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快速寬帶聲全息技術(shù)簡介
像統(tǒng)計(jì)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(fēng)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(dāng)?shù)年嚵性O(shè)計(jì)，這兩種方法可以在同一個(gè)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。
本文提出的寬帶聲全息（WidebandHolography, WBH）方法就是為了克服這一實(shí)際矛盾。只需在相對較短的距離內(nèi)進(jìn)行一次測量，就能獲得覆蓋全頻率范圍的單一結(jié)果，已申請為HBK專利技術(shù)。
該方法采用壓縮感知（Compressed Sensing,CS）原理，假定聲場可以在一組給定的基函數(shù)下進(jìn)行稀疏表示，使用不規(guī)則陣列進(jìn)行測量，通過強(qiáng)制系數(shù)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(shù)向量1-范數(shù)最小化的正則化方法，而是使用一種促進(jìn)稀疏性的迭代求解程序。迭代法在大多數(shù)情況下都能得到非常相似的結(jié)果，而且計(jì)算效率更高。
WBH方法在處理分布式聲源（如振動(dòng)板）有非常好的效果，典型的應(yīng)用包括發(fā)動(dòng)機(jī)或變速箱等，通常無法近距離測量，此時(shí)應(yīng)用WBH會(huì)有很好的效果。
下面是一個(gè)實(shí)際測試案例，在一個(gè)沒有進(jìn)行聲學(xué)處理的普通房間內(nèi)，兩個(gè)4227型 Brüel & Kj?r嘴模擬器間隔12厘米，距離陣列36厘米。兩個(gè)聲源由兩個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)態(tài)隨機(jī)白噪聲發(fā)生器激勵(lì)，并調(diào)整到相等的聲壓級。為了驗(yàn)證，還用聲強(qiáng)探頭進(jìn)行了聲強(qiáng)測量。
圖1 60通道陣列距離聲源36cm
圖2 1/3倍頻程 4 kHz（左）和 5 kHz（右）的WBH 聲強(qiáng)云圖
圖3 WBH估計(jì)的聲功率與聲強(qiáng)探頭測量的聲功率比較
WBH得到的聲強(qiáng)云圖與聲強(qiáng)探頭測量的結(jié)果一致。聲功率是通過聲強(qiáng)云圖的區(qū)域積分獲得的，總體上有很好的吻合，在低頻的差異是因?yàn)橛?jì)算面積的大小不一致而造成的。
總結(jié)
WBH僅用一次測量，一次計(jì)算，覆蓋完整的頻率段
測量距離一般大于2倍的麥克風(fēng)間距，小于陣列直徑的一半，測量距離并不是關(guān)鍵的參數(shù)
在整個(gè)頻率段都有良好的聲功率估計(jì)
在整個(gè)頻率段都有很高的空間分辨率
高頻類似于Refined Beamforming
低頻類似于SonAH
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