Page 148 - 《应用声学》2025年第3期

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的上底半径 a = 0.1798 m，下底半径 b = 0.0867 m， 在 3500∼6000 Hz 这一频段内对上述小尺寸结
高度H = 0.2747 m，整体尺寸约为之前硅橡胶圆台 构继续使用有限元仿真，对声场仿真结果同样按
形结构的一半，其远场指向性如图8所示。表1 给出 式 (5) 进行宽带指向性因子的计算。得到该结构与
了两种圆台形结构的参数以及调控作用的对比。在 对应频率点源共同作用时指向性因子随频率的变
固定的频率下，使用与水介质声速比小于 1 的材料 化曲线如图 9 所示。在这个频率范围内的部分特征
构造的圆台形结构，当其上底半径约为该频率下材 频率如图10所示。其中，由图 9 可见在单频下优化
料中波长的 3/2，下底半径约为波长的 3/4，高度为
X 5560
波长的 9/4 时，可以将无指向性点声源调控获得高
18 Y 17.1463
指向性声源。 X 5000
16 Y 17.4642
表 1 两种声速材料优化结果对比 X 4380
14 Y 12.8459
Table 1 Comparison of optimization results
ૉՔভጇ஝ 10
of two acoustic velocity materials 12
材料声速 1000 m/s 材料声速 500 m/s
结构参数 8
优化结果 优化结果
6 X 5270
材料声速对应波长 λ s X 4610
0.2 m 0.1 m Y 6.34781 Y 6.48943
(f = 5 kHz) 4
X 5900
上底半径 a 0.3 m 0.1798 m Y 4.77268
2
3500 4000 4500 5000 5500 6000
下底半径 b 0.1482 m 0.0867 m
ᮠဋ/Hz
结构高度 H 0.4570 m 0.2747 m
图 9 指向性因子随频率变化曲线
指向性因子 41.0766 17.4360
Fig. 9 Directivity coefficient with frequency
−3 dB 波束开角 24.10 ◦ 41.98 ◦
change curve
঴ܦԍ/Pa ঴ܦԍ/Pa ঴ܦԍ/Pa
4277+82.022i Hz 4580+70.225i Hz 4966.59+92.494i Hz
Pa Pa Pa
6
4 4
4
2 2
2
0 0 0
-2
-2 -2
-4
-4 -4
-6
(a) 4277 Hz (b) 4580 Hz (c) 4966.5 Hz
঴ܦԍ/Pa ঴ܦԍ/Pa ঴ܦԍ/Pa
5237.1+72.424i Hz 5524.2+84.706i Hz 5880.7+38.174i Hz
Pa Pa Pa
6 4
3
4 4
2
2 2 1
0 0 0
-1
-2 -2
-2
-4 -4 -3
-6 -4
(d) 5237.1 Hz (e) 5525 Hz (f ) 5880.7 Hz
图 10 小尺寸指向性调控结构部分特征频率
Fig. 10 Partial characteristic frequencies of small size directivity control structure