水声功率放大器模块在圆柱壳结构声源辐射研究中的应用

客户需求：实验需要在消声水池中对圆柱壳声源振动和远场声压进行实验测量，圆柱壳内部尺寸为：高0.5m(不含盖板)，壳外径0.5，内径0.497m，上下盖板高0.014m，所以对圆柱壳内功率放大模块的尺寸以及供电电压有要求（脉冲功率要求：不小于800VA,尺寸要求：长度＜300mm、宽度＜250mm、350mm，供电电压要求：DC25V)

解决方案：功率放大模块采用安泰ATA-ML110水声功率放大器，该放大模块，脉冲功率可达1000VA，尺寸为280mm×240mm×300mm，供电为DC20-28V

实验名称：圆柱壳结构声源辐射特性在自由场中的实验研究

实验设备：消声水池、信号发生模块、ATA-ML110水声功率放大器，水听器阵、电荷放大器、东华采集卡、计算机、加速度计

实验过程：

图1.1：实验装置图

本实验在消声水池中进行，圆柱壳结构声源实验装置如图1.1所示，实验测量系统如图1.2和1.3所示。实验采用的柱壳声源高0.5m(不含盖板)壳外径05m，内径0.497m，上下盖板高0.014m，材料为铁质材料，内部填充空气，在轴向0.35m处内表面施加径向机械激励，将圆柱壳结构声源放置于消声水池中，消声水池背景噪声级为66dB，实验时通过信号源发出500HZ-3kHz，幅值为1vrms的带限白噪声信号，经过水声功率放大模块放大到800VA发出信号，使用距离声源6m处的水听器阵测量远场声压，利用加速度计测量圆柱壳声源表面振动。因受到加速度计长度的限制，振速在水面下方1m处测得，声压在距水面4m处测得。使用东华采集器采集信号，再经过Matlab得到声压和圆柱壳表面振速。圆柱壳结构声源表面水密加速度计分布如图1.4所示。位置1、3和9之间相隔45度，在位置1和9正中间加入10、1和3中加入位置2，相隔22.5度，轴向每隔7.1cm安装一个水密加速度计，共60个水密加速度计，可以测量得60个不同位置的振动速度，实验经过多次测量得到平均结果。同时还放置一个已知球源在圆柱壳声源相同位置处作为标准声源，同样通过信号源发出0-3kHz的带限白噪声信号，使用东华采集器采集声压数据，存储为频谱信号。实验时通过旋转装置旋转圆柱壳一周使用水听器振测量圆柱壳包络面声压数据，每次旋转18°，共计20组，实验经过多次测量得到平均结果。球源无需旋转，得1组数据。

图1.2：圆柱壳结构声源实验测量系统

图1.3：球源实验测量系统

图1.4：加速度计分布图

实验结果：

在消声水池中的实验忽略混响声对声场的影响，声源的辐射声功率级可以表示成：

N为水听器阵测量包络面划分的小面元个数：Sj为第j个小面元面积：P2j为水听器阵测量包络面上第j个小面元对应的均方声压，Pref=1uPa为参考声压。

在Matlab中经过计算得到圆柱壳声源的辐射声功率级和面平均速度的测量结果如图1.5所示。在Malab中经过计算得到球源的辐射声功率级的测量结果如图1.6所示。

图1.5：圆柱壳结构声源在消声水池中的辐射声功率级和面平均速度

图1.6：球源在消声水池中的辐射声功率级

ATA-ML110在本实验中的作用：

该模块由电源模块，放大器模块，输出变压器模块，匹配电感器模块四部分组成，可直接放大信号源输出电压，驱动水听器阵，不需要对信号做二次处理；

外观尺寸小，大大节省了圆柱壳内部空间，便于和信号源模块，电荷放大模块等其他模块集成于圆柱壳内；

供电电压为DC20-28V，操作更加简单，同时大大减少了集成系统的成本;

输出功率可达1000VA，可完美驱动实验所用的大功率水听器阵，使测到的圆柱壳声源表面振动更加明显，对辐射声功率级和面平均速度的计算更加准确；

安泰水声ATA-ML110水声功率放大器模块：

图：ATA-ML110水声功率放大器模块

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审核编辑黄宇