[發(fā)明專利]一種管道高階聲模態(tài)發(fā)生裝置及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110406235.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN113179465B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)莉;黃時(shí)春;楊程;潘行健;蔣偉康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04R5/02
• 分類號(hào): H04R5/02;G10K11/22
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

1.一種管道高階聲模態(tài)控制方法，其特征在于，基于管道高階聲模態(tài)發(fā)生裝置實(shí)現(xiàn)，所述管道高階聲模態(tài)發(fā)生裝置包括模態(tài)激發(fā)管道(5)、測(cè)量管道(4)、揚(yáng)聲器單元和傳聲器單元，模態(tài)激發(fā)管道(5)與測(cè)量管道(4)連接，揚(yáng)聲器單元安裝在模態(tài)激發(fā)管道(5)上，傳聲器單元安裝在測(cè)量管道(4)上，且所述揚(yáng)聲器單元包括多個(gè)沿模態(tài)激發(fā)管道(5)的軸向布置的環(huán)形揚(yáng)聲器陣列，所述環(huán)形揚(yáng)聲器陣列包括多個(gè)沿模態(tài)激發(fā)管道(5)的周向布置的揚(yáng)聲器(51)；

具體的，控制方法包括以下步驟：

S1：獲取模態(tài)激發(fā)管道上各個(gè)揚(yáng)聲器的位置，在模態(tài)激發(fā)管道上建立柱坐標(biāo)系并分別計(jì)算每個(gè)揚(yáng)聲器的柱坐標(biāo)，所述模態(tài)激發(fā)管道上共安裝有N_s個(gè)揚(yáng)聲器；基于模態(tài)激發(fā)管道的半徑a和揚(yáng)聲器的聲源頻率f_a計(jì)算模態(tài)激發(fā)管道的可傳播模態(tài)總數(shù)N_m；

S2：構(gòu)造權(quán)重矩陣α：

式中，N_s表示揚(yáng)聲器的數(shù)量，元素α_ηi表示揚(yáng)聲器i對(duì)于第η階聲模態(tài)的貢獻(xiàn)，揚(yáng)聲器i的柱坐標(biāo)為(a,θ_i,z_i)，第η階聲模態(tài)為(m,n)，α_ηi表達(dá)式為：

式中，J_m(κ_mna)表示m階第一類貝塞爾函數(shù)，k_z表示柱坐標(biāo)下的軸向波數(shù)，

S3：構(gòu)建模態(tài)系數(shù)列向量A_η表示第η階聲模態(tài)的模態(tài)系數(shù)，將所有的目標(biāo)階聲模態(tài)的模態(tài)系數(shù)均設(shè)置為相同的非零常數(shù)，將其他非目標(biāo)階聲模態(tài)的模態(tài)系數(shù)設(shè)置為零；

S4：求解方程組αQ＝A，得到聲源信息其中，Q_i表示揚(yáng)聲器i的聲源信息，所述聲源信息包括幅值和相位；

S5：基于揚(yáng)聲器的聲源信息Q控制各個(gè)揚(yáng)聲器播放聲音，在模態(tài)激發(fā)管道內(nèi)形成目標(biāo)階聲模態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道高階聲模態(tài)控制方法，其特征在于，所述揚(yáng)聲器單元包括多個(gè)沿模態(tài)激發(fā)管道(5)的軸向等間距均勻布置的環(huán)形揚(yáng)聲器陣列，所述環(huán)形揚(yáng)聲器陣列包括多個(gè)沿模態(tài)激發(fā)管道(5)的周向等間隔角度均勻布置的揚(yáng)聲器(51)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道高階聲模態(tài)控制方法，其特征在于，所述模態(tài)激發(fā)管道(5)上安裝有揚(yáng)聲器導(dǎo)管(52)，揚(yáng)聲器(51)通過揚(yáng)聲器導(dǎo)管(52)連接至模態(tài)激發(fā)管道(5)的管壁。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道高階聲模態(tài)控制方法，其特征在于，所述管道高階聲模態(tài)發(fā)生裝置還包括唇口管道(2)和末端管道(6)，所述唇口管道(2)與測(cè)量管道(4)連接，所述末端管道(6)與模態(tài)激發(fā)管道(5)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種管道高階聲模態(tài)控制方法，其特征在于，所述唇口管道(2)、測(cè)量管道(4)、模態(tài)激發(fā)管道(5)和末端管道(6)之間通過法蘭(3)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種管道高階聲模態(tài)控制方法，其特征在于，所述管道高階聲模態(tài)發(fā)生裝置還包括多個(gè)支撐架(1)，所述支撐架(1)分別用于固定唇口管道(2)、測(cè)量管道(4)、模態(tài)激發(fā)管道(5)和末端管道(6)的位置。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種管道高階聲模態(tài)控制方法，其特征在于，所述管道高階聲模態(tài)發(fā)生裝置還包括導(dǎo)軌(11)，支撐架(1)的底端設(shè)有滑塊(12)，所述滑塊(12)滑動(dòng)安裝在導(dǎo)軌(11)內(nèi)。