在传统声强测量技术的基础上,提出了一种新型的三维声强测量方法,并设计了相应的硬件系统和软件系统,开发出一套三维声强虚拟测量分析仪。通过对单声源声场的测量,验证了该系统的有效性和对声源定位的准确性。

给出了扫描线密度的定义,用改进的矩形测量面方波扫描路径测量声功率的计算模型,建立了测量面的几何特征与误差之间的函数关系.分析结果表明通过增加扫描垂直线条数、测量面上平行于扫描方向的边的长度或减小垂直于扫描方向的边的长度,都可以减小误差;对于正方形测量面,可以通过增加扫描垂直线条数,或在大于所求取的误差峰值点范围内增加测量面的边长来减小误差.

通过在边界结点法向方向上,背离分析域一定距离处构造虚构点源;用虚构点源在边界结点、全息测量点、重建点和预测点处产生的特解,形成满足系统方程的特解矩阵,来计算散射场声学量之间的传递矩阵;建立了基于分布源边界点法的声散射场重建和预测理论模型.该方法避开了基于边界元法的声全息重建和预测模型中的变量插值、数值积分和奇异积分的处理,具有计算速度快、计算精度高、计算稳定性好等优点.

建立了声源声功率测量的通用数学模型.以半球测量面和平行六面体测量面为例,应用通用模型建立了两种情况下的声功率误差分析模型.验证了通过扫描路径近似所测得的声功率能够很好地反映声源的实际声功率.当人工执行扫描测量,实际扫描路径存在一定的偏移时,只要扫描偏移值在一定的容差范围内,所测得的声源声功率仍然能够取得较好的结果.

采用p_p法计算声强时,需要将两声器测得的声压进行平均作为被测点的声压,将两声压进行差分计算来间接获得声振速.常规声压平均一般均基于算术平均算法,分析发现在高频区误差较大.针对声场大多呈非线性的特点,提出了应用几何平均计算声压的方法.并分别以两同相小球源和声柱为例,对基于这两种计算声压的方法得到的声强误差进行了对比分析,结果表明在高频区由几何平均计算声强的精度明显高于由算术平均计算声强的精度.

依据ISO9614-2标准,以单极子、偶极子和四极子声源为例,建立了矩形测量面上三种扫描路径(方形、直线加半圆形以及锯齿形)的误差函数的数学模型,分析了矩形测量面尺寸大小、扫描测量面到声源的距离等参数对扫描误差的影响,给出了恒定扫描速度条件下各扫描路径的误差函数曲线.研究表明三种扫描路径均收敛于真值,且锯齿形收敛最快;扫描线密度应随着声源的复杂程度而加大;减小扫描路径间距会提高收敛精度;而增大扫描面尺寸不能提高收敛精度,但适当增大声源到扫描面的距离,可以提高收敛精度.