可调频声衬及其控制技术研究

摘要

声衬作为一种噪声控制的有效手段，具有安装方便、价格低廉、高频吸声系数高等显著优点，广泛地应用在飞机引擎、车辆动力舱以及建筑设计和工业设备等领域中。但传统声衬的消声频率受材料本身特性、结构制约，消声范围较窄，且当噪声源发生改变时，消声频率无法进行调节，因而研究具有调频功能的新型声衬，具有重要的理论意义与工程实用价值。本文在分析现有声衬的工作原理、声学性能的基础上，针对其无法调频的弊端，提出了一种了新型的可调频压电声衬。
　　首先，基于逆压电效应设计了具有颈部调节、腔体体积调节的亥姆霍兹共振器结构。仿真和实验结果表明，腔体体积可调结构具有频率偏移范围大，线性性良好等特点。在对腔体体积可调结构进行优化的基础上，提出了一种双级腔体声衬，理论上分析了影响其共振频率偏移的因素。之后对多种类型压电片的进行分析测试优化，实验采用的经过参数改进后的50mm压电片，在400V电压下的位移量为0.5mm。
　　其次，采用LabVIEW软件分别以传递损失和噪声频率作为判据编写了声衬系统的数据采集、分析和控制程序，并设计了与之对应的基于光敏电阻的驱动电压控制电路。测试结果表明，当采集卡输出电压为2.1V至4.0V时，驱动电路输出电压为0V至400V，实现了声衬驱动电压的自动调节。
　　最后，构建了声衬系统的测试装置。分别加工并测试了35mm普通腔体和50mm双级腔体压电声衬的消声效果，结果表明50mm双级腔体压电声衬具有更大的消声频带偏移量，在0V-200V的电压范围内，其消声频带可以实现约200Hz的偏移。此外还设计了自适应声衬控制系统，以35mm压电声衬为例，其可调频范围为750Hz至782Hz，降噪量可以达到5dB。研究表明所设计的可调频压电声衬的自适应控制系统，可以使可调频压电声衬的消声频带随着噪声频率的变化而偏移，即拓宽了声衬的消声频率范围。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 声衬的研究现状

1．3 主要研究内容及论文结构安排

2 可调频压电声衬的工作原理

2．1 声衬的消声原理

2．2 亥姆霍兹共振器消声性能仿真研究

2．2．1 单自由度亥姆霍兹共振器消声性能研究

2．2．2 共振腔体积对共振器声学性能的影响

2．2．3 颈部对共振器声学性能的影响

2．2．4 共振器排列方式对声学性能的影响

2．3 逆压电效应及压电材料的选取

2．3．1 压电效应与逆压电效应

2．3．2 压电体变形分析

2．4 声学元件性能评价指标及其测量

2．5 本章小结

3 可调频声衬结构设计及其性能仿真研究

3．1．1 颈部可调声衬结构设计

3．1．2 压电悬臂梁建模及其仿真

3．1．3 声学性能仿真

3．2 腔体体积可调的声衬结构设计与分析

3．2．2 双级腔体声衬理论分析

3．2．3 压电片建模与仿真

3．2．4 声学性能仿真

3．3 压电片形变特性测试研究

3．3．1 压电片结构参数优化

3．3．2 压电片中心位移测试

3．3．3 压电片表面形变测试

3．4 本章小结

4 数据采集及控制系统设计

4．1 数据采集系统设计

4．2 控制程序设计

4．2．1 基于传递损失判断的控制程序

4．2．2 基于噪声频率判断的控制程序

4．3 控制电路设计

4．3．1 电压放大装置设计及其性能测试

4．3．2 控制电路的改进

4．4 本章小结

5 可调压电声衬系统声学性能测试研究

5．1 声衬实验样品的设计与加工

5．2 声衬消声性能测试

5．3 声衬自适应控制效果分析

5．4 本章小结

6．1 全文工作总结

6．2 研究展望

附录

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢