實(shí)驗名稱(chēng)：聲頻定向系統自解調信號測試

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

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

　　測試設備：1臺YB1639信號發(fā)生器、1臺Agilent35670A動(dòng)態(tài)信號分析儀、1臺電腦組成；(2)信號處理系統1套：即聲頻定向系統DSP系統：(3)功率放大器：AigtekATA-4011B功率放大器；(4)換能器：1個(gè)300mmx300mn的PVDF膜整體式換能器；(5)傳聲器1個(gè)：頻率響應為20Hz~16.2kHz；(6)信號采集設備1個(gè)，最高采樣頻率192kHz；(7)數據顯示與儲存設備：由1臺TDS1012示波器、1臺Agilent35670A動(dòng)態(tài)信號分析儀及1臺電腦組成。

　　實(shí)驗過(guò)程：聲頻定向系統自解調信號測試大體流程為：(1)由YB1639信號發(fā)生器，或Agilent35670A動(dòng)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系統調用各種算法進(jìn)行信號處理后輸出到功率放大器進(jìn)行功率放大；(3)功率可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(guò)程中自解調產(chǎn)生高指向性可聽(tīng)聲；(6)傳聲器將自解調可聽(tīng)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(dòng)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(dòng)態(tài)信號分析儀儲存的信號導入電腦中，通過(guò)MATLAB進(jìn)行信號分析，或直接通過(guò)音頻信號處理軟件對該測試信號進(jìn)行分析。

　　實(shí)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)測試系統采用B&K公司專(zhuān)用聲學(xué)測試系統；(3)測試距離為3m，并使傳聲器初始位置處于聲波傳播軸線(xiàn)上進(jìn)行測試；(4)聲頻定向系統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(jìn)行了測試。

　　由圖7-2(a)可知，當輸入為500Hz信號時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)，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。

　　結論7-1：(1)采用整體式PVDF膜換能器的聲頻定向系統，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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