基于低频吸声超构材料的复合消声器研究*

针对管道内低频噪声难以抑制的问题，本文基于亥姆霍兹共振腔（HR）阵列吸声板和穿孔管消声器组合，设计了一种复合式宽带消声器。首先利用有限元法仿真分析传统穿孔管消声器，发现中低频消声能力较差，通过嵌入HR阵列吸声板吸收中低频噪声。采用仿真与实验的方式研究吸声板的声学性能：在400-1000 Hz频段内的平均吸声系数达到了0.88。然后对复合式消声器进行数值模拟及3D打印阻抗管实验测试对比：复合式消声器在400-1718Hz频率范围内的平均传递损失为18.15 dB ，最终实现了管道内全频带噪声有效控制。     

喷口上游扰动对喷注噪声的影响及其抑制

本文研究了喷口上游气流受到扰动后对喷注噪声产生的影响。通过实验证明这种影响主要是上游湍流噪声辐射到喷口外部而产生的,并且观察到上下游之间存在微弱的非线性相互作用。在这个基础上进一步考察了小孔消声器对上游噪声的抑制作用,提出小孔消声器对这一部分噪声消声量的经验公式。     

水介质管路弹性背腔微穿孔消声器的传递损失特性

为抑制水介质管路系统低频噪声,兼顾结构的紧凑性,提出弹性背腔微穿孔管路消声结构,弹性管壁为橡胶帘线复合材料,并推导了传递损失的数值解法。首先,基于Biot-Allard多孔弹性理论,将弹性微穿孔板等效为弹性多孔材料;然后,利用双尺度法建立帘布的周期性代表单元,求得其刚度矩阵;接着,基于分层理论,建立弹性管壁的多层复合材料模型,并与内部声场耦合计算,得到弹性背腔微穿孔管路消声器的传递损失。在水介质驻波管中,利用双声源法测量弹性背腔微穿孔管路消声器样机的传递损失曲线,并与扩张式管路消声器和刚性背腔微穿孔管路消声器进行对比,理论结果与试验结果吻合良好。研究表明,弹性背腔微穿孔管路消声器属于反射耗散复合式消声器,具有低频域、宽频带的消声特性。样机B2在40~300 Hz和40~1200 Hz频段内的传递损失分别为36 dB和30 dB,而相同尺寸扩张式消声器在对应频段的传递损失分别为7 dB和11 dB。      

弯曲圆盘驱动的双Helmholtz共振腔换能器

使用双面同相振动的弯曲圆盘换能器驱动双Helmholtz共振腔,既放大了弯曲圆盘换能器弯曲共振频率以下频段的声输出,又利用两个Helmholtz共振腔的同相声源辐射模型实现了在Helmholtz共振频率处的"∞"字形垂直指向性,实现了低频指向性声发射。阐述了换能器实现"∞"字形低频指向性发射的机理,研究了腔体长度、金属圆片厚度及弯曲圆盘边缘简支厚度等关键结构参数对Helmholtz共振频率的影响,求解了换能器的发送电压响应、指向性等参数。依据仿真结果制作了实验样机,在消声水池中进行了电声性能测试。测试结果显示,指向性形状及液腔共振频率与仿真结果基本相符。这种由弯曲圆盘驱动的双Helmholtz共振腔水声换能器为实现水声换能器小尺寸、低频指向性发射提供了一种技术手段。      

声激波降噪研究

本文数值研究了声激波产生的条件及其降噪效果,详细讨论了声源强度,频率,管道形状,喉部流动马赫数及多频声源对声激波降噪效果的影响。由于声激波降噪需要附加一段具有高速流动的缩放管道,它会附加流动噪声和压力损失,本文提供了这方面的一组实验数据,以说明应用声激波消声器的现实可能性。     

多孔扩散型消声器外壳对其性能影响的研究

多孔扩散型消声器由于其体积小、消声性能高而广泛应用到排气噪声的降低上,其外壳对消声器的消声性能具有重要作用。本文对此类消声器外壳的孔型、孔径和孔距以及外壳同消声材料的配合方面进行了细致的实验研究,特别对外壳与消声材料的配合与其排放噪声以及外部流场之间的关系进行了探讨,得到了一些有用的结论,对消声器性能的提高具有一定指导意义。     

军用运输机机舱有源消声实验系统的设计与实现

为验证有源消声技术在军用运输机机舱低频噪声消除方面的有效性,设计和实现了一套机舱有源消声实验系统。采用“激振器+舱壁板”方式实现了飞机螺旋桨对机舱诱导噪声的声源模拟,设计了基于前馈控制结构的自适应有源噪声控制系统,构建了基于FX-LMS算法的自适应消声控制器,采用监测麦克风组对舱内空间的消声效果进行监测。实验结果验证了自适应有源噪声控制技术在军用飞机舱室消声降噪领域的有效性,并表明初、次级声源间距对自适应有源消声系统的消声效果具有重要的影响。     

非对称阻抗插入管消声器的Chebyshev-变分法建模与求解

针对非对称阻抗插入管消声器三维理论建模与求解问题,提出了一种半解析变分建模和求解方法,试验及有限元结果验证了理论模型和求解结果的正确性,开展了模态频率、声压响应及传递损失等声场特性的预测分析。首先构建插入管消声器内部子声场拉格朗日泛函,基于声压与质点振速连续性条件,得到插入管消声器三维理论模型。随后,将子声场声压展开为切比雪夫-傅里叶级数组合形式,按里兹法求得消声器三维声场模态信息。搭建了消声器传递损失试验平台,进行了刚性壁面和阻抗壁面消声器传递损失测试试验,对理论模型和计算结果进行了验证。通过算例分析了壁面阻抗的大小、阻抗面积和分布形式以及插入管偏置对消声器消声性能的影响。结果表明,提出的变分建模求解方法是有效的,对消声器壁面阻抗位置和形式的合理设置可有效降低输出声压。      

固体FTIR光声光谱的共振增强

我们在FTIR光声光谱测量工作中首次观察到由光声池频率响应特性造成的光声信号共振增强现象.研究表明,这种效应起源于样品腔中气体传声器对声压信号的响应不平坦.文中讨论了利用此效应提高光声检测灵敏度和信噪比的可能性,并且给出了一个利用共振增强方法研究导电聚合物PTh样品中SP_3结构缺陷的实例.     

二维正方排列圆柱状亥姆赫兹共振腔阵列局域共振声带隙的研究

通过对二维正方排列圆柱状亥姆赫兹共振腔阵列声性质的研究,指出局域共振型声子晶体中存在两类耦合作用, 即共振单元与基体的弱耦合作用及共振单元间的耦合作用.其中前一种耦合作用可以通过改变共振单元的品质因子而改变, 逐渐减小这种耦合作用可以实现从局域共振到布拉格共振的连续转变;后一种耦合是通过共振单元周围的近场耦合实现的, 通过减小共振单元的间距可以增大其耦合强度,因而增大带隙宽度,但带隙中波的衰减深度却是随这种耦合强度的增大而减小的.     

双稳态系统中随机共振和相干共振的相关性

研究了加性噪声和乘性噪声共同驱动的双稳态系统中的随机共振和相干共振现象. 针对加性噪声和乘性噪声之间不存在关联性和存在关联性两种情形, 引入一种适当的能同时表征随机共振和相干共振的指标, 应用一阶欧拉方法, 通过数值模拟对系统的随机共振和相干共振现象进行研究. 结果表明在弱噪声驱动下, 随着加性噪声强度的增加, 当系统出现相干共振时, 如果给系统外加一个弱周期驱动力, 几乎在同一时刻, 系统也出现了随机共振现象; 但随着乘性噪声强度的增加, 仅当加性噪声和乘性噪声之间相关时, 此结论成立. 并且系统参数对相干共振和随机共振的影响是一致的. 关键词： 双稳态系统 随机共振 相干共振     

插管结构对膨胀腔消声器声学性能的影响

将数值模态匹配法(NMM)拓展应用于计算和分析外插管膨胀腔消声器的声学性能,推导了相应的理论公式并编写了计算程序。使用二维有限元法提取横向波数和本征向量,应用模态匹配法计算消声器的传递损失。使用数值模态匹配法和三维有限元法(FEM)研究了插管长度和进出口位置对带有外插进出口管椭圆形非同轴膨胀腔消声器声学性能的影响,两种方法计算结果吻合良好,从而验证了本文数值模态匹配法的正确性。研究结果表明,设置特定的插管长度和进出口位置可以消除消声器的通过频率,进而改善消声器中低频的消声性能。      

双稳随机共振参数特性的研究

以双稳系统为研究对象，探讨了影响和产生双稳随机共振的参数选择特性.双稳系统参数和二次采样频率参数有着内在的物理联系，它们的改变都会引起势垒、势阱间距和粒子跃迁速率的改变，并使噪声能量相对重新分配，进而影响随机共振效果.根据随机共振的参数选择规律，可通过适当的参数选择来得到最佳的随机共振状态，为后续数据处理奠定基础.     

微机在有源消声中的应用

本文讨论将微机技术引入单源有源消声器。微机控制其可变参数,使消声系统能对噪声源进行自动跟踪。其参数在一定范围内随着消声情况的变化而变化,始终保持最佳的消声效果。对线状谱噪声可将其剩余噪声控制在本底噪声或比本底噪声稍高一点的范围内(～3dB)。跟踪速度较快,最佳消声状态的稳定性也较好。     

弹性结构封闭空间有源消声

本文研究了外力激励弹性结构条件下封闭空间有源消声问题。首先根据声弹性理论，提出分步代入法求解初、次级声场，然后以矩形空间为例，研究了不同介质条件下有源消声规律。结果表明：对于弹性结构封闭空间有源消声，当结构一声腔耦合较弱时，次级声源基本上只能抵消声腔模态；当结构一声腔耦合较强时，次级声源不仅能抵消声腔模态，而且对抵消与声腔模态耦合良好的结构模态辐射声也有作用。最后，以有限长圆柱封闭空间为模型，完成了结构受点力激励，腔内为空气介质和水介质条件下的单次级声源有源消声实验。验证了理论结果。     

薄膜型声学超材料对低频振动的隔声特性分析*

高效共振混合机工作频率为60 Hz,且系统处于共振,产生较大低频噪声。针对振动机械产生的有害噪声,分析了高效共振混合机低频高加速度共振混合过程的特点,得到了60 Hz低频声波穿透力强特点,相比传统的以吸声材料构建的50~100 mm厚度、隔声效果小于10 dB的隔声罩,分析了薄膜型声学超材料在低频减振降噪中的隔声特性。通过多物理场仿真分析,60 Hz时隔声量为31.4 dB,确定了硅橡胶弹性薄膜的预应力和质量块的面密度;采用3D打印机快速成型技术,构建了隔声实验装置,分析了独立隔声单元、面密度、薄膜尺寸等隔声特性规律。基于人耳在实际环境中感受到的噪声强度,提出了噪声衰减量和插入损失的分析方法,在距离声源380 mm和1000 mm的位置,60 Hz时隔声量分别为27 dB和38 dB。研究成果丰富了低频隔声特性理论,为薄膜型声学超材料的工程设计和优化提供了技术支撑。     

具有涨落质量的线性谐振子的共振行为

Brown运动中,环境分子的吸附能力使Brown粒子的质量存在涨落. 本文将这一质量涨落建模为对称双态噪声, 以考察其对系统共振行为的影响. 首先,利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换推导系统稳态响应振幅的解析表达式, 并根据相应数值结果, 研究系统的共振行为; 然后, 通过仿真实验对理论与实际的符合情况进行对比分析, 验证理论结果的可靠性及其对实际应用的指导意义. 理论结果和仿真实验均表明: 1) 系统稳态响应为频率与外部驱动相同的简谐振动; 2) 稳态响应振幅随外部驱动频率、振子质量、噪声强度及相关率的变化分别相应出现真实共振、参数诱导共振、随机共振现象; 3) 质量涨落噪声导致系统共振形式出现多样化现象, 包括单峰共振、单峰单谷共振、双峰共振等. 关键词： 质量涨落噪声 随机共振 双峰共振     

具有质量及频率涨落的欠阻尼线性谐振子的随机共振

以往的研究大多考虑线性谐振子模型受频率涨落噪声的影响, 而当布朗粒子处于具有吸附能力的复杂环境时, 粒子质量也存在随机涨落. 因此, 本文研究具有质量及频率涨落两项噪声的二阶欠阻尼线性谐振子模型的随机共振现象. 利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换, 推导了系统响应一阶稳态矩及稳态响应振幅的解析表达式. 并根据稳态响应振幅的解析表达式, 建立了稳态响应振幅关于质量涨落噪声及频率涨落噪声各自的噪声强度能够诱导随机共振现象产生的充分必要条件. 仿真实验表明, 当系统参数满足本文所给出的充分必要条件要求时, 系统稳态响应振幅关于噪声强度的变化曲线具有明显的共振峰, 即此选定参数组合能够诱导系统产生随机共振现象.     

声学随机共振实验

在特定的非线性系统中,噪声的存在能够增强信号的响应, 这种现象为随机共振. 本文实验通过观察噪声对听觉阈限的影响,使学生了解声学中的随机共振现象.     

小孔消璔器的流量和噪声特性

本文对小孔消声器的流量流阻和噪声辐射与气室压力和小孔设计的关系进行了实验研究,并取得了规律。当气流的阻塞出现在小孔时,如小孔数不大,流量和噪声能量都与小孔数或其总面积成正比,反压力甚小,只在0.1大气压力上下。经过每个小孔的流量与气室压力(驻压)成正比,但有效面积只约为实际面积的60％,小孔总面积超过喷口面积的1.5倍后,流量逐渐饱和,最后达到喷口的流量。每个小孔产生的噪声则符合一般喷注噪声的规律。根据单个小孔噪声的指向性,可求得通过孔轴的表面上的平均噪声级,这个值应与管周开孔的小孔消声器在周围产生的噪声一致,实验证实了此点。因而求得一种方法,由与喷注垂直方向的噪声级可导出小孔消声器周围的噪声级,从而得到小孔消声器消声量的修正值,小孔间距对消声量的影响文中也作了进一步的分析。