聲波定向揚聲器差頻聲場指向性研究.pdf

1、聲波定向傳播揚聲器是一種新型的揚聲器，它利用超聲波與空氣的非線性相互作用產(chǎn)生高指向性的自解調(diào)可聽聲，可以實現(xiàn)可聽聲波的定向傳播。原波與空氣非線性相互作用產(chǎn)生的差頻聲場的指向性是聲波定向揚聲器的關(guān)鍵性能之一。本文采用理論推導(dǎo)和計算機仿真的方法，討論了換能器和換能器陣列參數(shù)對產(chǎn)生的差頻聲場的指向性影響，為聲波定向揚聲器的設(shè)計制作提供有意義的理論參考。
　　首先，本文根據(jù)點聲源聲場理論和Lighthill方程，推導(dǎo)了單個活塞換能器差頻聲

2、場指向性表達式，在此基礎(chǔ)上討論了換能器面積、原波發(fā)射頻率、差頻波頻率等因素對差頻聲場指向性的影響。結(jié)果表明，采用超聲波差頻方式產(chǎn)生的可聽聲場指向性要遠遠優(yōu)于換能器直接輻射的可聽聲場的指向性。增大換能器面積，降低原波發(fā)射頻率、提高差頻波頻率都有利于優(yōu)化差頻聲場指向性。
　　其次，在單個換能器差頻聲場指向性理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了采用圓形活塞換能器組成矩形換能器陣列情況下，陣列產(chǎn)生的總的差頻聲場的指向性函數(shù)。根據(jù)陣列聲場指向性表達式，討論

3、了陣元面積、間距、數(shù)目、陣列尺寸、原波和差頻波頻率對陣列差頻聲場的指向性影響。結(jié)果表明，陣列聲場主波束的指向性主要與整個超聲波換能器陣列的尺寸大小以及差頻波頻率有關(guān)，而幾乎不受陣元面積、陣元間距、陣元數(shù)目以及原波頻率的影響；增大陣列尺寸或是提高差頻波頻率都可以強烈的提高主波束的指向性；增大整個超聲波換能器陣列尺寸、增大陣元面積、縮小陣元間距、降低原波發(fā)射頻率或是提高差頻波頻率都有利于抑制旁瓣幅值，但是差頻波頻率的提高對靠近主波束的旁瓣影