高压功率放大器在声频定向系统理论研究中的应用

　　实验名称：声频定向系统自解调信号测试

　　研究方向：声频定向系统是第一种可产生高指向性可听声的新概念声源。参量声学阵的提出为利用空气中声波的非线性传播效应产生指向性声束提供了理论依据。本文探索了利用参量声学阵作为可听声源，产生指向性声频的基础理论及系统实现关键技术，以推动声频定向系统的基础性研究与实用化进程。

　　实验目的：到目前为止，声频定向系统的实验研究开展较少，使得一些关键性问题仍然未能得到有效解决。这些问题中具有典型代表意义的主要有：1.目前声频定向系统采用的理论能在多大程度上指导声频定向系统设计；2.声频定向系统的指向性、谐波失真、自解调声压等关键性能参数该如何测试才能最大程度地反应声频定向系统的总体性能；3.对声频定向系统自解调信号影响参数及规律缺乏了解，无法建立有效的测试方法体系。探索声频定向系统的性能测试方法，通过实验研究找出这些关键问题的答案。

　　测试设备：信号发生器、动态信号分析仪、1台电脑、高压功率放大器、换能器：1个300mmx300mn的PVDF膜整体式换能器、传声器1个：频率响应为20Hz~16.2kHz；信号采集设备1个，最高采样频率192kHz。

　　实验过程：声频定向系统自解调信号测试大体流程为:(1)由YB1639信号发生器，或Agilent35670A动态信号分析仪,或电脑产生正弦输入信号或宽带音频信号;(2)输入信号经DSP系统调用各种算法进行信号处理后输出到功率放大器进行功率放大;(3)功率经AigtekATA-4011B功放放大;(4)放大后的信号经换能器转换为超声波信号向空气中发射;(5)该超声波在空气中传播的过程中自解调产生高指向性可听声;(6)传声器将自解调可听声信号的声压转换为电信号输入信号采集设备;(7)由示波器TDS1012、动态信号分析仪Agilent35670A或电脑显示、采集由声压转换成的电信号，并储存该信号;(8)将TDS1012示波器或Agilent35670A动态信号分析仪储存的信号导入电脑中，通过MATLAB进行信号分析，或直接通过音频信号处理软件对该测试信号进行分析。

　　实验结果：在该项测试中，测试条件如下:(1)测试环境为一全消声室，背景噪声约为17~184B;(2)测试系统采用B&K公司专用声学测试系统;(3)测试距离为3m，并使传声器初始位置处于声波传播轴线上进行测试;(4)声频定向系统采用的信号处理方法为N阶近似平方根法，且N=3，m=0.6。

　　本次测试对频率分别为500Hz、1kHz和3kHz的输入信号在空气中产生的自解调声频波的指向性进行了测试。

　　由图7-2(a)可知,当输入为500Hz信号时,测得的-3dB指向性锐角Θ-3dB/2≈2°,-15dB指向性锐角Θ-15dB/2≈5°，因此此时自解调声频信号具有很强的指向性。

　　由图7-2(b)可知，当输入为1kHz信号时,测得的-3dB指向性锐角Θ-3dB/2≈1°,-15dB指向性锐角Θ-15dB/2≈4.5°，自解调信号的指向性略强于500Hz的自解调信号指向性。

　　由图7-2(c)可知,当输入为3kHz信号时,测得的-3dB指向性锐角Θ-3dB/2≈0.8°-15dB指向性锐角Θ-15dB/2~4°。自解调声频信号的指向性略强于1kHz输入信号的自解调信号指向性。

　　通过测试可得

　　结论7-1:(1)采用整体式PVDF膜换能器的声频定向系统，可成功产生具有很强指向性的声频波;(2)自解调信号的指向性随输入信号频率的增大而增强。

　　本文实验素材由西安安泰电子整理发布。