[发明专利]一种管道高阶声模态发生装置及控制方法

权利要求书

1.一种管道高阶声模态控制方法，其特征在于，基于管道高阶声模态发生装置实现，所述管道高阶声模态发生装置包括模态激发管道(5)、测量管道(4)、扬声器单元和传声器单元，模态激发管道(5)与测量管道(4)连接，扬声器单元安装在模态激发管道(5)上，传声器单元安装在测量管道(4)上，且所述扬声器单元包括多个沿模态激发管道(5)的轴向布置的环形扬声器阵列，所述环形扬声器阵列包括多个沿模态激发管道(5)的周向布置的扬声器(51)；

具体的，控制方法包括以下步骤：

S1：获取模态激发管道上各个扬声器的位置，在模态激发管道上建立柱坐标系并分别计算每个扬声器的柱坐标，所述模态激发管道上共安装有N_s个扬声器；基于模态激发管道的半径a和扬声器的声源频率f_a计算模态激发管道的可传播模态总数N_m；

S2：构造权重矩阵α：

式中，N_s表示扬声器的数量，元素α_ηi表示扬声器i对于第η阶声模态的贡献，扬声器i的柱坐标为(a,θ_i,z_i)，第η阶声模态为(m,n)，α_ηi表达式为：

式中，J_m(κ_mna)表示m阶第一类贝塞尔函数，k_z表示柱坐标下的轴向波数，

S3：构建模态系数列向量A_η表示第η阶声模态的模态系数，将所有的目标阶声模态的模态系数均设置为相同的非零常数，将其他非目标阶声模态的模态系数设置为零；

S4：求解方程组αQ＝A，得到声源信息其中，Q_i表示扬声器i的声源信息，所述声源信息包括幅值和相位；

S5：基于扬声器的声源信息Q控制各个扬声器播放声音，在模态激发管道内形成目标阶声模态。

2.根据权利要求1所述的一种管道高阶声模态控制方法，其特征在于，所述扬声器单元包括多个沿模态激发管道(5)的轴向等间距均匀布置的环形扬声器阵列，所述环形扬声器阵列包括多个沿模态激发管道(5)的周向等间隔角度均匀布置的扬声器(51)。

3.根据权利要求1所述的一种管道高阶声模态控制方法，其特征在于，所述模态激发管道(5)上安装有扬声器导管(52)，扬声器(51)通过扬声器导管(52)连接至模态激发管道(5)的管壁。

4.根据权利要求1所述的一种管道高阶声模态控制方法，其特征在于，所述管道高阶声模态发生装置还包括唇口管道(2)和末端管道(6)，所述唇口管道(2)与测量管道(4)连接，所述末端管道(6)与模态激发管道(5)连接。

5.根据权利要求4所述的一种管道高阶声模态控制方法，其特征在于，所述唇口管道(2)、测量管道(4)、模态激发管道(5)和末端管道(6)之间通过法兰(3)连接。

6.根据权利要求4所述的一种管道高阶声模态控制方法，其特征在于，所述管道高阶声模态发生装置还包括多个支撑架(1)，所述支撑架(1)分别用于固定唇口管道(2)、测量管道(4)、模态激发管道(5)和末端管道(6)的位置。

7.根据权利要求6所述的一种管道高阶声模态控制方法，其特征在于，所述管道高阶声模态发生装置还包括导轨(11)，支撑架(1)的底端设有滑块(12)，所述滑块(12)滑动安装在导轨(11)内。