一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的分析預(yù)報(bào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)雜聲學(xué)空間的聲學(xué)分析方法，尤其涉及一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的分 析預(yù)報(bào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 封閉空間聲場(chǎng)的理論研宄回答的是給定了形狀且已知了墻壁材料的房間內(nèi)聲波 是怎么傳播的這樣一個(gè)物理方面的問(wèn)題，程建春，田靜，創(chuàng)新與和諧：中國(guó)聲學(xué)進(jìn)展.科 學(xué)出版社，2008年。對(duì)封閉空間聲場(chǎng)的研宄方法通常分為兩類，即幾何聲學(xué)和波動(dòng)聲學(xué) (Xiang N., Summers J. E. , Acoustics in coupled rooms:modelling and data analysis. International Symposium on Room Acoustics, Seville, 2007. )〇 基于聲音沿直線 傳播這一假設(shè)的研宄方法統(tǒng)稱為幾何聲學(xué)，包括統(tǒng)計(jì)聲學(xué)模型，Simmers J. E., Torres R. , Shimizud Y. , Statistical-acoustics models of energy decay in systems of coupled rooms and their relation to geometrical acoustics. Journal of the Acoustical Society of America, 2004, 116:958 - 969·，擴(kuò)散方程模型 Jing Y·，Xiang N. , A modified diffusion equation for room-acoustic prediction (L). Journal of the Acoustical Society of America, 2007, 121:3284 - 3287 ；Valeau V.,Picaut J. , Hodgson M. , On the use of a diffusion equation for room-acoustic prediction. Journal of the Acoustical Society of America, 2006, 119:1504 - 1513 等。但是，聲音的本質(zhì)是一 種波動(dòng)現(xiàn)象。這樣，將聲音看作聲線或者是粒子的直線傳播的幾何聲學(xué)無(wú)法揭示聲場(chǎng)的 聲學(xué)特性細(xì)節(jié)，且這一假設(shè)限制了幾何聲學(xué)在高頻的發(fā)展。于是，一些學(xué)者從波動(dòng)的角度 來(lái)研宄室內(nèi)聲學(xué)。莫爾斯在聲學(xué)中引入簡(jiǎn)正波理論，求得了室內(nèi)聲場(chǎng)的簡(jiǎn)正波解Morse P.M. ,Vibration and sound. McGraw-Hill, 1936。然而，在將波動(dòng)理論拓展至具有不規(guī)則幾 何形狀和不均勻界面聲學(xué)特性的一般性聲學(xué)問(wèn)題時(shí)，由于聲場(chǎng)幾何形狀和邊界條件無(wú)法精 確地用數(shù)學(xué)公式表示，所以只能提出形式解，無(wú)法得到精確的解析解：程建春，田靜，創(chuàng)新與 和諧，中國(guó)聲學(xué)進(jìn)展.北京：科學(xué)出版社，2008年。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)算速度快、適用范圍廣的，一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的 分析預(yù)報(bào)方法。
[0004] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的分析預(yù)報(bào)方法，包括以下步驟，
[0006] 步驟一：將復(fù)雜形狀聲學(xué)空間對(duì)象劃分為N個(gè)子空間，N>2,每相鄰的兩個(gè)子空間 通過(guò)親合面親合；
[0007] 步驟二：選擇每一個(gè)子空間的聲壓函數(shù)，確定每一個(gè)子空間的剛度矩陣和質(zhì)量矩 陣；
[0008] 步驟三：確定聲學(xué)空間的耦合能量，得到總體耦合剛度；
[0009] 步驟四：對(duì)所有N個(gè)子空間的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣以及總體耦合剛度矩陣分別進(jìn) 行整合排列，形成聲學(xué)空間的總體質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，得到聲學(xué)空間的特性方程；
[0010] 步驟五：根據(jù)聲學(xué)空間的特性方程，得到聲學(xué)預(yù)報(bào)信息，聲學(xué)預(yù)報(bào)信息包括聲學(xué)空 間的頻率和模態(tài)。
[0011] 本發(fā)明一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的分析預(yù)報(bào)方法，還可以包括：
[0012] 1、確定聲學(xué)空間的耦合能量為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的分析預(yù)報(bào)方法，其特征在于：包括以下步驟， 步驟一：將復(fù)雜形狀聲學(xué)空間對(duì)象劃分為N個(gè)子空間，N>2,每相鄰的兩個(gè)子空間通過(guò) 耦合面耦合； 步驟二：選擇每一個(gè)子空間的聲壓函數(shù)，確定每一個(gè)子空間的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣； 步驟三：確定聲學(xué)空間的耦合能量，得到總體耦合剛度； 步驟四：對(duì)所有N個(gè)子空間的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣以及總體耦合剛度矩陣分別進(jìn)行整 合排列，形成聲學(xué)空間的總體質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，得到聲學(xué)空間的特性方程； 步驟五：根據(jù)聲學(xué)空間的特性方程，得到聲學(xué)預(yù)報(bào)信息，聲學(xué)預(yù)報(bào)信息包括聲學(xué)空間的 頻率和模態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的分析預(yù)報(bào)方法，其特征在于：所述 的確定聲學(xué)空間的耦合能量為：
其中P(I為聲場(chǎng)介質(zhì)密度，Pi(Pm)為的子空間l(m)的聲壓，n為外法線方向，Slm為子空 間1和m間耦合面的面積，《為系統(tǒng)圓頻率，令耦合聲能量表達(dá)式W。對(duì)聲壓函數(shù)歸一化坐 標(biāo)每一個(gè)分量匕的導(dǎo)數(shù)等于零，1 = 1，2, ...，N，得到整個(gè)聲學(xué)空間的總的耦合剛度矩陣K。。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的分析預(yù)報(bào)方法，其特征在于：所述 的聲學(xué)空間的特性方程為： (Kz- ?%)P = 0 其中1和Mz分別為整個(gè)聲學(xué)空間的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，P為全局歸一化坐標(biāo)向量， 其可以表示成P=的，P2，…，Pn]t。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)雜形狀聲學(xué)空間的分析預(yù)報(bào)方法。將復(fù)雜形狀聲學(xué)空間對(duì)象劃分為N個(gè)子空間，N>2，每相鄰的兩個(gè)子空間通過(guò)耦合面耦合；選擇每一個(gè)子空間的聲壓函數(shù)，確定每一個(gè)子空間的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣；確定聲學(xué)空間的耦合能量，得到總體耦合剛度；對(duì)所有N個(gè)子空間的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣以及總體耦合剛度矩陣分別進(jìn)行整合排列，形成聲學(xué)空間的總體質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，得到聲學(xué)空間的特性方程；根據(jù)聲學(xué)空間的特性方程，得到聲學(xué)預(yù)報(bào)信息。本發(fā)明具有收斂速度快、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104778321
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510175544
【發(fā)明人】靳國(guó)永, 陳躍華, 葉天貴, 宿柱, 楊傳猛, 劉志剛, 賈星照
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日