球面近场声全息中的阵列传声器分布与球面数值积分

球形传声器阵列是实现封闭空间三维声场重构的测量前端,传声器在球形阵列面上的分布对三维声场重构的精度有重要影响。针对球面近场声全息方法,结合I.H.Sloan,Spherical t-designs,J.Fliege等球面数值积分法,检验传声器数目、传声器几何位置分布、积分权重、波数、基函数扩展项数、声场重构半径等参数对声场重构精度的影响。结果表明:Spherical t-designs球面数值积分法与其它积分法相比,在声场重构误差接近的情形下,允许传声器的数目和位置布置有更多的选择,并且在传声器数目一定时,各点积分权重相等,使得球面近场声全息中球面数值积分计算相对简单。     

球面近场声全息中的阵列传声器分布与球面数值积分

球形传声器阵列是实现封闭空间三维声场重构的测量前端,传声器在球形阵列面上的分布对三维声场重构的精度有重要影响。针对球面近场声全息方法,结合I.H.Sloan,Spherical t-designs,J.Fliege等球面数值积分法,检验传声器数目、传声器几何位置分布、积分权重、波数、基函数扩展项数、声场重构半径等参数对声场重构精度的影响。结果表明:Spherical t-designs球面数值积分法与其它积分法相比,在声场重构误差接近的情形下,允许传声器的数目和位置布置有更多的选择,并且在传声器数目一定时,各点积分权重相等,使得球面近场声全息中球面数值积分计算相对简单。      

指向性辐射器的简正波声场

本文讨论比较一般的指向性辐射器在分层介质中的声场,并将指向性概念应用于简正波计算。结果表明,对无方向性点源的简正波表示式补充以指向性激发函数,就可得到指向性辐射器的简正波声场,而指向性激发函数与辐射器的位置及指向特性有关。文中还分别计算了具有垂直对称性、反对称性、单边指向性以及尖锐指向性的辐射器的简正波声场。对于均匀水层中的垂直线阵,若源的分布函数正比于某一简正波的本征函数,则指向性激发函数的零点正好对应于其他简正波的本征射线的方向。 关键词：     

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.     

拖曳线列阵管中校准方法研究

本文阐述了一种在长管中校准拖曳线列阵或其阵元组的方法，这种方法通过在线列阵上形成一个等效于其接收到一个任意角度入射的自由场平面坡时的声场分布来校准线列阵的复数灵敏度和远场指向性。在阐述了这种校准方法的基本原理以后。通过建立理论模型，用计算机模拟研究了该方法的可行性及校准声场偏差与各种参数之间的关系，并对其结论进行了实验验证。实验线列阵的方向性和灵敏度的测量结果表明，在低频情况下该方法是校准长线列阵的有效方法。     

基于联合波叠加法的浅海信道下圆柱壳声辐射研究

针对浅海信道下弹性结构声辐射预报尚无高效可靠的研究方法,提出了一种浅海信道下弹性结构声辐射快速预报的联合波叠加法.该方法结合了浅海信道传输函数、多物理场耦合数值计算法和波叠加法理论,运用该方法可对浅海信道下弹性结构辐射声场进行快速预报.经数值法和解析解法验证后,从信道下辐射源、环境影响和辐射声场测量的角度研究分析了浅海信道下弹性圆柱壳的声辐射特性,阐释了进行浅海信道下结构声辐射研究的必要性.研究结果表明,仅在低频浅海信道下弹性结构可近似等效为点源,信道上下边界对声场产生显著的耦合影响,高频段的空间声场指向性分布尤为明显,垂直线列阵进行信道下结构辐射声功率测量时,测量结果受到信道环境边界和潜深的影响较大.     

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.     

宽带密排平面阵声辐射分析

应用声有限元-边界元法计算了宽带基阵声场分布.建立了平面9元阵有限元-边界元模型,给出了阵元之间互阻抗数值计算方法,分析了阵元间互辐射对声性能影响的变化规律,计算了9元阵3个谐振频率点处指向性和波束宽度.利用3谐振换能器研制出一种宽带密排平面9元阵,并在消声水池中对其输入阻抗和指向性进行了实验测量.研究结果表明,按阵元...     

水下环形凹槽圆柱体散射声场空间指向性调控

本文提出一种具有深度梯度的环形凹槽结构,可用于调控水中有限长刚性圆柱体散射声场空间指向性.基于声学相位阵列理论分析了环形凹槽圆柱声散射空间指向性改变的机理,研究表明:凹槽深度方向相位延迟和凹槽间Bragg散射的相互作用使得平面声波垂直于圆柱方向入射其正横方向散射声波发生偏转.采用有限元方法讨论了凹槽结构参数如占空比、梯度等对圆柱散射声场空间分布特征的影响规律.多个不同深度梯度环形凹槽单元组合圆柱体散射声场数值计算和实验结果显示:具有环形凹槽结构圆柱体正横方向散射声波均匀偏转到预定的空间范围内,使得圆柱体声散射场空间指向性均衡化,改变了圆柱整体的散射特征,这为水下目标声隐身设计和声波定向传播提供了新的方法.     

某型歼击机进气道噪声测量

为了估算某型歼击机进气道结构的声疲劳特性,在试飞状态对此型飞机进行了实际声载荷测量.测量传声器采用压电晶体传声器.飞行状态包括起飞、着陆及中空和高空各种特技飞行.测量结果表明,受载状况及噪声频谱与飞行状态密切相关,它对研究歼击机进气道内的声场特性及评估进气道结构的声疲劳特性都有较高的实用价值.     

内部体积源作用下的圆柱壳内外声场特性

圆柱壳内各型体积源辐射噪声特性研究是声场建模和声场预报的前提.为了研究具有指向性的大尺度体积源特性对水下航行器结构内外声场的影响,本文结合薄壳理论、等效源和柱腔Green函数构造了体积源激励下的壳体振动耦合方程,研究了体积源表面声散射作用和指向性强弱对圆柱壳内外声场的影响.数值计算结果表明,体积源构造的准确性与其等效源位置有关,等效源配置在体积源几何中心与其结构表面之间0.4—0.6时,可以提高声场计算结果的准确性;大尺度体积源表面的声散射作用会导致壳体内部声场结构发生改变,内声场声腔共振峰发生偏移,并且在部分频段引起较强的声透射现象;此外,体积源指向性变化对壳体内外声场强弱影响较小,其显著作用表现在改变了外辐射声场的远场指向性.该研究结果对噪声预报和控制有一定的参考价值.     

采用分布式球形阵列的球谐波域声场分离方法

为从测得的混合声场信号中提取出需要的目标声场,提出一种基于分布式球形传声器阵列的声场分离方法。该方法依据声场的球谐波分解,利用阵列各传声器采集到的声场声压信号,获得目标声场与干扰声场的球谐波展开系数,进而估计目标声场。该方法利用声场以不同中心展开的球谐波系数之间的变换关系,直接建立传声器测量声压信号与整体坐标系下声场展开系数的方程,与传统的分布式球形阵列声场分离方法,即先求解局部坐标系下声场展开系数,再变换为整体展开系数的方法,进行比较。分别通过数值仿真和实验说明了提出方法的有效性。结果表明:该方法能够从混合声场中较准确地估计出目标声场,并且在干扰声场能量增大时,保持了较小的声场估计误差,相比于传统方法误差增加更少。     

具有均匀近声场的圆形压电换能器

本文探讨表面振动速度按各种规律分布的圆形压电换能器的声场.计算了它们的轴线上的声压分布,实验验证了其近声场的均匀程度及远声场的指向性.证明了表面振动速度按多项式(1-ρ~2/α~2)~2及余弦分布的换能器有足够均匀的近声场.     

Miles集成衍射光栅的指向性硅微传声器

Miles研究小组受Ormia ochrace寄生蝇声定位机理的启发,通过集成信号的衍射光栅读取技术,从原理上、方法上对现有硅微传声器进行了极大的拓展,赋予了硅微传声器极强的指向性,其指向性基本达到了理想的压差传声器的8字型,可有效抑制干扰和噪声,并克服了现有硅微传声器的如寄生电容、蚀刻粘连等诸多局限性。这一发展必将给硅微传声器带来更广泛的应角范围。     

一种热对流式MEMS二维质点振速传感器

由空气质点振速传感器和声压传感器组成的矢量传声器是测量声场空间信息的重要方式。本文设计了一种新型热对流式二维质点振速传感器,不同于传统平行线式传感机制,该器件由多线进行交叉连结形成一个中央十字加热器和四个直角测温线,构成新的局域加热和温度传感方式,基于此设计能够获得更高的灵敏度并具有理想的正交性。通过数值分析对其传感机制进行了详细分析,并使用MEMS工艺进行器件制备和性能验证。实验结果表明,该器件具有良好的响应灵敏度和接近完美的正交指向性。所提出器件在体积受限的声场测量中具有潜在应用价值。     

基于反射系数估算的半空间边界阻抗和声源直接辐射重构

半空间中声源直接辐射声场重构的实施需要构造以边界声阻抗为参量的半空间基函数,边界声阻抗的获取则通常需要借助原位测量方法.基于半空间球面波基函数叠加的声场重构方法,通过在声源近场布置全息测量面和一支参考传声器采集声压,并以参考传声器声压重构误差取得最小值为准则,估算各全息测点的声压反射系数,就能在边界阻抗未知条件下实现声源直接辐射声压的重构,从而摆脱了常规方法对声阻抗原位测量技术的依赖.本文的目的是对这一方法进行详细的参数讨论,并在估算声压反射系数的基础上,进一步对边界声阻抗加以重构,提出一种基于近场声全息的声阻抗测量方法.以球形声源为例,对声阻抗和声源直接辐射声压的重构进行了仿真,定量地分析参考传声器坐标、边界有效流阻率和边界孔隙度随深度的降低率等参数对重构精度的影响.     

横波直探头的辐射声场

分析了采用2/2型压电复合材料制作的一种水平面内偏振的横波直探头的辐射声场特性,推导了两种表面力源辐射声场的严格解析解,通过数值计算给出了相应声场分布和指向性图,得到了横波垂直辐射指向性,并与实验结果进行了对比。实验所得声场指向性与理论计算结果符合较好,为该换能器的工程应用提供了理论依据。     

声源分布和超声频率对清洗声场均匀性的优化*

驻波和换能器指向性等影响声场均匀性,造成清洗死角,影响清洗效果。采用COMSOL仿真软件建立了单个换能器位于底部的三维模型,通过染色法实验结果验证模型的有效性。研究了换能器同时位于底部和侧面、多排换能器位于底部时的声场,用声压幅值相对标准差来量化均匀性,发现该两种换能器分布方式能够有效优化声场均匀性。通过调节频率研究频率对声场的影响,进一步优化声场均匀性。对声源分布的确定、频率的选择以满足声场均匀化需求有指导意义。     

复射线法及其在水声技术中的应用

本文介绍复源点射线技术原理,概述各种复射线分析方法,并举例说明这种方法在水声技术中一些可能的应用,包括指向性声场的复射线分析,声辐射器阵列方向性的复射线模拟,近区和远区声场的复射线变换,以及声呐目标强度的复射线理论预估等。     

薄壁球形导流罩对矢量水听器接收性能的影响

在实际使用时,为了减小流噪声对矢量水听器的影响,将其放置在流线型较好的导流罩内,因此对导流罩内矢量声场的计算是非常必要的。以水下弹性球壳为研究对象,从理论上研究了弹性薄球壳声透射对矢量水听器声场测量的影响;推导了平面声波对弹性球壳声透射的矢量声场数学表达式,计算了不同壳体参数下内充水弹性球壳的声透射矢量声场对矢量水听器各通道声波接收响应幅值和相位以及各通道接收指向性的影响。理论分析表明,弹性薄球壳透射声场对矢量水听器接收声场的影响与壳体机械阻抗和水听器安装位置密切相关,水听器安装偏差对其声场测量影响比较大。