声学学报杂志

声学学报杂志2015年第5期

• 混合压电分流电路作用下声子晶体杆振动带隙结构分析

  贺彦博,杜敬涛,

  对于电阻电感(RL)及负阻抗变换器(NIC)混合压电分流电路分别采用紧密及间隔排列方式进行带隙结构计算,并且针对分流电路中电阻、电感及电容对于局域共振带隙的影响进行研究。采用传递矩阵法建立了压电分流电路作用下声子晶体杆带隙分析的理论模型,并运用MATLAB语言对带隙结构进行编程仿真计算。通过电阻、电感、电容参数的匹配及电路不同排列方式的对比,最终得到了在混合间隔压电分流电路作用下宽度为13 kHz的带隙,并对振动控制系统稳定性进行了分析。研究结果表明:采用混合压电分流电路会对杆件带隙结果产生影响,且采用压电片间隔排列的方式会使带隙宽度明显扩大。

• 基于电接触法的行波超声电机接触特性研究

  曲建俊,李锦棒,

  电接触法是测试超声电机定转子接触状态的有效方法,但目前该方法主要用来研究电机堵转时的定转子接触状态,没有进行电机旋转时的接触状态的测试。针对该问题,对电接触法进行改进,使之可以测试电机旋转时的接触状态。基于改进后的电接触法分别对超声电机堵转和空载情况下定转子相对接触长度进行测试。结果表明,空载时定转子相对接触长度要小的多,与堵转时的最大差值约为36%。说明负载对超声电机接触状态有不可忽视的影响。最后,基于黏弹性接触模型对电机空载时定转子接触状态进行仿真计算,结果与实验值有很好的一致性,表明改进后的电接触法可有效的测试电机动态接触状态。

• 水下圆柱壳结构表面振速插值方法及其辐射声场预测

  吴海军,张一麟,蒋伟康,

  提出一种圆柱壳表面速度的全局插值算法,表面速度函数周向采用Fourier级数、轴向采用分段Lagrange函数表示,利用圆柱壳结构表面有限位置处的测量数据,计算得到速度函数的级数展开式系数,然后对表面其它位置处的振速进行插值,避免了传统的局部插值和离散产生的误差。数值算例验证了该插值方法能通过有限点位置处的数据,获取连续光滑的表面速度分布,并能满足圆柱壳辐射声场预测的需求。进而,在实验条件下,使用该插值方法对双层圆柱壳水下辐射声场进行了预测,实验结果表明通过该插值方法得到壳体表面速度分布,利用快速边界元方法计算得到的预测声场与实测声场有很好的一致性,验证了该插值方法在圆柱壳辐射声场预测中的正确性和工程适用性。

• 基于波导不变量的空中和水下声源分辨方法

  陈晓勇,方有利,孙炳文,宋文华,郭圣明,

  波导不变量反映了水下声场多途传播的干涉结构特征。将波导不变量的提取分析应用于空气中声源产生的水下声场,通过数值仿真分析了波导不变量分布随深度的变化,提出了利用小深度接收声场提取的波导不变量分布来分辨空中和水下声源的方法。分析了空气中声速和风速剖面对该方法的影响,指出在实际海上环境条件下,当出现逆温现象或者当接收器在声源下风方向时,该方法是有效的。

• 声速剖面反演对基阵倾斜失配的敏感性研究

  张维,杨士莪,黄勇,

  通过推导基阵倾斜失配给声传播时间计算带来的误差,分析了这种参数失配对基于声传播时间的声速剖面反演结果的敏感性。研究结果表明,小角度倾斜时,由基阵倾斜所带来的声速剖面反演误差与倾斜俯仰角近似成正比,与声传播时间近似成反比。当基阵倾斜方位与声源一基阵连线方向一致时带来的误差最大,而垂直时误差最小。理论计算与仿真、实验结果在变化趋势和数量级上具有较好的一致性,为反演误差预报提供了参考。

• 水下目标回波盲分离性能的瞬时频率特征评价方法

  李秀坤,夏峙,

  在水下主动声呐目标回波与混响盲分离中,针对分离结果顺序不确定性以及缺乏分离有效性衡量手段的问题,提出了以信号瞬时频率特征为指标的盲分离性能评价方法。推导了目标回波与混响的时频分布特性,理论表明目标回波在瞬时频率序列的中心偏离程度以及整体随机程度上低于混响,据此提取信号的瞬时频率方差与瞬时频率熵两种信号特征,并将二者作为从盲分离结果中识别目标回波的依据。海试数据结果表明,在盲分离得到的所有分离信号中,目标回波具有最小的瞬时频率特征值,并且该特征值越小,目标回波与混响的盲分离程度就越高。

• 不确定海洋环境中基于蒙特卡罗优化的稳健检测方法

  刘宗伟,孙超,吕连港,

  常规的检测算法在实际不确定海洋环境中会遇到环境失配的问题,进而导致检测性能下降。本文结合贝叶斯原理和广义似然比方法,基于蒙特卡罗优化技术,提出了一种不确定海洋环境中信号检测方法。该检测器将环境先验信息应用到广义似然比检验中,在保证有效检测的基础上,降低了计算复杂度。同时给出了精确模型匹配检测器、最优贝叶斯信号检测器、平均模型匹配检测器和能量检测器作为对比的检测算法。计算机仿真和SWellEx-96海上实测数据处理结果表明,本文提出的信号检测器检测取得了优于平均模型匹配检测器和能量检测器的性能,其计算效率也有明显提高。

• 通过相位内插与补偿提高相干平均线谱检测性能

  陈韶华,郑伟,付继伟,

  针对现有基于相位补偿的相干平均检测方法相位补偿不准确引起线谱检测性能下降的问题,提出了一种改进的相干平均线谱检测方法。该方法在使用FFT估计分段长度不等于信号周期整数倍引起的各段信号之间的相位差时,采用频域三点插值获得精确相位差估计,在相干平均前对分段数据乘以一个复系数,以消除该相位差使相位同步。理论分析表明,改进方法能获得最大3.9dB的增益。通过计算机仿真比较了非相干的平均功率谱法、相干平均法、改进的相干平均法的检测性能,与理论分析基本一致,验证了改进方法有更强的线谱检测能力。

• 沉积物中声速和衰减系数的宽带测量方法

  于盛齐,黄益旺,刘保华,王飞,郑广赢,

  海底沉积物作为海洋波导声传播的下边界普遍存在于大洋中,获知其特性对于准确的声传播和混响建模是十分必要的。为了能够快速而准确地测量沉积物中的声速和衰减系数,提出一种基于脉冲压缩技术的测量方法,对接收信号进行压缩来提取透射波,根据不同厚度样品的透射波来计算沉积物中的声速和衰减系数。该方法不仅可以克服实验过程中经常遇到的多途干扰,而且测量过程简单,可以同时获得测量频带内所有频点的声速和衰减系数,即实现了对声速和衰减系数的宽带测量。在实验室环境条件下,90~170kHz的测量频带内,测得沙样品中的声速为1710~1713m/s,衰减系数在56~70dB/m之间。通过窄带和宽带测量结果的比较可以看出,声速的宽带测量结果与窄带测量结果吻合得较好,而衰减系数在频带后半部分存在较大的起伏。

• 球面近场声全息中的阵列传声器分布与球面数值积分

  李敏宗,卢奂采,金江明,

  球形传声器阵列是实现封闭空间三维声场重构的测量前端,传声器在球形阵列面上的分布对三维声场重构的精度有重要影响。针对球面近场声全息方法,结合I.H.Sloan,Spherical t-designs,J.Fliege等球面数值积分法,检验传声器数目、传声器几何位置分布、积分权重、波数、基函数扩展项数、声场重构半径等参数对声场重构精度的影响。结果表明:Spherical t-designs球面数值积分法与其它积分法相比,在声场重构误差接近的情形下,允许传声器的数目和位置布置有更多的选择,并且在传声器数目一定时,各点积分权重相等,使得球面近场声全息中球面数值积分计算相对简单。

• 不确定声场分析的二阶区间摄动有限元法

  尹盛文,于德介,夏百战,

  针对一阶区间摄动有限元法在声场参数不确定程度增大时误差过大的缺陷,在二阶Taylor展开的基础上推导了声学二阶区间摄动有限元法,并将其应用于区间不确定声场的声压响应分析。该方法先对声学区间有限元方程的声压响应向量进行二阶Taylor展开,获取声压响应的二阶近似响应向量;再根据二次函数极值定理获得声压响应向量的上下界。二维管道声场与轿车声腔模型的数值分析算例表明,与一阶区间摄动有限元法相比,二阶区间摄动有限元法有效提高了计算精度。因此二阶区间摄动有限元适合不确定度更大的区间不确定声场声压响应分析,具有良好的工程应用前景。

• 马铁菊头蝠声道声学特性的数值分析

  李庭,马昕,

  采用有限元数值计算得到了马铁菊头蝠声道内部的声场分布,给出了马铁菊头蝠声道内几种特殊的腔体结构在蝙蝠发声过程中的作用。通过微型CT扫描并经过三维重构得到了马铁菊头蝠声道的三维立体模型用于有限元数值计算,通过在声门处放置单位声源计算得到了整个声道内部以及鼻孔周围的声压分布。结果表明,马铁菊头蝠声道包含了鼻腔结构后声波在声门上方的声压幅度明显大于不含鼻腔结构的情况,从传输曲线来看,声门上方鼻腔的存在使得系统对声波传输在二次谐波频率处呈现低阻抗效果,同时鼻腔的改变还可影响二次谐波的位置。而声门下方的气管空腔主要影响声波的背向转播,声门下方的气管空腔的存在可明显降低蝙蝠发声时声场在声道声门下方的声压幅度,同时抑制声音背向传播时二次谐波成分的强度。

• Ambisonics声捡拾与重放音色的双耳听觉模型分析与实验

  刘阳,谢菠荪,

  提出用双耳听觉模型对空间声音色进行分析的普遍方法,并以Ambisonics为例进行了分析。Ambisonics是基于物理声场重构的空间声系统,其最终重构声场误差以及音色改变是由传声器捡拾和重放空间混叠误差共同引起的。采用修正的Moore双耳响度模型计算了Ambisonics重构声场的双耳响度级谱并和目标声场的情况比较,从而定量评价重构声场的音色改变。结果表明,在理想捡拾信号的情况下,无音色改变重放的上限频率和区域大小随Ambisonics的阶数而增加。而对于传声器阵列捡拾的情况,只要阵列的上限频率大于Ambisonics重放的上限频率,在重放的上限频率以下,传声器阵列空间混叠误差对最终重构声场及其感知音色的影响就可以忽略。在此基础上,提出了一种综合考虑捡拾与重放性能的Ambisonics系统优化设计方法。心理声学实验得到了和双耳听觉模型一致的结果,从而也验证了模型分析的有效性。

• 滑动窗累积量的递推估计算法及其在语音端点检测中的应用

  罗雅琴,吴小培,吕钊,彭奎,桂雅骏,

  提出了一种滑动窗累积量的递推估计算法并应用于语音端点检测中,用以解决传统端点检测方法在噪声环境下检测性能变差的问题。在对含噪语音信号进行加窗之后,利用滑动窗累积量的递推估计算法估计含噪语音信号的高阶累积量值,并在此基础上结合能量特征进行语音端点检测。实验结果表明,所提滑动窗累积量递推估计算法相比较传统高阶累积量计算方法运算效率明显提高;所提端点检测算法在不同噪声和信噪比环境下相比较G.729b算法点正确率Pc-point值平均提升了6.07%。基于滑动窗高阶累积量的语音端点检测算法具有较高的运算效率及良好的鲁棒性。

• 采用2D-Haar声学特征超向量的快速特定音频识别方法

  吕英,罗森林,高晓芳,谢尔曼,潘丽敏,

  针对特定音频事件识别技术在大数据音频处理任务中的准确性和快速性问题,提出一种基于2D-Haar声学特征超向量和AdaBoost算法的快速特定音频事件泛化识别方法。首先将多个连续音频帧的常用声学特征构成“声学特征图”,进而提取维数高达数十万的Haar-like声学特征,然后使用AdaBoost.MH或速度较快的Random AdaBoost特征筛选算法,筛选出较高代表性的Haar-like声学特征模式组合,从而构成2D-Haar声学特征超向量;最后分析特定音频事件子类间的共性和差异性,提取子类别的共性,弱化子类间的差异,训练后得到一个泛化的音频事件模板,可支持多子类的泛化识别,能够准确检测并定位音频流中的特定音频事件。实验结果表明,使用2D-Haar声学特征超向量可以获得比MFCC,PLP,LPCC等常用声学特征约5%的识别精度提升、7~20倍的训练速度提升和5-10倍的识别速度提升,在网格法寻得最优参数配置下,可获得93.38%的准确率,95.03%的查全率,这为大数据量的特定音频事件识别提供了一种准确快速的处理方法。

• 船舶机械磁悬浮气囊混合隔振技术

  李彦,何琳,帅长庚,倪圆,

  有源无源混合隔振是控制船舶低频线谱噪声的重要技术,但工程应用的实例还非常少见。在磁悬浮-气囊混合隔振理论和原理样机研究的基础上,针对船用机械低频线谱的隔振需求,进一步突破了体积小、输出力大、功耗低、频响平直、波形失真度低等磁悬浮作动器工程化设计技术;解决了混合隔振器的稳定性和冲击、摇摆适应性等技术难题;研究了工程实用的控制算法,采用非线性逆模型补偿使控制系统线性化,并提出了窄带Fx-Newton时域算法,可在机械设备运行时的多线谱、多通道耦合、线谱振幅非稳态等情况下实现快速稳定控制;研制了船用200 kW柴发机组混合隔振装置,实验结果表明该技术具有优良的宽频隔振效果和低频线谱控制能力,性能可满足工程实用要求。