用于开口声辐射控制的虚拟声屏障实现 方法及机理研究*

建筑物通常留有开口以便人员物料的进出及室内的自然通风采光,但这些开口也是噪声传播的途径。传统被动噪声控制方法需要将开口封闭,且对低频噪声的控制效果不好,故引入有源噪声控制技术降低室内声源通过开口的声辐射。基于惠更斯原理,均布开口的次级源和误差传声器构成的平面型虚拟声屏障可以实现对开口声辐射的有效控制,数值仿真和实验已证明其有效性。将次级源安装在开口边界更有利于保留开口的功能且方便实际安装,但这样的单层边界虚拟声屏障降噪效果存在上限,仅能在低频段实现全局控制。和单层边界次级源相比,双层边界次级源可显著提高降噪量和有效降噪频率上限。该文回顾了开口声辐射有源控制的相关工作,并讨论了未来可能的研究方向。     

镉掺杂氧化锌纳米晶禁带宽度的尺寸效应和掺杂效应研究

Cadmium-doped zinc oxide nanocrystals in the quantum confinement region have been firstly synthesized by a fast and facile sonochemical method.The alloyed structure of the nanocrystals is confirmed by X-ray diffraction,transmission electron microscopy,and infrared analysis.With the increase of cadmium to zinc molar ratio from 0 to 2.0,the crystallite sizes of the samples decrease from 5.1 nm to 2.6 nm,and the band gaps of the samples show a red shift then a blue shift,and a red shift again.The variations of band gaps of the samples can be interpreted by the crystallite size and the composition.It is found that both the non-thermal equilibrium environment established in the sonochemical reaction and the coordination ability of triethylene glycol solvent play crucial roles in the current preparation.     

基于圆柱形非均匀迷宫结构的动态可调定向声辐射

构造了一种圆柱形四通道非均匀迷宫结构,利用该结构设计的圆环型超构材料能够实现动态可调的定向声辐射.所构造的圆柱形非均匀迷宫结构具有偶极子共振特性,在偶极子共振频率附近,声波能够从两个占比较大的扇形通道开口向外辐射,此时的圆柱形非均匀迷宫结构可近似地看作一个偶极子源.当圆柱形非均匀迷宫结构围绕圆心进行旋转时,所形成的偶极子源的位置和向外辐射声波的方向也随之发生改变.将点声源放置在由18个非均匀迷宫结构组成的圆环型超构材料的中心,调节圆柱形非均匀迷宫结构的旋转角度,使各微结构处于导通或截止状态,从而控制点声源在各个方向上的传播特性,实现具有动态可调特性的定向声辐射.此外,研究了圆柱形非均匀迷宫结构旋转角度对透射声波的影响,探究了微结构的开关效应,为构造简易的声定向辐射设备提供了新思路.     

封闭式扬声器系统空气劲度的非线性研究

从理想气体多变过程的状态方程出发,推导了封闭式扬声器系统的非线性空气劲度的理论公式。研究发现,封闭式扬声器系统的非线性空气劲度与音圈运动位移、有效辐射面积、箱体有效容积和多变系数等主要因素有关。通过实验,分别测量了封闭式扬声器系统与扬声器单元的非线性劲度,二者相减获得封闭式扬声器系统的非线性空气劲度。实测数据与理论计算得到很好的吻合。     

耦合空间中不同衰变类型声场的边界研究

在耦合空间中,除了传统的指数衰变形式,通常还存在其它两种不同类型的声衰变方式,一种开始时衰变很快后来衰变速度降低,另一种相反,每一种衰变的形式在耦合空间中都占据一定的区域。目前的一般观点是:系统的物理边界,如两子空间之间的隔墙和耦合口,是空间中两类不同声场的边界。通过数值模拟和实验验证,发现这种物理边界划分并不能准确区分具有不同特性的声场。本文中给出了这两种不同特性声场之间的边界,发现这边界并不处在通常人们认为的隔墙之类的物理边界上,而是越过物理分隔进入相对更为活跃的子空间中。这种侵入的程度取决于两子空间自身混响之间的差异,差异愈大侵入得愈多。      

室温离子液体中超声制备纳米氧化锌掺杂材料及机理研究

在室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(ImBF_4)中超声制备镧系离子掺杂的纳米氧化锌材料,采用X射线衍射、透射电镜、光声光谱和荧光光谱技术表征样品结构和发光性能。为研究反应机理,采用甲基自由基复合法对离子液体的空化温度进行间接实测,进一步与空化动力学的数值分析结果进行比较。实验结果表明镧系离子掺杂可以有效地调控氧化锌的发光。与传统溶剂不同,离子液体空化温度不随超声时间的延长而降低,并随环境温度升高略有上升。反应机理的研究表明样品的形成生长与超声辐照和离子液体的共同作用密不可分。     

球形集声器在生物组织中形成的组织损伤

球形集声器可在亚波长焦域内形成高强度声压,在高强度聚焦超声治疗中具有潜在应用前景.本文结合非线性声传播理论及生物传热学理论,研究球形集声器在生物组织中形成的组织损伤.实验中采用430 kHz,内径为240 mm的球形集声器对肝组织作用,结果表明:集声器表面声压为53 kPa时作用2 s,可以形成小于波长尺度的组织损伤.理论计算结果与实验结果符合得较好,并且理论模型可优化球形集声器的开口孔径.研究结果表明,球形集声器可应用于肿瘤的精细超声治疗.     

微型扬声器振动系统阻尼频率特性研究

受材料黏弹性的影响,微型扬声器振动系统的力阻与频率有关。通过理论推导建立了力阻与频率之间的模型,得到了微型扬声器振动系统力阻的计算公式,利用激光测振法测量得到的微型扬声器阻抗曲线和位移曲线可以方便地得到微型扬声器振动系统力阻频率响应,表明了其随频率增加而减小的频率特性。实验表明,采用该频率相关力阻模型计算阻抗曲线、位移曲线和频率响应曲线,与测量值吻合很好,明显好于传统频率非相关力阻模型所得曲线。     

随机相控高强度聚焦超声换能器的栅瓣抑制

采用3种随机排列策略形成相控阵元线性排列结构抑制高强度聚焦超声(HIFU)相控阵栅瓣。第1种和第2种策略中阵元基于规则排列随机移动,而第3种策略中阵元则直接进行随机移动,阵元可移动范围依次为:第1种<第2种<第3种。采用瑞利积分和非线性Westervelt方程分别计算了3种策略对应随机相控阵产生的线性和非线性声场,并通过归一化栅瓣最大声压、归一化栅瓣平均声强和归一化旁瓣平均声强3个参量,对栅瓣抑制效果进行评价。结果表明:线性声场中,阵元可移动范围的增加有利于栅瓣抑制,3种随机策略的归一化栅瓣最大声压相比规则排列分别降低30.7%,53.8%和55.8%;非线性声场中对于同一种随机排列策略,随机度的增加可以改善栅瓣抑制效果。例如,第3种随机策略在随机度为0.9时正负压的归一化栅瓣最大声压相比规则排列分别降低55.6%和54.8%。进一步讨论了焦点偏移时随机相控阵的非线性声场,以-8 dB作为栅瓣的安全标准,第2种和第3种随机策略可以满足要求,横向偏移分别为6 mm和10 mm。本文的工作为抑制栅瓣提供了新思路,有利于随机HIFU相控阵的设计优化。      

超声波与光协同降解对氯苯酚水溶液的机理研究

为阐明超声波与光协同作用机理,以对氯苯酚为研究对象,研究了对氯苯酚水溶液在超声波与光(紫外光,可见光)单独及共同辐照下的降解现象,研究发现对氯苯酚水溶液在超声波及紫外光单独辐照下均发牛降解,降解过程符合一级反应动力学规律.在超声波和紫外光共同辐照下,降解过程也符合一级反应动力学规律,同时对氯苯酚水溶液降解呈现显著的声光协同效应,即同一辐照时间内超声波和紫外光共同辐照下对氯苯酚的降解率大于超声波和紫外光单独辐照下各自降解率之和.另一方面,超声波和可见光共同辐照没有呈现出明显的卢光协同效应.超声波和紫外光共同辐照下的声光协同效应被归因于紫外光对超声空化过程中产生的过氧化氢的裂解作用.