（机械设计及理论专业论文）基于波叠加方法的声全息技术与声学灵敏度分析.pdf

合肥工业大学博士学位论文 摘要 本文围绕产品噪声测量与控制这一日益受到关注的课题，开展了关于近场声 全息技术( n a h ) 和声学灵敏度分析方面的研究。近场声全息技术，诞生于2 0 世 纪8 0 年代初。通过在辐射体的近场测量声压数据可以重建和预测出整个三维空间 声场的声学量，如声压、质点振速、声强以及远场指向性等。因其具有此优点， 近场声全息技术迅速地成为一种声源识别和声场可视化的强有力工具。在过去的 二十多年中，该技术也取得了很大的发展，形成的全息变换算法主要有：空间声 场变换( s t s f ) 、边界元方法( b e m ) 和h e l m h o l t z 方程最小二乘法( h e l s ) 。 本文在实现和改进基于s t s f 方法的n a h 技术基础上，提出了空间声场分离技术， 为克服b e m 和h e l s 方法的缺点，提出可应用于内、外声辐射问题分析的基于波叠 加方法( w s a ) 的n a h 技术。而在声学灵敏度分析方面，本文通过对波叠加公式 进行关于设计变量的求导，提出基于波叠加方法的三维声学灵敏度分析。每章内 容简要概括如下： 第一章回顾近场声全息技术和声学灵敏度分析的发展历史，分析了二者的研 究现状和存在的问题，在此基础上提出了这些问题的解决途径，确定了本文的主 要研究内容。 第二章实现基于s t s f 的近场声全息技术，解决该技术中的若干关键问题。采 用特殊函数和分离变量法推导出平面、柱面和球面n a h 技术的理论公式，并讨论 它们的数值实现算法，以及全息重建过程中的误差传递。最后，进行扫描全息测 量的实验验证工作，提出一种不需要先验或后验知识的截止波数选取方法。 第三章提出空间声场分离技术，拓宽基于s t s f 的近场声全息技术的使用范 围。从近场声全息原理出发，利用声波沿不同方向传播的特点，针对平面、柱面 和球面全息澍量建立了波数域内的声场分离公式。利用声场分离技术分离后的全 息声压，可以不受背景干扰地重建目标源面上和声场中的声学参量。 第四章给出声辐射问题的声学基础和定解问题描述，推导出边界h e l m h o l t z 积 分方程，随后给出了边界h e l m h o l t z 积分方程的离散化形式一一边界元方法，以及 在离散化实施过程中存在的问题和相应的处理方法。在此基础上，推导出波叠加 方法的基本公式，论证了波叠加方法和边界元方法之间的等价性关系，最后给出 波叠加方法的实施过程和精度分析。 第五章提出了基于波叠加方法的近场声全息技术。依据波叠加积分公式，通 过离散化连续虚源方法来改进简单源替代方法并引入混合层势理论，建立了一 种稳健的全波数空间声场重构技术。研究声全息重建过程中的不适定性问题，以 及相应的正则化策略。通过典型算例和实验验证了理论分析的正确性，并研究了 声源频率及虚源位置等对重构精度的影响。 i i台勰工照大学博士学位豫文 第六章推替班黢体蠹声增计算的波羲加积分公式，并建立基于w s a 的蒜内声 象意理论和采藕等参插镶离觳虚源表疆瓣垒患实现方法。通过九个典型算铡对胶 内垒意拄术进行仿冀验_ i 芷，结果表明；在采用不弱的正则化方法之厢，帮使采用 宙有测量误羞的数据进行嚣榴和预测- 箕计算绪聚每理论氆都能蚴台得相当好， 其巾慕孀t i 曲o v 方法比t s v d 方法滤波散果稍好。 第七章建立7 麓予波蠡勰方法鹘三堆声学灵被度努辑理论相实袭算法。粳摆 渡叠加方法建立空间点瓣声学堂与产晶绪构表巍上声学、靛置参薰之间的关系i 然艏。遥过对设计参数的求导可l i l 得劐解析的三雏声举灵敏度计算公式；最后 通过对谈公式瓣离敷他处理可毅得到声学灵敏度计算方程。道谶仿冀髯爨。验证 v 波囊娜方法进行声学灵敏度计冀雠哥露性秘宵效性。 第八章对垒文的辨究工作避行了总结，弗指描有特避一步研究的谍越。 曩键词：声源识别；蝼声控制：声垒息；声学灵敏度；低噪声设计：波叠加方 法：逆问题；正剐亿滤波：声螨分离 台辩工矬太学霹士葶旺论空 l a _ bs tr a c t s i n e en o i 3 em e 粘h 揩蹦e ma n dc o n 打o le n g i n e e 娃n ga r 搴榭r a e t i n gm o r e 张dm o r e a 札e n t i o n s ，撞e a r _ 疗e i da c o n s t i ch o l o g r a p h y 州a h ) 矗n da c o s t cs 髓s i t i v i t y 曲a l y s s h a v e b e o hl n v e s t j g 辩e dh 如l s 畦t s s e t t a t i o n 。n e a f 煮鼬6 毳c o u s t ch o l e g f 3 曲y 呐l c hw a s p r o 辨s c d 趣t l l eb e g i n n i 玎g 甜1 9 8 0 s ，c a n 扰c o n s l m c ta n dp r e 饿c tl e o u s t i cq u a n t i t i e s s e h 鑫ss o u n dp r e s s u f e ，p 8 删o l ev e l o o i t 乳s o 黼di n t e a s i t y 撼df 材d 畦d l r e c i v i t yi n 国ew h o l e3 - d 蠡e l dw l t h o u t 量h er e s o l h t i 硼i i 瑚i 船t i o nb yr e c o r d i n g 攮e $ o u 酣p r e s s u 拷 l nn 掩n e 材壕e l 连醇f 蛹i a t 钟b e 德n s oo fs hs p e c 赫f e 籼描，t h n a 鞋t e c h n i 蚋辜 b e m e so n 口o ft h e 艄o s tp o w m 娃t o o l s 姆i d e n 娃缸s o 硼ds o u r c e s 柏dv i s u a 】i z es o 黼d 盎e l d ，m 始n w 瓤kt h et e c h n i q u eh 神ea o h i e v em 8 “yp r o g 婶s s e s 沁；锆e l f 蛐dj t s i m p l e 热e n t a t o n 重g o 辩 h m sm a i n l yc o a s i s to fs p a t i a l r 黼s 岛惴o fs o h i l d 蟊e 辅( s t s f k b o u 娃d 蛳e l 娟l e 啦m e l h o d b e h d ) a n dh 引糖h o l t ze 舔i o n # a 懿一s q u 甜em 懒o d ( h e l s ) 。b 鑫s e do nt h el m p l e m e n t a t l o na n de n h 缸c # m e n to f 馈es t s 擎曲a s e dn a h ， s o n n 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f e n d i 糟c t i o n s ，s o u n d 羲e l d 鹳p 射a t i o n t # c h n i q u ee 醐b oc s t a b l i s h e dj nt b ew & v 目- 聃m 的rd o m 鑫h 1 r h ea c o u s l cq u a 董l t i t i e 30 8 如e 谢g 畦g o t l es u f f 如e8 n di nt h e 蠡e i 硅$ a nb er e c o 黯旺嘲矗e dw 淹b o 啦t h ei 甜u 引端e 靠 t l l eb a e k g f o u n dn o i s eu s i n gt h es e p a r a 协dp r e s s u r e s i 菇c 靛8 群e ff o h f ，t h em e 钟e t i e a lb 拈趣捐dd e 3 e f i 蛳o n 协d e l e r 啦i n es o i n t i o 硅瓤黯 i v 台肥工业大学博士学位论文 b e e ng i v e n ，曲dh e i m h o l t zi n t e g r a le q u a t - o na n di t sn u m 盯i c a lf o r mt h a ti sb o u n d 盯y e l e m e n tm e t h o dh a v eb e e nd e d u c e d b a s e do nt h e s e ，t h eb a s i cf o m u l a t i o no fw s a h a sb e e nd e d u c e da n di t se q u i v a l e n c et ob e mh a sb e e nv er i f i e d i nt h ee n d ，t h e i m p l e m e n t e dp r o c e s sa n dp r e c i s i o n 丑n a l y s i sh a v eb e e ng i v e n 1 nc h a p t e r 矗v e ，t h ew s a b a s e dn a hh a sb e e np r o p o s e d a c c o r d i 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c t s u r f a c ec a nb ee s t a b i i s h e d t h e nt h ea n 8 1 y t i c a lf o r m u l a t i o no fa c o u s t i cs e n s i t i v i t y a n a l y s i sc a nb eo b t a i n e db yd i f f e r e n t i a t i n gw i t hr e s p e c tt 0d e s i g np a r a m e t e r s f i n a l l y ， t h ec a l c u l a t i o ne q u a t i o nc a nb eo b t a j n e dt h r o u g ht h ed i s c r e t i z a t i o no ft h ea n a l y t i c a l f o r m u l a t i o n s e v e r a l s i m u l a t i o n sh a v e b e e nt a k e nt ot e s tt h e f e a s i b i l i t y a n d e f 蚀c t i v e n e s so ft h ew s a b a s e da c o u s t i cs e n s i t i v i t ya n a l y s i s i nc h 印t e re i g h t ，r e s e a r c h e si nt h i sd i s s e r t a t i o nh a v eb e e ns u m m a r i z e d ，a n dt h e t o p i c sn e e df u r t h c rs t u d yh a v eb e e np r o p o s e d k e y w o r d s ： s o u n ds o u r c e i d e n t i f i c a t i o n ， n o i s e c o n t r o l ， a c o u s t i c h o l o g r a p h y ， a c o u s t i cs e n s i t i v i t y a n a l y s i s ， l o w n o i s e d e s i g n ， w a v e s u p e r p o s i t i o na p p r o a c h ， i n v e r s ep r o b l e m ，r e g u l a r i z a t i o nm e t h o d ，s o u n df i e l ds e p a r a t i o n x 合肥工业大学博士学位论文 插图清单 图2 1截止渡数虹为不同值时的法向振速重建图2 3 圈2 2加入噪声前后的声压分布囤2 4 图2 3 加入噪声前后的重建法向撮速重建等值图2 4 雷2 4 加入随机噪声后重建值与理论值比较2 5 圉2 5 柱面声全息的测量重建示意图2 8 臣2 6仿真中的全息面声压、重建面理论和重建声压分布2 9 荫2 7仿真中声压重建值与理论值、测量值之i 司的比较3 0 鹭2 8 滤波处理前后重建结果与理论值的比较3 l 圄2 一g直角坐标和球面坐标之同的转换关系3 2 圈2 1 0 当 = 8 ，m = o 1 ，8 的球面波模型3 3 酗2 一“口6 = 1 2 情况下不同枷对应的角谱放大倍数3 3 圉2 一1 2 球面f o 2 5 m 上的声压幅值理论和重构分布之间的 = 匕较3 6 图21 3 采用球面声全患计算出的远场指向性国3 6 图2 一1 4 近场声全息测量系统在半消声室中的照片3 8 图z 一1 6 实验效据经处理后得到的全息面声压3 9 图21 6 在不冠截止渡数下的优化目标函数趋线4 0 图2 1 7 蓬建声压幅值与实测值之间的比较4 0 圈2 一1 8 重建距离全息面2 c m 处的三维有功声强分布4 l 圈z 1 9 重建得到的坐标z = 0 平面上的卢压分布4 l 圈3 1双平面分离声场方法的测量示意图4 4 图3 2分离后的声压同理论值、灏量值之间的比较4 6 图33仿真1 利用分离后的声压值和测量值分别重建的声强4 7 图3 4 仿真2 利用分离后的声压值和测量值分别重建的声强4 7 图3 5单平面声场分离技术中各平面问的位置4 8 图3 6 分离后的声压同理论值、剥量值之间的比较5 0 图3 7 利用分离后的声压和测量值重建有功声强分布圈5 0 图38 利用分离后的声压和剥量值重建振速误差分布图5 l 圈3 9 取柱面分离声场方法的测量示意圈5 2 圈3 一l o 单柱面分离卢场方法的铡量示意图5 3 囤3 1 1 分离后的声压同理论值、铡量值之间的比较5 4 图3 一1 2 声场分离前、后重建声压辐值同理论值的比较5 5 图3 1 3 分离前、后的重建声压幅值同理论值的单行比较5 6 合肥工业大学博士学位论文 图3 1 4 双球面分离声场方法的测量示意图_ 5 6 图3 1 5 单球面分离声场方法的测量示意图5 7 图3 1 6 双全息面分离声场技术实验装置实物图5 8 图3 1 7 由实验测量得到的双全息面上的声压幅值与相位5 9 图3 1 8 全息面l 上分离前、后声压幅值和相位的单行比较6 0 图3 1 9 采用不同方法重建的目标源面有功声强分布比较6 l 图4 一l 无限域中振动声辐射示意图6 3 图4 2建立波叠加积分公式的示意图7 3 图4 3波叠加方法离散化过程中的各矢量关系7 6 图5 一l辐射体与声场中各个域之间的位置关系8 0 图5 2球形声源在直角坐标系中的示意图8 2 图5 3振荡球表面重建结果与理论值的比较8 3 图5 4方箱声源在直角坐标系中的示意图8 3 图5 5 方箱源上声压的理论与重建分布图问的比较8 4 图5 6l 一曲线示意图9 1 图5 7声全息测量系统在半消声室中的照片9 1 图5 8 实验数据经处理后得到的全息面上的声压9 2 图5 9 滤波前、后重建声压幅值同实测值的比较9 2 图5 一1 0 采用波叠加方法的声全息重建靠近声源处的三维声强9 3 图5 1 1 利用混合层势理论克服单、双层势公式在关键频率处产生的计算非唯一性 问题9 7 图5 一1 2 正则化滤波前、后重建球面1 3 4 个节点上的声压实、虚部同理论值之间的 比较9 8 图5 1 3 在不同信噪比( s 足) 条件下，正则化滤波前、后的重建误差曲线 9 8 图5 1 4 声场重建误差同若干影响因素之间的关系图1 0 0 图5 一1 5 采用2 2 5 个全息测量点数据计算得到的l 一曲线拐点位置1 0 1 图5 1 6 音箱表面的离散划分模型与重建得到的表面声压分布l o l 图5 1 7 重建声压幅值与实测值之间的比较1 0 2 图6 2 六节点二次单元从子单元到母单元的坐标变换1 0 9 图6 3 传递函数矩阵奇异值分解后得到的典型奇异值情况1 l l 图6 4 离散后的腔体表面与声源的位置关系儿l 图6 5 采用含有3 测量误差和基于w s a 的声全息熏建长方体腔内表面声压分布 圈与理论分布图之间的比较1 1 2 x i i合肥工业大学博士学位论文 图6 6 图6 7 闰6 8 图6 9 图6 1 0 图7 1 图7 2 图7 3 用l 一曲线选取腔内声全息的正则化滤波参数1 1 3 用不同正则化方法滤波的绝对误差比较1 1 3 采用含有5 测量误差和基于w s a 的声全息重建长方体腔内表面声压分布图 与理论分布图之间的比较1 1 4 在腔体两端振动时重建和预测的腔内声压与理论值的比较1 1 5 声场重构误差同若干影响因素之间的关系图1 1 6 声辐射分析和灵敏度分析的计算流程比较1 2 5 算例1 的声学和声学灵敏度分析结果与解析解的比较1 2 6 算例2 的声学和声学灵敏度分析结果与解析解的比较1 2 8 鱼! ! 三些查兰苎主兰垡丝兰 一j 翌里_ 表格清单 表4 1振动体表面和远场声压和振速均方根误差( 8 节点，勋= 1 ) 7 8 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包岔为获得 盒熙至些盍堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：厅荡 签字日期：c 多年尹月r p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金a b 王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒鹏王些盘 堂一可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：寻西 签字日期：扣5 年? 月，p 日 学位论文作者毕业去向：江苏省苏州市 工作单位：博世技术中心( 苏州) 有限公司 通讯地址： 江苏省苏州市工业园区星龙街4 5 5 号 导师签名 隧，幄 口 签字日期：如吐年7 月7 。日 电话：0 5 1 2 6 7 6 7 6 0 7 1 邮编：2 1 5 0 2 4 合肥工业大学博士学位论文 v 致谢 时光飞逝，在四年多攻读博士学位的学习和研究生活即将结束之际，众多的 老师、同学、朋友和亲人对我的指导，关心和支持使我难以忘怀! 论文是在导师一一陈心昭教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。从培养计划 的制定，到研究课题的选择，到具体的理论和实验研究，以及博士论文的撰写和 修改，都渗透着恩师辛勤的汗水和谆谆的教导。导师严谨求实的治学精神，博大 精深的学术造诣，甘为人梯的学者风范和虚怀若谷的长者胸襟，时时刻刻地激励 着我努力探索，永远向前。在以后的漫漫人生旅途中，要以导师为榜样，谨记导 师的教诲，努力拼搏奋勇前进，不辜负导师的厚望。 特别感谢陈剑教授，在课程学习、课题研究、实验方案制定、论文撰写 过程中给予的大力指导和不懈帮助。同时，陈剑老师精辟的学术观点、认真的工 作作风、诲人不倦的教育方式，使我受益匪浅。 衷心感谢合肥工业大学振动噪声研究所的刘正士教授、李志远教授、许滨商 工、陈晓东老师、陆益民老师，在这几年来给予我的大力指导和关怀。 衷心感谢周广林、毕传兴、徐晓军、陈品、郑海波、王秀峰、李卫兵、吴振 华、赵旭东、贺春东、张永斌、徐亮等师兄弟和陈思伟、费维等同学提出的宝贵 意见和帮助。 衷心感谢我在合肥工业大学八年多学习、生活中所有认识和给予我帮助的老 师、领导、同学和朋友们。 借此机会，我要感谢辛勤养育并培养了我的父母和我的岳母。正是由他们的 理解和支持，才能使我专心于博士论文的研究工作。还要感谢我的兄弟姐妹们给 我带来了欢乐和学习的动力。 最后，我要最衷心地感谢我的妻子王爽，感谢她陪我共同经历风风雨雨，感 谢她在生活上给予的无微不至的关心，感谢她多年来对我学习和工作的默默支持。 正是她辛勤的工作和无私的奉献，才使得本论文得以顺利完成! 作者：于飞 2 0 0 5 年6 月于合肥工大斛兵塘畔 合肥工业大学博士学位论文 第一章绪论 随着科学技术的不断发展和人们生活水平的日益提高，噪声已成为环境和产 品评价的一项重要指标，如何降低噪声水平也就成为一个备受关注的课题，在军 事、交通运输、航空航天、工程机械、家甩电器等领域一直有着广泛的需求。噪 声污染和大气污染、固体废弃物污染以及水污染是当代社会最主要的四种污染。 噪声污染同其他三种污染不同，它不存在时间上的积累效应，声源停止发声时伴 随的噪声也就马上消失但其影响面非常广，几乎影响到城市全体居民，是受到 人们抱怨和控告最多的污染类型。进行噪声控制，一般从声源控制，传播途径控 制和受者保护三方面进行，具体采用哪一种或几种则应从经济，技术，满足要求 上来考虑决定。一般来讲，声源控制是噪声控制中最根本和最有效的手段，而主 要声源的定位与识别是噪声控制工程的关键问题。 从声源方面入手控制噪声，第一个同时也是最为关键的一个问题。就是要正 确地识别和定位声源，获得声源的声辐射特性。在2 0 世纪8 0 年代初，美国宾夕法 尼亚大学学者提出了近场声全息技术( n e a r _ f i e i da c o u s t i ch o l o g r a p h y ：n a h ) ， 该技术将声学理论同噪声测量与控制工程充分结合起来，并迅速地成为一种可视 化空间声场和识别声源的强有力工具。经过二十多年来的发展，n a h 从最初的平 面、柱面等简单形状声源分析，发展到任意形状声源的分析。其复声压获取方法 也发生了很大的变化，从多通道传声器的同时快照测量，发展到参考信号互谱测 量以及基于声强测量的复声压重构技术。近场声全息技术具有如下的优良特性： 通过记录有限场点的全息声压，可以重建和预测出整个三维空间场内的声学信息。 本文在已有研究成果基础上，对近场声全息技术中的选取滤波参数、抑制背景噪 声干扰以及提出新型全息算法等方面，做了更深入的研究。 如何对产品做结构几何参数或物理材辩属性的修改，以达到预期的噪声水平 要求一一声学优化设计及低噪声设计，是需要研究的另一个问题。进行低噪声设 计仅仅依靠经验式的注意事项是远远不够的，往往也不可靠，因此必须对产品进 行量化的声学设计灵敏度分析，其提供了产品设计的优化方向。这种设计灵敏度 信息指的是：因声辐射体设计参数( 包括物理性质参数和几何尺寸) 变化引起的 空间点上的声学量( 如声压，声强，声功率等) 的变化率，它是产品声学优化设 计的量化依据。一旦获得整个结构的设计灵敏度，通过一定的迭代算法就可以得 到改进后的产品设计，这才是最终降低噪声污染的途径。 1 1 声全息技术的研究进展 2 0 世纪4 0 年代末，著名匈牙利物理学家，诺贝尔奖获得者d e n n i sg a b o r 在从事 台肥工业大学博士学位论文 第一章绪论 随着科学技术的不断发展和人们生活水平的日益提高，噪声已成为环境和产 品评价的一项重要指标，如何降低噪声水平也就成为一个备受关注的课题，在军 事、交通运输、航空航天、工程机械、家用电器等领域一直有着广泛的需求。噪 声污染和大气污染、同体废弃物污染以及水污染是当代社会最主要的四种污染- 噪声污染同其他三种污染不同，它不存在时问上的积累效应，声源停止发声时伴 随的噪声也就马上消失，但其影响面非常广，几乎影响到城市全体居民，是受到 人们抱怨和控告最多的污染类型。进行噪声控制，一般从声源控制，传播途径控 制和受者保护三方面进行，具体采用哪一种或几种则应从经济技术，满足受求 上来考虑决定。一般来讲，声摇【控制是噪声控制中晟根本和最有效的手段，丽主 要声源的定位与识别是噪声控制工程的关键问题。 从声源方面入手控制噪声，第一个同时也是最为关键的一个问题，就是要正 确地识别和定位声源，获得声源的声辐射特性。在2 0 世纪8 0 年代初，美国宾夕法 尼亚大学学者提出了近场声垒息技术( n e a r _ n e l da c o u s t i ch 0 1 0 9 r a p h y ：n a h ) 该技术将声学理论同噪声测量与控制_ 程充分结合起来，并迅速地成为一种可视 化空间声场和识别声源的强有力工具经过= 十多年来的发展，n a h 从最初的平 面、柱面等简单形状声源分析，发展到任意形状声源的分析。其复声压获取方法 也发生了很大的变化，从多通道传声器的同时快照测量，发展到参考信号互谱测 量以及基于声强测量的复声压重构技术。近场声垒息技术具有如下的优赵特性： 通过记录有限场点的全息声压，可以重建和预澜出整个三维空间场内的声学信息。 本文在已有研究成果基础上，对近场声垒息技术中的选取滤波参数、抻制背景噪 声干扰以及提出新型全息算法等方面，做了更深入的研究。 如何对产品徽结构几何参数或物理材辩属性的修改，以达到预期的噪声水平 要求一一声学优化设计及低噪声设计，是需要研究的另一个问题。进行低噪声设 计仅仅依靠经验式的注意事项是远远不够的，往往也不可靠，园此必须对产品进 行量化的声学设计灵敏度分析，其提供了产品设计的优化方向。这种设计灵敏度 信息指的是；因声辐射体设计参数( 包括物理性质参数和几何尺寸) 变化引起的 空间点上的声学量( 如声压，声强，声功率等) 的变化率，它是产品声学优化设 计的量化依据。一旦获得整个结构的设计灵敏度，通过一定的迭代算法就可以得 到改进后的产品设计，这才是最终降低噪声污染的途径。 1 1 声全息技术的研究进展 2 0 世纪4 0 年代末，著名匈矛利物理学家，诺贝尔奖获得者d e nn t s o a b o r 在从事 2 0 世纪4 0 年代末，著名匈牙利物理学寡，诺贝尔奖获得者d e n n j s g a b o r 在扶事 2 合肥工业大学博士学位论文 电子显搬镰的改进工作时企图赣助光学技巧来消除电子透镜像熬对显徽镜成像 矮量赫影蚺，驭鬻突破电子显徽镜e ，4 n m 纳理论努辫率援疆对撬擞垒息技术的摄 念”。惫患术是为了记录和显示霉嚣而把干涉理论和衍射理论综食起来的一门学 科，应用干涉理论是为了记荣垒息圈，应用衔射理论是用于重建和疆示图像。然 而实际上以出色的超声成像研究而闻名的前苏联s o k l o v 在1 9 3 8 年檎测金属试件缺 昭的时候熊制出了第一张垒息圈的声学等效图“j 。 垒慧照援拳俸荛一静显暴不可翌辐射霸豹方法。可囊来进行筠整建的、菲常 直蕊盼墒研究手段，因丽许多学者集中于全息承方面的研究。在1 9 5 2 年，e 咕u m 等就把垒息术的思扭推广到x 射线领域”i 。到1 0 6 6 年，t b u r s t o n e 将垒息术应用到 超声波的研究中m 】。全息术发展到今天应用瓤围越来越广，诸如电予垒息术、x 射 线全息术、光全息术、光电予垒息术、微波全总术、声波全息术罄，可以说只要 这些渡寄足够翡楣千性，足以形戒囊需要蟪于涉瞄形，就能使瘸垒患术来进行研 究。圈此，垒患术成为一释其有广阔应蘑鹱壤瓣钫理场重建和郦褫纯技术， 1 ，1 1 传统声全息技术 声全息是利用声波干涉获得被观察物体声场全部信息的声成像技术。2 0 世纪 6 0 年代中期，为检测和显示对可见光和x 射线来说不透明物伴的结构特性- m e t h e r e l l h u s s e i n 等人提出用声波代替光波的声全息技术的研究h ，并迅速得到发 展和应用。s h e w e 】l 和w o l f 在研究单频相干声场的衍射时，建立了平面一平面之闻 的衍射理论，从而奠定了早期全息技术的理论基础【6 1 。利用这种声全息技术，人 们进行了物体结构振动形成声场的成像研究和声源的分析t 。同时这种垒息技 术还广泛地应用在：地质科学中用于资源勘探和地震观测工业上用于无损探测 和水下探测，临床医学中广泛用于人体内部疾病的医疗诊断等归1 。 常规的声仝息成像技术一般包括获得物体的声全息图和由声全息图重建物体 可见像两个步骤。为获得物体的全息图，必须同时具备两束相干声波一束照射 到物体上透过物体后称为物波，另一束声波稚为参考波。物波和参考波在一定位 置相遇发生干涉，干涉图样就是物体声场的舍有声拔振幅信息和相位信息的声全 息圉，然后用光学方法通过声像转换仪器将声全息图重建为物体的可见像，最后 再由电视显示出来。 在常规声全息中，全息数据是在被测物体的辐射或散射声场的菲涅耳或夫琅 和费区域( 即全息接收面与物体的距离d 远大于波长 的条件下) 采用光学照相或 数字记录设备记录的，它只能记录空间波数等于和小于2n ，x 的传播波成分，用 一个适当的光源照射全息图或通过计算变换测得声场分布的三维重建图像，重建 像的分辨率受限于声波波长。对于小孔径阵，其两点定位横向晟小分辨率不小于 半波长，而径向分辨率更差。全息图只能正对从源出来的一个小立体角，因此， 当声源辐射场具有方向性时，可能丢失声源的重要信息，并且通过声压记录的全 ! 宣! ! 三些查堂苎主兰堡堡塞 一一 电子显微镜的改进工作时，企图借助光学技巧来消除电子透镜像差对显微镜成像 质量的影响，以期突破电子显微镜o 4 n m 的理论分辨率极限时提出全息技术的概 念【”。全息术是为了记录和显示图像而把干涉理论和衍射理论综合起来的一门学 科，应用干涉理论是为了记录全息图，应用衍射理论是用于重建和显示图像。然 而实际上以出色的超声成像研究而闻名的前苏联s o k l o v 在1 9 3 8 年检测金属试件缺 陷的时候就制出了第一张全息图的声学等效图口j 。 全息照相术作为一种显示不可见辐射场的方法，可用来进行场重建的、非常 直观的场研究手段因而许多学者集中于全息术方面的研究。在1 9 5 2 年，e i - s u m 等就把全息术的思想推广到x 射线领域n 到1 9 6 6 年，t h u r s t o n e 将全息术应用到 超声波的研究中h j 。全息术发展到今天应用范围越来越广，诸如电子全息术、x 射 线全息术、光全息术、光电子全息术、微波全息术、声波全息术等，可以说只要 这些波有足够的相干性，足以形成所需要的干涉