斑蝉（Gaeana maculata Drury）鸣声调幅特性的衰变及其发声机制的分析

斑蝉自然鸣声起鸣声和重复声的前奏及高潮声，分别由若干个分别含３个亚脉冲（ＳＰ１－３）的脉冲组成。基本音和载频带的主频率（ＰＦｂ和ＰＦｃ）份别为３３８±２０Ｈｚ和３６１７±８７Ｈｚ。起鸣声的前奏合２２个脉冲（Ｐ１－２２），调幅特性逐渐衰变，ＳＰ１的载波振荡失去对称性，并与基波叠加，ＳＰ２，３近似为正弦波。同时，鸣声由以ＰＦｃ为主音逐渐转变为以ＰＦｂ为主音。起鸣的高潮声、重复声的前奏和高潮声都进一步失去调幅特性，载波振荡主要与ＳＰ２的基波叠加，其ＰＦｃ的幅值都比ＰＦｂ平均低１０ｄＢ以上，鸣声都是以基本音的ＰＦｂ为主音。由发声膜的结构来看，其三条长肋的振动频率可能由质量控制逐渐转变为力阻控制，相应的鸣声由以ＰＦｃ为主音的起鸣前奏逐渐衰变为ＰＦｂ为主音的高潮声和重复声。     

蟪蛄蝉的两种行为叫声及其发声机制的分析

北京地区蟪蛄蝉（ＰｌａｔｙｐｌｅｕｒａｋａｅｍｐｆｅｒｉＦａｂｒｉｃｕｒｓ）的呼叫声和求爱声具有不同的声学特性和行为功能。呼叫低潮声“Ｚｈｉ－”声和呼叫高潮声“Ｚｈｉ－”声分别由不规则和规则调幅脉冲组成，声响效果主要取决于主频率分别为７３００±６１Ｈｚ和５８１９±３８Ｈｚ的载频带。雌蝉大范围内的飞行趋声反应主要与呼叫高潮声载波的主频特性有关。求爱低潮声“Ｏｕ－”声和求爱高潮声“ＺｈｉＯｕ－”声都是由明显失去调幅特性的脉冲组成，声响效果主要取决于基频分别为５２２±９Ｈｚ和５９４±１２Ｈｚ的基频带。小范围内的求爱主要与求爱高潮声基频所表征的脉冲时间参数有关。发声机制主要与发声膜结构相适应的三条长肋的激励方式有关。     

声子频率对同位素掺杂硅声子散射的影响

点缺陷对声子的散射是影响电绝缘体热导率的重要机制之一,其中声子频率是影响声子散射的重要因素．本文主要研究声子频率对同位素掺杂硅声子散射的影响。首先产生一个窄频率范围的声子波包,然后使用分子动力学(MD)模拟声子在同位素掺杂硅中的散射过程,在原子尺度下清晰展示了声子对同位素掺杂的散射过程,并对能量的透射率和反射率进行分析。将模拟结果和已发表的理论结果相比较,在单个同位素掺杂缺陷下,在临近共振频率区域内用改进的R.O.Pohl公式成功的拟合了MD结果,这一结果会对在较宽频率包括非色散和色散声子范围内构造声子热传导公式有帮助.对于在较高的掺杂浓度下,声子频率对声子散射特性的影响还需要更进一步的研究。     

基于气泵的声管实验及分析

为研究声管的发声频率，进行了实验设计和分析.声管转动发声是由于空气在声管中的流动，考虑实际的实验条件，设计了气泵吹气代替声管转动的实验方式，改变吹气速率并测量发声频率.通过对实验结果的分析发现，此时的声管不符合两端开口即两端为波腹的条件，而是一端波节、一端波腹.声管的发声频率取决于其长度，符合驻波特性，发声时吹气速率与波纹长度须满足共振条件.研究结果有助于对驻波的理解和相关内容的实验设计.     

短翅鸣螽的鸣声特征分析与听觉研究

本文利用声分析方法研究了短翅鸣螽Gampsocleis gratiosa鸣声的结构、频谱与时域特征。短翅鸣螽主要靠复翅闭合运动时左翅腹面上的音锉与右翅内缘(刮器)相摩擦而发声。音锉脉冲声列是短翅鸣螽鸣声的基本组分,它由一个开翅脉冲和6—7个闭翅脉冲组成。鸣声的频谱较宽,声能主要分布在3—35kHz范围内;主、次能峰分别位于7.5kHz与4.0kHz附近,在10cm远处鸣声强度L_p约为105dB。鸣声的时域特征与环境温度有关。鸣声的三维数字功率谱图分析揭示了频谱能峰的瞬时变化特征。鸣螽有较高的听觉灵敏度,在与其鸣声主能峰区相应的频率范围内(7—18kHz),反应阈值均在30dBL_p以下。螽斯的听觉神经元能对其鸣声的时域特征进行编码。     

基于声子晶体的传感隔振系统的研究仿真

利用传输矩阵法研究了镜像异质三周期一维声子晶体的振动带隙的特性,通过理论分析得出波矢与频率的色散关系表达式,根据本文设计的隔振器的材料属性与结构特征,Matlab仿真得出声子晶体隔振材料的禁带频率范围为19.8—2355Hz、2979—11775Hz、12525—23550Hz,冲击的频率范围是20Hz—2kHz,在禁带频率范围内.利用ANSYS软件对弹载传感系统进行瞬态冲击分析,验证声子晶体的抗冲击效果,获得系统的最大应力为0.035MPa,最大位移为0.12×10~(-4)mm.仿真结果验证了声子晶体型传感隔振系统在冲击方面的可靠性.     

超声换能器带宽对光声成像的影响

研究了不同尺寸吸收体产生的光声压的频谱特性：对于厘米量级、毫米量级和几百个微米量级的吸收体,产生光声压频谱的主要范围分别约为20～300kHz、70kHz～2．5MHz和400kHz～20MHz;讨论了不同频率范围的光声信号对重建图像的影响,低频段的光声信号能反映物体的非边界区域,而高频段的光声信号能突出物体的细微结构,尤其是物体的边界特征。提出了不同尺寸的吸收体要选用或设计不同带宽范围的探测器进行检测的方法．当探测器的带宽范围与光声压频谱范围基本吻合时,损失的频率成份较少,重建的光声图像效果较好,这一结论在仿真和实验结果中都得到了证明。实验用的光源为YAG激光器,波长为532nm,重复频率为30Hz,脉宽为7ns,探测器为针状的PVDF膜水听器,接收面积的直径为1mm。     

声边界层外非线性声流旋涡的理论及数值模拟

非线性声流旋涡在加速热、质传输过程和清除固体表面积灰等方面具有显著的优势。为探究换热管声边界层外非线性声流旋涡的流场特性,采用Nyborg极限滑移速度法数值模拟了平面驻波声场和行波场中二维换热管周围的非线性声流现象。与经典Rayleigh声流的解析解对比,验证了数值方法的可行性。数值计算表明,在驻波场中,换热管处于声压波节和声压波腹位置时,换热管外分别呈现出4个和8个轴对称分布的声流旋涡结构;当换热管偏离声压波节或声压波腹位置时,换热管外的声流旋涡结构不再呈轴对称分布。滑移速度分布的波峰和波腹总个数决定了声流旋涡的个数。在行波场中,声流旋涡的流场特性与声波频率f和声压级L呈现出强的非线性依赖关系,声流强度满足：U_{2 max}=6.95388e^-72L^33.50669f^-0.98828。     

局域共振复合单元声子晶体结构的低频带隙特性研究

本文提出了一种新型局域共振复合单元声子晶体结构, 并结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究. 共振带隙产生的频率位置由所对应的局域共振模态的固有频率决定, 并且带隙宽度与局域共振模态的品质因子及其与基体之间的耦合作用强度有关. 采用局域共振复合单元结构可以实现声子晶体的多重共振, 在低频范围能打开多条共振带隙, 但受到共振单元排列方式的的影响. 由于纵向和横向局域共振模态的简并, 复合单元结构能在200 Hz以下的低频范围打开超过60%宽度的共振带隙, 最低带隙频率低至18 Hz. 这为声子晶体结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法. 关键词： 局域共振 低频带隙 复合单元 声子晶体     

球形复合柱表面波声子晶体的带隙特性仿真

设计了一种由镍球与环氧树脂垫层组成的复合柱沉积在铌酸锂基体上构成的表面波声子晶体结构,采用有限元法计算了其能带结构和位移矢量场.结果表明:与具有相同晶格常数的倒圆锥形表面波声子晶体结构相比,研究结构可以在更低的频率范围打开更宽的声表面波完全带隙,且随着复合柱半径增大,镍球体与压电基体的硬边界之间形成限制腔模,相邻高阶带隙间存在能量的耦合以及振动模式的继承;此外,温度场的引入可以实现带隙的主动调控,带隙频率范围随着温度升高向低频移动;通过增加复合柱体的层数,多振子结构与行波发生多极共振耦合,可在高阶能带间打开完全带隙.本文的研究结果为微米级表面波声子晶体结构在100 MHz以下频率范围的带隙特性优化提供了理论支持.     

弹性波在固-固结构矩形声子晶体中的传输特性

利用一维固-固结构矩形声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在其中各个模式满足的关系式,利用它研究了弹性波各模式的特性。并用转移矩阵研究了弹性波的传输特性随模式量子数和边长的变化规律。得出了一些不同于一维固-固结构非受限声子晶体的新特征,即一维矩形声子晶体的禁带由模式量子数确定,禁带的频率中心和频率宽度与模式量子数和边长有关。     

人耳正常鼓膜声顺图的频率特性

在人正常耳描记了不同频率的鼓膜声顺图并进行了比较。220—500赫的低频声顺图为“人”字形,其声顺最大的峰指向声阻抗小的一方。1000—1300赫的声顺图则为倒“人”字形,其声顺最大的峰指向声阻抗大的一方。2000赫的声顺图又倒转回低频时的形状,完成一个周期的演变。630、800及1400、1600赫的声顺图则为一些过渡型,有时出现双峰。鼓膜声顺的动态范围随频率的增加而变小。声顺图形状的变异及有关的一些问题,文中用声阻抗与声顺的非单调性关系进行了解释。     

冬季冲绳海域地形及黑潮对声传播的影响

冲绳海域地形复杂且冬季存在较强的黑潮海洋锋,利用数值实验研究斜坡地形和海洋锋同时存在时由浅海至深海的声传播特性。海洋模式数值预报环境数据表明,分布于冲绳海槽斜坡上方的海洋锋导致该海域上层水体声速存在水平变化,纬度越高,水平变化越大。利用抛物方程声场模型计算声传播损失,通过简正模态分析存在表面声道的环境中声能量分布,利用声线轨迹图解释海底斜坡和海洋锋对声传播的影响。结果表明:声源频率低于表面声道截止频率时,声传播主要受海底地形影响;声源频率高于表面声道截止频率时,位于表面声道内的声源激发的声能量主要在表面声道传播,部分声能量从表面声道泄漏沿斜坡向深海传播,位于表面声道深度以下的声源激发的声能量主要沿斜坡向深海传播,斜坡地形导致表面声道下方至共轭深度这一深度范围呈现为声影区,海洋锋的存在可导致表面声道传播损失变化明显,影响程度与声源深度有关。     

螽斯Gampsocleis gratiosa听觉上升神经元的方向灵敏度

螽斯趋声行为的定量分析表明,螽斯具有良好的方向听觉能力。本文报道了螽斯前胸神经节内听觉上升神经元的结构、侧向性和方向灵敏度。在最佳频率15kHz时,它的侧向阈值差高达约16dB。它的方向灵敏度与声刺激频率密切有关,频率愈高,其方位阈值差愈大。上升神经元对每次刺激的峰脉冲发放数和潜伏期变化均与声音入射角有关,因此可用作声源的方向提示。     

半导体超晶格声子激光器的研究进展

太赫兹频率的相干声子在纳米尺度器件的探测和操控领域具有重要的应用价值。半导体超晶格声子激光器是实现太赫兹频率相干声子源稳定输出的重要途径。本文首先回顾了GHz到THz频率范围声学放大的多种方法,然后详细阐述了超晶格声子放大、超晶格声学布拉格镜的工作原理与设计方法以及声子激光器的阈值条件,同时总结了电抽运和光抽运结构器件的研究现状,最后简要讨论了亚太赫兹声子激光器在声-电子领域的应用。分析表明,这种能够产生强相干太赫兹声子的半导体超晶格声子激光器在纳米尺度器件的探测与成像等方面具有广阔的发展前景。     

声表面波垂直入射于声栅时的衍射

本文分析了声表面波垂直入射于声栅时的衍射现象。理论上,应用唯象理论分析了声表面波垂直入射于声栅时,在“薄栅”和“厚栅”条件下的衍射特性。实验上,我们用光学法观察和测量了相应于“薄栅”和“厚栅”两种条件下的声栅衍射现象,得到了一些有意义的结果。例如,衍射声场近场的强度分布、正一级和负一级声的干涉场的强度分布,声栅内及透射后近场的声波波阵面等。还测量了各级衍射声波传播角度随频率而变化的情形,测量了零级和一级衍射声强度随频率而变化的情形。最后,将上述实验结果与应用唯象方法所分析的结果作了比较。     

新型功能材料——声子晶体

声子晶体是20世纪90年代初提出的一种新型声学功能材料，这种周期性弹性结构具有许多重要性质，如声波带隙特性，即处于禁带频率范围内的振动或声波将被禁止在晶体中传播。通过求解声波在晶体中的运动方程可以设计一定的声子禁带和允带，而声子禁带与声波异质结构中声子的安德森局域化问题密切相关。文章重点阐述了声子晶体的主要特征、理论研究方法、潜在应用及前景展望。     

激光声信号的频谱特性

构建了激光声实验测量系统,利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号,由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。分析了激光声信号的时频域数学模型,实验研究了激光声信号的频域能量分布,以及激光器重复频率和激光声信号频谱特性的关系。结果表明:激光声信号能量主要集中在200 kHz内,其中100~200 kHz内的能量所占比例约50%。激光声信号的幅频响应极大值点可以受到激光器重复频率的控制。     

基于声弛豫频率的可激发气体压强合成算法

声弛豫频率是声吸收谱峰值点的频率,包含可激发气体成分、环境温度和压强信息.利用声弛豫频率线性正比气体压强的特性,提出一种通过两频点声吸收系数和声速测量值计算声弛豫频率,并通过查表方式合成气体压强的算法.算法的声弛豫频率测量误差具有随声测量值误差线性变换的特性,且当两频点的声吸收测量误差相等时,压强的合成误差为零.对于一定温度下的甲烷及其混合气体,仿真计算证明算法的有效性和声测量误差的稳健性.提供一种简单、稳健性好、可实时连续在线检测可激发气体腔体压强的声学方法.     

单轴压缩条件下岩石样品声发射信号的频谱分析

本文对单轴压缩条件下大理岩和辉长岩样品变形过程中的声发射信号进行了频谱分析,分析的范围从25—387kHz。应用高速数字化数据采集系统记录了岩石变形各阶段产生的声发射波形。对32个声发射信号进行了快速傅里叶变换处理(FFT),得到它们的振幅谱。比较了不同种类岩石的频谱以及频谱随应力的变化,找出了声发射信号的频谱分布范围。本文选取声发射信号振幅谱的主频f_Amax,峰个数n和单个声发射释放的能量IE三个参量对岩石声发射振幅谱作了统计分析,主要结果如下:(1)在岩石样品表面探测到的声发射信号包含多种频谱成份,并且频谱具有谐波特性。对本实验所使用的岩石样品尺度(直径2.5—5cm;长度5—10cm的圆柱形),声发射的主要能量分布在40—110kHz的频率范围内。(2)大理岩和辉长岩的主频分布没有明显的差异,但与样品大小有关。(3)岩石样品声发射频谱随压力的变化具有随机性质,没有显著的随应力增加而增大或减小的现象。