聚焦换能器声强和声功率测量方法研究

针对聚焦声场的特点,以及辐射力天平(RFB)只能获得单一功率指标的缺点,提出一种基于近场测量法的聚焦换能器声强和声功率评价方法。通过声场测量系统对聚焦换能器预聚焦区域中两个平面上的声压扫描测量,运用声强法得到聚焦换能器的声强分布以及辐射声功率。采用活塞换能器的远场测量法与近场测量法进行比对,两种方法得到的声功率误差不超过12%。比较预聚焦区域声功率值和焦点处声功率值,分析声功率评价方法的准确性。发现聚焦声场中不同位置处的声功率值一致性误差5%,同一位置处的声功率值重复性误差2%。结果表明,近场测量法适用于对聚焦换能器声强和声功率的评价,可有效避免直接测量对测量设备的损坏,同时还克服双水听器声强互谱法频率上限低以及测量系统相位不匹配的缺点。     

聚焦换能器声功率近场互谱测量方法研究

针对辐射力天平法与量热法只能获得单一声功率量值,而高强度聚焦声场中焦平面扫描易损坏水听器的问题,开展基于近场互谱的声功率测量研究。搭建单水听器近场互谱测量系统,对声场预聚焦区域两平行平面进行声场扫描;基于互谱声强原理计算电声强频谱,进而通过水听器声压灵敏度幅频响应计算声强与声功率。通过单边互功率谱极坐标变换水听器幅频响应修正的方法,解决非线性声场中水听器幅频响应不平坦带来测量误差的问题。与基于浮力变化原理的量热法对比,超声功率测量偏差小于10%,验证近场互谱法测量高强度聚焦超声功率的有效性。     

关于“应用功率谱测量振动表面声强”的讨论

在“应用功率谱测量振动表面声强”(刊于《噪声与振动控制》1990年第4期,以下简称“应”)文中引用了[1,2]中振动表面声强谱为质点振速与声压互功率谱的实部,测量中测量仪器两通道的相位差对测量结果有严重影响。两通道的相位差包括声传感器和加速度传感器(测振速用)的相位差和放大通路的相位差,即使两个同类型传感器,其相差也是难以控制,至于两个不同类传感器,由于原理与结构不同,其相差更是难以估计和控制。为了避开这个困难,“应”文作者用声压自功率谱G_p(ω),声压自功率谱梯度(?)G_p/(?)n(?),及振速自功率谱G_u(ω)来估算振动表面声强,这是有意义的设想。     

提高背景噪声下结构辐射声强测量精度的研究

背景噪声存在会引起薄壁结构表面辐射声强和声功率的测量误差。将探头屏蔽起来是降低这一误差的方法之一。本文分别对两种声屏蔽罩和局部声屏蔽空间进行了研究。结果表明,屏蔽罩虽然使用方便,但对薄壁结构表面声辐射这类抗性很强的声场.它的放入将破坏局部声场,引起测量的偏度误差,不宜采用。就本身声学特性来说.吸声材料构成实心锥的声屏蔽罩明显优于空心锥形的.在被测声场抗性不强的情况下可以采用。本文提出的局部声屏蔽空间解决了声屏罩引起的问题,当背景噪声的总声压级比信号的总声压级高出10dB时,总声强的测量误差低于1dB,声强细谱的误差小于2dB,有效地抑制了背景噪声引起的声强测量误差。     

双传声器互功率谱密度法声功率测量

本文介绍了用双传声器声强传感器的声强计测量原理和声强传感器特性；特别 介绍了互功率谱密度法测量原理。同时应用日本小野测器公司的声强测量系统（ＣＦ－ ５００）和（ＣＦ－５０２）作了声强和声功率的测量。消声室和现场的比较试验结果，证明 了双传声器工功率谱密度法声强测量能有效地在现场确定声源的声功率。     

基于几何平均声压的声强计算的误差分析

采用p—p法计算声强时，需要用两个传声器测得的声压的均值代替被测点的平均声压，用两声压进行一阶差分来间接获得声振速。声压平均一般基于算术平均算法，分析发现：在高频区误差较大。针对声场大多呈非线性的特点，提出了应用几何平均计算声压的方法。并以平面声源、单极子、偶极子三种声源为例，对基于这两种计算声压的方法得到的声强误差进行了对比分析，结果表明：在高频区由几何平均声压而得到的计算声强的误差小于由算术平均而得到的计算声强的误差。     

一种声强计算的新方法

采用p-p法计算声强时，需要将两声器测得的声压进行平均作为被测点的声压，将两声压进行差分计算来间接获得声振速，常规声压平均一般均基于算术平均算法，分析发现；在高频区误差较大；针对声场大多呈非线性的特点，提出了应用几何平均计算声压的方法，并分别以两同相小球源和声柱为例。对基于这两种计算声压的方法得到的声强误差进行了对比分析，结果表明：在高频区由几何平均计算声强的精度明显高于由算术平均计算声强的精度。     

应用功率谱测量振动表面声强

本文从自功率谱的角度讨论了振动表面声强的测量方法。振动表面声压自功率谱与振动速度自功率谱的乘积为近场有功能量部分和无功能量部分的平方和,而有功部分正是表面声强。从总能量中扣除无功能量部分可获得表面声强。     

修正声强测量系统设计及实验验证

传统的声强测量系统价格昂贵,有限差分的存在使得测试频域受到探头间距的限制,宽频噪声需分段多次测量。根据互谱声强算法,利用采集卡、传声器和虚拟仪器技术开发出一套便捷、高效、低成本的声强测量系统,包括数据采集、系统声压灵敏度标定、相位失配标定和声强测量。针对算法中存在的有限差分误差进行修正,在半消声室中以宽带白噪声为声源,用开发的声强测量系统分析探头间距为20 mm和50 mm时探头轴线和声源传播方向夹角分别为0°、45°的修正前后声强误差。结果表明该声强测量系统有效,修正后同一探头间距测试频域得到拓展,声强准确度得到提升。     

治疗超声系统中换能器声学性能的声全息法评估

换能器的聚焦特性等声学性能是治疗超声系统的重要参数之一,在出厂前和日常维护中须精确测量。目前常用的水听器测量法结果准确,但受声压幅度及测量效率的限制,高功率量程的声功率计造价较高;而基于声全息的表面振动模式测量法可作为高声压下水听器和声功率计测量法的补充,测量小声压平面并对高幅度声压焦域进行重建。为评估声全息法的准确性,文章研究了在小声压下使用基于声全息的表面振动模式测量法对声场进行测量和重建,分析该方法与水听器测量结果之间的功率和声压误差,以及影响误差的重要参数。结果表明,基于声全息的表面振动模式测量法可重建得到与水听器直接测量相近的结果,有望对高声压下工作的换能器的声场特性进行评估。     

船用柜式空调器噪声源识别与分析

采用近场声压法和声强法对某一船用柜式空调器进行了噪声测量与分析。首先根据近场声压法利用传声器对空调器各表面进行逐点测量,绘制出各表面等声压云图,通过对比找出了噪声贡献量较大的面;然后针对噪声贡献量较大的面进行具体分析。为了更好地进行声源定位,第二次测量时将前护板去除,采用声强测量方法。通过逐点测量绘制出了等声强云图,又将声强云图与实际结构图进行比对,找出了噪声源具体位置所在,从而为空调器的减振降噪工作指明了方向。     

声强传感器特性对扫描声强法确定声源声功率的影响

文中以典型的矩形测量面方波扫描路径为例 ,分析了扫描声强法测量声源声功率时双传声器互谱声强传感器的有限差分近似误差、近场效应误差、相位不匹配误差与声源频率、测量面离声源的距离以及声强传感器两传声器间的间隔之间的关系。结果表明根据声源频率合理地选取参数可以减小声强传感器所带来的误差 ,从而为保证扫描声强法测量声源声功率测量准确度提供了依据。     

表面声强测试方法的研究

应用互功率谱测表面声强,仪器通道相位差难以解决.本文探讨了能够回避仪器通道相位差测量表面声强的新方法,并进行了相应的试验研究.     

基于近场测量法的水声换能器声场重建方法研究

为了提高对水声换能器声场分析的效率,开展了基于近场测量法的水声换能器的声场重建方法研究,首先将水声换能器的全息测量面近似为等效声源面,通过积分得到声场重建模型,然后利用自主研发的水下声场测量系统获得发射换能器全息测量面的复声压,实现对其声场的重建,最后比较不同全息测量面的重建结果和实测数据,并分析全息测量面的位置对重建结果的误差影响,得到了重建方法的有效测量区间。该声场重建方法可快速得到水声换能器的声场分布,并且准确可靠。     

基于激光测振法的高强度超声声场测量

基于激光测振法对高强度聚焦超声换能器的辐射声场进行测量,与标准水听器测得的结果对比焦点处基波信号、二次谐波、三次谐波测得值基本一致,基波声压误差在10%以内,焦平面的声压分布基本一致。同时,基于多层介质阻抗传递法解决激光测振法中薄膜对声场测量的影响,计算不同频率下薄膜的声压透射系数。设计实验验证不同频率(1、5、10 MHz)下,激光测振法与标准水听器测量法得到的结果,结果表明通过声压透射系数对激光测振法测量结果进行修正可有效减小测量误差。     

基于双振速测量面的噪声源定位方法研究

在较远距离准确定位噪声源对水下航行器等设备的减振降噪具有重要意义。该文提出一种基于双振速测量面的近场声全息技术,采用双测量面对双噪声源信号的质点振速信息进行提取,利用前后两测量面间的相位差构成格林函数,并根据声场重建公式进行近场声全息声场重建。数值仿真及主峰位置偏差分析表明,基于振速测量的双测量面近场声全息技术,与单振速测量面、双声压测量面的近场声全息技术相比,可以忽略边缘误差的影响,并可以在较远的测量距离更准确的定位声源位置,验证了基于双振速测量面近场声全息技术的有效性和可行性。     

采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

基于波叠加与统计最优近场声全息的单面声场分离技术

基于空间声场变换的近场声全息以及统计最优近场声全息都要求全息面一侧的声场必须为自由声场。为了克服应用上的局限性,提出了一种波叠加方法和统计最优近场声全息相结合的方法。针对现有的双全息面声场分离技术需要在两个全息面上进行声压测量,效率较低的问题,首先采用波叠加算法根据全息面上的声压重构出某个重建面上的声压,然后利用全息面和重建面的声压数据采用统计最优近场声全息技术分离出全息面某一侧声源在全息面上单独产生的声学量,从而以更少的测点数在全息面两侧都存在声源的情况下实现空间声场分离。实验和数值仿真验证了该方法的有效性和可行性。     

声压传感器与振速传感器中心不一致带来的定向误差分析

声矢量传感器由声压传感器和质点振速传感器组成,可用在空间某点同步测量声场的声压和质点振速信息。但矢量传感器在实际制作时,可能存在声压传感器和质点振速传感器中心不一致的情况,即矢量声场的非共点测量。这会使得声压与振速通道之间的接收信号存在时延差,从而影响矢量传感器的定向性能。从理论上分析了时延差对平均声强法定向的影响,即降低了信号处理的信噪比及引入π相位的定向误差,并提出采用互相关声能流法进行定向。通过仿真分析了中心不一致、入射角度和信噪比等因素对不同类型的目标定向结果的影响,并验证和讨论了互相关声能流定向算法的有效性和适用性。     

基于改进HELS方法的局部近场声全息技术研究

为实现复杂声源局部声场精确重建,提出基于改进的HELS法的局部近场声全息(PNAH)技术。将实际声场视为声源各部分产生相干声场的叠加,利用小全息孔径测量声压求解正交基函数的线性组合系数,实现全息声压近场外推;用外推所得数据进行声场重建。仿真及实验结果表明,该方法能有效重建复杂声源声场,且重建精度较高。