近場聲音全像應用於聲場輻射分析技術之改進研究=Enhancement of nearfield acoustic holography for sound radiation analysis

Abstract

聲音全像(Acoustic Holography) 在科學研究及工業應用上，已成為日益重要之聲音 影像處理技術。其應用範圍包括了非破壞性檢驗、振動模態分析、海洋勘測及地震量 測等。 聲音全像之理論基礎，早於百年前即由英國Rayleigh爵士發展成形。在1960年代末期 ，Graham和Watson首先致力於長波長之聲音全像及平面聲場之輻射問題，但由於受限 於傳統光學全像之半波長法則，因此求得之聲場解析度並不佳。直到1985年，由Ma－ ynard 等發展出「平面近場聲音全像術」(NAH) ，改善了傳統聲音全像技術中，因引 入半波長法則而造成的解析度不佳問題。 本研究即以「平面近場聲音全像術」為基礎提出三項改良，一、修改其理論，發展一 種能適用圓柱形聲源的近場聲音全像術，以一圓柱形全像面(cylindrical hologram) 為基礎，運用空間轉換，以計算空間中任一同心圓柱面上之聲場分佈。本技術在轉換 過程中並利用快速Fourier 轉換(FFT) ，以大幅提高資料處理效率。二、以光學中常 用的Fraunhofer及Fresnel 近似法，計算聲源於遠場的聲場分佈，以探討聲源對遠場 的輻射形式，及改善「平面近場聲音全像術」對遠場描述能力不佳的缺陷，而且於近 似過程中祗須經過一次FFT 運算，因此可大幅節省運算時間。最後，針對「平面近場 聲音全像術」無法處理非相關性聲源(incoherent source) 之聲場問題的缺點，提出 「非相關性聲源聲音全像術」，引入頻譜分析的觀念，應用參考點將整個聲場分解成 數個部份聲場，再分別利用「平面近場聲音全像術」處理各個部份聲場，則可解決此 類問題。 本研究中各部份之電腦模擬所採用之聲源分別為線聲源、圓盤形平面聲源 (baffled piston) 以及偶點聲源(dipole source) ，因其理論解之聲場分佈極易計算，吾人驗 證聲場全像術之正確性乃得以有效進行。 其結果顯示，本文所提出的方法針對「平面近場聲音全像術」的缺點均有顯著的改善 。