基于气流调制的封闭空间高声强次声产生方法研究

基于气流调制技术研究了封闭空间高强度次声产生方法。设计了大流量气流调制器,对调制器和赫尔姆霍兹共振腔组成的高声强次声产生装置的声场特性进行了数值仿真,制作出原理装置,并进行了实验测试。从理论上分析了不同调制频率和不同供气压力下调制器出口的声压幅度,分析了次声产生装置不同调制频率的声压幅度,分析了舱内声场的空间分布特性。实验结果表明:气流调制器设计合理、运行平稳,次声产生装置最大能产生161 dB的次声,测试舱声场均匀、声波信噪比较高,实验结果与数值仿真结果基本一致。      

空气中声源激发的浅海水下声场传播实验研究

为了了解空气中声源激发的水下声场传播特性,对此开展实验研究.2010年在南海北部海域进行了一次空气中声源激发水下声场实验,在水下成功地接收到远至4 km处大功率扬声器在空中发射的脉冲声信号.本文通过分析实验数据,研究空气中声源激发的浅海水下声场传播特点.针对接收阵拾取的声传播信号信噪比低的特点,综合利用脉冲压缩以及波束...     

单层传声器阵列重建相干声场的近场声全息方法研究

针对传声器阵列两侧存在相干声源的非自由声场重建问题,提出基于球面谐波函数扩展近场声全息理论的相干声场重建方法。该方法在已知测量面两侧声源几何位置时,使用单层传声器阵列获取测量面处的声压分布,通过最小二乘法获得与目标声源和干扰噪声源响应对应的最优球波函数扩展项数和最优系数向量,结合测点位置的空间坐标进行声波分解,并分别重建出各声源在测量面上的声压分布。为了验证方法的有效性,分别给出了相干噪声源为球形声源和非球形声源的仿真验证,并在全消声室内对双扬声器产生的相干声场的重建进行了实验验证。结果表明:该方法对球形声源和非球形声源干扰下的声场重建都具有较好的效果,球形声源干扰下的重建精度更高。      

水下等离子体声源的聚束特性研究

分析水下等离子体声源的反射聚束特性,对研究和应用水下定向辐射技术具有重要的指导意义。对不同曲面障板的反射规律做了分析,利用Euler方程建立了水下等离子体声源的聚束声场分布模型,利用迎风型WENO格式对方程进行求解,仿真计算了两种曲面障板的聚束过程和声场分布特性,并设计相关实验对仿真结果进行了验证。研究结果表明,仿真结果与实验测量结果基本吻合,得到的声场云图较为直观地反映了声源的反射聚束特性,证明了仿真模型的有效性,为进一步研究水下定向辐射技术、提高声源级奠定了基础。     

单层传声器阵列重建相干声场的近场声全息方法研究

针对传声器阵列两侧存在相干声源的非自由声场重建问题,提出基于球面谐波函数扩展近场声全息理论的相干声场重建方法。该方法在已知测量面两侧声源几何位置时,使用单层传声器阵列获取测量面处的声压分布,通过最小二乘法获得与目标声源和干扰噪声源响应对应的最优球波函数扩展项数和最优系数向量,结合测点位置的空间坐标进行声波分解,并分别重建出各声源在测量面上的声压分布。为了验证方法的有效性,分别给出了相干噪声源为球形声源和非球形声源的仿真验证,并在全消声室内对双扬声器产生的相干声场的重建进行了实验验证。结果表明:该方法对球形声源和非球形声源干扰下的声场重建都具有较好的效果,球形声源干扰下的重建精度更高。     

“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。     

双全息面声场分离技术的实验研究

研制出一套多通道的声全息测量与分析系统,将其应用于对双全息面声场分离技术的验证。在对该技术进行误差分析的基础上,给出了相应的提高分离声场精度办法。利用研制的全息系统对存在背景干扰的目标声源进行双全息面测量和分析,实验结果表明:双全息面分离声场技术能够有效地抑制背景声源对全息重建结果的影响,从而可以正确地重建声场和识别噪声源。     

非自由声场中目标声场还原与重建的等效源方法

为消除在非自由声场中重建声场时干扰声源对重建效果的影响,提出一种采用单个测量面上的声压和质点振速作为输入、等效源法作为分离和重建算法的非自由声场中目标声场还原与重建方法。该方法首先利用单面声压-质点振速测量和基于等效源法的声场分离技术将测量的混合声场分离为来自目标声源的向外传播的声场和来自干扰声源的向内传播的声场,然后利用向内传播的声场和目标声源的边界条件计算出干扰声在目标声源表面产生的散射声场,并将其从向外传播的声场中去除,还原出目标声源在自由声场条件下的辐射声场,最后利用还原的声场实现目标声场重建。通过数值仿真和实验检验了该方法的有效性和必要性。仿真和实验的结果表明,该方法可以在非自由声场的测量条件下,有效地去除干扰声的影响,实现目标声场的准确重建。      

传声器次声段灵敏度校准的误差机理研究*

次声波广泛存在于自然界与人类活动中,由于次声波具有穿透能力强、衰减小等特点,隔离和消除十分困难,对次声的监测防护与利用成为人们关注的焦点。次声波的定量研究依托传声器的测量实现,对传声器的灵敏度原级校准是保证测量精度的前提。该文基于活塞发生器校准原理下的压力泄漏与热传导耦合衰减模型,在COMSOL多物理场仿真软件中对校准腔和传声器后腔内的声场特征进行了数值仿真。创新性地提出了模型比较法,准确量化了次声段校准核心的泄漏、热传导独立与耦合修正量,验证并揭示了声压泄漏与热传导损失的幅值与相位变化机理。进一步地对传声器的次声段灵敏度校准过程进行了联合数值模拟,仿真结果表明,内外均压校准声场下传声器灵敏度的幅相频响应存在明显差异,但与校准腔内的泄漏与热传导效应无关。基于搭建的活塞发生器原级校准平台对传声器系统进行了原级校准,通过实验手段初步揭示了内外均压校准机制下传声器幅值灵敏度与相位灵敏度的显著差异。     

室内脉冲声场中声强的测量研究

采用多次重复发射的声源配合装置在缓慢转动平台上的接收传声器所组成的测量系统(简称为RRS),它等效于多个完全匹配的传声器组成的圆型阵列.文中着重阐述了借助此技术测量房间内脉冲声场中声强的时间与空间分布特性.阐明了以RRS测量入射脉冲声强的理论基础,分别对离散的脉冲声场及扩散声场提出了测量声强的定量关系式,对实验结果及应用作了分析与讨论.     

线性和非线性单频混响声场空间起伏的初步研究

对于线性单频混响声场的统计特性的研究人们曾做了许多工作,建立了均方根声压和平均声能密度统计分布理论。本文在此基础上推导出声压级统计分布函数,并把处理方法推广到混响室内在强大声源激发下的非线性单频混响声场,求得各谐波声场和总声场的统计分布函数。本文实验采用数字测量技术,对混响声场进行了大量的测量,得到的实验结果与理论符合良好。     

单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法

为了重构非自由声场中目标声源的声场响应,提出单层传声器阵列信号空间重采样的声波分离方法.以球面波函数为基函数,建立由系列球面波函数叠加表达的声场数学模型.基于近场声全息原理,利用单层传声器阵列面上空间重采样形成的两组声压测量信号,求解基函数系数,并重构出传声器阵列两侧声源各自的声场响应,实现声波分离.使用脉动球和振动球共同作用的非自由声场,检验了数学模型以及传声器信号信噪比、传声器阵列形状和面积、声源中心位置、频率等关键参数对声波分离精度的影响,并在全消声室内进行了实验验证.最后,对单层传声器阵列重采样的声波分离方法的实施给出了建议.     

空气中声源的水下匹配场定位

通过水下布放的垂直线列阵采集空中声源在水下激发的测量声场,采用声场波数积分模型(OASES模型)对空中声源激发的水下声场建模,计算出拷贝声场,将二者进行匹配处理从而对空中声源目标定位。首先通过数值仿真验证了匹配场处理技术对空中声源的测距能力,并通过引入宽带匹配场处理器平滑掉距离上的周期性旁瓣。最后分析南海某海域的空气声试验数据,采用常规匹配场方法对700 m以内的32组空中声源目标进行定位,测距结果与GPS计算的收发间实际距离相比,大多数情况下是一致的,在较远距离由于信噪比降低,测量结果容易出现偏差。     

基于统计最优和波叠加的联合局部近场声全息

提出了一种基于统计最优近场声全息和波叠加法的联合局部近场声全息技术。首先利用两次统计最优近场声全息的声源定位结果来指导配置等效源,其后利用波叠加法进行局部声场重构。该技术适合于中低频声场的局部重建,计算快速,重建精度高;可以在测量数据有缺失的情况下重建声场。进行了脉动球声源模型的数值仿真,并在半消声室内对电机噪声源进行了实验,仿真实验都准确地重构了声源所辐射的外部声场。该技术可以重建任意类球形声源辐射的声场。      

基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

圆锥面PVDF聚焦换能器的非线性声场理论及实验研究

圆锥面聚焦换能器可在超声成像中获得较好径向分辨率的同时提高探测深度.利用高斯声源函数叠加法来近似表示圆锥面聚焦声源的分布函数，结合近轴近似的KZK方程，得到了圆锥面聚焦换能器在损耗媒质中产生的基波、二次谐波声场的解析解.在实验上制作了PVDF圆锥面聚焦换能器，测量了圆锥面聚焦换能器的基波及二次谐波声场，实验结果和理论计算相符.     

空气中声源的水下匹配场定位

通过水下布放的垂直线列阵采集空中声源在水下激发的测量声场,采用声场波数积分模型(OASES模型)对空中声源激发的水下声场建模,计算出拷贝声场,将二者进行匹配处理从而对空中声源目标定位。首先通过数值仿真验证了匹配场处理技术对空中声源的测距能力,并通过引入宽带匹配场处理器平滑掉距离上的周期性旁瓣。最后分析南海某海域的空气声试验数据,采用常规匹配场方法对700 m以内的32组空中声源目标进行定位,测距结果与GPS计算的收发间实际距离相比,大多数情况下是一致的,在较远距离由于信噪比降低,测量结果容易出现偏差。      

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。     

聚焦区域高声强声场分布的测量方法研究

常用的声场分布测量是采用水听器扫描声场的方法,该方法对于声能量密度较大的声场难以测量,因为在这种情况下声振幅比较大,水听器在这种声场中呈现非线性或遭到破坏。设计了一种用辐射压力测量高声强声场分布的方法,该方法利用一根微细管,直接测量声场的冲流压力,通过对声场进行扫描测量可以得到高声强声场压力分布。从理论上分析了这种测量方法的可行性,对测量基本要求及实验装置做了阐述。实验结果证实:该方法可以用来测量高声能密度声场压力分布;测量结果与水听器测量结果基本吻合;测量方法存在测量盲区。     

基于波束形成和波叠加法的复合声全息技术

近场声全息是一种准确的噪声源识别技术.然而,由于存在测量要求严格、测点数多等缺点,一定程度上限制了它在工业现场的广泛应用.基于此,提出一种基于波束形成和波叠加法的复合声全息技术.首先利用传声器阵列获取声压场信息;再通过波束形成对声源进行定位;然后在这些声源位置附近配置等效源;最后应用波叠加法进行声场重构.该技术的优点是只需要少量传声器,在中、远距离测量,可以方便快速地实现声场重构.采用两个脉动球的声源模型进行了数值仿真,并在半消声室内采用音箱模拟噪声源进行了实验,都准确地重构了模型的外部声场.这表明,该技术可以准确地对辐射体进行声场重构,为其在工业现场中的应用奠定了基础.