近場聲全息的案例
技術評論 | 快速寬帶聲全息技術簡介
<p>像統(tǒng)計最優(yōu)近場聲全息（SONAH）和等效源（ESM）這樣的近場聲全息（NAH）方法僅限于低頻聲源成像，即平均麥克風間距小于聲波波長的一半，而波束形成（Beamforming）只能在中高頻率下提供有用的空間分辨率。通過適當的陣列設計，這兩種方法可以在同一個陣列中使用。但是，NAH要提供良好的低頻分辨率，需要較小的測量距離，而波束成形則需要較大的距離來限制旁瓣。</p><p><br></p><p>本文提出的寬帶聲全息（Wideband Holography, WBH）方法就是為了克服這一實際矛盾。只需在相對較短的距離內進行<strong>一次測量</strong>，就能獲得覆蓋<strong>全頻率范圍</strong>的單一結果，已申請為HBK專利技術。</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>該方法采用<strong>壓縮感知</strong>（Compressed Sensing, CS）原理，假定聲場可以在一組給定的基函數下進行稀疏表示，使用不規(guī)則陣列進行測量，通過強制系數向量的稀疏性求解逆問題。本文提出的方法并沒有采用基于系數向量1-范數最小化的正則化方法，而是使用一種促進稀疏性的<strong>迭代求解程序</strong>。迭代法在大多數情況下都能得到非常相似的結果，而且計算效率更高。</p><p><br></p><p>WBH方法在處理分布式聲源（如振動板）有非常好的效果，典型的應用包括發(fā)動機或變速箱等，通常無法近距離測量，此時應用WBH會有很好的效果。</p><p><br></p><p>下面是一個實際測試案例，在一個沒有進行聲學處理的普通房間內，兩個4227型 Brüel & Kj?r嘴模擬器間隔12厘米，距離陣列36厘米。兩個聲源由兩個獨立的穩(wěn)態(tài)隨機白噪聲發(fā)生器激勵，并調整到相等的聲壓級。
展開 噪聲源識別與定位簡介
此性能與傳聲器的布置形式有關。
圖6 動態(tài)范圍
截止頻率就是能準確識別信號的最高頻率，越高越好，此性能與陣列張角和傳聲器間隔有關，陣列張角和傳聲器間隔越大，截止頻率越低。
總之，波束成形的優(yōu)點是可以采集和重構任何類型的表面，陣列可以小于測試件。缺點是只能得到重構的聲壓，沒有聲功率，只適用于遠場，對于低頻的信號空間分辨率差。
近場聲全息（Near Field Acoustic Holography）
聲全息是在光全息的基礎上發(fā)展起來的，隨著計算機科技的發(fā)展，以計算機數字模擬方式實現的聲全息技術在70年代以后得到了充分發(fā)展，并成為實現聲全息技術的重要方法。目前，近場聲全息（NAH）是常用的聲源識別方法，其原理是借助源表面與全息面之間的空間變換關系，由全息面所測聲壓便可重建源面的聲場。如圖7所示。
展開 培訓課程 | 8月重慶噪聲源識別培訓班
日期：2019年8月19日—21日（周一—周三）
地點：重慶大學汽車學院507會議室
時間：每個培訓日9:30AM—5:00PM
報名截止日期：2019年8月12日
培訓內容
介紹如何通過頻譜分析、聲強和傳聲器陣列數據采集進行聲源定位、聲功率計算、聲源貢獻排序，包括聲強映射，近場聲全息，波束成形，球形波束成形以及相關應用。
課程將現場演示，展示更新技術，包括BK Connect Acoustic Camera軟件，以及在平面波束成形、球形波束成形和統(tǒng)計最優(yōu)近場聲全息（SONAH）基礎上的改進算法，并進行典型案例分析。
展開 電聲案例 | 助聽器開發(fā)中的機器人控制聲學全息技術
本圖顯示的3D保形繪圖是將SONAH計算獲得聲音云圖繪制到網格化的CAD模型上的結果
解決方案
GN ReSound傾向于能保證精度和可重復性的自動解決方案，因此選擇了Brüel & Kj?r 項目定制部門提供的基于統(tǒng)計優(yōu)化近場聲全息（SONAH）技術的交鑰匙解決方案。
使用我們的專利SONAH技術、提供一個機器人整體解決方案，能實現GN ReSound所需要的準確性和可重復性。這個解決方案由三個主要部分組成：持有探針傳聲器的機器人、機器人控制器及LAN-XI模塊、PC工作站。
“采用這一系統(tǒng)，我們能測量聲強”Poul說：“這是我們之前無法做到的。采用SONAH系統(tǒng)，使這一流程可控。你可以使用自動控制裝置將傳聲器放置在某個特定位置上。我們現在可以測量精細網格，之前我們只能分析聲壓。”
配備探針傳聲器的自動控制裝置。探針傳聲器小巧、輕質，適合在靠近聲源的局促空間內測量聲壓
“在采用SONAH之前，我們在助聽器周圍移動傳聲器，以盡可能獲得聲音信息。但是由于這一過程要求精確，因此我們不得不進行大量測試，因此這一方法并不實用。而新方法則更為精確，并能提供更多信息。”
為GN ReSound提供的自動控制系統(tǒng)
SONAH 是什么？
Brüel & Kj?r獲得專利的先進全息技術，可采用比聲源更小的陣列實施測量，且不會出現嚴重的空間窗效應。
SONAH指“統(tǒng)計優(yōu)化近場聲全息”
它在處理不規(guī)則陣列時依舊能實施空間FFT計算
它能實施3D保形繪圖
相比傳統(tǒng)的全息繪圖方法，頻率下限更低
結果
新系統(tǒng)使得聲強精確度達到更高的水準，還能實現小型物體的高分辨率映射。由于系統(tǒng)精確度很高，開發(fā)過程所需的時間——包括建模、模擬和驗證——已降低了20%。而且可重復性也提高了。
展開 
基于聲學全息術的先進噪聲測量系統(tǒng)
并且通過聲壓記錄得到的全息圖，只能用于重建聲壓場，而不能得到振速、聲強等物理量。
2) 遠場聲全息
遠場聲全息是通過測量離聲源較遠(d>>λ)的聲壓場來重建表面聲壓及振速場，由此預報輻射源外任意一點的聲壓場、振速場和聲強矢量場，由于觀測點離聲源較遠，記錄不到倏逝波成份，因此分辨率受波長的限制，不適合于高分辨率的場合，但可以對火車或汽車等尺寸較大的物體進行噪聲識別，楊殿閣等[13，14]利用遠場聲全息方法對汽車噪聲的聲源識別進行了較詳細地研究，全息面采用平面，本質上仍是基于空間采樣進行重建，傳感器的布置受精度要求限制，且通過掃描方式獲得全息數據，測量工作比較費時，效率較低。
3) 近場聲全息(NAH)
近場聲全息是在緊靠被測聲源物理表面的測量面(d<<λ)記錄全息數據，然后通過變換技術重建三維空間聲壓場、振速場、聲強矢量場，并能預報遠場指向性。由于是近場測量，所以除了記錄傳播波成分外，還能記錄空間頻率高于且隨傳播距離按指數規(guī)律衰減的倏逝波成分。由于它含有振動體細節(jié)信息，所以理論上可獲得不受波長限制的高分辨率圖像，測量覆蓋了從聲源出來的一個大的方位角，有指向性的聲源能夠被不失信息地檢測出來。 比較上面三種聲全息技術，NAH實用面最廣，分辨率最高，可操作性最強，所以近些年來，國內外對NAH研究相當活躍。下面介紹一下NAH的原理及常用算法。
圖3：在典型的飛機測試中，<BR>每隔幾分鐘就有一架飛機經過<BR>麥克風陣列，記錄時間為16秒。
圖6：程序的GUI可以在被實時監(jiān)視的八個通道的每1/3倍頻段上顯示SPL。高亮藍線代表頻段內SPL上限和下限的告警電平。
展開 網絡課程 | 5月7日噪聲源識別培訓，點擊立即報名！
培訓內容
介紹B&K在噪聲源識別領域的解決方案，包括平面Combo陣列、Acoustic Camera、手持式陣列、球形陣列等，及其在聲源定位、聲功率計算、聲源貢獻排序方面的應用案例。
展示B&K在噪聲源識別方面的技術發(fā)展以及近期的聲成像技術，例如統(tǒng)計最優(yōu)近場聲全息（SONAH）、Refined Beamforming、Spherical beamforming和寬帶聲全息等。
點擊這里，立即報名！
培訓時間
5月7日（周二）10:00-11:30AM
培訓對象
負責測量和/或分析聲學振動信號的技術人員和工程師，或者對噪聲源識別方面感興趣的人員。您需要具備一些聲學術語的基本知識。
費用 免費
備注
具有振動噪聲相關專業(yè)知識背景
能夠使用手機或電腦上網，連通視頻和音頻
點擊這里，立即報名！
點擊查看2019年網絡課程時間表
如有任何問題，請聯系Brüel & Kj?r中國市場部
電郵：cnmarketing@bksv.com.cn
電話：021-61133678
手機：13761769113
已通過其他方式報名，并收到報名確認郵件的客戶，無需重復報名。
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展開 國外水下噪聲試驗手段發(fā)展趨勢
圖14 矢量水聽器陣
6.近場測量手段的發(fā)展
完善的遠場輻射噪聲測試場耗費巨大，而節(jié)省成本的進場測量手段也隨著測量方法的進補而發(fā)展。
上世紀九十年代，E.G.Williams發(fā)展了近場聲全息技術之后，隨即應用在試驗室模型水下聲輻射試驗中。Williams的試驗[11]在直徑9m,深6m的水罐中進行，測試頻率從300Hz-5kHz。
圖15 Wiliams早期進行NAH試驗裝置
法國OldB公司[12]拓展了近場聲全息的應用范圍，建立了適用于實艇尺度測試的NAH陣列與測試系統(tǒng)，并在法國、澳大利亞海軍等獲得了廣泛應用。
圖16 法國OldB公司潛艇近場聲全息測試系統(tǒng)
水下聲強技術與NAH技術起始時間接近，但一直未見成功應用案例，直至今年來日本在水面艦船水下聲輻射試驗中建立了三維聲強陣進行近場輻射特性試驗[13]。
圖17 日本水下三維聲強測試系統(tǒng)
7.水動力噪聲試驗手段的發(fā)展
殼體表面流動引起的航行體的遠場輻射噪聲與自噪聲是水動力噪聲研究的兩個重要方面，而后者更是早期水動力噪聲研究的重中之重，因為這直接關系到聲吶的工作性能。隨著中高航速隱身潛艇的出現，殼體表面流動引起的航行體的遠場輻射噪聲也逐漸受到更多的關注。
普遍認為壁面湍流邊界層脈動壓力是水動力噪聲的激勵源，而試驗獲取湍流邊界層脈動壓力的激勵特征一直是水動力噪聲機理研究的一個重要方向。
展開 傳聲器陣列是什么？該如何選擇適合的類型？
噪聲源識別方式：球面波束形成
通道數：36或50
尺寸：20cm直徑
最大頻率：12kHz（最大旁瓣級優(yōu)于6dB）
平 面 輪 形 陣 列
主要用途：室內、戶外
我們創(chuàng)新性的輪形陣列具有多種直徑與傳聲器配置，視具體應用而定。可與PULSE波束形成軟件搭配使用，并且可達到理想的效果，同時保證使用便捷。
該陣列主要用于波束形成測量，不過如果足夠接近聲源，也可以用于聲全息測量。
噪聲源識別方式：波束形成、聲全息或寬帶聲全息（專利）
通道數：18、36、60或84
尺寸：0.35-2.0m直徑
最大頻率：
- 波束形成
36通道：6.0kHz（最大旁瓣級優(yōu)于8dB）
60通道：8.0kHz（最大旁瓣級優(yōu)于8dB）
- 聲全息
36通道：1.5kHz
60通道：1.2kHz
手 持 式 陣 列
主要用途：機艙內、室內
手持式陣列的使用場景為離聲源近的聲場與狹小的空間，如在車輛內或接近復雜機械進行泄漏探測以及保形成像。
為了適應待測量的頻率范圍，我們有多種間隔（25毫米到40毫米）可供選擇，而且雙層陣列有助于在混響環(huán)境中進行測量。
噪聲源識別方式：實時聲全息，局部映射和共形計算
通道數： 最小6×6×1；最大8×8×2
間距：25、30、35、40及50mm（尺寸取決于通道數和間距）
最大頻率：6kHz
網 格 陣 列
主要用途：室內
在靠近測試物體的穩(wěn)態(tài)聲場進行測量時最常用的是一種常規(guī)的聲學傳感器點陣（傳聲器或水聽器）。
搭配機器人，可使測量點極為精確地嚙合在一起。這樣，我們的近場聲全息軟件所生成的聲成像圖就能達到非常高的空間分辨率。
展開 展會預告 | 誠邀您蒞臨2023汽車測試展HBK展臺
由于采用了聲學波束形成和統(tǒng)計優(yōu)化近場聲全息(SONAH)技術，聲學攝像機可在一個很寬的頻率范圍內測量。
HBK道路車輛移動聲源波束形成
該PULSE軟件對Pass-by（通過噪聲）測試的移動車輛（如轎車與卡車）所發(fā)出的噪聲進行噪聲源定位。測量出的聲學結果以等值云圖的形式顯示，清晰地顯現噪聲“熱點”，并且顯示噪聲是如何從各個位置輻射開來的。該噪聲圖疊加在車輛圖之上，從而使用戶可以清楚地看到車輛各個部件的噪聲級值，如輪胎或側翼后視鏡，并且可以了解聲音的指向性。
Discom生產下線NVH分析系統(tǒng)
Discom生產下線NVH分析系統(tǒng)適用于汽車動力總成及其零部件生產下線測試分析：齒輪、變速箱（包括手動、自動、雙離合器和油電混合變速器設計）、車橋和分動器、內燃機、驅動電機、軸承和電子執(zhí)行器。能夠在下線測試臺架上模擬測試駕駛工況。Discom移動式系統(tǒng)專門設計用于整車相關性測試。
HBK電功率測試
eDrive系列功率計和功率分析儀采用數字循環(huán)檢測進行功率計算。即使在高動態(tài)負載變化中也能提供可靠的測量結果，而傳統(tǒng)的功率計卻可能出現障礙。足夠高的采樣率可完全滿足目前逆變器的技術要求，并可擴展到更多通道，更高采樣率以及其它類型輸入信號，滿足您未來的更多需求。
HBK扭矩傳感器
T40B以高精度、再現性和魯棒性而著稱，非常適合用于靜態(tài)和動態(tài)扭矩測量。包括滯后和高溫穩(wěn)定性，扭矩傳感器具有0.03%的線性精度。可內置磁學轉速測量系統(tǒng)，在傳動系統(tǒng)中進行功率測量。非接觸設計和數字信號傳輸確保了更高的安全性，并具有免維護特性。
展開 手持便攜式聲學相機漢航NTS.LAB ACP系統(tǒng)介紹
在近場條件下，使用更為精確的球面波模型能夠更準確地反映聲波傳播的實際情況。實際測量中，一般采用如圖4所示的條件進行遠近場模型轉換，近場球面波模型和遠場平面波模型的主要區(qū)別是聲波到達各傳聲器的時間差的計算方法不同，而波束形成的原理基本一致。
NTS.LAB聲學相機模塊的波束形成算法兼顧遠場和近場兩種測量情況，軟件可根據所設置的分析類型自動生成波束形成算法模型，實時高效計算出精確的聲源定位結果。
2.2聲全息算法原理
相比波束形成，聲全息在中低頻具有較好的定位分辨率，它通常在噪聲源近場進行測量，并借助聲場空間變換算法，反演出噪聲源表面和聲場中的聲壓、質點振速等聲學信息，從而形成直觀的聲學圖像；由于近場測量數據中包含了豐富的倏逝波成分，聲全息成像分辨率可達到所分析聲波波長的幾十分之一，從而可以準確地實現噪聲源位置定位和強度量化。自聲全息技術提出以來，國內外學者發(fā)展出了空間Fourier變換法、逆邊界元法、Helmholtz方程最小二乘（HELS）法、統(tǒng)計最優(yōu)法、等效源法等多種聲全息算法。其中基于等效源法的聲全息適用于任意形狀聲源、原理簡明、算法高效，因此得到了廣泛研究和應用。
等效源法的主要思想是：振動體產生的聲場可以由置于該振動體內部的一系列等效源產生的聲場疊加代替，而這些等效源的源強可以通過匹配振動體表面的法向振速或者聲場中的全息面聲壓得到。
展開 家電案例 | 多樣、復雜、移動聲源的快速識別及可視化
據Nikola介紹：“我們在進行測量時，一般從遠場開始，使用了波束成形技術，然后采用近場聲全息技術。有時候，也會使用寬帶全息一次測量就獲取全頻段結果，無需分次測量”。陣列中的傳聲器排列間隔是不規(guī)則的，這樣就允許同一個陣列使用不同寬帶聲全息、統(tǒng)計優(yōu)化聲全息和波束成形算法。正如Nikola所說：“這種新設備為我們帶來了執(zhí)行測量的巨大優(yōu)勢，并且數據采集系統(tǒng)簡單可靠。”
結 果
更易理解
相比過去使用的聲強探測技術，Gorenje現在可以比以前更快地測量和識別家用電器噪聲源。“測量的速度、可重復性和準確性大幅提高，”Nikola說。“過去需要幾小時的測量現在可以在幾秒鐘或幾分鐘內完成。”
聲音可視化是其中重要的一個環(huán)節(jié)，如Nikola所說：“在具有復雜聲源的設備上，我們必須確定基本聲源。聲場的可視化能夠直觀地引導我們找到每個聲源的位置。可視化使我們弄清了一些復雜的技術問題，并確認我們關于機器的主要噪聲源的假設。這也減輕了工作人員的壓力。”
在現場驗收測試期間，使用波束成形技術獲得冰箱的噪聲輻射概覽，表明壓縮機系統(tǒng)是主要噪聲源。通過將陣列移近些并使用寬帶全息術，空間分辨率得到了改善，顯示了毛細管產生的噪聲和壓縮機本身的輻射圖。
在測試由微波爐產生的準穩(wěn)態(tài)噪聲時，只需幾秒鐘即可獲得整體聲功率譜；對于洗衣機，用幾分鐘的測量時間即可涵蓋洗衣機循環(huán)中的多個階段。
這些明確的結果也優(yōu)化了噪聲控制措施和減振方法。
更高的測試效率
和以前一樣，Gorenje的聲學專家們每天工作16個小時（兩班），且每天24小時都在使用消聲室。但是，在保留用于噪聲源研究的20％時間里，消聲室的效率得到提高。因此，Gorenje現在比以前更多地使用噪聲源定位設備。
展開 
婦女節(jié)專題 | 在男性主導的領域，有哪些女性正大放異彩？
劉濱博士
專業(yè)領域：
結構聲學，近場聲全息，聲源識別定位，高維逆問題求解
盧奐釆教授說，如果好奇日常生活中時刻都會感受到的波動現象、振動現象的起因，一個人很自然就想進入聲學領域去學習，并很容易就喜歡上這個涵蓋數學、物理、動力學、信號處理、噪聲管理、人體生理和心理與聲音關聯的科學領域。
“因為追蹤和探索聲-振-波的機理，我分別攻讀了轉子振動和結構聲學兩個方向的博士學位，加之攻讀學士和碩士學位時獲得的電氣工程知識基礎和訓練，我有幸可以在聲學工程領域開展原創(chuàng)研究，并在男性專家主導的這個交叉科學和工程領域，深耕多年。
”
在被問到最高興的事、最大成就是什么時，盧奐采教授開心地回答：
“生活中最大的幸運是有和眭的家庭和值得驕傲的兒子。
工作中最大的成就，是創(chuàng)建了國際性的聲學與振動實驗室，提供世界知名聲學振動專家與青年學生面對面交流并一起工作，這個實驗室是的我另一位’兒子‘”。
我有幸可以在聲學工程領域開展原創(chuàng)研究，并在男性專家主導的這個交叉科學和工程領域，深耕多年。
盧奐釆教授
研究領域：
主客觀評測方法
、電聲器件、聲場控制、聲學測量、音質評價、環(huán)境聲學、數字音頻信號處理、
IoT
終端設備音效設計和音頻技術解決方案。
戴博士畢業(yè)后，曾經在測量設備廠家，系統(tǒng)設計廠家工作服務過，后來進入博士后工作站自主研發(fā)了國產聲場控制系統(tǒng)，再后來在華為消費者部門為消費類音頻產品擔任音效顧問，她的整個行業(yè)經歷了儀器、專業(yè)類和消費類三大板塊。
展開 傳聲器陣列是什么？該如何選擇適合的類型？
這樣，我們的近場聲全息軟件所生成的聲成像圖就能達到非常高的空間分辨率。
噪聲源識別方式：聲全息和瞬態(tài)計算
通道數：≥6
尺寸：0.125m×0.125m以上（各種間距可用）
最大頻率：6kHz
根據陣列的形狀和大小以及陣列中使用的傳聲器的位置和數量，B&K的陣列產品將更好地助力您的工作。
還可以在這里找到我們
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都說索尼大法好，究竟好在哪？
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上汽通用五菱 | 更實用快速的NVH性能開發(fā)模式
純干貨分享 | 7799型自由場聲壓法測聲功率
專屬夏天的聲音 | 用數據看蟬鳴
您還可以通過如下方式聯系我們，了解更多產品與應用詳情：
郵箱：cn.info@bksv.com
官網：http://www.bksv.cn
展開 展會預告 | 誠邀您蒞臨2023汽車測試展HBK展臺
由于采用了聲學波束形成和統(tǒng)計優(yōu)化近場聲全息(SONAH)技術，聲學攝像機可在一個很寬的頻率范圍內測量。</span></p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(51, 182, 177);">HBK道路車輛移動聲源波束形成</strong></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/0dOps7rIddoKQkQiblDpicpckzicjHXlkJncP5Lx3eACzqoVX8icKJuyLgsf9TG4SrzU8YzZbMYcuybpHESL0U2z7A/640?wx_fmt=png"></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">該PULSE軟件對Pass-by（通過噪聲）測試的移動車輛（如轎車與卡車）所發(fā)出的噪聲進行噪聲源定位。測量出的聲學結果以等值云圖的形式顯示，清晰地顯現噪聲“熱點”，并且顯示噪聲是如何從各個位置輻射開來的。該噪聲圖疊加在車輛圖之上，從而使用戶可以清楚地看到車輛各個部件的噪聲級值，如輪胎或側翼后視鏡，并且可以了解聲音的指向性。</span></p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(51, 182, 177);">Discom生產下線NVH分析系統(tǒng)</strong></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/0dOps7rIddqu1svMyicYK2nxDKaRSkgcrtyJpZrjAukyrHMMV9iclepMW6CqC5hmwUibF4yuky0DpgjnzyWiaNgewA/640?
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