参量阵扬声器在声场控制中的应用研究

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由于非线性作用,两列不同频率声波在介质中相互作用将会产生差频声。在空气中,将可听声调制到超声载波,经过超声换能器发射,就可以解调出具有强指向性的声频波束,这被称为参量阵扬声器。由于产生的可听声波束窄、无旁瓣等优点,因此近些年参量阵扬声器在理论和应用方面都得到了广泛的研究,特别是预处理方法、伪噪声消除、吸声系数测量和声场控制等方面。本文主要以自主设计的参量阵扬声器为平台,对管道有源噪声控制和波束偏转等声场控制方面的应用进行了研究。本文具体研究内容和创新点如下:  (1)自主研制了基于FPGA处理器的参量阵扬声器系统。硬件方面主要包括信号采集电路、信号处理电路和功率放大电路。软件方面,探讨了各种载波生成方法和调制方法的实时实现技术。通过Matlab对算法进行了仿真,在此基础上,利用DSPBuilder和QuartusⅡ工具在硬件平台上实现了信号处理算法,并对算法资源消耗进行了评估。在全消声室对该系统进行了测量,结果表明该系统具有良好的性能指标。  (2)提出了参量阵扬声器减小声反馈的方法,并首次实现了参量阵扬声器的管道有源噪声控制。通过理论仿真和实验测量,参量阵扬声器在管道中具有声反馈小的特点,因此在进行管道有源噪声控制时可省略声反馈补偿网络。利用并联窄带自适应算法进行了有源噪声控制的实验,与普通扬声器进行对比,证明了参量阵扬声器无声反馈补偿网络也能够达到较好的降噪效果,从而降低了算法的复杂度。另外,通过测量管道声场和降噪量,确定了参量阵扬声器的降噪区域为误差传感器下游整个管道,降噪面积为管道整个截面。  (3)首次利用小数延时滤波器实现了参量阵扬声器的任意波束偏转。通过KZK模型和Berktay模型对参量阵的波束偏转进行了仿真。将Farrow结构小数延时算法应用于参量阵扬声器,设计了相控参量阵扬声器系统,以固定滤波器系数实现任意波束偏转。整个系统在FPGA平台得以实现,并通过实验与仿真结果对比验证了所提方法的正确性。  本文的研究成果完善了参量阵扬声器的声场控制,对于参量阵扬声器的应用具有重要的指导意义。
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