實(shí)驗(yàn)名稱：聲頻定向系統(tǒng)自解調(diào)信號(hào)測(cè)試

研究方向：聲頻定向系統(tǒng)是第一種可產(chǎn)生高指向性可聽(tīng)聲的新概念聲源。參量聲學(xué)陣的提出為利用空氣中聲波的非線性傳播效應(yīng)產(chǎn)生指向性聲束提供了理論依據(jù)。本文探索了利用參量聲學(xué)陣作為可聽(tīng)聲源，產(chǎn)生指向性聲頻的基礎(chǔ)理論及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，以推動(dòng)聲頻定向系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究與實(shí)用化進(jìn)程。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模旱侥壳盀橹?，聲頻定向系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究開(kāi)展較少，使得一些關(guān)鍵性問(wèn)題仍然未能得到有效解決。這些問(wèn)題中具有典型代表意義的主要有：1.目前聲頻定向系統(tǒng)采用的理論能在多大程度上指導(dǎo)聲頻定向系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2.聲頻定向系統(tǒng)的指向性、諧波失真、自解調(diào)聲壓等關(guān)鍵性能參數(shù)該如何測(cè)試才能最大程度地反應(yīng)聲頻定向系統(tǒng)的總體性能；3.對(duì)聲頻定向系統(tǒng)自解調(diào)信號(hào)影響參數(shù)及規(guī)律缺乏了解，無(wú)法建立有效的測(cè)試方法體系。探索聲頻定向系統(tǒng)的性能測(cè)試方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究找出這些關(guān)鍵問(wèn)題的答案。

測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、1臺(tái)電腦、高壓功率放大器、換能器：1個(gè)300mmx300mn的PVDF膜整體式換能器、傳聲器1個(gè)：頻率響應(yīng)為20Hz~16.2kHz；信號(hào)采集設(shè)備1個(gè)，最高采樣頻率192kHz。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：聲頻定向系統(tǒng)自解調(diào)信號(hào)測(cè)試大體流程為:(1)由YB1639信號(hào)發(fā)生器，或Agilent35670A動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀,或電腦產(chǎn)生正弦輸入信號(hào)或?qū)拵?a target="_blank">音頻信號(hào);(2)輸入信號(hào)經(jīng)DSP系統(tǒng)調(diào)用各種算法進(jìn)行信號(hào)處理后輸出到功率放大器進(jìn)行功率放大;(3)功率經(jīng)AigtekATA-4011B功放放大;(4)放大后的信號(hào)經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為超聲波信號(hào)向空氣中發(fā)射;(5)該超聲波在空氣中傳播的過(guò)程中自解調(diào)產(chǎn)生高指向性可聽(tīng)聲;(6)傳聲器將自解調(diào)可聽(tīng)聲信號(hào)的聲壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入信號(hào)采集設(shè)備;(7)由示波器TDS1012、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀Agilent35670A或電腦顯示、采集由聲壓轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)，并儲(chǔ)存該信號(hào);(8)將TDS1012示波器或Agilent35670A動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀儲(chǔ)存的信號(hào)導(dǎo)入電腦中，通過(guò)MATLAB進(jìn)行信號(hào)分析，或直接通過(guò)音頻信號(hào)處理軟件對(duì)該測(cè)試信號(hào)進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在該項(xiàng)測(cè)試中，測(cè)試條件如下:(1)測(cè)試環(huán)境為一全消聲室，背景噪聲約為17~184B;(2)測(cè)試系統(tǒng)采用B&K公司專用聲學(xué)測(cè)試系統(tǒng);(3)測(cè)試距離為3m，并使傳聲器初始位置處于聲波傳播軸線上進(jìn)行測(cè)試;(4)聲頻定向系統(tǒng)采用的信號(hào)處理方法為N階近似平方根法，且N=3，m=0.6。

本次測(cè)試對(duì)頻率分別為500Hz、1kHz和3kHz的輸入信號(hào)在空氣中產(chǎn)生的自解調(diào)聲頻波的指向性進(jìn)行了測(cè)試。

由圖7-2(a)可知,當(dāng)輸入為500Hz信號(hào)時(shí),測(cè)得的-3dB指向性銳角Θ-3dB/2≈2°,-15dB指向性銳角Θ-15dB/2≈5°，因此此時(shí)自解調(diào)聲頻信號(hào)具有很強(qiáng)的指向性。

由圖7-2(b)可知，當(dāng)輸入為1kHz信號(hào)時(shí),測(cè)得的-3dB指向性銳角Θ-3dB/2≈1°,-15dB指向性銳角Θ-15dB/2≈4.5°，自解調(diào)信號(hào)的指向性略強(qiáng)于500Hz的自解調(diào)信號(hào)指向性。

由圖7-2(c)可知,當(dāng)輸入為3kHz信號(hào)時(shí),測(cè)得的-3dB指向性銳角Θ-3dB/2≈0.8°-15dB指向性銳角Θ-15dB/2~4°。自解調(diào)聲頻信號(hào)的指向性略強(qiáng)于1kHz輸入信號(hào)的自解調(diào)信號(hào)指向性。

通過(guò)測(cè)試可得

結(jié)論7-1:(1)采用整體式PVDF膜換能器的聲頻定向系統(tǒng)，可成功產(chǎn)生具有很強(qiáng)指向性的聲頻波;(2)自解調(diào)信號(hào)的指向性隨輸入信號(hào)頻率的增大而增強(qiáng)。

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審核編輯 黃宇