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,或電腦產生正弦輸入信號或寬帶音頻信號;(2)輸入信號經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AigtekATA-4011B功放放大;(4)放大后的信號經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