声全息技术的主要特点及当前研究中存在的问题

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　　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。20世纪60年代中期，为了检测和显示对于可见光和X射线来说是不透明物质的结构特性，人们提出用声波代替光波的声全息技术的研究，并且迅速地得到发展和应用。

　　声全息成像技术一般包括获得物体的声全息图和声全息图重建物体可见像两个步骤。为了获得物体的全息图，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，另一束声波称为参考波，物波和参考波在一定位置相遇发生干涉，干涉图像就是物体声场的含有声波的振幅信息和位相信息的声全息图，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由电视显示出来，如下图所示。

　　声全息原理图

　　声全息技术具有如下特点：

　　(1) 声全息技术在声源特性研究上是一种非常有效的研究方法，它不需要了解激励源及与之有关的参考信号，可以在很宽的频带范围内研究声源特性，在工程上具有很高的应用价值。

　　(2) 声全息技术无论是对空气中还是水下大型或复杂结构的振动和噪声的辐射特性研究，主要声源的分析与计算都是一种极为有效的方法，有助于对结构振动与噪声的有效控制。

　　(3) 应用边界元技术可进行声全息非共形面声场重建，特别适合低频大尺寸结构的声特性研究。基于边界元或边界点法的声全息技术及源分离技术，可以由近场测量精确重建源表面场，进而可以推算远场声学特性，为机械设备低噪声设计与研究提供了稳固的技术基础。

　　声全息研究目前存在的问题主要有：

　　(1) 国内的声全息技术所取得的成果多半是在实验室或较为理想的条件下取得的，真正意义上的工程应用并不多见，所以需要进一步加大研究力度，开发精确而实用的技术，扩大在工程中的应用。

　　(2) 声全息测量面上测量数据的获取还存在着不容忽视的问题。快照法虽然测效高，但由于需要传声器多，测量系统造价太高，而常规意义下的扫描法，实质上还属于离散点法测量，无论是基于声压还是基于声强测量，测效都很低，需长达数小时的时间，在这么长的时间里，声源的辐射特性早已变化，因此期待真正意义上的快速连续扫描。

　　(3) 无论是基于声压测量的单传声器还是基于声强测量的双传声器，现在还需要沿X和Y轴分别扫描，影响测效，由于二次扫描时存在探头空间位置误差(尤其是方向误差)，影响测量精度，能否一次扫描完成X和Y两个方向的快速扫描测量?如何计这样的测量探头?扫描路径如何确定?采样间距和全息面位置如何选择?这些因素对测量精度影响怎样?都有待进一步研究。

　　(4) 由于声学逆问题原理中的不适定性，基于边界元法的声全息重建结果对于全息面的不同选择是敏感的，即存在着重建过程中的积分奇异值问题，这必将影响测量精度，有待进一步改进。

　　本文内容摘录自朱从云、赵则祥、李春广、黄其柏撰写的《噪声控制研究进展与展望》，该文刊登于《噪声与振动控制》2007年第3期。