水下充水圆柱声腔内声场自适应有源控制实验研究

本文研究了有限长充水圆柱置于水中，外声场透射形成的腔内声场自适应有源控制实验研究，结果显示，由于圆柱结构与水介质的耦合，有源控制中的声控制方法能够较好的抵消声腔主导模态和强耦合的结构主导模态，因而能够抵消在圆柱腔内较宽频带范围的声场，实验还研究了消声频带，误差传感器布放位置及肖声区域等问题。     

弱耦合封闭声腔的声辐射模态理论与计算

有源结构声控制是耦合封闭声腔的声辐射控制的有效方法。在此前的研究中有学者提出了"耦合封闭声腔的声辐射模态"概念,但其在概念和应用上均存在不便之处:其定义实质上是结构模态幅值的一组基函数,这与自由空间内声辐射模态是结构表面法向振速或声压的一组基函数的物理意义并不一致;另一方面,在计算和利用其进行控制时仍然需要用到结构模态,而在实际中辐射结构有用的结构模态信息难以准确、方便地得到。为了解决这些问题,类比自由空间声辐射模态理论,将声势能直接表示为结构表面法向振速的二次型形式,提出了新的结构向耦合封闭声腔的声辐射模态计算方法,并从理论上证明了当耦合面均匀离散时,在一定的条件下,可以简单地利用声腔模态投影向量代替耦合封闭声腔的声辐射模态,从而有效地节约计算资源。通过理论研究,形成了与自由空间内相统一、便于应用的耦合封闭声腔声辐射模态理论,数值计算案例表明,所提出的理论方法可以极大方便耦合封闭声腔的声辐射计算及其有源结构声控制。     

双层板腔结构声传输及其有源控制研究

利用子系统模态综合方法,结合阻抗-导纳矩阵法,建立了双层板腔结构向自由空间声传输及其在入射板PZT控制、辐射板PZT控制,和腔中次级声源作动等多种控制策略下,系统物理模型的统一的分析模型,导出了系统模态响应及最优次级源强度的统一的阻抗-导纳矩阵表达式。该模型表达式各部分物理意义清晰、明确,便于进行系统耦合理论、有源控制及其机理的分析和数值研究。然后,在此基础上对双层板腔结构声传输有源控制进行了全面深入的数值计算和分析研究,重点探讨了控制方法策略及系统参数对有源控制效果的影响及其对应的控制机理。结果表明:入射板PZT作动辐射声功率最小控制策略是通过入射板、声腔和辐射板三个子系统的模态抑制或重组达到消声的目的,涉及多种复杂控制机理,对入射板、辐射板和声腔模态均有效,但对入射板模态更有效;在低频段声腔(0,0,0)模态在系统耦合响应中起主导作用,因此利用腔中次级声源作动能获得较理想的控制效果,是一种较好的控制策略;由于声腔模态与结构模态间复杂的耦合关系,使得某些频率处腔中声势能一定程度上的降低并不一定导致系统声传输损失的增加,因此,腔中声势能最小控制策略不一定能够获得理想的声传输控制效果。      

基于声辐射模态的有源结构声传入及其辐射控制

从辐射模态的概念和角度研究利用结构误差传感方法对弹性封闭空间结构声辐射进行传感和有源控制。首先分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系。通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射传感和有源控制模型,并提出了通过传感器阵列测量结构表面有限点的振速分布和设计特定的辐射模态空间滤波器来获得控制所需的误差信号。在此基础上对封闭空间结构声辐射有源控制和误差传感策略进行了深入的理论和数值仿真分析,重点讨论了传感器的数量和布放对辐射模态传感及其有源控制效果的影响。结果表明:辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;利用结构传感技术传感封闭空间的辐射模态时测点不足或空间采样不足将可能产生较严重的模态泄漏问题,使得不希望的结构模态泄露进所测的辐射模态当中来。在低频范围内,一般只需传感并最小化前三阶有效辐射模态声势能,在更低频和空间声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样。      

外力源和外声源共同作用下复杂封闭空间的有源消声

对于具有两个弹性板的复杂封闭空间，建立了在外声源和外力源以及控制电压共同作用下有源消声系统建模的新方法。长方体封闭空间耦合系数数值计算的结果，验证了这一方法的正确性。采用全局控制和局部控制方案，进行了计算机仿真，取得了良好的消声效果。该方法拓宽了利用结构声辐射进行有源消声的范围，可适用于任意形状的封闭空间。     

次级源近场和管壁弹性对充液管路有源消声性能的影响EI北大核心CSCD

建立了含次级源结构的充液直管有源消声系统数值模型,重点分析了声激励下次级源近场和管壁弹性对有源消声性能的影响。结果表明:次级源近场为非均匀声场,误差点位于该区域时部分频点控制效果较差甚至放大,而处于声场均匀区域时可使降噪量提高10 dB以上,增加误差点数量可使绝大多数频点的降噪量提高5 dB以上;管壁弹性使次级源与管壁间的耦合较强,非对称分布的次级源容易激起管壁振动,导致降噪谷值的出现,采用对称分布的次级源可显著提升控制效果;增加次级源数量能够提高系统的有源无源复合控制效果,但使得管内声场变得复杂,多次级源模型的有源消声效果随频率升高而有所降低。     

基于平面声源实施结构声辐射有源控制的理论研究

研究了利用分布式平面声源对结构声辐射进行有源控制的问题。首先建立了系统的数学模型,然后推导了有源控制条件下次级声源的强度和声功率降低的计算公式。在实际应用中,次级声源参数(面积大小、安放位置、个数等)对控制效果有重要影响,本文基于有源控制的物理机理和数值仿真研究这些问题。结果表明:一般情况下,次级声源板的振动模态分布与初级结构振动模态分布不相同,因此,在低频范围内,需要至少4个分布式次级声源,方能有效地控制初级结构声辐射。     

有源消声器消声机理的研究

本文从理论和实验两个方面对有源消声器的消声机理作了研究。理论和实验结果证明了当次级源为单指向声源时,初级源的声能量全部被次级声源所吸收,而没有能量被反射回上游方向。文中还对能量吸收的过程进行了探讨。     

空间有源消声的声能量流研究

本文从理论和实验两个方面对平面噪声场中单极子次级源、偶极子次级源最小辐射声功率时的空间产能量流作了研究，从而直观、清晰地描述了一种消声机理：有源声吸收。并指出：尽管此时次级声源是“能量吸收”结构，但依然存在空间能量转移现象，而且并非各种类型的次级源在各个方向都吸收声能量，次级源各个方向吸收的能量大小也是不同的。实验结果与理论分析相吻合。     

复杂封闭空间结构声辐射的有源消声机制

采用两种控制目标函数,通过比较控制前后两个弹性板及空腔内声压模态坐标幅值与相角的变化,分析了复杂封闭空间结构声辐射的有源消声机制．结果表明,在一般情况下,空腔内噪声的降低是由两个弹性板的模态重组来实现;当扰动频率为顶板的一个固有频率时,有源消声则由顶板模态幅值抑制和底板模态重组的共同作用来完成．     

指向性声源的自由空间有源消声

本文根据最小辐射声功率准则，推导了当初级源和次级源的声辐射均具有指向性时，次级源最优复强度的一般表达式．分析结果表明该式具有普遍性。文中最后讨论了几种典型和常见的声源结构有源消声的特点，给出了次级源最优复强度及消声前后辐射功率比的表达式。     

弹性板结构封闭声腔的结构-声耦合特性分析

对弹性板封闭声腔结构-声耦合机制、耦合特性、耦合作用对系统固有频率和模态的影响以及影响结构-声耦合程度的系统物理参数进行了深入的理论与数值仿真分析,并导出了耦合系统固有频率估计式。结果表明：强耦合系统具有较强的闭环反馈系统特征,弱耦合系统具有较强的前馈系统特征；正是由于反馈环节的存在,改变了结构、声腔系统的固有特性和固有频率；发现了规则结构-声腔模态簇耦合的特性；并且发现模态间的簇耦合机制决定了整个结构-声腔系统的耦合作用；任何一簇的结构或声模态仅独立影响其同一簇的声或结构模态以及其耦合后的模态固有频率,而对其它簇的模态没有影响；模态间的簇耦合作用不仅能改变系统固有频率,还会改变耦合系统模态次序和板奇奇模态的模态形状。     

多声源的自由场有源声吸收

本文利用声源辐射阻抗讨论了三维空间有源声吸收问题．推导出适用于任意初级声场条件下的多次级源最优复强度的一般表达式，并通过分析声源辐射阻抗的变化规律阐明了声吸收的机理．在此基础上，以两个点源在平面波声场中的声吸收为例，详细讨论了次级源吸收功率与两源位置的变化关系，并给出消声区域分布规律．最后在半消声室中获得了良好的实验效果，验证了所得结论．     

壁面分布次级声源对管道中高阶模式声波的有源控制

针对管道中高阶模式声波的有源控制问题,探究了管道壁面布放次级声源的控制机制。首先根据管道声场模式理论和有源控制准则,推导了无限长管道内次级声源激励声场实现控制的必要条件,然后论证了次级声源沿管道壁面分布的可控性,并提出将空间分布离散化后的控制策略;最后通过数值仿真验证了沿壁面分布的有效性。结果表明,当次级声源在管道壁面的周向分布满足空间采样定律且沿轴向分布具有足够长度时,可以取得显著的有源控制效果.      

强弱耦合板-腔系统的声辐射模态计算与分析EI北大核心CSCD

针对板-腔耦合系统的声辐射模态(ARM)计算问题,提出了一种基于能量原理的声辐射模态计算方法,该方法从能量原理的动力学方程构建起声压模态幅值和结构模态幅值的关系,通过将声势能表示为结构模态幅值向量的二次型形式,得到板-腔耦合系统的声辐射模态,弥补了前人理论在解决声腔为阻抗壁面和结构-声为强耦合条件时的不足。通过数值算例验证了本文计算方法的正确性和有效性,在此基础上分析了壁面和结构-声耦合条件变化对声辐射模态特性的影响。结果表明:声辐射模态辐射效率曲线会在声腔模态频率处产生峰值,阻抗壁面的引入会降低声辐射模态辐射效率在峰值处的幅值,并且阻抗值越小,幅值衰减效应越明显,具体表现为声势能曲线在辐射效率峰值频率处幅值会下降;强耦合条件下低频段声势能响应主要由弹性板结构模态激发,响应峰值密度更高,幅值更低。低频同频宽的声辐射模态辐射效率峰值数更少,峰值频率更高。     

基于平面声源进行结构声辐射有源控制的实验研究

采用分布式平面声源作为次级声源,对振动钢板的声辐射进行了抵消实验,验证了以往研究中的一系列关键理论。实验研究结果表明:一个平面声源可以控制钢板奇-奇模态的声辐射,两个平面源可以控制结构偶-奇或奇-偶模态的声辐射,同时也可以控制结构奇-奇模态的声辐射;平面声源的面积和布放位置对降噪效果有重要影响,采用单个平面声源控制时,平面声源面积越大,控制效果越好;基于近场声压的误差传感策略是有效可行的,实际中,将近场测量面的声功率作为有源控制的目标函数与总声功率作为目标函数是一致的;控制后远场声压和声强都得到有效降低,部分区域的声能向声源流动,近场声压及声强分布也发生显著变化。     

军用运输机机舱有源消声实验系统的设计与实现

为验证有源消声技术在军用运输机机舱低频噪声消除方面的有效性,设计和实现了一套机舱有源消声实验系统。采用“激振器+舱壁板”方式实现了飞机螺旋桨对机舱诱导噪声的声源模拟,设计了基于前馈控制结构的自适应有源噪声控制系统,构建了基于FX-LMS算法的自适应消声控制器,采用监测麦克风组对舱内空间的消声效果进行监测。实验结果验证了自适应有源噪声控制技术在军用飞机舱室消声降噪领域的有效性,并表明初、次级声源间距对自适应有源消声系统的消声效果具有重要的影响。     

通过声辐射模态研究结构声辐射的有源控制

以简支平板为例,通过声辐射模态建立了弹性结构声辐射的有源主动控制策略。并分析了声辐射模态的数学和物理意义。研究发现在中、低频时,声辐射模态对应的辐射效率随着模态阶数的增加而迅速降低。在此基础上,本文提出了一种新的控制策略,即抵消前ｋ阶声辐射模态的伴随系数,使得前ｋ阶声辐射模态的声功率为零。本文以点力作动器作为控制力源进行了数值计算研究。     

有源声屏障中误差传感器的位置优化

有源声屏障利用有源控制系统提高声屏障低频段的降噪效果。有源控制系统中误差传感器的位置对整个系统的降噪效果有较大的影响。通过数值模拟和实验研究误差传感器的位置优化问题,得出了有源控制系统中误差传感器摆放位置的两条结论:(1)所介绍的三种摆放中,误差传感器的位置在次级声源的正上方时,有源控制系统在屏障后方声影区引入的新增插入损失最好,特别是对于距离屏障较远的区域;(2)当误差传感器的位置在次级声源的正上方时,误差传感器与次级声源间的距离存在一个最优距离使得屏障后方声影区的衍射声得到最好的降低。     

封闭空间自适应有源噪声控制误差传声器的最优布放

对于封闭空间有源噪声控制,本文研究了在次级声源布放确定的情况下,如何选择误差传声器的数目及位置以取得最大降噪量的问题.理论分析及仿真结果表明:误差传声器布放准则与次级声源布放准则类似.同时,本文提出误差信号内插法,以减少误差传声器数目,提高降噪量.