声束扬声器的声频定向换能器阵列指向性研究

利用空气中超声波非线性传播效应制作一种可产生高指向性可听声的新型声束扬声器。以聚偏氟乙烯(PVDF)膜作为声频定向换能器的发声部件,根据惠更斯原理分析、讨论了声束扬声器单个换能器及换能器阵列的指向性,并指出当无法使点声源间的间距小于或等于声波波长的1/2时,可以通过增加点声源的个数来获得高指向性声波,使旁瓣的幅值得到有效抑制。

声束扬声器的换能器方形阵列设计

提出了一种利用空气中超声波非线性传播效应制作的、可产生高指向性可听声的新型声束扬声器。为提高其输出功率、缩短研发周期,以polyvinylidenefluoride(PVDF)膜作为换能器的发声部件,设计出了一种谐振频率可调的换能器。在此基础上,比较了换能器线性阵列与方形阵列的三维指向性问题,指出线性阵列无法像方形阵列一样产生预期的圆柱形声波传播空间分布,并由此指出声束扬声器的换能器阵列采用方形阵列设计较为合理。

超声调制的声频定向传输效率分析

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。

声频定向系统超声换能器频率特性及匹配

音频传输效率和音质问题一直是影响声频定向系统发展应用的主要因素。声频定向系统中需要对声频定向系统中的超声换能器进行频率特性分析及阻抗匹配,以达到最高的传输效率和最佳的音质效果。详细分析了超声换能器的频率特性及匹配方式,并对超声换换能器参数进行了测试,根据测试参数设计了阻抗匹配电路。理论分析和实验测试表明,良好的频率及阻抗匹配电路有利于优化超声波发射波形,提高音频传输效率和音质效果。

超声调制的声频定向传输指向性分析

音频信号的指向性要求是声频定向传输系统的根本要求。使用单个超声波换能器很难达到指向性要求,需要使用超声波换能器阵列。超声换能器阵列的参数性质在一定程度上决定了声频定向传输的指向性。通过详细的理论推导与计算,分析了影响超声调制的声频定向传输指向性的相关参数。通过分析计算得到,声频定向传输指向性与超声波换能器阵列排列形式、换能器阵列中各个振元的间距、振元个数以及载波频率等有关。在设计声频定向传输系统时需要结合实际要求,综合考虑定向传输的指向性和传输效率选择载波频率和设计超声波换能器阵列。

基于超声调制的声频定向传播特性分析

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。

超声调制的声频定向传输指向性分析

通过详细的理论推导与计算,分析了影响超声调制的声频定向传输指向性的相关参数,得到了声频定向传输指向性与超声波换能器阵列排列形式、换能器阵列中各个振元的间距、振元个数以及载波频率等有关。在设计声频定向传输系统时需要结合实际要求,综合考虑定向传输的指向性和传输效率选择载波频率和设计超声波换能器阵列。

基于超声转换的音频信号定向传播

该文对音频信号在空气中的定向传播理论及其实现进行研究,音频范围的声波在空气中是以非线性形式传播的,且指向性较弱。根据无线电调幅技术原理,用音频信号调制高频载波信号可产生具有强指向性的超声波信号,再通过换能器将其在空气中发射,由于空气的非线性作用能够在声场中产生与原音频信号相同的可听声音,且与高频超声波信号具有相同的指向性。该文建立了一实验系统,并通过实验测定、分析了音频信号在变换、传播过程中的频率变化及声场分布,结果表明该文方法能够有效地尖锐声波的方向性。

声频定向驱散系统指向性仿真研究

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。

声频定向驱散系统原理研究

声频定向系统是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声波的装置,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。

自由边界影响下定向断裂爆破裂纹尖端应力分布与扩展机理

天然岩体常含自由边界,对定向断裂爆破产生干扰。为探究自由边界对定向断裂爆破的影响,采用爆炸焦散线方法和高速摄影技术,研究了含自由边界时定向爆炸裂纹尖端的应力分布和扩展机理。自由边界的反射P/S波作用于定向爆炸裂纹,改变了裂尖应力分布,产生了“弧线形”裂纹扩展路径。定向爆炸裂纹扩展可分为3个阶段。(1)反射波作用前:裂尖受爆生气体“气楔”作用,产生Ⅰ型断裂,并沿直线扩展。(2)反射波作用时:反射P/S波均使裂尖受张拉-剪切作用,产生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,裂纹偏转趋向自由边界;在反射P波的作用下裂尖产生畸变焦散斑,裂尖应力由K场主导变为非K场主导,而在反射S波的作用下裂尖应力恢复为K场主导。(3)反射波作用后:裂尖在惯性作用下恢复为Ⅰ型断裂,沿直线扩展。在明确反射P/S波对定向爆炸裂纹作用的基础上,推导了自由边界影响下定向断裂爆破炮孔间距的计算公式,可为精细化定向断裂爆破提供理论参考。