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大散射角散斑场中有关相位奇异新特性的研究

物理学报 2015年第8期64卷 196-202页

作者：宋洪胜刘桂媛张宁玉庄桥程传福山东建筑大学理学院山东师范大学物理与电子科学学院

利用散斑场和参考光的干涉提取散斑场复振幅和相位,研究了不同散射角下散斑场相位的分布规律以及相位奇异处光波复振幅实部零值线和虚部零值线夹角、光强等值线离心率的统计特性.在大散射角散斑中发现了一种新的相位奇异现象,即相位奇异... 详细信息

利用散斑场和参考光的干涉提取散斑场复振幅和相位,研究了不同散射角下散斑场相位的分布规律以及相位奇异处光波复振幅实部零值线和虚部零值线夹角、光强等值线离心率的统计特性.在大散射角散斑中发现了一种新的相位奇异现象,即相位奇异线;研究了相位在跨越奇异线时的突变规律及涡旋状相位的分布特征,发现在相位奇异线处存在着呈双曲线或抛物线状的光强等值线.

关键词：相位奇异散斑离心率统计规律

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菲涅耳深区散斑强度统计特性及演化

物理学报 2014年第9期63卷 126-130页

作者：宋洪胜庄桥刘桂媛秦希峰程传福山东建筑大学理学院济南250101 山东师范大学物理与电子科学学院济南250014

利用直透光波和高斯散斑场的叠加理论和基尔霍夫近似研究了菲涅耳深区散斑的构成,给出了菲涅耳深区散斑场及其强度概率密度和对比度的表达式.利用原子力显微镜测量的随机散射表面高度分布数据模拟菲涅耳深区不同散射距离处散斑,并计算... 详细信息

利用直透光波和高斯散斑场的叠加理论和基尔霍夫近似研究了菲涅耳深区散斑的构成,给出了菲涅耳深区散斑场及其强度概率密度和对比度的表达式.利用原子力显微镜测量的随机散射表面高度分布数据模拟菲涅耳深区不同散射距离处散斑,并计算绘出其强度概率密度和对比度曲线.理论与模拟相结合研究这两个统计函数的特征和直透光强所占比例的影响,以及它们随散射距离的演化规律.

关键词：菲涅耳深区散斑概率密度对比度

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马来假吸血蝠耳屏声学特性的数值研究

南京大学学报（自然科学版） 2015年第S1期51卷 143-146页

作者：赵利贤陈晓乾王福勋张智伟庄桥山东建筑大学理学院济南250101 山东大学物理学院济南250100 泰山医学院放射学院泰安271016

马来假吸血蝠通过结构复杂的耳廓结构接收回声定位脉冲信号.利用高分辨率X射线微型CT机对马来假吸血蝠耳廓结构进行扫描,得到其耳廓结构的断层扫描图像,通过高斯滤波器和二值化处理,并利用三维数字结构重构技术获得耳廓结构的三维数字模... 详细信息

马来假吸血蝠通过结构复杂的耳廓结构接收回声定位脉冲信号.利用高分辨率X射线微型CT机对马来假吸血蝠耳廓结构进行扫描,得到其耳廓结构的断层扫描图像,通过高斯滤波器和二值化处理,并利用三维数字结构重构技术获得耳廓结构的三维数字模型.手工处理这种数字结构,得到原始耳廓结构、无耳屏耳廓结构的三维数字结构.运用数值计算的方法,得到两种耳廓结构不同频率下的近场声压幅度分布图和远场接收方向性波瓣图,比较不同耳廓结构对近场声压分布和远场辐射的影响.结果表明:耳廓内的耳屏对频率有选择性的影响,在频率为50kHz和70kHz处,耳屏结构对近场声压分布的影响最大;对于远场接收方向性波瓣图,低频率和高频率时,耳屏的作用是拆分主瓣,中频时则合并旁瓣.

关键词：马来假吸血蝠耳屏数值计算近场声压分布图远场接收方向性波瓣图

不同弹拨位移下吉他琴弦振动特性及声学品质的研究

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不同弹拨位移下吉他琴弦振动特性及声学品质的研究

作者：矫盼盼山东建筑大学

学位级别：硕士

乐器音色的好坏直接决定了乐器的表现力,弹拨力度作为弦乐器音色的影响因素,成为了演奏者们极为重视的问题。而弹拨力度又与弹拨位移有关,因此本论文以吉他的琴弦为研究对象,对琴弦进行不同位移的弹拨,从客观角度研究吉他琴弦振动及声... 详细信息

乐器音色的好坏直接决定了乐器的表现力,弹拨力度作为弦乐器音色的影响因素,成为了演奏者们极为重视的问题。而弹拨力度又与弹拨位移有关,因此本论文以吉他的琴弦为研究对象,对琴弦进行不同位移的弹拨,从客观角度研究吉他琴弦振动及声学品质与弹拨位移的关系。本论文的研究工作和成果如下:通过总结吉他的研究现状,分析了吉他研究存在的问题及可研究方向,从振动和声学角度研究了吉他振动特性和声学特性。介绍了吉他的结构,对琴弦振动进行了动力学分析,通过数值计算的方法进行了仿真实验,分析了吉他的声学系统并进行了模型简化。为了深入研究吉他的琴弦的振动机理,搭建了一个双高速相机非接触式光学测量系统,测量拨弦时吉他琴弦上的标定点的振动特性,并使用基于圆形霍夫变换的图像处理算法,提取标记点的中心位置坐标,合成振动位移、速度曲线,并将实验结果与仿真结果进行了对比,对实验得到的位移、速度图像进行了验证。将不同弹拨位移下吉他琴弦振动的实验位移、速度特性与仿真结果进行了对比,发现周期符合良好,Y方向为位移主方向,也符合良好,而Z方向位移较为微小,振动特性不太明显。分析了不同弹拨位移下吉他各弦的位移、速度振动衰减情况,不同弹拨位移下吉他琴弦在获得振动条件后都没有出现稳定阶段,只有衰减阶段,且衰减得都比较缓慢,弹拨位移越大,振动持续时间越长。对于裸弦,振动持续时间很短,衰减程度较缠弦更为剧烈一点;对于缠弦,振动持续时间则比较长,衰减缓慢。分析了不同弹拨位移下吉他各弦第一至第五谐音成分的变化情况。对于e1弦,第一至第三谐音成分较高,随着弹拨位移的增大,谐音成分变化不太明显;对于b弦,第一至第四谐音成分较高,第四谐音成分最高,随着弹拨位移的增大,各次谐音成分都逐渐增大;对于g弦,各次谐音成分都比较高,第二、第三谐音成分较其他谐音成分更高一些;对于d弦,第一至第三谐音成分较高;对于A弦,第一、第二谐音成分较高;对于E弦,第二谐音成分最高。

关键词：吉他弦振动弹拨位移声学品质谐音占比

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菊头蝠外耳声场特性的研究

菊头蝠外耳声场特性的研究

作者：杜晓岳山东建筑大学

学位级别：硕士

在蝙蝠的生物声呐系统中,蝙蝠的外耳用来接收声音信号,外耳上的结构（比如耳廓、对耳屏等）也会对声音的接收产生一定的影响。本论文对皮氏菊头蝠和中菊头蝠两种菊头蝠外耳结构进行重建,去除外耳上的耳廓结构,再将其进行对比,分析有无... 详细信息

在蝙蝠的生物声呐系统中,蝙蝠的外耳用来接收声音信号,外耳上的结构（比如耳廓、对耳屏等）也会对声音的接收产生一定的影响。本论文对皮氏菊头蝠和中菊头蝠两种菊头蝠外耳结构进行重建,去除外耳上的耳廓结构,再将其进行对比,分析有无耳廓结构对声场特性的影响,以及同属于菊头蝠科的两种菊头蝠外耳的不同结构对声场特性的影响。研究工作和成果如下:对蝙蝠研究的历史、蝙蝠的声呐系统、蝙蝠声呐信号的特点以及蝙蝠目前的研究现状进行了阐述。通过分析菊头蝠的外形、生活习性以及饲养要求,结合目前的研究现状,确定了两种菊头蝠作为研究对象—皮氏菊头蝠和中菊头蝠。对于数值计算方面,介绍了模型的获取、计算方法以及计算结果的表示法。为了得到菊头蝠外耳的声场特性,使用断层扫描技术和数字图像处理方法重建了两种菊头蝠外耳结构的三维数字模型,并且在完整外耳的基础上,去掉耳廓结构,得到无耳廓结构的三维数字模型。根据互易原理,在耳道中放置发射声源的信号来获得外耳接收波束的特性。本文使用的是一个高斯点声源,应用时域有限差分法得到声场的近场声压幅度,并且根据基尔霍夫积分获得外耳远场方向性波瓣图,再由波瓣图得到方向性指数,对远场辐射的方向性可以更直观的表达出来。在使用FDTD进行计算时,对完全匹配层的吸收效果进行了计算,从中选出了吸收效果较好并且计算量不是很大的层数在本文计算中使用。将皮氏菊头蝠和中菊头蝠所得到的结果进行了对比,发现了两种菊头蝠耳廓结构对声场起到了汇聚的作用。在近场中,完整外耳结构的声压幅度明显比去除耳廓结构的声压幅度高,并且波束沿着耳廓结构向右上方传播,而去除了耳廓结构,波束向正上方传播。在远场方向性波瓣图中,完整外耳结构的主瓣比去除耳廓结构的主瓣细,较为细长的主瓣具有更高的指向性。通过方向性波瓣图得到的方向性指数,可以看出去除耳廓的外耳结构方向性明显较差,在不同频率下,完整外耳结构的方向性指数曲线与去除耳廓结构的方向性指数曲线大体一致,但是去除耳廓结构的方向性指数明显低于完整耳廓结构的方向性指数。整体来说,两种菊头蝠的耳廓结构对声场特性的影响相似,但是在不同频率下,耳廓结构对声场特性的影响有所不同,而且耳廓结构对两种菊头蝠的影响也是有区别的。

关键词：菊头蝠外耳近场声压幅度方向性波瓣图完全匹配层

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大足鼠耳蝠嘴巴张角辐射声场的数值研究

南京大学学报（自然科学版） 2017年第1期53卷 109-113页

作者：陈晓乾陈莹李睿奇张怡童彭瑞宏庄桥山东建筑大学理学院济南250101 山东大学物理学院济南250100 济南市历城第二中学济南250101 山东大学信息科学与工程学院济南250100

大足鼠耳蝠在导航和探测空间物体方位和距离的回声定位过程中,通过嘴巴发出超声波,并不断改变嘴巴张角的大小.利用微型X射线断层扫描仪得到大足鼠耳蝠的头部断层图像,对图像进行高斯滤波和二值化处理,利用三维重构技术获得原始头部结构... 详细信息

大足鼠耳蝠在导航和探测空间物体方位和距离的回声定位过程中,通过嘴巴发出超声波,并不断改变嘴巴张角的大小.利用微型X射线断层扫描仪得到大足鼠耳蝠的头部断层图像,对图像进行高斯滤波和二值化处理,利用三维重构技术获得原始头部结构的三维数字模型,通过数字形变方法得到不同嘴巴张角的头部模型,最后利用数值方法对各个数字结构进行声场计算,得到近场声压幅度分布图和远场辐射波瓣图.研究结果表明:大足鼠耳蝠可以通过改变嘴巴张开的角度来调整发射声场的方向性.在一定的张开角度下,辐射声波的频率越高,辐射波束的方向性就越强,而在一定的频率下,辐射波束的方向性随着嘴巴张开角度的增加而增加.大足鼠耳蝠通过调节嘴巴开合的角度改变辐射波瓣图,以提高其在飞行和捕食过程中的定位能力.

关键词：回声定位嘴巴张角辐射波瓣图方向性

利用残差网络分析普氏蹄蝠耳朵对恒频声源定向的影响

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声学学报 2023年第2期48卷 406-414页

作者：杨璐慧杨蕊张留军庄桥山东建筑大学机电工程学院济南250101 弗吉尼亚理工大学电子与计算机工程学院美国弗吉尼亚州240613 山东建筑大学理学院济南250101

为研究恒频蝙蝠耳朵与空间定位的关系,利用深度学习算法和仿蝙蝠静态双耳接收器,分析蝙蝠耳朵对恒频声源定向的影响。首先根据普氏蹄蝠耳朵模型设计不同双耳夹角和间距的仿生双耳接收器,并从多个空间方位采集声源发射的不同频率的恒频... 详细信息

为研究恒频蝙蝠耳朵与空间定位的关系,利用深度学习算法和仿蝙蝠静态双耳接收器,分析蝙蝠耳朵对恒频声源定向的影响。首先根据普氏蹄蝠耳朵模型设计不同双耳夹角和间距的仿生双耳接收器,并从多个空间方位采集声源发射的不同频率的恒频声呐信号,然后提取双耳同步采集信号的时频图并归一化作为输入特征,最后利用残差网络实现声源定向。实验结果表明,静态双耳接收器对恒频声源的定向误差平均值基本保持在3.5°以下,但高于动态单耳接收器的定向误差;定向精度与声源频率及声源所在空间方位有关,声源位于接收器水平方向±30°范围内时,定向精度相对较高;双耳夹角和间距也会影响定向精度,且前者影响较为显著。

关键词：蝙蝠声呐耳朵声源定向残差网络

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马铁菊头蝠障碍规避声呐特性的研究

马铁菊头蝠障碍规避声呐特性的研究

作者：王若宇山东建筑大学

学位级别：硕士

蝙蝠作为唯一进化出飞行能力的哺乳动物,其隶属于哺乳纲翼手目。蝙蝠利用其独特的生物声呐系统进行导航、捕食等行为,尤其在障碍规避过程中起着极其重要的作用。蝙蝠通过不断接收反射回的信号来判断周围环境并作出相应的调整。本文首次... 详细信息

蝙蝠作为唯一进化出飞行能力的哺乳动物,其隶属于哺乳纲翼手目。蝙蝠利用其独特的生物声呐系统进行导航、捕食等行为,尤其在障碍规避过程中起着极其重要的作用。蝙蝠通过不断接收反射回的信号来判断周围环境并作出相应的调整。本文首次对马铁菊头蝠在喂养过程中的语音信号进行分析,并且研究了语音信号和超声信号之间的关系;对马铁菊头蝠障碍规避过程中发出的FM-CF-FM信号特性进行了分析,并描绘出其障碍规避行为的二维曲线。本文的研究方法和内容主要包括以下两个方面:(1)样品的捕捉饲养和其声信号的研究。在特定的地址捕捉马铁菊头蝠并带回实验室,在特制的蝙蝠饲养笼中进行饲养,同时,在饲养的过程中进行实验来研究其声信号之间的关系。实验的第一部分是将面包虫由远及近接近待测蝙蝠的头部,记录在这个过程中马铁菊头蝠发出的超声信号的变化。实验的第二部分时记录待测蝙蝠在进食的过程中发出的声信号,分析检测到的声谱图,来研究其语音信号与超声信号之间的关系。(2)马铁菊头蝠障碍规避声呐特性的研究。对马铁菊头蝠障碍规避飞行轨迹进行提取并进行后期的数据处理,模拟出其进行障碍规时的二维飞行曲线并判定其规避特点。对马铁菊头蝠障碍规避过程中的音频数据进行了分析,分析其发射的FM-CF-FM信号在接障碍规避过程中的变化。通过分析实验结果得到以下结论:(1)马铁菊头蝠利用回声定位进行目标定位及完成捕食的过程离不开多普勒效应。在目标对象与待测蝙蝠头部的距离由远及近的过程中,马铁菊头蝠会降低发射出的超声波的频率来进行多普勒效应的补偿,以达到准确定位的目的。在本次实验中,在面包虫由远及近接近待测蝙蝠头部的过程中,四组实验检测到蝙蝠发出的超声波的频率均未发现有明显的多普勒效应的补偿现象。马铁菊头蝠发出的语音信号呈多谐波状分布,并且能够很清晰的分辨其基波和多次谐波。蝙蝠的声信号具有丰富的信息,在其发出的声信号中,伴随着超声信号,语音信号有时会同步出现,也有时超声信号与语音信号分别单独出现。(2)马铁菊头蝠在进行障碍规避实验中是否碰撞到紫铜线与发生障碍规避动作的水平距离无明显关系,与垂直距离和平均飞行角度关联较大。其通过不同直径的紫铜线的碰撞概率则随着直径的减少明显增加。计算得到马铁菊头蝠超声信号的波长约在3-5mm之间,障碍尺度相较于超声信号的波长越小,蝙蝠检测到的概率越低,通过率越低。实验中马铁菊头蝠的声音强度与体型参数均呈正相关关系,即体重大、头体长、前肢长的马铁菊头蝠,声音强度较大。反之,声音强度较小。马铁菊头蝠声信号主频率均与头体长、体重、前肢长等体型参数并未发现明显的关系。此实验中马铁菊头蝠通过紫铜线前均会发出6-8组短脉冲组。并未发现短脉冲组中短脉冲的个数随着距紫铜线的距离变化有明显的数量变化。

关键词：障碍规避飞行曲线语音信号声谱图脉冲组

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埃及裂颜蝠超声辐射波束形成结构的数值研究

山东建筑大学学报 2017年第2期32卷 118-124页

作者：庄桥陈晓乾张美生山东建筑大学理学院山东济南250101

智能天线是第三代移动通信系统中不可或缺的关键技术之一,埃及裂颜蝠超声辐射波束形成结构的研究可为智能天线的改进提供理论依据。文章利用时域有限差分法(FDTD)和基尔霍夫积分等数值方法研究埃及裂颜蝠鼻叶组成部分(凹坑、上叶和下叶... 详细信息

智能天线是第三代移动通信系统中不可或缺的关键技术之一,埃及裂颜蝠超声辐射波束形成结构的研究可为智能天线的改进提供理论依据。文章利用时域有限差分法(FDTD)和基尔霍夫积分等数值方法研究埃及裂颜蝠鼻叶组成部分(凹坑、上叶和下叶)对超声辐射波束的影响。运用扫描和图像处理获得鼻叶的三维数字模型,对其组成部分进行剔除得到各种新的鼻叶模型,并对所有鼻叶模型进行数值计算分析,获得不同鼻叶结构的近场声压幅度分布图、远场辐射波瓣图和方向性的相关性系数。结果表明:凹坑不仅可以对近场声场进行聚焦,也会对远场声场的形成和远场辐射的方向性产生影响;上叶对凹坑附近和前方产生的声压幅度进行轻微的调节,下叶起到聚焦的作用;凹坑、上叶和下叶3个部分的不同组合会对辐射波束的形成产生复杂的影响,而这3个部分全被剔除掉的鼻叶结构对声场的分布产生的影响最大,其相关性系数平均值低于0.85。

关键词：埃及裂颜蝠鼻叶模型超声辐射波束辐射波瓣图