理想介质中强声组阵技术研究

论文摘要

本文对强声声源和阵列性能进行了数值模拟和实验研究。全文主要工作包括以下几个方面:对流体动力型声源性能进行了实验研究。研究了气流喷注式强声声源喷气压力、喷嘴环缝宽度、喷嘴外径以及喷嘴出口与谐振管口的间距对声源发声性能的影响规律;分析了气流调制式强声声源的声能发声系统的频率响应特性。结果表明:对于谐振管内径为40毫米的强声声源,最佳喷气压力约为9个大气压力,最佳环缝宽度约为6毫米,最佳喷嘴外径约为33毫米,气流调制式强声声源的最佳频响点处于500-600Hz之间。结合边界元理论建立了声源模型,利用所建立的模型进行了声源和阵列的数值模拟。模拟了单声源、二元阵、四元线形阵和四元方形阵的声场,研究了阵元间距、发声频率、阵元数量和声源差异对阵列的影响规律。结果表明:理想条件下的声源阵列对称轴线上的声压级增益和声场的指向性,四元阵最优,四元线形阵和四元方形阵性能相近,考虑吸收损失后,四元方形阵较优;理想条件下在一定范围内随着阵元间距的增大和发声频率的提高,声场主声束角逐渐减小,旁瓣增多,声压级增益保持不变;同样考虑吸收损失后,阵元间距越大声场能量就越分散,主声束方向的能量就越少,频率越高能量衰减也越快;增加阵元的数量可以在限制旁瓣增加的同时提高声场的指向性;组成阵列的各声源在发声频率和初始能量上的较小差别不会对整个声场造成较大影响。利用气流喷注式强声声源和气流调制式强声声源进行了声源组阵实验,并对对称轴线上的声压级增益和声场指向性进行了分析,结果表明:气流调制式强声声源阵列的声压级增益和声场指向性均同理论和模拟值较为相近。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 强声组阵技术问题概述
• 1.2 强声组阵技术研究现状及发展趋势
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 理论基础
• 2.1 声学的基本概念
• 2.1.1 声压和声速
• 2.1.2 声功率与声强
• 2.1.3 声压级、声强级和声功率级
• 2.2 声波动方程
• 2.2.1 理想流体媒质中的线性声波方程
• 2.2.2 特殊形式的声波方程
• 2.2.3 Helmholtz 方程
• 2.3 同相小球源的辐射
• 2.3.1 两个同相小球源的辐射声场
• 2.3.2 指向特性
• 2.4 气流扬声器组合效应
• 2.4.1 行波声场的组合效应
• 2.4.2 混响声场的组合效应
• 2.4.3 相干无规信号的声辐射
• 2.5 本章小结
• 第三章 流体动力型强声声源
• 3.1 流体动力型强声声源分类
• 3.1.1 流体喷注式
• 3.1.2 流体谐振式
• 3.1.3 流体调制式
• 3.2 流体喷注式强声声源性能测试
• 3.2.1 实验系统
• 3.2.2 声场测试系统
• 3.2.3 共振频率基频及影响因素分析
• 3.2.4 声压级影响因素分析
• 3.2.5 声压级指向性图分析
• 3.2.6 直管实验与横管实验比较
• 3.3 流体调制式强声声源性能测试
• 3.3.1 实验系统
• 3.3.2 声场测试系统
• 3.3.3 发声系统频响测试结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 声源组阵数值模拟
• 4.1 基于边界元方法的软件模拟及模型分析
• 4.1.1 SYSNIOSE 软件
• 4.1.2 数值模拟模型分析
• 4.2 声压级增益及指向性分析
• 4.2.1 声压级增益
• 4.2.2 声场指向性分析
• 4.2.3 四元线形阵与四元方形阵比较
• 4.3 阵元间距、数量、频率及阵元差异的影响分析
• 4.3.1 阵元间距
• 4.3.2 发声频率
• 4.3.3 阵元数量
• 4.3.4 阵元差异
• 4.4 本章小结
• 第五章 强声声源组阵实验
• 5.1 气流喷注式强声声源组阵实验
• 5.1.1 实验系统及声场测试系统
• 5.1.2 声压级增益
• 5.1.3 实验缺陷综合分析
• 5.2 气流调制式强声声源组阵实验
• 5.2.1 实验系统
• 5.2.2 声场测试系统
• 5.2.3 声压级增益测试
• 5.2.4 声场指向性分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果