“三点法”测量强声源声功率

目前强声源的输出声功率达几千瓦甚至几万瓦,它们多数是气流声源,因此用通常的方法测量它们的声功率会遇到困难,例如对于行波管法,终端吸声处理比较困难,而当终端反射系数达0.25时,声场起伏有2.5dB,测量误差较大。本文利用声在管中传播的基本原理,提出由管中纵向分布的三点声压确定声源声功率的方法,这个方法允许管终端存在反射。误差分析指出,终端反射系数为0.25时,声场起伏引起的测量误差小于0.2dB,对两千声瓦电动调制气流扬声器的实际测量表明,当反射系数高达0.6时,多次测量(各次测量时管中纵向分布的三点位置各不相同)结果比较一致,偏差小于0.6dB。证实这种方法具有设备简单,结果准确的优点。     

大功率调制气流声源阵列的相干合成实验研究

完成了调制气流声源阵列的相干合成实验. 提出了利用主动相位控制方法实现调制气流声源阵列相干合成的思路, 介绍了基于随机并行梯度下降算法的声源阵列相干合成的原理. 对利用该算法实现声源阵列的相干合成进行了数值模拟, 完成了双调制气流声源阵列在远场的相干合成实验, 并给出算法参数的合理设置方案. 实验结果显示, 基频成分的相干合成效果明显, 算法收敛时测点处的声压级相比单源发射增加了4 dB, 接近于各单源功率谱中基频成分相干合成、其他频率成分非相干合成的结果; 结果表明实验中算法能够有效控制各调制气流声源辐射声波的相位, 取得了明显的相干合成效果. 关键词： 调制气流声源 相干合成 随机并行梯度下降 高阶谐波     

气流扬声器全调制发声方法研究

发展了一种耗气量小和背景噪声低的气流声源新调制模型。建立了全调制气流声源模型,零流量被设置为气流扬声器的静态,音频调制信号经过了去下包络预处理。控制通气量与调制信号成正比,降低气流消耗和减小背景噪声,与四类主要气流扬声器调制方式的效率进行了对比。与半通气调制方法相比较,全调制方法对典型语言广播的气流利用率从5%提高到51.5%,播放正弦波的气流利用率始终保持最大值60%,并使播放声音的信噪比提高15 dB以上。      

调制气流声源的原理

利用气流调制以产生声音是一个比较有效的方法。人的发声器官、旋笛、电动气流扬声器以及一般哨子等都是根据这个原理。气流声源的特点是效率高,功率可以很大,有实用价值。关于气流声源的发声原理,过去已有一些讨论,但有的是过分简化,有的比较细致,但又过于繁复,不便计算。本文从气体动力学的基本原理出发,求得气流声源的气流-压力特性,并用图解法求得在给定气室压力和气流喷口面积比的条件下声辐射特性的方法,考虑到气流声源的气流特性和辐射关系都是非线性的,但是辐射声功率主要由基频决定,从而用近似理论求得了声功率、气流产额和气流效率的简单表达式,和严格理论的结果相比,误差不到1分贝。文中把结果画成图表以便计算,并讨论了最佳设计的问题。     

临街住宅阳台降噪缩尺模型研究

本文通过1/10缩尺模型,测得点声源在道路上不同位置时居室内之声级,把声源声功率级与室内 声级之差作为衰减量用于交通噪声计算机模拟过程,即得在某种车流状态下居室内声级.通过比较各种 情况下居室内声级,得出阳台及各种改进措施之降噪值.结果表明,在1—5层范围,阳台无实栏板、无吸 声处理情况下,居室内声级反而高于无阳台居室0—2dB.在上述阳台上做1.1m高实栏板及阳台顶贴 一般吸声材料,两者共有2—5dB降噪效果.取消阳台顶板(强吸声),又能增加1—4dB降噪量.对阳 台上也装窗的封闭阳台,在内外窗错位开启通风情况下,相对无阳台居室可有14—15dB附加降噪量.     

调制气流声源和远程广播中语言可懂度的实验研究

调制气流声源已广泛地用来作为模拟强噪声的声源。本文的研究工作表明,适当展宽高频响应,它能作为重播语言的广播用声源。我们研制的声源;输出声功率2kw,1000Hz处输出功率不低于最大值4dB,用它来广播语言,在5.8km处,逐字记录短句的可懂度是56％。四个声源组合,在8.7km处是58％,10.2km处是32％;短文可懂度的主观评价,在8.7km处是基本听懂,10.2km处是比基本听懂差,比听懂一半又要强。由于逐字记录的条件较严,因此与测听人员的素质,主要是文化程度和责任心有关,实验表明具有高中文化程度的比初中的平均逐字记录短句的可懂度要高10％。实验值是在一般气象条件下,在室外自然环境中,多次测量的平均值,测听人员未经任何训练,所以,结论具有一定的实用价值。     

光电检测方法在大功率气流声源实验研究中的应用

内流场和调制面积的准确测量是大功率调制气流声源实验研究中的关键问题,传统测量技术具有明显的局限性。采用光电检测方法以实现速度场和声源调制面积的非接触测量,通过粒子速度成像技术获取声源气路系统中的速度场,通过CCD系统实现对声源振动系统位移输出和调制面积变化的实时监控。实验结果与数值模型结果的比较验证了测试方法的可行性。速度场结果表明,典型工况下受限射流靠近内侧壁面,流动分离出现在外侧壁面附近,声源内部形成的剪切层位于主流与回流之间。音圈位移实测结果说明所选择的驱动参数可实现对喷口射流的满调制。     

蚱蝉Cryptotympana atrata听觉的电生理研究

本文报道了蚱蝉Cryptotympana atrata听觉初级神经元和中间神经元的声反应特征和方向灵敏度。这些神经元有基本上相同、并与蚱蝉鸣声的主能峰一致的调谐频率。它们对声强编码的动态范围为阈上0-40 dB,声强每提高10dB神经脉冲发放约增加两个。它们有较好的方向灵敏度,在最佳反应频率处听觉神经元对对侧声源刺激与同侧声源刺激的反应阈差达10—12dB。     

现代嗓声科学系列讲座选讲之二——嗓声的产生

现代言语声学理论与实验已大体上说明了正常(normal)语音产生的原理。这指的是,我们对语音产生(除神经外的)的生理过程、声道内(以下在许多词组中声与音二字沿习惯用,具有同意;除声明外,声源均指经喉部声带调制气流转化成声的声源;“声道”包括声带;“声道内”指声门以上,不包括声带)声源和声道滤波的物理过程已基本搞清。但是对噪声在不同声区时的声源情况还了解较少;声源与声门上/下的作用还颇待研究;对于控制嗓声系统各部统     

海面动态波动引起的船舶辐射噪声线谱伴随调制特性

针对海上实验发现的船舶辐射噪声载波线谱两侧对称出现伴随线谱现象,建立了基于抛物方程近似理论的动态起伏海面条件下连续波信号传播预报模型,揭示了海面风速、收发距离、声源深度等因素对伴随调制线谱频率间隔和强度的影响规律。数值仿真结果表明,伴随调制线谱与其载波线谱的频率间隔由具有稳定频率的海面涌浪决定;伴随调制线谱强度随海面风速增大而增大;不同收发距离和声源深度等条件下伴随调制线谱强度随距离的变化趋势与其载波线谱强度基本一致,近水面（平均深度3 m以内）声源上移和下移伴随调制线谱能量大致相当,比载波线谱能量低约10 dB;除了载波传播损失大的深度外,非近水面声源上移和下移伴随调制线谱强度能量相差较大,比载波线谱能量整体上低约20 dB以上。对海上实测水面船辐射噪声数据进行长时间窗时频分析表明,上移和下移频率伴随调制线谱与载波线谱的间隔为0.1 Hz左右,伴随调制线谱强度与载波线谱强度相差约10 dB,与仿真分析结果一致。海面动态波动引起的船舶辐射噪声线谱伴随调制特性对水中目标特征识别等具有重要价值。      

高声强实验室的设计和应用

本文讨论中国科学院声学研究所高声强实验室的设计和应用.介绍所获得的150—160dB混响场和168—174dB行波场的特性.在设计和建造过程中,我们解决了一些问题.例如,小混响室的体积、总声压级和声场均匀度的选择,输出声功率达1,500W和10,000W的气流扬声器的研制,气流扬声器与混响室的耦合,消声管道的设计和安装等.     

次声测量在物理实验教学中的应用

在大学物理实验中,关于声的实验较少,比较常见的实验是利用超声波的波动特性来测量声速,而对次声声源以及声场分布情况的研究少见.我们设计的"分立推挽气流激励式"次声发生器可作次声声源及相关声场测量的实验,能让学生了解次声波的特点、调制式气流次声发生器的换能机理和基本的声场测量方法.使用MATLAB对所测数据进行分析和处理,运用COMSOL对声场进行数值仿真,能让学生了解声场的分布和声源的指向性.从而拓宽学生的知识面、提高学生的实验能力以及数据处理和分析能力.     

深水宽频带收发换能器

本文介绍了一种在深海多通道应答系统中用来检测声信号的收发两用宽带换能器的设计和制作.利用自由液浸环式换能器的液腔和陶瓷环耦合共振的原理,简化了换能器的结构和工艺.所制作的换 能器可在420m水深海域中工作,在8.5—14kHz宽频带范围内声源级达197dB,并有±1dB不均匀性的发射电压响应级和起伏±2dB以内的接收灵敏度响应级.该换能器系统安装在多通道定位系统中,在高速深水航行的实艇上得到实际应用.     

双声源驱动热声系统声场调制研究

本文在回热器边界声场调制理论的基础上,考虑了两端换热器和谐振管变径的影响,推导出热声系统(谐振管和回热器)内声场与双声源复声压相关的声场调制关系式。理论和实验分析了双声源复声压对谐振管中的行波比率以及回热器中的声阻抗的调制,并给出通过复声压调制后的系统内声场分布图。对比结果表明该声场调制关系式的适用性,通过双声源复声压的调节,能调制出谐振管及回热器所期望的工作声场。     

预测声屏障插入损失的抛物方程法及其初始声场研究

Salomons建立的抛物方程(CNPE)方法可以预测非均匀环境中的声屏障插入损失。但是该方法在声屏障与声源距离较近时会产生较大误差。文中通过理论分析发现产生该问题的原因在于CNPE方法所使用的Gauss初始场仅适用于小仰角(10°以内)范围内的声波。为解决Gauss初始场引起的问题,推导了可以用于较大仰角声波的更高阶数的Gauss初始场。通过数值仿真对比了不同阶数的初始场在CNPE方法中的效果。结果表明:4阶初始场是最适合CNPE方法的初始场,将该初始场与CNPE方法相结合,可以准确预测当声屏障与声源距离较近时的插入损失.      

高温高压声接收换能器的研制和校准

我们研制了一种带毛细孔的能耐150℃和1420atm的高温高压声接收换能器(水听器),并在直径为70mm,高为290mm的圆筒形腔体内用就地互易法在上述高温高压条件下进行了校准.在频带为10Hz—10kHz的频率范围内,接收电压灵敏度为—195±1.5dB(0dB为1V/μPa),水平方向性的不均匀度小于±1.5dB.在常压到1420atm的压力范围内,接收电压灵敏度随压力的变化小于1dB;在150℃时的接收电压灵敏度,较常温下的接收电压灵敏度,只降低3dB.     

矢量气动声学的理论研究进展及应用

气动声学的声比拟理论以密度、声压等标量为波动算子变量,建立非齐次波动方程,描述流体运动及与边界作用诱发声音的辐射,但标量无法直接描述声能量的传播过程和途径.在流体力学研究中,标量用于描述当前当地的物质状态,而矢量用于描述质量和能量的传输.借鉴上述思想,开展了矢量气动声学的研究,概述矢量气动声学的理论研究进展及应用,主要包括:（1）以声粒子速度为变量,采用声比拟理论的思想直接从Navier-Stokes方程出发推导建立了气动声学的矢量波动方程及两种频域解;（2）综合利用声压和声粒子速度的积分解,直接求解声源周围的瞬时和有功声强矢量场,直观显示声能量的传播途径,应用于旋转声源辐射声能量的传播分析,揭示了亚音速旋转声源辐射声能量的3种传播模式:螺旋模式、声学黑洞模式和R-A模式;（3）采用球谐级数展开方法建立旋转点/紧凑声源辐射噪声的声压和声粒子速度的频域解析解,在此基础上推导了声功率谱的频域解析解,建立了识别旋转叶片声源在空间域和频域分布特征的方法;（4）综合利用矢量气动声学方法和等效源方法,显示声源和散射边界周围声强矢量场的分布特征和能量传播途径,直接揭示了阻抗边界主要的吸声位置以及直接计算得到阻抗边界的吸收声功率.      

基于水下等离子体的脉冲通信发射机

水下声通信是海洋中最主要的通信方式,在时变空变随机多途的恶劣信道中实现可靠的超远程水声通信,是一项亟待解决的难题。论文提出了一种利用水下等离子体脉冲信号、采用脉冲定宽时序编码调制方案的超远程水声通信体制,研制了一种基于水下等离子体的微型脉冲声源,搭建了基于该声源的脉冲通信发射机,实现了入水自动检测、休眠定时切换、发射频率可调、码元调制编码等脉冲通信功能。经水池试验验证,该发射机在Φ60×600mm体积内声源级达217dB,较好地实现预设脉冲信号的发射。     

环形稀疏声源阵列声涡旋的优化与操控

提出和优化了环形稀疏声源阵列涡旋声场的形成方法,进行了涡旋声压,相位和振动速度的理论推导和特性分析。通过改变声源数、声源频率和观测距离等参数,对声涡旋场的模拟结果证明,声涡旋半径主要由信号波长决定,声源频率越高,声涡旋半径越小,能量越集中;涡旋声压随着声源数的增加而线性提高,随着传播距离的增加而减小;声涡旋环形相位分布的线性度随着声源数、声源波长和传播距离的增加而提高。建立了3/4/6/8声源实验系统,径向声压和相位分布以及环形相位分布的测量结果和模拟结果具有较好的一致性,同时悬吊泡沫盘的旋转证明了声涡旋角动量的传输。本研究中声涡旋场的特性分析和参数优化为粒子操控及其在生物医学中的应用提供了依据。      

激发圆形管道内多阶声模态的扬声器阵列控制方法

声模态发生器是通过控制扬声器阵列在管道内激发声模态波的一种装置。为了解决在管道内同时激发多个声模态的问题,研究了激发圆形管道内多阶声模态的扬声器阵列控制方法。采用轴向多圈布置的声源阵列,并调节各个声源的幅值和相位,实现同时激发包括径向声模态在内的多个声模态。同时考虑声源的周向位置和轴向位置信息,建立各个声源与多个目标模态系数之间的线性关系,运用最小二乘法求解得到激发目标多模态所需各个声源的复强度（包括幅值和相位）,所研制的高阶模态发生器以计算的声源复强度为输入量,采用数字信号系统控制扬声器输出的幅值和相位,用于实现管道内声源激发,该模态激发过程无需针对特定模态优化声源的位置。实验结果表明,所研制的模态发生器可精确激发单个或多个声模态,且目标模态系数信噪比几乎都大于10 dB。