赋能声学：电压放大器在声纹影成像系统构建中的关键作用

在现代科技发展进程中，声探测技术的应用场景不断拓展，如无损检测、水下探测、医疗诊断等领域都依赖于声波的有效利用。在这些应用里，电声装备作为关键部分，其探测性能与声学特性紧密相连。随着应用需求的增长，对电声装备探测性能的要求越来越高，这使得提升声学特性成为该领域发展的关键问题之一。声功能器件与电声装备的耦合为提升声学特性提供了新方向，但其现有结构复杂、声波调控能力有限，难以适应电声装备集成化、小型化和智能化的发展趋势，因此急需探索新的理论、机理和结构。

在提升电声装备探测性能的研究中，功率放大器是一个重要因素。在水下声呐探测方面，探测能力与声压级紧密相关。关于声功能器件的研究过程中，如在对各类声功能器件进行实验测试时，功率放大器又发挥着不可或缺的作用，用于驱动声波探头产生所需声波。因此，研究如何在声学超构材料和新型声功能器件的设计中，更好地利用功率放大器，成为推动电声装备技术发展的重要环节。

本实验选用的功放是Aigtek,ATA-2021H,输出电压增益x0~60（0.1step/1step）可调最大输出电压200Vp-p(±100Vp)，最大输出电流500mAp（＞50Hz）。

实验名称：声纹影可视化系统实验

实验原理：

纹影可视化系统实验原理基于声波传播对空气密度的影响以及光线折射原理。声波传播时，空气微团会发生膨胀与压缩，进而形成疏密区域，导致空气局部密度改变，引起折射率变化。从点光源发出的光线经凹面镜会聚后，由于声波造成的空气折射率变化，部分光线偏离原路径，落在相机光圈之外，从而在纹影图像区产生明暗条纹，这些条纹对应着实际声场，实现了声波的可视化。实验中，目标频率25kHz方波信号由信号发生器产生，经功率放大器放大后驱动声波探头阵列发射声波，声波经矩形波导以平面波形式传播进入样品。LED点光源信号与目标频率信号同步，微调频率差可辅助观察声波“传播”，以此来研究声波在样品中的传播特性。

实验框图：

实验实拍图：

实验过程：声纹影可视化系统实验旨在观测声隐身斗篷的“声隐身”现象，其中功率放大器发挥着关键作用。实验时，由信号发生器产生目标频率25kHz的方波信号，该信号功率较弱，无法直接驱动声波探头阵列产生满足实验观测需求的声波。此时，功率放大器（AigtekATA-2021H）对信号进行放大，增强其功率。放大后的信号驱动声波探头阵列发射声波，声波经上下为吸收边界的矩形波导以平面波形式传播并进入3D打印制备的样品。从点光源发出的光线经凹面镜会聚，相机置于凹面镜两倍焦距处，因声波传播使空气密度改变、折射率变化，光线产生偏移，在纹影图像区形成对应实际声场的明暗条纹，被相机拍摄后传输给计算机处理。LED点光源信号与目标频率信号同步，微调频率差可辅助观测。在此过程中，功率放大器是信号得以有效放大的关键设备，它保证了声波探头能发射出强度足够的声波，让实验现象更明显，确保了整个声纹影可视化系统实验的顺利进行与观测效果。

应用方向：声学研究，声功能器件研发与测试，水下探测，医疗诊断，安防与军事

应用场景：声纹影可视化系统、实验过程、声波可视化、声学特性观测，声学超构材料、声隐身斗篷、声衍射超表面、近零折射率超构材料

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图：ATA-2000系列高压放大器指标参数

西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测量仪器研发、生产和销售的高科技企业，为用户提供具有竞争力的测试方案。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。

审核编辑 黄宇