平面扬声器的声学性能及其在结构声有源控制中的应用

简述了平面扬声器的工作原理,然后从声辐射的角度建立了平面扬声器的理论模型,给出了平面扬声器的声压、声功率的数学表达式,通过仿真得出了平面扬声器的辐射指向性及声压、声功率的频率响应曲线,分析了平面扬声器用于结构声有源控制的优、缺点,并针对存在不足作了探讨性研究。

通过设计压电式传感器实现结构声有源控制

以简支板为例,利用压电式传感器测量声辐射模态。通过在板表面均匀粘贴一组相同形状的矩形高分子压电薄膜(PVDF),然后通过设计这组PVDF输出的加权系数,得到各阶声辐射模态的伴随系数。研究表明这种传感器策略与辐射体表面上的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关。该文以压电陶瓷(PZT)作为作动器,通过数值计算分析了这种传感器策略的控制效果。

基于解析法的复杂封闭空间有源结构声控制

给出了任意凸多面体声腔在内部点源和外力激励下,腔内声压分布的解析解。该解析方法较传统的数值方法,不仅数据准备量小、速度快精度高,且能够解决目前常用的声弹性法难以解决的复杂几何形状的封闭空腔的声固耦合问题。在此基础上,结合有源结构声控制方法,建立了复杂封闭空间局部区域有源消声的模型,给出了矩阵形式的数值算法,并对一类似车辆驾驶室的复杂封闭空腔进行了有源降噪仿真分析,降噪效果良好,证明该方法可以作为复杂封闭空间有源力消声控制系统的建模基础。

振动和结构声的有源控制技术

近年来在有源噪声控制的基础上发展的有源振动和结构声的控制对降低低频振动和采用控制噪声辐射作的方法降低结构声是一种有发展前景的噪声与振动控制技术。本文讨论了振动和结构声的有源控制技术的一些基本内容并给出应用实例和实验结果。

封闭空间有源结构声控制中次级力的约束优化

为了解决封闭空间有源结构声控制中次级力源在约束条件下的布置问题,建立了封闭空间有源结构声控制约束优化模型,提出了一种约束条件下确定次级力源最优配置参数的方法。以封闭矩形腔为例进行仿真计算,讨论了控制力的数量对控制效果的影响,并在有限元仿真软件COMSOL中对优化结果进行了验证。结果表明:在约束条件下,采用该方法计算得到的次级力源位置和复强度的控制能获得更好的声势能控制效果,两个控制力比单个控制力能取得更大的声势能和结构动能的衰减。

基于声辐射模态的耦合封闭声腔有源结构声控制机理

利用声辐射模态进行有源结构声控制(ASAC)是一种全新有效的结构声控制方法。为此,结合结构模态和声模态,研究了基于声辐射模态的ASAC机理。研究结果表明:基于声辐射模态的ASAC机理在于大幅降低主导声辐射模态幅度;从结构模态的角度来看,板控模态频率下的结构模态幅度出现模态抑制,而腔控模态频率下则发生模态重组;从声模态角度来看,同时降低了与该阶主导声辐射模态耦合的一组声模态幅度,从而实现了声势能衰减和全局降噪。

μ_(-synthesis)方法在结构—声耦合系统鲁棒控制中的应用

以在工程中普遍存在的封闭空间结构—声耦合系统为对象,基于鲁棒结构奇异值理论,建立了结构—声耦合系统鲁棒主动控制模型,提出了设计鲁棒-μsynthesis控制器的方法:通过引入虚拟的不确定块,将耦合系统响应性能的问题转化为广义系统的稳定鲁棒性问题,采用标准D-K迭代法求解该增量系统的稳定鲁棒控制器。封闭空间结构—声耦合系统的控制仿真表明,同鲁棒H∞控制结果相比,-μsynthesis方法对模型不确定性具有良好的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。同以往的研究相比,新意在于应用-μsynthesis方法设计了结构—声耦合系统鲁棒控制器,以克服H∞控制器的不足。

基于分布式压电传感器的结构表面体积速度测量实验研究

以简支矩形薄板为研究对象,首先在波数域内对结构振动体积速度与辐射声功率的关系进行分析,推导出反映结构模态对体积速度贡献规律的数学表达式。在此基础上,结合PVDF压电薄膜的电荷输出方程,利用三角函数的正交性,给出一种新方法来设计体积速度传感器,并针对具体模型进行了结构体积速度测量实验研究。结果表明,所设计的分布式体积速度传感器具有较好的传感精度,进而说明了方法的正确性。同时还发现PVDF压电薄膜制作工艺与粘贴位置的偏差对其传感精度在一定频带内有较大影响,并且对不同位置激励下传感的影响程度不同。

通过压电式传感器阵列测量简支梁的声辐射模态

采用一组PVDF(polyvinylidence fluioride)阵列测量了简支梁声辐射模态,在简支梁表面粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜作为传感器,通过设计这组PVDF输出的加权系数,得到各阶声辐射模态的幅值。研究表明,PVDF的加权系数与辐射体表面上的外激励力无关;实验结果表明,这种声辐射模态传感器的设计是可行的。

声辐射模态理论及应用研究综述

文章对声辐射模态技术研究相关进展进行了综述。介绍了声辐射模态理论从创立以来的研究成果及其在结构声有源控制、噪声源识别和声场重建等方面应用研究情况。对当前制约声辐射模态技术应用的关键问题进行了简单分析,并对其进一步发展提出了展望。

耦合封闭声腔的主导声辐射模态确定方法

将在某一频率下或某一频段内对封闭声腔声势能起主要作用的一阶或几阶声辐射模态定义为耦合封闭声腔的主导声辐射模态。准确认定主导声辐射模态至关重要,直接影响有源控制效果。然而,现有的主导声辐射模态确定方法,要么仅考虑辐射效率的作用而忽视模态幅度的影响,要么就需要用到结构模态信息,难以实现工程应用。基于此,综合运用计算和测试手段,全面考虑辐射效率和模态幅度两个因素,提出了一种基于"初选—预留—后验"的主导声辐射模态确定方法,并通过实验研究证明了该方法的有效性和可行性。结果表明:提出的确定方法能够准确认定主导声辐射模态,确定过程中不需要用到辐射体的结构模态信息,可用于指导控制目标选取或重构封闭声腔声势能。

ASAC系统中少测点条件下的近场声压误差传感策略

根据有源控制策略设计简洁、有效的误差传感非常关键。针对基于声压声辐射模态的有源控制策略,具体设计与之对应的少测点条件下近场声压误差传感策略。首先,通过分析声压声辐射模态的空间滤波特性,证明基于声压声辐射模态的有源控制策略可行;然后,利用近场测量面上有限个测点的声压分布,通过求解模态展开所构成的欠定方程组的最小模最小二乘解,获取前K阶声压声辐射模态伴随系数的近似值,从而形成与基于声压声辐射模态的有源控制策略相对应的近场声压误差传感策略;最后,以置于无限大障板上的钢质简支薄板为例,进行数值仿真分析。结果表明设计的误差传感策略可行,所获得的前K阶声压声辐射模态伴随系数具有较高的精度。

弱耦合封闭声腔的声辐射模态理论与计算

有源结构声控制是耦合封闭声腔的声辐射控制的有效方法。在此前的研究中有学者提出了"耦合封闭声腔的声辐射模态"概念,但其在概念和应用上均存在不便之处:其定义实质上是结构模态幅值的一组基函数,这与自由空间内声辐射模态是结构表面法向振速或声压的一组基函数的物理意义并不一致;另一方面,在计算和利用其进行控制时仍然需要用到结构模态,而在实际中辐射结构有用的结构模态信息难以准确、方便地得到。为了解决这些问题,类比自由空间声辐射模态理论,将声势能直接表示为结构表面法向振速的二次型形式,提出了新的结构向耦合封闭声腔的声辐射模态计算方法,并从理论上证明了当耦合面均匀离散时,在一定的条件下,可以简单地利用声腔模态投影向量代替耦合封闭声腔的声辐射模态,从而有效地节约计算资源。通过理论研究,形成了与自由空间内相统一、便于应用的耦合封闭声腔声辐射模态理论,数值计算案例表明,所提出的理论方法可以极大方便耦合封闭声腔的声辐射计算及其有源结构声控制。