指向性声源的理论与实验研究

本文对指向性声源进行了比较系统的研究。指向性声源通过把音频信号调制在高频(超声频率)载波信号上,再用超声换能器发射出去,可以实现声波的定向发射。由于空气的非线性声学效应,在传播过程中声波中的音频信号会自解调出来,可以被人耳直接听到。 本文首先简要介绍了指向性声源的原理、发展历史及现状,以及KZK方程和Berktay远场解。在此基础上,重点讨论了指向性声源中的三种预处理和调制方式,即无预处理双边带调制方式(简称双边带方法)、开方预处理双边带调试方式(简称开方方法)和单边带方法。其次,采用KZK方程对指向性声源在空气中的传播特性进行了数值仿真,仿真过程中采用的超声换能器模型是实际测量得到的。最后,采用上述理论研制了一个指向性声源,对其进行了测试,得到不同预处理和调制情况下的失真度对比关系和指向性关系。测试数据表明:三种方法的指向性差别不大;单边带方法失真度最小,开方方法其次,双边带方法最大。 指向性声源是一种新型声源,与普通声源相比具有如下特点:(1)强指向性;(2)发射距离远;(3)可产生虚拟声源效应。指向性声源在军事、工业、商业、文化、教育等领域都可以找到其用途,具有广阔的应用前景,潜在经济社会效益显著。 本论文的研究成果完善了指向性声源的算法理论,对于指向性声源的设计和实现具有重要的指导意义和参考价值。