封闭空间中声源辐射阻抗特性研究

发布时间：2020-07-12 17:16

【摘要】：辐射阻抗是影响声源辐射声功率的重要因素,研究封闭空间中声源辐射阻抗特性,对测量水下声源低频辐射声功率以及拓展非消声水池低频应用范围有实际意义。本文通过研究封闭空间声场边界对声源辐射阻抗特性的影响机理,进而掌握封闭空间中声源辐射阻抗与辐射声功率的内在联系,探究声源辐射阻抗变化与辐射声功率的关系。本文首先建立了封闭空间中水下声源辐射阻抗的数值计算模型,通过仿真分析,研究了封闭空间声学环境若干要素对声源辐射阻抗的影响规律,并分析了声源辐射阻抗变化对辐射声功率的影响,最后开展了水下声源辐射阻抗的混响水槽测量实验,验证了部分仿真结果。研究表明:封闭空间中脉动球源Actran仿真方法和圆柱壳结构声源Comsol建模方法计算结果与相对应的解析解相同,数值建模方法正确可行。改变封闭空间声学环境,脉动球源辐射阻抗在声模态频率处数值变化明显,辐射阻改变导致封闭空间脉动球源辐射声功率变化。封闭空间中圆柱壳结构声源辐射阻与声场均方声压级峰值不是一一对应,与面平均速度有关。在绝对软边界封闭空间中,除个别频率外,低频段内两个不同尺度封闭空间中心处或在封闭空间两个对称位置的圆柱壳结构声源辐射阻比值近似为1,封闭空间中圆柱壳结构源辐射声功率比值等于面平均速度平方的比值,特别的,在面平均速度相同的频段内,两个不同尺度封闭空间中心处或封闭空间中两个对称位置的圆柱壳结构声源辐射声功率相同。分别在消声水池和不同混响水槽中开展了圆柱壳结构声源辐射阻的实验测量研究,比较了混响水槽边界特性以及不同发射位置对圆柱壳结构声源辐射阻的影响,并给出了混响水槽中测量圆柱壳结构声源低频辐射声功率的适用条件。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.44
【图文】：

等效集中参数,换能器,谐振频率,辐射阻抗

第 2 章辐射阻抗理论基础第 2 章辐射阻抗理论基础本章通过电声类比将水声换能器等效为集中参数系统，从电路的角度分析辐射阻抗在声场中的作用；针对辐射面振速均匀分布的声源，以声场对声源的反作用力与振速的比值定义此类声源的辐射阻抗；通过电功率类比声功率来给出辐射面振速分布不均匀声源自由场和封闭空间中辐射阻抗的计算方法。2.1 水声换能器阻抗和导纳基础水声换能器的阻抗或导纳是可以直接测量的基本电声参数，对于一个换能器而言换能器本身可以通过机电类比等效为相应的电路，当频率和振速指定时，又能等效为一个集中参数系统。在换能器处于发射状态时，可以等效为图 2.1 所示。

等效电路图,压电换能器,等效电路,导纳

图 2.2 压电换能器等效电路由图 2.2 可知，压电换能器的静态电阻抗和动态电阻抗相互并联，采用导纳的形式来描叙更合适，令静态电导纳为 Y0，动态电导纳为 Yd，则0 0 0 001Y G jB j CR= + = + ω (2-21d d ddY G jBZ= + = (2-3其中( )( ) ( )2221m Rdm R m smR RGR R M mC+= + + + ωω(2-4( )( ) ( )22211m smdM mCBR R M m + = + + + ωωω(2-5

变化曲线,变化曲线,电纳,机械谐振

( )( ) ( )20 02211m smt dm R m smM mCB B B CR R M mC + = + = + + + + ωωωωω别为总电导和总电纳，在频率为机械谐振频率0ω 时，即( )0010m smM mCω+ =ω电导和总电导达到最大值，为( )( )02df fm RGR R==+ ，( )0201tf fm RGR R R== ++ 态电纳和总电纳为( )00df fB== ， ( )0t0 0f fB C== ω t~f 曲线和 Bt~f 曲线见图 2.3。

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