用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置，包括：有限长圆柱体阵列、边框、支架和传声器；其中，边框为一中空的长方体，它至少包括顶面、底面、左侧面与右侧面；所述有限长圆柱体阵列位于边框的顶面与底面之间，其包含多个等间距的有限长圆柱体；所述支架安装在所述边框上，其中心位置设有一用于穿设所述传声器的圆管，有限长圆柱体阵列位于所述传声器的前端。本发明专利技术提供的声子晶体滤波装置具有带隙特性，对超声有较大衰减，而对距离带隙中心频率较远处的声频声影响较小。因此，可以在高指向性声频扬声器测量系统中有效的减少因传声器引起的测量伪噪声，而对声频声没有太大的影响。

【技术实现步骤摘要】
用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置
本专利技术涉及声学测量
，特别涉及一种用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置。
技术介绍
高指向性声频扬声器系统是一种基于参量阵原理的新型扬声器系统，能够向特定方向发射高指向性声频声。它的基本原理是将声频信号调制到超声载波上，经过超声换能器阵列发射后，在空气中非线性解调形成声频声。解调产生的声频声继承了超声波的高指向性，因此具有高指向性。高指向性声频扬声器能够广泛应用于声波定向传输、材料声学特性测量等领域。当两列频率分别为f1和f2(假定f1＞f2)的超声波经超声换能器阵列发射后，由于空气中的非线性作用，可以产生多个包括两频率之差(f1-f2)、两频率之和、高阶谐波等在内的不同频率的声波。由于声波衰减系数与频率的平方成正比，其他高频成分在传播过程中衰减较快，因此在经过一段距离的传播后差频声波占主体地位。如果这个差频声波的频率范围在声频声范围内，就形成声频声。但是，在近场区域同时存在两列超声波和声频声波，并且由于两列超声波的声压级较高，一般能达到115dB以上，所以在此区域内直接用传声器进行测量时会产生伪噪声。产生的伪噪声的频率为两超声波的频率之差(f1-f2)，幅值与测量点处的两列超声波幅值的乘积成正比，即pn∝p1p2，其中p1和p2分别为测量点处两列超声波的幅值。由此可见，由测量系统引起的伪噪声与高指向性声频扬声器产生的可听差频声频率相同，但幅值与差频波的频率无关；而高指向性扬声器产生的可听差频声幅值与差频波频率的关系为其中1≤n≤2。n由瑞利距离与吸收距离之比决定，当瑞利距离远大于吸收距离时，n＝2；当吸收距离远大于瑞利距离时，n＝1。因此，可以根据测得的差频声频声波的频响曲线来判断伪噪声是否滤除或大幅度减少。在高指向性声频扬声器测量系统中，伪噪声的存在严重干扰了实际解调得到的声频声的测量，尤其在近场时，伪噪声往往比高指向性声频扬声器实际产生的声频声要大很多，即pn＜＜pd，因此有必要设计一种声滤波装置以滤除超声波，从而去除伪噪声，测量得到真实的声频声。同时尽可能对声频声没有太大的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术无法达到同时去除伪噪声以及保持声频声的缺陷，从而提供一种滤除伪噪声并最大限度保留声频声波的装置。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置，包括：有限长圆柱体阵列1、边框2、支架3和传声器4；其中，所述边框2为一中空的长方体，它至少包括顶面21、底面22、左侧面23与右侧面24；所述有限长圆柱体阵列1位于所述边框2的顶面21与底面22之间，其包含多个等间距的有限长圆柱体；所述支架3安装在所述边框2上，其中心位置设有一用于穿设所述传声器4的圆管，所述有限长圆柱体阵列1位于所述传声器4的前端。上述技术方案中，所述的有限长圆柱体阵列1中所包含的各个有限长圆柱体之间的距离根据实际的需要衰减的超声信号频率进行确定，即：a＝c0/2f，其中a为间距，c0为声波速度，f为期望滤去超声波的中心频率，所述有限长圆柱体的高度大于30mm。上述技术方案中，所述的有限长圆柱体阵列1的行列数根据实际需要增减，以对应不同大小的超声隔声量，适用于不同的测量距离。上述技术方案中，所述的边框2至少包括4块相同的长方板，所述长方板之间互相垂直，形成一个空心长方体，所述长方板的厚度小于1mm。上述技术方案中，所述的支架3包括一个圆管以及至少4个相同的小长方板，所述圆管用于固定所述的传声器4，其长度大于30mm，其顶端与所述有限长圆柱体阵列1的间距小于5mm；所述小长方板垂直安装于所述边框2，用于连接圆管和所述边框2，其长度大于20mm，厚度小于1mm。上述技术方案中，所述的支架3包含的圆管的直径与选用的传声器大小有关。本专利技术的优点在于：本专利技术提供的声子晶体滤波装置具有带隙特性，对超声有较大衰减，而对距离带隙中心频率较远处的声频声影响较小。因此，可以在高指向性声频扬声器测量系统中有效的减少因传声器引起的测量伪噪声，而对声频声没有太大的影响。附图说明图1是本专利技术高指向性声频扬声器测量系统声子晶体滤波装置的实施方式；图2是采用实施方式时对超声波的隔声量测量结果图；图3是采用实施方式时对声频声波的隔声量测量结果图；图4为实测的256个超声换能器阵列在1米处的幅度响应曲线；图5是不采用滤波器时对高指向性声频扬声器的实际测量结果图；图6是采用实施方式时对高指向性声频扬声器的实际测量结果图。附图标示：1有限长圆柱体阵列2边框3支架4传声器21顶面22底面23左侧面24右侧面具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。参考图1，本专利技术的用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置包括：有限长圆柱体阵列1、边框2、支架3和传声器4；其中，所述边框2为一中空的长方体，它包括四个面，即顶面21、底面22、左侧面23与右侧面24；所述有限长圆柱体阵列1位于边框2的顶面21与底面22之间，其包含多个等间距的有限长圆柱体；所述支架3安装在所述边框2的四个面上，其中心位置设有一用于穿设传声器4的圆管，使得所述有限长圆柱体阵列1位于传声器4的前端。下面对该装置中的各个部件做进一步的说明。所述有限长圆柱体阵列1中所包含的各个有限长圆柱体之间的距离需要根据实际的需要衰减的超声信号频率进行确定，即：a＝c0/2f；其中a为间距，c0为声波速度，f为望滤去超声波的中心频率，以利用声子晶体特有的带隙特性有效衰减以f为中心频率的超声波信号，并使得其对距离中心频率f较远处的声频声没有很明显的衰减作用，因此能最大程度的保留声频声。在实际应用中，在根据公式a＝c0/2f得到的a的基础上，可根据实际需要对a的大小进行微调。所述有限长圆柱体的高度大于30mm。在本实施例中，有限长圆柱体阵列1为一个5×5的阵列，在其它实施例中，该阵列的行数、列数可根据实际所需进行增减，不同的行数、列数对应不同大小的超声隔声量，适用于不同的测量距离。所述边框2包括4块相同的长方板，这4块长方板之间互相垂直，形成一个空心长方体，各个长方板厚度小于1mm。在本实施例中，所述边框2所含长方板的数目为4块，在其他实施例中，也可以包含5块或6块长方板。在本实施例中，所述支架3包括一个圆管和4个相同小长方板，其中的圆管用于固定所述传声器4，其长度大于30mm，其顶端与有限长圆柱体阵列的间距小于5mm；4个小长方板用于连接圆管和边框2，它们成十字形围绕所述圆管排布，并垂直于边框2的四个面，其长度大于20mm，厚度小于1mm。在本实施例中，所述支架3中所包含小长方板的数目为4个，在其他实施例中，也可以是其他数目，如3个，或5个、6个等。所述圆管的直径与选用的传声器4的大小有关，可根据实际情况进行设计。在本实施例中，用于固定所述传声器4的圆管直径稍大于1.27cm，在其他实施例中也可根据传声器4的尺寸进行设计。下面通过实验对本专利技术的声子晶体滤波装置的效果进行验证。图2和图3分别为图1所示的本专利技术的声子晶体滤波装置对超声和声频声的隔声量测量结果的示意图。从图中可以看出，该滤波装置在指向性扬声器的32.5kHz-50.5kHz的超声波频段平均隔声量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置，其特征在于，包括：有限长圆柱体阵列（1）、边框（2）、支架（3）和传声器（4）；其中，所述边框（2）为一中空的长方体，它至少包括顶面（21）、底面（22）、左侧面（23）与右侧面（24）；所述有限长圆柱体阵列（1）位于所述边框（2）的顶面（21）与底面（22）之间，其包含多个等间距的有限长圆柱体；所述支架（3）安装在所述边框（2）上，其中心位置设有一用于穿设所述传声器（4）的圆管，所述有限长圆柱体阵列（1）位于所述传声器（4）的前端。

【技术特征摘要】
1.一种用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置，其特征在于，包括：有限长圆柱体阵列(1)、边框(2)、支架(3)和传声器(4)；其中，所述边框(2)为一中空的长方体，它至少包括顶面(21)、底面(22)、左侧面(23)与右侧面(24)；所述有限长圆柱体阵列(1)位于所述边框(2)的顶面(21)与底面(22)之间，其包含多个等间距的有限长圆柱体；所述支架(3)安装在所述边框(2)的右侧面上，其中心位置设有一用于穿设所述传声器(4)的圆管，所述有限长圆柱体阵列(1)位于所述传声器(4)的前端。2.根据权利要求1所述的用于高指向性声频扬声器测量系统的声子晶体滤波装置，其特征在于，所述的有限长圆柱体阵列(1)中所包含的各个有限长圆柱体之间的距离根据实际的需要衰减的超声信号频率进行确定，即：a＝c0/2f，其中a为间距，c0为声波速度，f为期望滤去超声波的中心频率，所述有限长圆柱体的高度大于30mm。3.根据权利要求1所述的用于高指向性...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬培锋，胡文林，杨军，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11