實驗名稱：聲頻定向系統(tǒng)自解調信號測試

研究方向：聲頻定向系統(tǒng)是第一種可產(chǎn)生高指向性可聽聲的新概念聲源。參量聲學陣的提出為利用空氣中聲波的非線性傳播效應產(chǎn)生指向性聲束提供了理論依據(jù)。本文探索了利用參量聲學陣作為可聽聲源，產(chǎn)生指向性聲頻的基礎理論及系統(tǒng)實現(xiàn)關鍵技術，以推動聲頻定向系統(tǒng)的基礎性研究與實用化進程。

實驗目的：到目前為止，聲頻定向系統(tǒng)的實驗研究開展較少，使得一些關鍵性問題仍然未能得到有效解決。這些問題中具有典型代表意義的主要有：1.目前聲頻定向系統(tǒng)采用的理論能在多大程度上指導聲頻定向系統(tǒng)設計；2.聲頻定向系統(tǒng)的指向性、諧波失真、自解調聲壓等關鍵性能參數(shù)該如何測試才能最大程度地反應聲頻定向系統(tǒng)的總體性能；3.對聲頻定向系統(tǒng)自解調信號影響參數(shù)及規(guī)律缺乏了解，無法建立有效的測試方法體系。探索聲頻定向系統(tǒng)的性能測試方法，通過實驗研究找出這些關鍵問題的答案。

測試設備：信號發(fā)生器、動態(tài)信號分析儀、1臺電腦、高壓功率放大器、換能器：1個300mmx300mn的PVDF膜整體式換能器、傳聲器1個：頻率響應為20Hz~16.2kHz；信號采集設備1個，最高采樣頻率192kHz。

實驗過程：聲頻定向系統(tǒng)自解調信號測試大體流程為:(1)由YB1639信號發(fā)生器，或Agilent35670A動態(tài)信號分析儀,或電腦產(chǎn)生正弦輸入信號或寬帶音頻信號;(2)輸入信號經(jīng)DSP系統(tǒng)調用各種算法進行信號處理后輸出到功率放大器進行功率放大;(3)功率經(jīng)AigtekATA-4011B功放放大;(4)放大后的信號經(jīng)換能器轉換為超聲波信號向空氣中發(fā)射;(5)該超聲波在空氣中傳播的過程中自解調產(chǎn)生高指向性可聽聲;(6)傳聲器將自解調可聽聲信號的聲壓轉換為電信號輸入信號采集設備;(7)由示波器TDS1012、動態(tài)信號分析儀Agilent35670A或電腦顯示、采集由聲壓轉換成的電信號，并儲存該信號;(8)將TDS1012示波器或Agilent35670A動態(tài)信號分析儀儲存的信號導入電腦中，通過MATLAB進行信號分析，或直接通過音頻信號處理軟件對該測試信號進行分析。

實驗結果：在該項測試中，測試條件如下:(1)測試環(huán)境為一全消聲室，背景噪聲約為17~184B;(2)測試系統(tǒng)采用B&K公司專用聲學測試系統(tǒng);(3)測試距離為3m，并使傳聲器初始位置處于聲波傳播軸線上進行測試;(4)聲頻定向系統(tǒng)采用的信號處理方法為N階近似平方根法，且N=3，m=0.6。

本次測試對頻率分別為500Hz、1kHz和3kHz的輸入信號在空氣中產(chǎn)生的自解調聲頻波的指向性進行了測試。

由圖7-2(a)可知,當輸入為500Hz信號時,測得的-3dB指向性銳角Θ-3dB/2≈2°,-15dB指向性銳角Θ-15dB/2≈5°，因此此時自解調聲頻信號具有很強的指向性。

由圖7-2(b)可知，當輸入為1kHz信號時,測得的-3dB指向性銳角Θ-3dB/2≈1°,-15dB指向性銳角Θ-15dB/2≈4.5°，自解調信號的指向性略強于500Hz的自解調信號指向性。

由圖7-2(c)可知,當輸入為3kHz信號時,測得的-3dB指向性銳角Θ-3dB/2≈0.8°-15dB指向性銳角Θ-15dB/2~4°。自解調聲頻信號的指向性略強于1kHz輸入信號的自解調信號指向性。

通過測試可得

結論7-1:(1)采用整體式PVDF膜換能器的聲頻定向系統(tǒng)，可成功產(chǎn)生具有很強指向性的聲頻波;(2)自解調信號的指向性隨輸入信號頻率的增大而增強。

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審核編輯 黃宇