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声频定向系统电声效率的提升方法和实验研究

压电与声光 2013年第3期35卷 398-400页

作者：陈耿吴亚锋徐俊伟西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

压电陶瓷换能器是声频定向传输系统中的发声部件,以往的此类试验系统中,换能器和前级功放电路之间的阻抗匹配问题考虑较少,而阻抗失配会影响整个系统的工作效率,甚至造成功放和换能器的损毁。该文根据压电陶瓷换能器的电学特性,对声频... 详细信息

压电陶瓷换能器是声频定向传输系统中的发声部件,以往的此类试验系统中,换能器和前级功放电路之间的阻抗匹配问题考虑较少,而阻抗失配会影响整个系统的工作效率,甚至造成功放和换能器的损毁。该文根据压电陶瓷换能器的电学特性,对声频定向传输系统中阻抗匹配对其电声效率的影响进行了研究,提出了该类系统的阻抗匹配理论方法,并通过实验对功放匹配电路的性能进行了测试。结果表明,利用该文所提方法可使距离系统3m处的最大声压由58dB增大到73dB。

关键词：声频定向阻抗匹配电声效率超声频声音压电换能器

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超声调制声频定向传播性能研究

压电与声光 2010年第2期32卷 184-186,190页

作者：孙健吴亚锋薛惠君西北工业大学数据处理中心陕西西安710072 陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西西安710062

通过实验,对基于超声调制的声频定向传播性能进行研究。利用调幅技术将音频信号调制成超声波载波信号并发出,由于空气中的非线性作用,可产生具有强指向性的可听声音。该文构建了一超声调制模拟声频信号定向传播系统,并设计了指向性实验... 详细信息

通过实验,对基于超声调制的声频定向传播性能进行研究。利用调幅技术将音频信号调制成超声波载波信号并发出,由于空气中的非线性作用,可产生具有强指向性的可听声音。该文构建了一超声调制模拟声频信号定向传播系统,并设计了指向性实验测试装置。应用该系统,对不同频率、不同距离的解调可听声频信号在传输过程中的变化特征及其指向性进行了实验和分析。结果表明,随着声频信号的频率提高指向性增强,距离增加指向性变差。

关键词：声频定向调制信号频率测试距离指向性

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声频定向驱散系统指向性仿真研究

计算机仿真 2013年第1期30卷 36-39,90页

作者：聂正南翟晓军武警工程大学装备运输系陕西西安710086

定向发射非致命性噪声攻击优化问题,利用超声波在空气中的非线性传播效应间接产生高指向性攻击噪声,在处置大规模群体性事件中实现定向驱散目的。以数字信号处理器(DSP)调制噪声信号,D类功率放大器将噪声信号功率放大并加载到聚偏二氟乙... 详细信息

定向发射非致命性噪声攻击优化问题,利用超声波在空气中的非线性传播效应间接产生高指向性攻击噪声,在处置大规模群体性事件中实现定向驱散目的。以数字信号处理器(DSP)调制噪声信号,D类功率放大器将噪声信号功率放大并加载到聚偏二氟乙烯(PVDF)超声波换能器上,由换能器发射超声波信号并通过空气非线性效应自解调出与原噪声信号一致的高指向性攻击噪声,实现噪声攻击定向性。研究换能器阵列对指向性影响,利用MATLAB仿真不同面阵列指向性效果,计算阵列声压级,指出当合理布置换能器阵列可以很好实现定向驱散达到非致命攻击效果,可为声频定向驱散系统在非致命警用武器领域的应用做出理论探索。

关键词：声频定向非线性传播效应指向性仿真

声频定向系统信号调制与非线性失真补偿算法研究

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声频定向系统信号调制与非线性失真补偿算法研究

作者：李耀轩中南大学

学位级别：硕士

声频定向又叫参量声学阵,它利用非线性声学效应从超声波束中产生可听音频波束,其在传播过程具有高指向性等特点。由于在自解调过程中,非线性效应在产生音频波束的同时还会产生高次谐波,这大大影响了音频波束质量。本论文主要针对声频定... 详细信息

声频定向又叫参量声学阵,它利用非线性声学效应从超声波束中产生可听音频波束,其在传播过程具有高指向性等特点。由于在自解调过程中,非线性效应在产生音频波束的同时还会产生高次谐波,这大大影响了音频波束质量。本论文主要针对声频定向系统因空气自解调而产生非线性失真问题,提出一种基于传统调制算法的新型改进预失真调制算法。除此之外,针对声频定向系统,探求一种新的建模方案(Volterra滤波器建模),并基于Volterra滤波器设计了二阶补偿器模型以及为解决逆系统不精确等问题而设计的自适应二阶补偿器模型。新型预处理算法以及自适应二阶补偿器算法都大大改善了声频定向系统的再现音频品质,为声频定向系统的非线性补偿提供了新的思路与方案。本文完成的主要工作如下:理论分析了Westervelt理论以及Berktay远场解并建立了时域KZK数值求解模型。对现有调制算法DSBAM和MAM进行理论分析,并提出了一套改进调制算法。为分析比较三种调制算法的总谐波失真,利用远场解以及数值解分别对单频以及复合频做了分析,并通过实验验证了改进调制算法可以有效的降低声频定向系统的总谐波失真。建立了数据模型(Volterra滤波器),并通过辨识实验验证了Volterra滤波器可以很好得模拟声频定向系统的非线性特性。为进一步对谐波失真进行补偿,针对Volterra滤波器模型,分别基于p阶逆理论设计了二阶补偿器以及基于自适应逆控制理论设计了自适应二阶补偿器,从仿真结果看到,当模型的线性部分为非最小相位系统时,自适应二阶补偿器有很好的补偿效果。对声频定向系统实验平台进行设计,将设计好的补偿器移植到实验平台上,通过实验验证了两种补偿方案的可行性。探讨了两种方案的优缺点,其中,两种方案都对总谐波失真有补偿效果,而自适应二阶补偿器在模型的线性部分为非最小相位系统时拥有更好的补偿效果。为声频定向系统进一步的研发提供了新的思路与方案。图61幅,表1个,参考文献62篇

关键词：声频定向改进调制算法 Volterra滤波器 P阶逆理论自适应逆控制

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声频定向超声波传感器的研究

声频定向超声波传感器的研究

作者：曹建芳电子科技大学

学位级别：硕士

声频定向超声波扬声器是一种能产生高指向性可听声音的装置。通过超声波在空气中的非线性交互作用,超声波传感器发出的载波信号在空气中发生自解调从而产生低频可听声,并以高指向方式传播给收听者。论文提出了计算超声波传感器阵列发出... 详细信息

声频定向超声波扬声器是一种能产生高指向性可听声音的装置。通过超声波在空气中的非线性交互作用,超声波传感器发出的载波信号在空气中发生自解调从而产生低频可听声,并以高指向方式传播给收听者。论文提出了计算超声波传感器阵列发出的声音定向性的分析方法,此方法通过计算传感器阵列声压的大小来判断声音的方向性,同时研究了阵列的单元个数和排列方式对声音的定向性的影响,在尽量限制单元个数的基础上,合理的阵列排列方式可以抑制声压的旁瓣、消除栅瓣,产生高指向的声音。对各种压电材料进行比较分析,得到聚偏二氟乙烯(PVDF)膜比其它材料具有更高灵敏度和更好柔韧性,通过对其振动特性进行有限元分析,得到PVDF膜在固定频率具有振幅最大值,可知PVDF膜更适合做声频定向超声波传感器的振动膜来进行声音传播的方向控制。论文根据圆膜振动和柱面膜振动两种薄膜振动分析理论,分别设计出应用在空气中的两套声频定向传感器结构,通过试验测试其阻抗和声压,得到通过柱面膜理论设计的传感器谐振频率点与理论计算值相吻合,从而验证柱面膜理论的合理性,说明根据此理论设计的超声波传感器可以产生声音定向性。

关键词：超声波传感器声频定向传感器阵列 PVDF 膜

声频定向压电换能器及其阵列的建模、分析与测试

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声频定向压电换能器及其阵列的建模、分析与测试

作者：马益电子科技大学

学位级别：硕士

声频定向扬声器是能发射具有高指向性可听声的声源系统,系统通过所发射出的超声波波束在空气中产生非线性交互作用,自解调产生具有高指向性的可听声信号。本论文研究的对象是可以用于手持移动多媒体设备的声频定向扬声器核心部件之一,... 详细信息

声频定向扬声器是能发射具有高指向性可听声的声源系统,系统通过所发射出的超声波波束在空气中产生非线性交互作用,自解调产生具有高指向性的可听声信号。本论文研究的对象是可以用于手持移动多媒体设备的声频定向扬声器核心部件之一,压电换能器。研究目的旨在通过建立数学理论模型,分析性能参数。从而通过优化结构参数,设计一款具有高机电耦合系数和振幅的压电换能器以及和具有高指向性的换能器阵列。本论文在研究过程中,基于对压电换能器理论模型的合理简化,采用薄板振动理论和压电方程建立了圆形薄板压电换能器单元的弯曲拉伸耦合振动的数学模型,并使用该模型对换能器的振动特性进行系统的分析,确立了换能器结构参数同振动频率、振幅和机电耦合系数之间的影响机制。基于对这三个振动参数的设计需求,设计优化了换能器的PZT层厚度、半径和Al层厚度、半径。由于单个换能器并不能满足声频定向扬声器对指向性的需求,本文采用多个换能器组阵的方式,对换能器阵列进行了设计及分析。在考虑了偏轴效应和超声信号在空气中的衰减问题,本文引入参量声学阵原理,结合换能器阵指向性函数,建立了圆形活塞换能器组成的矩形阵列的参量声学阵指向性函数,分析换能器阵的指向性,并以优化指向性角和减小旁瓣声压为目的设计了换能器阵列参数。根据设计结果,制作了换能器单元并组阵进行了包括频响、声压级和指向性的测试。频响测试结果显示由于采用了较成熟的制作工艺,换能器一致性非常好,这为获得高声压级提供基础,声压测试反映组阵能有效提高换能器声压,指向性测试则说明采用阵列形式的换能器有明显的指向性。由于理论分析存在近似计算,因此测试数据同理论分析值之间存在差异,有待在后续的研究中改善。

关键词：声频定向压电换能器薄板振动指向性

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声频定向超声波换能器的研究

声频定向超声波换能器的研究

作者：焦丽华电子科技大学

学位级别：硕士

声频定向超声波换能器是一种能产生高指向性可听声音的装置。该装置向空气中发射具有一定差频信号的超声载波,在空气中传播时两列超声载波信号发生非线性交互作用,从而自解调产生低频可听声,并以高指向方式传播给收听者。论文提出了计... 详细信息

声频定向超声波换能器是一种能产生高指向性可听声音的装置。该装置向空气中发射具有一定差频信号的超声载波,在空气中传播时两列超声载波信号发生非线性交互作用,从而自解调产生低频可听声,并以高指向方式传播给收听者。论文提出了计算超声波换能器阵列发出的声音定向性的分析方法,此方法通过计算换能器阵列声压的大小来判断声音的方向性,同时研究了换能器尺寸参数及其阵列的单元个数和阵列方式等对声音定向性的影响。并设计和制作了超声波换能器,实验测试表明合理的阵列方式可以获得很强的指向性。论文选择聚偏二氟乙烯膜(PVDF膜)作为换能器的辐射材料,研究了PVDF膜阵列的制作方法,设计和制作了应用于空气中的五套声频定向超声波换能器,包括:采用胶粘成形的方法制作的单个阵列的圆形换能器、压制成形方法制作的凹凸柱面膜阵列换能器、胶粘成形方法制作的改进型凹凸柱面膜阵列换能器、高温加压方法制作的凹柱面膜阵列换能器、及使用胶粘成形方法制作的改进型凹柱面膜阵列换能器。论文分析了圆形换能器和柱面膜阵列换能器在自由延伸条件下的振动特性,分析了柱面膜阵列换能器在实际边界约束条件下的振动特性,并以此理论为基础,分析了柱面膜阵列换能器的频率响应特性,推导了柱面膜阵列换能器的声压和指向性理论,研究了柱面膜换能器阵列个数,柱面膜半径,柱面膜弧度等结构参数对换能器指向性能的影响。建立超声波换能器的谐振频率测试方法,测量了圆形换能器的谐振频率,验证了压电材料PVDF膜的自由延伸谐振理论用于指导声频定向超声波换能器谐振频率设计的可行性,测量了柱面膜阵列换能器的谐振频率。建立声压测试方法及搭建实验平台,并测试了柱面膜阵列换能器的声压频率响应特性及其指向特性,验证了柱面膜阵列换能器的指向性理论分析的正确性,柱面膜阵列制作工艺的可行性。

关键词：超声波换能器声频定向换能器阵列 PVDF膜

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超声调制的声频定向传输效率分析

压电与声光 2015年第5期37卷 907-911页

作者：杜鹏汤惠曹光亮电子科技大学电子科学技术研究院四川成都611731

将音频信号调制到超声载波上发射出去,在空气的非线性作用下会发生自解调,可产生具有指向性的声音信号。在声频定向传输应用中,最大的问题是如何提高其转换效率。该文通过理论推导与计算,分析了影响超声调制的声频定向传输转换效率的相... 详细信息

将音频信号调制到超声载波上发射出去,在空气的非线性作用下会发生自解调,可产生具有指向性的声音信号。在声频定向传输应用中,最大的问题是如何提高其转换效率。该文通过理论推导与计算,分析了影响超声调制的声频定向传输转换效率的相关参数。通过该文的分析计算可得,在外界环境不变的情况下,定向声频的声强及转换效率与发射超声波载波频率、发射超声波频率差、发射超声波源声强及发射声源面积等参数有关,因此,在设计声频定向传输系统时要综合考虑这些参数的影响。

关键词：声散射理论超声调制声频定向差频效率

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基于超声调制的声频定向传播特性分析

压电与声光 2015年第4期37卷 638-642页

作者：杜鹏汤惠曹光亮电子科技大学电子科学技术研究院四川成都611731

该文研制了一种基于超声调制的声频定向传播系统。将音频信号调制到超声载波上,经空气非线性作用解调后可产生具有指向性的声频信号。该文通过实验分析了超声调制的声频定向传播特性,分析比较了声频信号的强度与调制波频率、接收距离、... 详细信息

该文研制了一种基于超声调制的声频定向传播系统。将音频信号调制到超声载波上,经空气非线性作用解调后可产生具有指向性的声频信号。该文通过实验分析了超声调制的声频定向传播特性,分析比较了声频信号的强度与调制波频率、接收距离、接收角度等因素的关系。声频信号强度随着调制波频率、接收距离、接收角度等变化而变化。在90°角接收到的声频信号强度最大,其衰减速率也最快。同时,声频强度还随着调制波频率的变化呈非线性变化。

关键词：声频定向差频信号超声换能器阵列方向性