實驗名稱：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産生高指向性可聽聲的新概念聲源。參量聲學陣的提出爲利用空氣中聲波的非線性傳播效應産生指向性聲束提供了理論依據。本文探索了利用參量聲學陣作爲可聽聲源，産生指向性聲頻的基礎理論及系統實現關鍵技術，以推動聲頻定向系統的基礎性研究與實用化進程。

　　實驗目的：到目前爲止，聲頻定向系統的實驗研究開展較少，使得一些關鍵性問題仍然未能得到有效解決。這些問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，通過實驗研究找出這些關鍵問題的答案。

　　測試設備：1台YB1639信號發生器、1台Agilent35670A動態信號分析儀、1台電腦組成；(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300mmx300mn的PVDF膜整體式換能器；(5)傳聲器1個：頻率響應爲20Hz~16.2kHz；(6)信號采集設備1個，最高采樣頻率192kHz；(7)數據顯示與儲存設備：由1台TDS1012示波器、1台Agilent35670A動態信號分析儀及1台電腦組成。

　　實驗過程：聲頻定向系統自解調信號測試大体流程为：(1)由YB1639信号发生器，或Agilent35670A动态信号分析仪，或电脑产生正弦输入信号或宽带音频信号；(2)输入信号经DSP系统调用各种算法进行信号处理后输出到功率放大器进行功率放大；(3)功率可AigtekATA-4011B功放放大；(4)放大后的信号经换能器转换为超声波信号向空气中发射；(5)该超声波在空气中传播的过程中自解调产生高指向性可听声；(6)传声器将自解调可听声信号的声压转换为电信号输入信号采集设备；(7)由示波器TDS1012、动态信号分析仪Agilent35670A或电脑显示、采集由声压转换成的电信号，并储存该信号；(8)将TDS1012示波器或Agilent35670A动态信号分析仪储存的信号导入电脑中，通过MATLAB进行信号分析，或直接通过音频信号处理软件对该测试信号进行分析。

　　實驗結果：在該項測試中，測試條件如下：(1)測試環境爲一全消聲室，背景噪聲約爲17~184B；(2)測試系統采用B&K公司專用聲學測試系統；(3)測試距離爲3m，並使傳聲器初始位置處于聲波傳播軸線上進行測試；(4)聲頻定向系統采用的信號處理方法爲N階近似平方根法，且N=3，m=0.6。

　　本次測試對頻率分別爲500Hz、1kHz和3kHz的輸入信號在空氣中産生的自解調聲頻波的指向性進行了測試。

　　由圖7-2(a)可知，當輸入爲500Hz信號時，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，當輸入爲1kHz信號時，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，當輸入爲3kHz信號時，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，可成功産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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