参量声源非线性声场分形特征及形态控制方法研究

Parametric sound source is a novel sound source which utilizes the nonlinear interactive effect in the process of sound propagation in the air. It can emit a sound field with high directivity and strong nonlinear characteristics which can not be described accurately with current theoretical models. Therefore, the project will be focused on the nonlinear sound field of parametric sound source and explored from the following aspects. Firstly, based on fractal theory, the fractal characteristics of the nolinear sound field will be studied to illustrate the forming and infulencing mechanism of the nonlinear sound field. Secondly, in order to build a fractal-based model, the fractal dimension will be analyzed by applying box-counting method, power spectrum method, wavelet transform method, multi-fractal method, etc. Thirdly, based on the above established model, the morphology control methods will be developed and the nonlinear signal processing algorithm models will be designed and realized. At last, the accuracy and validity of the established theoretical model will be estimated via experiments. This project will provide a more advanced accurate theoretical basis and promote the process of large-scale industrial applications for parametric sound source.

参量声源是一种利用声波在空气中的非线性交互效应工作的新型声源，其声场具有高度的指向性和强烈的非线性特征，目前尚没有精确的声场理论模型来表达其特性。为此，项目拟以参量声源为研究对象,对其非线性声场的分形特征和形态控制方法展开研究，研究内容主要包括：运用分形学理论分析声场在分形几何空间的形态特征，以揭示声场的形成机理和影响机制；采用盒子计数、功率谱、小波变换、多重分形等方法确定声场的分形维数，以建立基于分形维数的非线性声场理论模型；在理论模型基础上明确声场的形态控制方法，进而开发出新型非线性信号处理算法模型及实现方法；最后通过声场测试和实验验证评估所建理论模型的准确性和有效性。项目的研究成果可为参量声源提供更加完善的精确理论依据,对于推动参量声源的规模化应用进程具有重要意义。

项目以参量声源为研究对象,对其非线性声场的分形特征和形态控制方法展开了研究，完成的研究工作主要有：参量声源非线性声场形成机理和影响机制研究；参量声源换能器阵列材料、结构等参数对声场的影响；基于分形的参量声源声场理论分析模型建模与仿真研究；参量声源波束合成及形态控制方法的研究；参量声源非线性声场测试和理论模型验证。所取得的研究成果主要有：确立了分形理论在参量声源声场分析中的应用方法，并建立了初步的模型；初步发现可以将多重分形理论应用于KZK方程求解过程，这为后续精确理论建模研究提供了重要参考；采用信号延时叠加模式，通过改变参量声源原波波束，成功实现了差频波波束的电控偏转，并初步确定了影响参量声源声场形态的关键参数；开发出基于一种全新的基于自适应滤波预处理的残留边带信号调制算法，大幅提升了系统音质。根据研究成果转化的商业化声频定向扬声器产品，可广泛应用于广告、交通、酒店、多媒体设备、家庭影院、公共场所局部声音服务等众多领域，有极大的社会价值和经济价值。