电动式换能器声源级起伏改善实验研究

电动式换能器由于存在内部声腔,导致辐射面上的负载在频域上出现极值,使得电动式换能器的声源级响应出现起伏,给电动式换能器在宽带噪声模拟领域的应用带来了挑战。依据电动式换能器含有声腔的等效电路分析结果,针对无声腔、有声腔、在声腔底部设置吸声棉和在声腔内充入氦气4种情况,使用加速度计测试了辐射面的输出振速,归算出声源级曲线并加以比较。实验结果验证了声腔谐振导致电动式换能器频响曲线出现起伏;在声腔内充入特性阻抗小的气体可有效地将声腔的谐振频率调节至工作频段以外,从而实现电动式换能器在质量控制区平坦的响应输出。

声腔对电动式换能器工作特性的影响

传统的电动式换能器设计理论中,未考虑压力补偿系统等声腔结构对声学性能的影响,声源级理论设计结果与实测结果存在较大差别。研究中将电动式换能器内部的三段气腔视为突变截面声腔结构,给出了声腔的四端网络等效电路,将其作为辐射面的负载添加到电动式换能器的传统等效电路中,获得了电动式换能器改进的等效电路。基于改进的等效电路求解了带有声腔结构的电动式换能器声源级曲线,该曲线与有限元仿真分析结果基本一致,验证了该改进的等效电路在预报电动式换能器声源级方面的正确性。基于该等效电路研究了声腔的结构尺寸、末端声学边界及腔内气体声学参数对声源级起伏特征的影响。结果显示,在声腔末端敷设吸声材料或在声腔内充入特性阻抗较小的气体对于抑制或消除声源级起伏具有明显作用。

弯曲圆盘驱动的双Helmholtz共振腔换能器

使用双面同相振动的弯曲圆盘换能器驱动双Helmholtz共振腔,既放大了弯曲圆盘换能器弯曲共振频率以下频段的声输出,又利用两个Helmholtz共振腔的同相声源辐射模型实现了在Helmholtz共振频率处的"∞"字形垂直指向性,实现了低频指向性声发射。阐述了换能器实现"∞"字形低频指向性发射的机理,研究了腔体长度、金属圆片厚度及弯曲圆盘边缘简支厚度等关键结构参数对Helmholtz共振频率的影响,求解了换能器的发送电压响应、指向性等参数。依据仿真结果制作了实验样机,在消声水池中进行了电声性能测试。测试结果显示,指向性形状及液腔共振频率与仿真结果基本相符。这种由弯曲圆盘驱动的双Helmholtz共振腔水声换能器为实现水声换能器小尺寸、低频指向性发射提供了一种技术手段。