Page 67 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 莫喜平： 散射条件下声源分离及参数获取的平行障板方法 527

声源为ϕ10 mm×24 mm的脉动圆管，以y 为对 曲线 (如图 3 所示)，曲线标识说明如下：B-8000 代
称轴，几何中心与坐标原点重合，在其上方与 Ox 轴 表障板条件下 8000 Hz 频率声源的 |p(r)r| ∼ r 曲
平行、距圆管几何中心0.5 m处放置直径为0.8 m的 线，N-8000 代表无障板条件下 8000 Hz 频率声源的
刚性薄板，圆管外表面径向脉动位移幅值为 10 µm， |p(r)r| ∼ r 曲线。
运用 ANSYS 有限元软件建模计算 [10] ，采用二维轴
200
对称模型，分析Ox轴上声压幅值分布情况。由于模
型比较简单，有限元模型图及建模过程在此从略，以 160 B-10000
下直接给出计算分析结果。 120 N-10000
利用 ANSYS 软件的通用后处理的路径操作功 ܦԍˁᡰሏ˲ሥ/(kPaSm) B-8000
能，取 Ox 轴上距坐标原点 0.1 ∼ 10 m 范围内定义 80 N-8000
分析路径。由公式(2)可知，声源在远场区域声压幅 40 B-5000
值与距离 r 的乘积 |p(r)r| 应该为一固定值 (此处不 N-5000
0
     
考虑介质吸收衰减，数值上与距声中心 1 m 处等效
ᡰሏ/m
声压值相等)，因此为了清晰描述由近场至远场的声
图 3 脉动圆管换能器及加设平行障板情况的
场变化规律，将场点声压幅值与距离 r 的乘积作为
|p(r)r| ∼ r 曲线
函数变量，研究|p(r)r| ∼ r 的变化规律。图2分别给 Fig. 3 The curves of |p(r)r| ∼ r for a pulsating
出 5000 Hz、8000 Hz、10000 Hz 频率下 |p(r)r| ∼ r tube transducer and with a parallel baffle
曲线。由图 2 给出的曲线可以看出，在近场区域呈
由图 3 结果可以看出，10000 Hz 以下频率，
现了明显的振荡行为，与公式 (1) 描述的规律相符
ϕ10 mm × 24 mm 的脉动圆管声源在距几何中心
合，并且随着频率增大，在距声源较近的区域振荡
0.5 m 处已经是远场范围了，增加平行障板后，远场
的周期数增多，近场区间范围变大，这也与声辐射
临界点 r d 处在较远的位置，并且随频率升高，远场
基本规律相一致；随着 r 增大，所分析三个频率的
临界点 r d 将更远。图 3 曲线中，10000 Hz 频率下圆
|p(r)r| ∼ r 曲线分别趋近于各自的定值，表明已经
管声源与平行障板条件下远场曲线存在一定差异
过渡到远场区域。
性，这个偏差在 0.3 dB 以下，在声学测量中这样误
200
差是允许的。因此上述结果表明：在满足远场条件
ܦԍˁᡰሏ˲ሥ/(kPaSm) 120 B-8000 射时该场点声压幅值在误差允许范围内是相等的。
时，声源平行障板条件下测得声压幅值与其独立发
160
B-10000
结合图 1 模型和上述分析结果，根据文献[8] 的
80
基本声学理论，给出以下远场基本条件：
B-5000
40
r d > R + 4 (D + L) 2 , (3)
λ
0
     
其中，R 为平行障板半径，D 为声源中心距障板反射
ᡰሏ/m
面的垂直距离，L 为声源沿着与障板垂线方向的最
图 2 加设平行障板的脉动圆管换能器 |p(r)r| ∼ r
大几何尺寸，λ 为声波波长。公式 (3) 给出的远场临
曲线
界点，考虑了平行障板的横向尺度和系统的垂直孔
Fig. 2 The curves of |p(r)r| ∼ r for a pulsating
径，既要求测试点位于障板外围区域，同时需要满足
tube transducer with a parallel baffle
远场基本条件。
为了分析平行障板对声源远场辐射的影响，对
比分析了上述模型圆管声源在不存在障板条件下 2 平行障板方法的设计与仿真研究
的辐射声场情况，设置同样激发条件，分析的声场
区间也是 Ox 轴上距坐标原点 0.1 ∼ 10 m 范围，同 针对本文开始时提出的问题，假定某个声源上

样给出三个频率有障板和无障板条件下 |p(r)r| ∼ r 半空间处于复杂散射环境中，无法分离测量该声源