基于换能器阵列的单向声边界的研究

使用强非线性声学介质/结构可获得声波的单向传播性，但目前仅有的一维实验模型只对某带宽中的几个频率点有效。本项目探讨如何利用换能器阵列获得单向声学边界，使这一高新技术能够更早、更灵活地应用于国民生活和国防建设中。本项目的研究内容包括转化由Kirchhoff-Helmholtz积分方程决定的单向声边界对控制源的要求，计算理想的控制源并加以离散，设计自适应控制算法以及建立实验系统，最终目标是研究单向声边界的形成机理和它对周围声场的作用原理。经查询，国内外目前还没有类似的研究。本项目在理论和应用上都有较大意义：理论上，与特异、强非线性声学介质/结构相比，研究声波在边界上单向传播的本质原因和条件；应用上，因为单向声边界同时具有辐射声和散射声控制的效果，在振动物体的声隐形技术方面，具有很大优势。

该项目研究计划涉及三个方面的内容：A．单向声边界的理论研究；B．单向声边界的数值研究；C．单向声边界的实验实现。针对以上三项研究内容，执行情况如下：A方面，在一维条件下，针对声波向左、向右传播的情况，分解单向声边界的作用和效果；确定控制声源的性质，即单指向性声源，并讨论它的构建方法；探讨控制声源工作时的状态和对声场的影响；将以上结果推广至三维条件，对特殊应用条件下的简化配置进行分析。B方面，在一维条件下，设计单指向性声源的自适应控制算法；建立二维管道模型并使用精确的数值计算方法，以此研究自适应控制系统的作用机理，为单向声边界的机理解释提供帮助；将以上自适应控制算法推广至适用于三维空间的多通道控制系统，并在特殊应用条件下简化通道数和系统结构。C方面，在一维实验条件下，构建单指向性声源；通过测量各传输路径的稳态传递函数，建立单向声边界的稳定实验系统；根据之前提出的自适应控制算法，建立单向声边界的自适应实验系统；将以上结果推广至三维条件，实现特殊应用条件下散射声控制的自适应实验系统，获得了较好的控制效果。项目预期成果为：发表论文6-12 篇，其中在声学和信号处理领域的国内外一流刊物上发表3-6篇，申请发明专利1-2项。项目结题成果为：发表论文12篇，其中在声学领域的国内外一流刊物上发表SCI论文5篇，EI论文2篇；申请发明专利2项；已投出论文4篇。满足项目预期要求。