技术评论 | 快速宽带声全息技术简介

BK声学与振动

像统计最优近场声全息（SONAH）和等效源（ESM）这样的近场声全息（NAH）方法仅限于低频声源成像，即平均麦克风间距小于声波波长的一半，而波束形成（Beamforming）只能在中高频率下提供有用的空间分辨率。通过适当的阵列设计，这两种方法可以在同一个阵列中使用。但是，NAH要提供良好的低频分辨率，需要较小的测量距离，而波束成形则需要较大的距离来限制旁瓣。

本文提出的宽带声全息（Wideband Holography, WBH）方法就是为了克服这一实际矛盾。只需在相对较短的距离内进行一次测量，就能获得覆盖全频率范围的单一结果，已申请为HBK专利技术。

该方法采用压缩感知（Compressed Sensing, CS）原理，假定声场可以在一组给定的基函数下进行稀疏表示，使用不规则阵列进行测量，通过强制系数向量的稀疏性求解逆问题。本文提出的方法并没有采用基于系数向量1-范数最小化的正则化方法，而是使用一种促进稀疏性的迭代求解程序。迭代法在大多数情况下都能得到非常相似的结果，而且计算效率更高。

WBH方法在处理分布式声源（如振动板）有非常好的效果，典型的应用包括发动机或变速箱等，通常无法近距离测量，此时应用WBH会有很好的效果。

下面是一个实际测试案例，在一个没有进行声学处理的普通房间内，两个4227型 Brüel & Kjær嘴模拟器间隔12厘米，距离阵列36厘米。两个声源由两个独立的稳态随机白噪声发生器激励，并调整到相等的声压级。为了验证，还用声强探头进行了声强测量。

                               
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图1 60通道阵列距离声源36cm

                               
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图2 1/3倍频程 4 kHz（左）和 5 kHz（右）的WBH 声强云图

                               
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图3 WBH估计的声功率与声强探头测量的声功率比较

WBH得到的声强云图与声强探头测量的结果一致。声功率是通过声强云图的区域积分获得的，总体上有很好的吻合，在低频的差异是因为计算面积的大小不一致而造成的。


总结

• WBH仅用一次测量，一次计算，覆盖完整的频率段
• 测量距离一般大于2倍的麦克风间距，小于阵列直径的一半，测量距离并不是关键的参数
  

                               
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• 在整个频率段都有良好的声功率估计
• 在整个频率段都有很高的空间分辨率
• 高频类似于Refined Beamforming
• 低频类似于SONAH
  

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