《振动与声基础》第六章.ppt

（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f A）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的速度向辐射器运动 介质中声波的波长： 声波通过接收器一个波长所经历的时间为 因此，接收器接收到的频率为： C）辐射器相对介质以v的速度向接收器运动，接收器相对介质以u的速度向辐射器运动。 接收器接收的频率为： D）辐射器相对介质以 的速度运动，发射声波频率 ，接收器相对介质以 的速度运动，接收声波频率为 ，辐射器与接收器的连线方向的单位向量记为： （发射指向接收）和 （接收指向发射） 则，接收器接收的频率 其中： 第六章 声波的接收 第六章 声波的接收 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，ka1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|Z2s||Zm|，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