[發明專利]一種管道高階聲模態發生裝置及控制方法

有效

• 申請號: 202110406235.0
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113179465B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 嚴莉;黃時春;楊程;潘行健;蔣偉康
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04R5/02
• 分類號: H04R5/02;G10K11/22
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

1.一種管道高階聲模態控制方法，其特征在于，基于管道高階聲模態發生裝置實現，所述管道高階聲模態發生裝置包括模態激發管道(5)、測量管道(4)、揚聲器單元和傳聲器單元，模態激發管道(5)與測量管道(4)連接，揚聲器單元安裝在模態激發管道(5)上，傳聲器單元安裝在測量管道(4)上，且所述揚聲器單元包括多個沿模態激發管道(5)的軸向布置的環形揚聲器陣列，所述環形揚聲器陣列包括多個沿模態激發管道(5)的周向布置的揚聲器(51)；

具體的，控制方法包括以下步驟：

S1：獲取模態激發管道上各個揚聲器的位置，在模態激發管道上建立柱坐標系并分別計算每個揚聲器的柱坐標，所述模態激發管道上共安裝有N_s個揚聲器；基于模態激發管道的半徑a和揚聲器的聲源頻率f_a計算模態激發管道的可傳播模態總數N_m；

S2：構造權重矩陣α：

式中，N_s表示揚聲器的數量，元素α_ηi表示揚聲器i對于第η階聲模態的貢獻，揚聲器i的柱坐標為(a,θ_i,z_i)，第η階聲模態為(m,n)，α_ηi表達式為：

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

S3：構建模態系數列向量A_η表示第η階聲模態的模態系數，將所有的目標階聲模態的模態系數均設置為相同的非零常數，將其他非目標階聲模態的模態系數設置為零；

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

S5：基于揚聲器的聲源信息Q控制各個揚聲器播放聲音，在模態激發管道內形成目標階聲模態。

2.根據權利要求1所述的一種管道高階聲模態控制方法，其特征在于，所述揚聲器單元包括多個沿模態激發管道(5)的軸向等間距均勻布置的環形揚聲器陣列，所述環形揚聲器陣列包括多個沿模態激發管道(5)的周向等間隔角度均勻布置的揚聲器(51)。

3.根據權利要求1所述的一種管道高階聲模態控制方法，其特征在于，所述模態激發管道(5)上安裝有揚聲器導管(52)，揚聲器(51)通過揚聲器導管(52)連接至模態激發管道(5)的管壁。

4.根據權利要求1所述的一種管道高階聲模態控制方法，其特征在于，所述管道高階聲模態發生裝置還包括唇口管道(2)和末端管道(6)，所述唇口管道(2)與測量管道(4)連接，所述末端管道(6)與模態激發管道(5)連接。

5.根據權利要求4所述的一種管道高階聲模態控制方法，其特征在于，所述唇口管道(2)、測量管道(4)、模態激發管道(5)和末端管道(6)之間通過法蘭(3)連接。

6.根據權利要求4所述的一種管道高階聲模態控制方法，其特征在于，所述管道高階聲模態發生裝置還包括多個支撐架(1)，所述支撐架(1)分別用于固定唇口管道(2)、測量管道(4)、模態激發管道(5)和末端管道(6)的位置。

7.根據權利要求6所述的一種管道高階聲模態控制方法，其特征在于，所述管道高階聲模態發生裝置還包括導軌(11)，支撐架(1)的底端設有滑塊(12)，所述滑塊(12)滑動安裝在導軌(11)內。