《振动与声基础》第六章.ppt

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1、振动与声基础第六章声波的接收（1）声波的接收过程辐射的逆过程---声压作用到接收器振动表面，使其振动；利用换能器件将机械振动转变为电信号。第六章声波的接收第一节概述（2）接收器的二次辐射阻抗声压作用到接收器振动表面，使其振动；此振动会受到介质的阻力作用---等效在机械系统中增加了机械阻抗。（3）本章要点与声压信号相比接收器的振动信号的畸变。1、接收器引起的声场畸变及压力系数第二节接收器机械振动系统的振速畸变及其控制方法——无接收器时的波场，原声场——有接收器时的波场，畸变声场——接收器的散射波场谐合律振动波场，声场畸变系数定义式为：接收器接收的畸变力为：平均畸变压强为：谐

2、合律振动波场，接收器的接收压力系数定义为是接收器的平均畸变压强与原声场声压之比。因此，接收器的畸变力可写为：一般，ka<<1时，接收压力系数的模值趋于常数（与频率无关）。两种典型接收器的接收压力系数：2、接收器的二次辐射阻抗声压作用到接收器振动表面，使其振动；此振动会受到介质的阻力作用，这个阻力作用等效在机械系统中增加了机械阻抗；称作二次辐射阻抗，记：3、接收器机械振动系统的机电类比图据网络定理，激励力与振速有关系：如果原声场声压信号为，则振速信号为4、接收器机械振动系统的振速畸变及其控制方法（1）压力系数是频率的函数，会引起振速的畸变控制方法：时，压力系数趋于常数，能减

3、小振速的畸变。负作用：接收面小，使接收灵敏度下降。（2）二次辐射阻抗Z2s是频率的函数，会引起u(t)畸变控制方法：设计机械振动系统，使

4、Z2s

5、<<

6、Zm

7、，减小Z2s对振速u(t)畸变的影响。（3）机械阻抗Zm是频率的函数，会引起u(t)畸变控制方法：通常要根据实际具体问题制定控制方法。对于实际接收器，由于输出是电学量，所以考虑和控制信号畸变，往往并不局限于针对u(t)进行，而是根据接收器机电转换元件的类型，要合理的设计选择机械振动系统的结构及其参数，使得在工作频段，输出的电学量具有平坦的频响。例如：(a)电容式麦克风，利用“弹性控制”(b)动圈式麦克风，利用“阻尼控

8、制”(c)加速度计，利用“质量控制”1、声场互易定理数学表达的推导第三节声场互易定理及其物理意义无限介质区域内，有两个声源。（1）令是包围声源1的闭曲面，声源1的辐射声压为，则在外声压满足Helmholtz方程和无穷远边界条件：（2）令是包围声源2的闭曲面，声源2的辐射声压为，则在外声压满足Helmholtz方程和无穷远边界条件：类似求Helmholtz积分公式的求法，令可得下式成立进而可得上式在内处处成立（3）作包面S，使V1、V2在S内，若以S、S1、S2为边界的区域记作V，则上式在V内作体积分，得根据奥—高公式：可得：其中，n为Sv的外法线方向（4）令，由于满足无穷

9、远条件，因此令声源1的表面，且声源1的表面振速记作v1，则根据边界条件因为p1声场由声源1辐射产生，且根据运动方程可得：同理，令声源2的表面，且声源2的表面振速记作v2，则根据边界条件（5）由*式可得：此式即为声场互易定理的数学表达式2、声场互易定理的物理意义声场互易定理的数学表达式为（1）声压p与振速u的乘积为声能流（单位面积的声功率），因此，等式的左侧为声源2辐射声场对声源1的输入功率，而等式的右侧则为声源1辐射的声场对声源2的输入功率。即，声场互易定理的物理意义1为声场中声源间的输入功率相等。（2）如果声源1和声源2为点声源，则互易定理表达式可化为：声场互易定理物理

10、意义2：同一声源，在声场中A点发射B点接收与在B点发射A点接收的声场值相等，即收发互易。（3）如果声源1和声源2均振速分布均匀，则声场互易定理表达式可化为其中：为j声源的辐射场对i声源表面的作用力。因此有：定义：为j声源对i声源的互辐射阻抗。声场互易定理的物理意义3：声场中声源间的互辐射阻抗相等，即：（4）a）如果一个换能器既可以作为声源辐射声波，又可以作为接收器接收声波，则此换能器称作收发互易换能器。b）声源辐射具有指向性。c）接收器接收也具有指向性接收器接收指向性函数：以接收器为球心的远场球面上有点声源辐射声波，点声源在球面不同位置时，接收器接收面上的接收力为，则接收

11、器的接收指向性函数为：声场互易定理的物理意义4：收发互易换能器的辐射指向性函数与接收指向性函数相同。1、多普勒效应(现象)用接收器接收声波，由于介质、辐射器和接收器有相对运动，会使得接收器接收的声波频率与辐射器辐射声波的频率不同，此现象称作多普勒效应(现象)。第四节声波接收的多普勒效应介质中波速为c，辐射器辐射频率为fA）接收器相对介质静止，辐射器相对介质以v的速度向接收器运动，如图所示因此，介质中声波的波长为接收器接收的频率为其中Mv=v/c为辐射器在介质中运动的马赫数B）辐射器相对介质静止，接收器相对介质以u的速度向辐射器