聲波定向揚(yáng)聲器差頻聲場(chǎng)指向性研究.pdf

1、聲波定向傳播揚(yáng)聲器是一種新型的揚(yáng)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(tīng)聲，可以實(shí)現(xiàn)可聽(tīng)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(chǎng)的指向性是聲波定向揚(yáng)聲器的關(guān)鍵性能之一。本文采用理論推導(dǎo)和計(jì)算機(jī)仿真的方法，討論了換能器和換能器陣列參數(shù)對(duì)產(chǎn)生的差頻聲場(chǎng)的指向性影響，為聲波定向揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)制作提供有意義的理論參考。
　　首先，本文根據(jù)點(diǎn)聲源聲場(chǎng)理論和Lighthill方程，推導(dǎo)了單個(gè)活塞換能器差頻聲

2、場(chǎng)指向性表達(dá)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(duì)差頻聲場(chǎng)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(tīng)聲場(chǎng)指向性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于換能器直接輻射的可聽(tīng)聲場(chǎng)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(chǎng)指向性。
　　其次，在單個(gè)換能器差頻聲場(chǎng)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(chǎng)的指向性函數(shù)。根據(jù)陣列聲場(chǎng)指向性表達(dá)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(duì)陣列差頻聲場(chǎng)的指向性影響。結(jié)果表明，陣列聲場(chǎng)主波束的指向性主要與整個(gè)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(qiáng)烈的提高主波束的指向性；增大整個(gè)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(duì)靠近主波束的旁瓣影