声学结构单元传递函数的建立方法及应用

基于三维有限元的时域仿真法,探讨了建立声学结构单元传递函数模型的一般方法。所建立的声学单元传递函数由结构参数高精度表达,能简化一般声学结构设计问题的流程。首先,建立了两种声学结构单元,仿真其幅频特性,并结合试验测量,验证幅频特性曲线的准确性,而后基于幅频特性曲线拟合传递函数,选择精度最高的零极点匹配方案,确定拟合传递函数的最优型式。结果表明,匹配7个极点和无零点来拟合膨胀腔单元的传递函数,匹配2个极点和2个零点来拟合亥姆霍兹共振腔单元的传递函数,拟合精度最高。然后,分析声学单元的结构参数对幅频特性的影响,并基于拟合传递函数的最优型式,通过数值仿真和拟合计算,建立由结构参数表达的声学结构单元传递函数模型。最后,构造了由膨胀腔和亥姆霍兹共振腔构成的复合声学结构,通过单元传递函数的组合计算,获得声学结构的总传递函数,并与COMSOL仿真结果比较,验证所建立声学单元传递函数模型的正确性,它能准确描述声学结构的传递损失特性。

多胞复合型声学结构吸声性能研究

针对一种多胞复合型吸声结构进行声学性能研究,其具有吸声频带宽、声学性能突出、设计自由度高的特点。利用马氏理论和Delany-Bazley模型分别构建微穿孔板和多孔性吸声材料层,通过传递矩阵法和声电类比等效电路法建立平行排列的多胞复合型声学结构理论模型,利用有限元法构建阻抗管仿真模型并对多胞复合型声学结构进行声学分析。对比理论计算结果和仿真试验数据,发现两者具有较好的拟合度。研究表明:多胞复合型吸声结构在全频率段内具有较好的吸声性能,通过调整各吸声单元的设计参数和变量,例如排列组合方式、微穿孔板的穿孔率以及微穿孔板后空气层厚度等,可以对不同频率段内的噪声进行有效吸收。

自适应声学结构声压误差传感策略

在自适应声学结构的实现中 ,误差传感策略是关键的一环 ,现有研究表明 :利用结构表面声压构造目标函数是可行的方法 ,但实际中只能测量近场声压 ,由此将带来一系列差异 ,文中研究这种差异的大小及克服的办法。结果表明 :在与次级结构表面平行、面积相等的测量面上 ,如果测量面距振动结构的距离远小于声波波长 ,则测量面上离散点的声压平方和作为有源控制的目标函数即可取得良好的降噪效果。

分布式位移传感下的有源声学结构误差传感策略

有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案,它是智能结构在噪声控制领域中的具体应用,而实现该结构的关键问题之一是近场误差传感。本文提出将分布式位移传感材料PVDF敷设于有源声学结构初、次级板表面,用有限个PVDF、对测量辐射声功率实现有源声学结构的近场误差传感。论文首先建立了有源声学结构理论模型,然后基于声辐射模态概念和PVDF传感模型,推导了PVDF形状系数理论公式,最后用一系列的计算机仿真实例给出了初、次级板PVDF形状及有源控制效果,证明所提出的方案是有效的。

组织声学结构定量技术对肝纤维化程度的定量研究

目的采用组织声学结构定量技术(ASQ)定量评价慢性乙型肝炎患者的肝纤维化(HF)程度。方法应用装有ASQ软件的超声仪器对70例健康志愿者及80例病理明确的慢性乙型肝炎患者的肝脏进行ASQ定量分析,比较分析其χ2直方图和定量参数:众数、均值、标准差及蓝红曲线下面积比,并将以上参数与病理HF程度进行相关性分析。结果随着HF程度的增加,红蓝曲线分布由平滑、锐利变得粗糙、增宽,蓝色曲线下面积逐渐增大。红色曲线均值、蓝色曲线众数及蓝红曲线下面积比在各组间差异有统计学意义(P<0.05),红色曲线众数及蓝色曲线均值在除HF轻度组及HF中度组之间外的各组之间差异有统计学意义(P<0.05),红色曲线标准差在正常对照组与各组之间差异有统计学意义(P<0.05),蓝色曲线标准差在正常对照组和HF中度组、正常对照组和HF重度组之间差异有统计学意义(P<0.05);其中蓝红曲线下面积比与HF程度呈正相关性(rs=0.87,P<0.05)。结论 ASQ技术是一项无创性评价HF程度的新技术,通过红蓝χ2直方图及7个参数值对HF分期的评估有一定的参考价值。

基于模态理论的有源声学结构控制机理研究

有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案,它是智能结构在噪声控制领域的具体应用,其控制机理是一个亟待解决的关键问题,文中结合声辐射模态和结构振动模态理论对该问题进行了研究并作了定量解释。研究结果表明:有源控制的机理在于减小结构主导辐射模态的幅度(声功率),同时保证低阶非主导辐射模态的幅度不会有大的升高;在控制高阶辐射模态幅度的同时,低阶辐射模态幅度也被有效控制;四个次级板能够抵消各种类型的振动模态对应的主导辐射模态,从而有效控制结构所有振动模态的声辐射。

组织声学结构定量技术评估慢乙肝肝脏纤维化分级的研究价值

目的评估组织声学结构定量技术(ASQ)与慢乙肝所致肝脏纤维化分级之间的关系。方法对90例明确肝脏病理穿刺结果的慢乙肝患者及60例健康志愿者进行腹部常规超声检查和ASQ检查,收集图像,每一幅图像选定规定感兴趣区(ROI),用ASQ分析软件脱机分析,比较分析其χ2直方图,计算红色曲线众数(Redmode)、红色曲线均值(Redave)、红色曲线标准差(Redsd)、蓝色曲线众数(Bluemode)、蓝色曲线均值(Blueave)、蓝色曲线标准差(Bluesd)及红蓝曲线下面积比(FD ratio)。比较相应肝脏穿刺结果,经统计分析后,研究各项参数与肝脏穿刺肝纤维化分级结果的统计学差异。结果随着肝纤维化程度的增加,红蓝曲线分布由平滑、锐利变得粗糙、增宽,蓝色曲线下面积逐渐增大。其中,Redmode在正常对照组与S0-1、S1组;S0-1与S1组及S1-2与S2组之间差异无统计学意义,其余各组之间差异均有统计学意义(P<0.01)。Redave在正常对照组与S0-1、S1组;S0-1与S1组及S1-2与S2组、S2-3组之间差异无统计学意义,其余各组之间差异均有统计学意义。Redsd、Bluemode、Blueave及FD ratio在正常对照、S0-1、S1、S1-2、S2与S3组间差异均有统计学意义(P<0.05),Bluesd在任意两组间差异均无统计学意义。结论 ASQ技术作为一项无创性评价肝纤维化程度的技术,其红蓝曲线χ2直方图及7个参数值对肝纤维化分级的评估具有重要价值,其中,Redmode及Redave参数意义最大。

声学结构定量技术评价乙肝肝纤维化分期的价值

【目的】评价声学结构定量技术在肝纤维化分期的应用价值。【方法】2013年5月至2014年4月我院慢性乙型肝炎患者122例,同时行声学结构定量技术分析及肝活检病理分期。比较肝纤维化病理分期与ASQ各定量参数:Total Mode(总众数),Total Average(总均值),Red Mode(红色曲线众数),Red Average(红色曲线均值),Red SD(红色曲线标准差),Blue Mode(蓝色曲线众数),Blue Average(蓝色曲线均值),Blue SD(蓝色曲线标准差),及BR ratio(蓝红直方图曲线下面积比值),分析其相关性。同时,以相关性较高的参数诊断肝纤维化分期构建受试者工作特征曲线(ROC),分析其在肝纤维化各分期的诊断效能。【结果】ASQ的各定量参数中,除Blue Average外,其他各参数与纤维化分期的相关性均具有统计学意义。其中Total Mode和BR ratio与病理纤维化S分期的相关系数较高。Total Mode和BR ratio诊断肝纤维化各分期的ROC曲线下面积比较,仅S≥2有统计学差异,其余均没有统计学差异。Total Mode在S≥2和S=4的肝纤维化分期诊断中ROC曲线下面积为0.751和0.703,其余ROC曲线下面积均低于0.700。【结论】超声组织结构声学定量技术(ASQ)能无创、定量行肝纤维化分期诊断,其中以Total Mode和BR ratio与病理分期的相关性较高,在ROC曲线下面积的分析比较中,以Total Mode在S≥2和S=4肝纤维化分期中诊断价值达中等。

组织声学结构定量技术评价恩替卡韦治疗早期肝硬化的研究

目的探讨组织声学结构定量技术(ASQ)评价恩替卡韦治疗早期肝硬化的临床应用价值。方法经过肝脏穿刺活检证实的早期肝硬化患者47例作为实验组,口服恩替卡韦治疗,疗程1年;38例健康志愿者作为对照组。采用ASQ检测对照组、实验组治疗前及治疗后的肝脏,得到其χ2直方图及相关的参数,包括红色及蓝色曲线的均值、众数、标准差及蓝红曲线下面积比值。结果恩替卡韦治疗前,实验组患者χ2直方图曲线较对照组明显增宽、粗糙;蓝色曲线的高度大幅度增加,曲线下的面积增大;红蓝曲线参数较对照组明显增高(P<0.01)。恩替卡韦治疗后,实验组患者曲线发生缩窄并趋向锐利和平滑,蓝色曲线的高度降低,曲线下的面积减小;红蓝曲线的均值、众数及蓝红曲线下面积比值较治疗前降低(P<0.05),但标准差较治疗前无显著变化。结论恩替卡韦能够减轻早期肝硬化患者的肝纤维化程度,ASQ技术对评价恩替卡韦治疗早期肝硬化有一定价值。

声学结构定量在脂肪肝和肝纤维化诊断中的价值

目的探讨声学结构定量(ASQ)在脂肪肝、肝纤维化诊断中的价值。方法应用ASQ技术对健康体检者46例(正常肝组)、脂肪肝患者48例(脂肪肝组)及肝纤维化患者42例(肝纤维化组)进行定量分析。对ASQ技术测得定量参数包括曲线众数、曲线均值、曲线标准差以及蓝红曲线下面积之比(Ratio)进行比较。以正常肝组为参照,建立脂肪肝组和肝纤维化组的各定量参数的ROC曲线。结果与肝纤维化组和正常肝组相比较,脂肪肝组各定量参数均减小,差异有统计学意义(P<0.05)。肝纤维化组与正常肝组间的RM、RA、BA、BSD及Ratio差异有统计学意义(P<0.05),而BM、RSD差异无统计学意义(P>0.05)。BSD以外的定量参数诊断脂肪肝的曲线下面积均大于诊断肝纤维化的(P<0.05)。结论 ASQ技术是一种无创、敏感而准确的声学定量诊断方法,其能客观地反映肝脏组织声学特性,ASQ技术对脂肪肝病变具有更好的诊断效能。

新型声学结构的吸声特性研究

提出了赫姆霍兹共振吸声结构附加吸声材料的新型吸声结构,在插入长管的赫姆霍兹共振吸声结构表面敷贴吸声材料,对其吸声特性进行了理论分析与仿真计算。结果表明,吸声材料与吸声结构的有机结合显著提高了结构的吸声效果,拓宽了吸声频带宽度。进一步研究了不同吸声材料、吸声结构的不同组合方式等因素对该新型结构吸声特性的影响,结果表明:组合结构、优化材料有助于提高吸声系数、拓宽吸声频带。

自适应声学结构中基于声辐射模态的有源控制策略

研究了结构振动模态和声辐射模态之间的对应关系,并利用该关系建立了一种新的自适应声学结构有源控制策略,即引入单个或多个次级结构抵消初级结构振动模态对应的主导声辐射模态,使得主导辐射模态的声功率最小,从而控制总辐射声功率。研究结果表明:利用该控制策略,只需引入4个次级板同时抵消结构前4阶辐射模态的声功率,即可控制结构所有振动模态的声辐射,在宽频带范围内取得满意的控制效果。

有源声学结构中的次级作动和误差传感

以近场声功率计算方法为基础,引入速度辐射模态和近场声压辐射模态概念,建立有源声学结构次级作动和误差传感的统一的数学模型．首先从理论上研究了次级声源布放准则,然后推导了基于PVDF分布式速度传感和离散点近场声压误差传感条件下的有源控制性能计算公式, 并通过计算机仿真验证了相关结论,最后讨论了系统实现时需要解决的关键问题．

有源声学结构降噪的物理机制分析

有源声学结构是近年来提出的降低结构低频声辐射的有效方案,对其降噪中的物理机制进行分析将为系统优化设计、次级源和误差传感器布放及控制目标选取等关键问题提供直接指导。文中在最小辐射声功率条件下,从控制前后初、次级结构的辐射声功率变化以及声场中声强的分布来阐述降噪中的物理机制,研究结果表明:降噪中的能量转换分为能量抑制、能量吸收及能量反吸收三种机制;对于近场声强分布,有源控制效果主要通过声强幅度抑制和声强方向调整两种机制体现,部分区域的声能量在控制前向远场传递,控制后则流向声源。

有源声学结构次级声源的布放规律研究

有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案,它是智能结构在有源噪声控制领域的具体应用。次级声源的优化布放是有源声学结构研究中的核心问题,本文对此进行了研究。首先建立了有源声学结构的计算模型,然后基于声辐射模态和结构振动模态理论,推导总结出各种情况下次级声源的最优布放规律,最后用一系列的计算机仿真实例对该规律进行了验证。

有源声学结构系统配置优化设计

探讨了有源声学结构系统配置的优化设计,给出了AAS中次级结构最优布放规律,以及在测量面声压最小准则下误差传感器的最优布放规律,并从工程实现角度讨论了次级结构与误差传感器的选取与实现方法。

基于(u,p)方程含多孔材料有源声学结构的声学性能研究

为准确分析含多孔材料有源声学结构的声学性能,利用一种结合(u,p)方程和有限元技术的计算方法对有源声学结构建模,分析声波在多孔材料中传播规律,并进行了实验验证。基于固相位移和流相声压的(u,p)方程对多孔材料固、流两相间强烈耦合进行分析,建立了多孔材料的有限元模型,并对含有多孔材料双层板有源声学结构的声学性能进行了测量,实验数据显示与数值模拟结果有着较好的吻合。在共振频率下,控制后有源声学结构隔声量提高了10 dB以上;500Hz以上,有源声学结构的吸声系数超过0.6。计算获得的多孔材料共振频率与实验结果相比相对误差不超过5%,隔声量计算误差不超过1dB。

组织声学结构定量技术在肝纤维化分期诊断中的应用价值

目的探讨组织声学结构定量(ASQ)技术在肝纤维化(HF)分期诊断中的应用价值。方法收集肝脏穿刺活检明确的HF患者87例和健康志愿者50例,分别对其进行腹部常规超声及ASQ技术检查;收集相应二维及ASQ图像,导出图像后脱机分析,图像选定感兴趣区(ROI),得出χ2直方图;软件计算红色曲线众数(Redmode)、红色曲线均值(Redave)、红色曲线标准差(Redsd)、蓝色曲线众数(Bluemode)、蓝色曲线均值(Blueave)、蓝色曲线标准差(Bluesd)及红蓝曲线下面积比(FD ratio)。各参数与病理HF分期进行相关性分析,进而绘制ROC曲线并获得各期界值。结果除Bluesd外其余参数值均与HF分期呈正相关性,其中Redmode(rs=0.853,P<0.05)及Redave(rs=0.686,P<0.05)与肝纤维化分期呈正相关性。ROC曲线提示:S0 vs S1期,仅Redmode、Redave参数曲线偏左上角,曲线下面积(AUC)分别为0.763、0.624,与AUC=0.5比较,差异有统计学意义(P<0.05),灵敏度及特异度较高,可得出临界值,差异有统计学意义(P<0.05);S1 vs S2期,除Bluesd外所有参数均位于左上角,余参数AUC均大于0.5,与AUC=0.5比较,差异有统计学意义(P<0.05),灵敏度、特异度较高,可得出临界值,差异有统计学意义(P<0.05);S2 vs S3期,所有参数均偏左上角,与AUC=0.5比较,差异有统计学意义(P<0.05),灵敏度、特异度较高,可得出临界值,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 ASQ技术是一项无创性HF检查技术,在HF的准确分期标准制定方面有较高的临床应用价值及前景。

复合法布里-珀罗共振声学结构实现亚波长超声聚焦的研究

提出一种多通道的声学结构,实现超声平面波的亚波长聚焦。该声学结构由整数倍长度的亚波长孔径组成,所有的通道同时产生法布里一珀罗共振,含有亚波长信息的倏逝波与结构中的透射共振模式耦合放大,实现亚波长聚焦;进一步在结构表面添加凹槽,延拓结构表面的周期性,可提高特定频率处的透射增益和亚波长聚焦分辨率。研究结果表明该结构能够在宽频带实现亚波长聚焦,增加传输增益。该结构在医学超声成像以及治疗具有潜在的应用价值。

声学结构定量技术评估新生儿缺氧缺血性脑损伤的临床价值

目的探讨声学结构定量(ASQ)技术对新生儿缺氧缺血性脑损伤程度的评估价值。方法收集我院出生及新生儿重症监护病房住院的新生儿50例,其中正常对照组26例,轻度窒息组13例,缺氧缺血性脑病组11例;应用ASQ软件对各组新生儿颅脑声像图进行定量分析,获取蓝色及红色曲线均数、众数、标准差、蓝红曲线下面积比7个参数,评估ASQ各参数与缺氧缺血性脑损伤程度的相关性。结果各组间除蓝红曲线下面积比外,其余ASQ参数比较差异均有统计学意义(均P<0.05);缺氧缺血性脑病组蓝色及红色曲线均数、众数、标准差与正常对照组比较,差异均有统计学意义(均P<0.05);缺氧缺血性脑病组蓝色曲线均数、众数与轻度窒息组比较,差异均有统计学意义(均P<0.05);轻度窒息组红色曲线均数、众数与正常对照组比较,差异均有统计学意义(均P<0.05)。蓝色及红色曲线均数、众数、标准差与缺氧缺血性脑损伤程度均呈正相关,其中蓝色曲线均数与脑损伤程度的相关性最好(r=0.854,P<0.001),且其诊断缺氧缺血性脑病新生儿的ROC曲线下面积为0.901,敏感性为90%。结论 ASQ参数与新生儿缺氧缺血性脑损伤程度呈正相关,具有较高的临床评估价值。