[發明專利]一種基于模式識別的高強度Helmholtz聲源設計方法

在審

• 申請號: 202110930972.0
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113630686A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 喬正輝;譚慧俊
• 申請（專利權）人: 南京工程學院;南京航空航天大學
• 主分類號: H04R1/28
• 分類號: H04R1/28
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

本發明公開了一種基于模式識別的高強度Helmholtz聲源設計方法，包括Helmholtz聲源的設計過程，利用數值模擬方法獲得聲源內外聲壓振幅隨音頻信號頻率的變化曲線，作為模式識別對象，再評估曲線共振頻率的峰值聲壓振幅大小，通過參數試算得出Helmholtz聲源的各個電學、磁學、機械、結構、聲學參數最優值。通過識別平衡、壓縮、拉伸位置聲壓振幅頻率模擬曲線模式，可以獲得與實驗近似的Helmholtz聲源共振聲壓振幅和共振頻率帶寬范圍。利用該方法能夠設計出參數精度很高的低功耗、高聲壓振幅Helmholtz聲源。

技術領域

本發明涉及一種基于模式識別的高強度Helmholtz聲源設計方法，屬于電聲轉換領域。

背景技術

低功耗、高聲壓振幅輸出的高強度聲源在多種使用場合都具有潛在應用價值，例如直流煤粉鍋爐本體和煙道聲波除塵吹灰、露天安裝太陽能電池板聲波除塵吹灰、空氣顆粒物操控脫除、聲波懸浮顆粒平臺、聲學除塵器顆粒團聚、空氣通道及煙道內顆粒物定向聚集操控、火災煙氣消除、大氣聲學降雨及除霧等，但是低功耗、高聲壓振幅輸出的高強度聲源的設計面臨挑戰。

發明內容

為了克服現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于模式識別的高強度Helmholtz聲源設計方法，首先利用數值模擬計算出Helmholtz聲源內外聲壓振幅隨音頻信號頻率變化曲線，通過識別曲線模式，考察曲線共振頻率和峰值聲壓振幅規律，多次反饋試算修正出Helmholtz聲源的各個電學、磁學、機械、結構、聲學參數的最優設計值，實現低功耗、高聲壓振幅輸出特性。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于模式識別的高強度Helmholtz聲源設計方法，其特征是：應用Helmholtz聲源裝置，Helmholtz聲源裝置由揚聲器和Helmholtz共振器組成，所述的Helmholtz共振器由空腔和開設在空腔上的通孔組成，所述的揚聲器能向空腔輸入音頻信號，Helmholtz聲源具體設計方法為：利用數值模擬方法，計算和描繪出Helmholtz聲源內外聲壓振幅隨音頻信號頻率的變化曲線，并將曲線走勢作為模式識別的基礎參考，再將曲線共振頻率的峰值聲壓振幅大小作為評估指標，通過參數試算方法，多次反饋修正出揚聲器和Helmholtz共振器的各個電學、磁學、機械、結構、聲學參數的最優值，獲得滿足特定空間位置聲壓強度大小需求的Helmholtz聲源。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

數值模擬方法具體如下：利用下列計算公式1～17，建立Helmholtz聲源上各個電學、磁學、機械、結構、聲學參數與Helmholtz聲源內外部的輸出聲壓振幅，Helmholtz聲源的聲阻抗、等效電阻抗和等效聲阻抗，揚聲器的等效電阻抗以及剛性壁面Helmholtz共振器的聲學總阻抗之間的評估關系：

式1、式2中R_a1、M_a1和R_m1分為揚聲器振膜對附近空氣介質的輻射聲阻、輻射聲抗和輻射力阻；ρ₀為空氣介質密度；f＝ω/(2π)為音頻信號的頻率，等效于需求聲波頻率；ω為角頻率；S_a＝(πd_n1²)/4為振膜的橫截面積，d_n1為振膜的直徑；

式3、式4中Z_ine、Z_m1和Z_M分別為揚聲器的等效總電阻抗、等效聲阻抗和等效力阻抗；j為虛數，j²＝-1；B、l、R_e和L_e分別為音圈的磁感應強度、線圈導線長度、內阻和電感；R_mo、M_mo和C_mo分別為振動系統的力阻、力質量和力順；