲強(qiáng)探頭和聲波傳播方向的這種空間相對(duì)位置是十分特殊的一個(gè)位置，在實(shí)際測量中并不能夠始終得到保證。例如，對(duì)于點(diǎn)聲源，它相當(dāng)于測量時(shí)聲強(qiáng)探頭始終指向聲源中心。由此導(dǎo)出的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差公式只能表示沿聲強(qiáng)探頭軸線方向傳播聲強(qiáng)的有限差分誤差。圖2所表示的互譜聲強(qiáng)計(jì)算原理考慮了聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向的相互關(guān)系，即考慮了實(shí)際聲強(qiáng)測量時(shí)聲強(qiáng)探頭在空間聲場中的方位。經(jīng)分析、推導(dǎo)知當(dāng)考慮聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向存在傾斜角e時(shí)，互譜聲強(qiáng)測量中的有限差分誤差計(jì)算式為|fjsin(fe/c。s^)比較式(12)和式(10)知，互譜聲強(qiáng)有限差分誤差不僅與測量聲波的波數(shù)A:、聲強(qiáng)探頭傳聲器間隔距離d有關(guān)，還與聲強(qiáng)探頭在空間聲場中的方位有關(guān)，即聲強(qiáng)探頭軸線和聲波傳播方向之間的夾角0有關(guān)。顯然由式(12)給出的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差計(jì)算更加全面、合理。另外一方面，實(shí)際的聲強(qiáng)測量中，聲波的波數(shù)k、探頭傳聲器A、B間的間隔距離d都是確定的已知量，只要能夠得到實(shí)際測量時(shí)聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間夾角e，就可以利用式(12)對(duì)互譜聲強(qiáng)測量值進(jìn)行有限差分誤差的修正，進(jìn)而提高互譜聲強(qiáng)的測量精度。聲強(qiáng)探頭雙傳聲器a、b測量到聲壓信號(hào)間的相位差為A^-^—a，是因?yàn)閭髀暺鱝、b位于空間聲場中的不同位置&、F,，被測聲波于不同時(shí)刻傳播到這兩個(gè)傳聲器而導(dǎo)致的相位延遲量。矢量&8=&-6實(shí)際上就是聲強(qiáng)探頭軸線的方向。顯然，當(dāng)兩個(gè)傳聲器之間的間隔距離9為d的時(shí)候，沿著^方向傳播、波數(shù)為fc的波沿著聲強(qiáng)探頭由A傳輸?shù)紹的時(shí)候，導(dǎo)致的相位延遲為/W;當(dāng)聲波的傳播方向與^成S角度的時(shí)候，聲波t在A、B兩個(gè)傳聲器之間的有效傳播聲程將變?yōu)閏^oW，此時(shí)聲波到達(dá)傳聲器A和傳聲器B的相位差為△p=Wcos0(13)在式(13)中，A、B傳聲器所測量到聲壓信號(hào)的相位差A(yù)^中包含有聲強(qiáng)探頭軸線與聲傳播方向的夾角e的信息。對(duì)于確定的聲強(qiáng)測量系統(tǒng)，兩個(gè)傳聲器之間的間隔距離rf也是一個(gè)已知的確定常數(shù)。所以根據(jù)式(12)和式(13)，只要求出不同波數(shù)^下聲強(qiáng)探頭兩個(gè)傳聲器的聲壓相位差A(yù)爐后，就可以對(duì)互譜聲強(qiáng)測量值進(jìn)行有限差分誤差修正。具體步驟如下(1)、互譜聲強(qiáng)測量值力(一及傳聲器A、B聲壓信的相位差譜Ap獲得a、用雙傳聲器A和B構(gòu)成的聲強(qiáng)探頭在測量點(diǎn)o處進(jìn)行聲壓測量，分別得到通道A和通道B的時(shí)域聲壓信號(hào)p,W和a(O;b、分別對(duì)兩路時(shí)域聲壓信號(hào)AW和A(,)進(jìn)行FFT(快速傅里葉變換)，得到通道A和通道B的聲壓信號(hào)頻譜/^(oO和&^)，再對(duì)通道A的聲壓信號(hào)的頻譜求共軛，得通道A頻譜共c、把通道A頻譜共軛與通道B頻譜/U^)相乘得到通道A和通道B聲壓信號(hào)的互譜d、計(jì)算互譜聲強(qiáng)的測量值t(必)式中S——表示聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間的夾角；G^(")——傳聲器A、B所測量到聲壓信號(hào)的互功率譜函數(shù)，復(fù)數(shù)；Im[]——求復(fù)函數(shù)虛部的運(yùn)算；p——傳播聲波的媒介質(zhì)的密度，常數(shù)?？諝庵腥?.293kg/m3;d——聲強(qiáng)探頭傳聲器A、B之間的間隔距離，常數(shù)；——測量聲波的圓頻率；e、由互譜(^(W計(jì)算傳聲器A和傳聲器B聲壓信號(hào)的相位差譜Ap;(2)、按以下公式獲得聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間夾角的余弦值coW為(3)、按以下公式獲得互譜聲強(qiáng)的修正值1()為圖3為上述三個(gè)步驟表示的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正流程。本發(fā)明提出誤差修正方法的數(shù)值仿真驗(yàn)證為驗(yàn)證本發(fā)明提出的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法的有效性，采用數(shù)值仿真方法，以具有理論解且實(shí)際中比較常見的點(diǎn)聲源和偶極子源聲場為例，比較互譜聲強(qiáng)測量值t和修正后的聲強(qiáng)值/e(o0與聲強(qiáng)理論值之間的絕對(duì)誤差和相對(duì)的變化。1、點(diǎn)聲源聲場(也稱作單極子源聲場)假設(shè)點(diǎn)聲源位于坐標(biāo)原點(diǎn)，其強(qiáng)度為l，頻率為f-3000Hz。聲強(qiáng)測量面為Z-1的面上，其大小范圍為-2米《x《2米，-2米《y《2米，測量時(shí)聲強(qiáng)探頭傳聲器間的間隔距離d=20mm。圖4各圖分別為點(diǎn)聲源聲場中指定測量面上Z向互譜聲強(qiáng)測量值t、修正前、后的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差的空間分布與大小。表1為指定測量面上互譜聲強(qiáng)有限差分誤差在修正前后對(duì)比。表1:單極子源聲場中互譜聲強(qiáng)有限差分誤差的修正前后比較修正Z向聲強(qiáng)的絕對(duì)誤差(單位W/m2)聲強(qiáng)相對(duì)誤差(單位dB)前后最小值最大值變化范圍平均值標(biāo)準(zhǔn)差最小值最大值標(biāo)準(zhǔn)差修正前誤差-890.01-0.16889.85-29.0394.64-0.980-0.029-0.1400.150修正后誤差-0.020.440.460.00.031-0,00010.0004-0.00010.0001從表1中可知，在單極子源聲場中，指定聲強(qiáng)測量面上的z向互譜聲強(qiáng)測量值修正前的絕對(duì)誤差變化范圍為-890.01~-0.16W/m2，平均誤差為-29.03W/m2，修正后的絕對(duì)誤差的變化范圍-0.02~0.44W/m2，平均誤差為0.0W/m2(取2位有效數(shù)字)；用dB表示的互譜11聲強(qiáng)相對(duì)誤差修正前的變化范圍為-0.98~-0.029dB，平均誤差為-0.14dB，修正后的誤差變化范圍為-O.OOOldB~0.0004dB，平均誤差為-0.OOOldB。2、偶極子聲源場用兩個(gè)相位相反、且距離為Z-A/15的組合點(diǎn)聲來模擬偶極子源聲場(義為聲波波長)。聲源頻率fz3000Hz;點(diǎn)源Q,位于(;i/30，0，0)，點(diǎn)源《32位于(-々30,0，0);單個(gè)點(diǎn)聲源強(qiáng)度Q=l;聲強(qiáng)測量面為Z二1的面上，其大小范圍為-2米《x《2米，-2米《y《2米，測量時(shí)聲強(qiáng)探頭傳聲器間的間隔距離c^20mm。圖5各圖為偶極子源聲場中指定測量面上互譜聲強(qiáng)測量值t、修正前、后的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差的空間分布與大小。表2為指定測量面上互譜聲強(qiáng)有限差分誤差在修正前后對(duì)比。表2:偶極子源聲場中互譜聲強(qiáng)有限差分誤差的修正前后比較修正Z向聲強(qiáng)的絕對(duì)誤差(單位W/m2)聲強(qiáng)相對(duì)誤差(單位dB)前后最小值最大值變化范圍平均值標(biāo)準(zhǔn)差最小值最大值平均值標(biāo)準(zhǔn)差修正前誤差-19.5019.5-1.012.58-0.98-0.029-0.140.15修正后誤差-0.0030.010.013-0.00030扁-1.5xl0-48.6x]0-4-7.0x10—59.2x10-5從表2中可知，在偶極子源聲場中，指定聲強(qiáng)測量面上的Z向互譜聲強(qiáng)測量值修正前的絕對(duì)誤差的變化范圍為-19.5~0W/m2,平均誤差為-1.01W/m2，修正后的絕對(duì)誤差的變化范圍-O.003~0.01W/m2，平均誤差為-0.0003W/m2;用dB表示的互譜聲強(qiáng)相對(duì)誤差修正前的變化范圍為-0.98~-0.029dB，平均誤差為-0.14dB,修正后的變化范圍為-l.5x10—4~8.6xl(TMB，平均誤差為-7.0xl(T5dB。顯然，采用本發(fā)明方法修正后，互譜聲強(qiáng)的有限差分誤差大大減小。3、本發(fā)明方法與現(xiàn)有其它修正方法的修正效果對(duì)比按現(xiàn)有互譜聲強(qiáng)有限差分誤差計(jì)算公式(ll)中的規(guī)定，比較本發(fā)明所提出的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法與現(xiàn)有其它互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法的修正效果。當(dāng)聲強(qiáng)探頭傳聲器間隔距離為6mm、12mm、50mm，頻率500Hz、1000Hz、2000Hz時(shí)的聲強(qiáng)有限差分的相對(duì)誤差如表3。表3:有限差分誤差修正比較(單位dB)<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表3中，"算術(shù)平均"對(duì)應(yīng)的是沒有進(jìn)行修正時(shí)存在的互譜聲強(qiáng)有限差分誤差，"幾何平均"對(duì)應(yīng)的是采用"幾何聲強(qiáng)"進(jìn)行修正后的誤差，"本發(fā)明"對(duì)應(yīng)的為采用本發(fā)明所提方法進(jìn)行修正后的聲強(qiáng)有限差分誤差?；プV聲強(qiáng)測量中的有限差分誤差主要影響高頻段的聲強(qiáng)測量精度，低頻段影響很小，故應(yīng)主要關(guān)注修正方法在聲強(qiáng)誤差值較大的高頻段的修正效果，不必過于強(qiáng)調(diào)那些誤差原本就很低的低頻段的修正效果。如對(duì)應(yīng)6mm的傳聲器間隔距離及500Hz時(shí)候的聲強(qiáng)誤差僅為-0.0022dB，即實(shí)際測量得到的聲強(qiáng)值約為真實(shí)值的99.95%,對(duì)達(dá)到這種精度的聲強(qiáng)測量值修正與否并無太大的實(shí)際意義。1權(quán)利要求1、互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行第一步、互譜聲強(qiáng)測量值id="icf0001"file="A2009101448070002C1.tif"wi="8"he="5"top="36"left="76"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>及傳聲器A、B聲壓信號(hào)的相位差譜id="icf0002"file="A2009101448070002C2.tif"wi="4"he="3"top="38"left="152"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>的獲得a、用雙傳聲器A和B構(gòu)成的聲強(qiáng)探頭在測量點(diǎn)o處進(jìn)行聲壓測量，分別得到通道A和通道B的兩路時(shí)域聲壓信號(hào)pA(t)和pB(t)；b、分別對(duì)所述兩路時(shí)域聲壓信號(hào)pA(t)和pB(t)進(jìn)行快速傅里葉變換FFT，得到通道A和通道B的聲壓信號(hào)頻譜PA(ω)和PB(ω)，再對(duì)通道A的聲壓信號(hào)的頻譜求共軛，得通道A頻譜共軛PA*(ω)；c、將通道A頻譜共軛PA*(ω)與通道B頻譜PB(ω)相乘得到通道A和通道B聲壓信號(hào)的互譜GAB(ω)；d、計(jì)算獲得互譜聲強(qiáng)的測量值id="icf0003"file="A2009101448070002C3.tif"wi="10"he="5"top="107"left="86"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/><mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msub><mover><mover><mi>I</mi><mo>→</mo></mover><mo>^</mo></mover><mi>θ</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Im</mi><mo>[</mo><msub><mi>G</mi><mi>AB</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>ρωd</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>式(1)中θ——為聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間的夾角；GAB(ω)——傳聲器A、B所測量到聲壓信號(hào)的互功率譜函數(shù)，復(fù)數(shù)；Im[]——求復(fù)函數(shù)虛部的運(yùn)算；ρ——傳播聲波的媒介質(zhì)的密度，常數(shù)?？諝庵腥?.293kg/m3；d——聲強(qiáng)探頭傳聲器A、B之間的間隔距離，常數(shù)；ω——測量聲波的圓頻率；e、依據(jù)互譜GAB(ω)得到傳聲器A和傳聲器B聲壓信號(hào)的相位差譜id="icf0005"file="A2009101448070002C5.tif"wi="6"he="3"top="193"left="149"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>第二步、按式(2)獲得聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間夾角的余弦值cosθ為式(2)中k——聲波的波數(shù)；第三步、按下式獲得互譜聲強(qiáng)的修正值id="icf0007"file="A2009101448070002C7.tif"wi="8"he="4"top="231"left="101"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>為<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mover><mi>I</mi><mo>→</mo></mover><mi>θ</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mover><mover><mi>I</mi><mo>→</mo></mover><mo>^</mo></mover><mi>θ</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><mfrac><mrow><mi>kd</mi><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow><mrow><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mi>kd</mi><mi>cos</mi><mi>θ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow>]]></math></maths>全文摘要互譜聲強(qiáng)有限差分誤差修正方法，其特征是首先獲得互譜聲強(qiáng)測量值I<sub>θ</sub>(ω)及傳聲器A、B聲壓信號(hào)的相位差譜Δφ；再獲得聲強(qiáng)探頭軸線與聲波傳播方向之間夾角的余弦值cosθ；并由此獲得互譜聲強(qiáng)的修正值I<sub>θ</sub>(ω)。本發(fā)明方法可以對(duì)基于雙傳聲器聲壓測量的互譜聲強(qiáng)測量中的有限差分誤差進(jìn)行修正，提高互譜聲強(qiáng)的測量精度，擴(kuò)展聲強(qiáng)測量系統(tǒng)的工作頻率范圍，普遍適用于現(xiàn)有的互譜聲強(qiáng)測量系統(tǒng)，保證了現(xiàn)有聲強(qiáng)測量系統(tǒng)的延續(xù)和完整性。文檔編號(hào)G01H17/00GK101650220SQ20091014480公開日2010年2月17日申請(qǐng)日期2009年9月4日優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日發(fā)明者劉正士,李志遠(yuǎn),勇王,陸益民,品陳,陳恩偉申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)