穿孔板的声学厚度修正

使用有限元法计算穿孔板的声学厚度修正系数,研究穿孔率、穿孔板厚度、孔径和穿孔排列形式对声学厚度的影响,获得了穿孔率低于40%的穿孔板的声学厚度修正系数。计算结果表明:穿孔板厚度、孔径和排列形式对声学厚度的影响不大;穿孔率对声学厚度影响很大。基于数值计算结果给出了声学厚度修正系数的近似表达式,利用由该表达式形成的穿孔声阻抗公式计算了穿孔管消声器的传递损失,计算结果与实验结果吻合良好,从而验证了应用该表达式预测穿孔管消声器消声性能的准确性。     

薄纤维层对穿孔板的声学影响研究

为了提高附着薄纤维层穿孔板的声学预测精度,通过实验及理论分析方法研究薄纤维层对穿孔板的声学影响。采用声学阻抗管系统测试穿孔饰面板及背腔的吸声系数。测试结果显示,薄纤维层对吸声层的吸声性能具有明显的提高作用。以穿孔板声阻抗模型为基础构建附着薄纤维层的穿孔饰面板等效声阻抗模型,以附加修正参数等效薄纤维层的声学影响。依据吸声系数测试结果计算薄纤维层的等效声学修正参数,结果显示薄纤维层造成的附加阻性修正比较显著。     

高声压级时穿孔结构非线性声学特性的研究

本文基于赵松龄等发展的小孔非线性声阻理论,导得对于驻波管中垂直入射以及行波管中旁支入射二种情况下的穿孔声学结构的非线性声阻率比表示式。文章指出,在计及非线性声阻后,穿孔吸声结构的吸声系数以及共振式消声结构的消声量都将表现出与入射声压有关。实验分别是在高声强驻波管与行波管中进行的。实验时最大入射声压级接近155dB（基准声压20μPa）。实验结果与理论预期的良好吻合。为了有利于理论的实际应用,文章也提出一些表示非线性声阻作用的临界条件。     

均匀流直通穿孔消声器的声学特性分析

将数值模态匹配法(NMM)扩展应用于计算有均匀流存在时直通穿孔管抗性和阻性消声器的声学特性,编写了相应的计算程序。对于圆形同轴穿孔管抗性和阻性消声器,应用数值模态匹配法计算得到的传递损失结果与实验测量结果吻合良好,从而验证了计算方法和计算程序的正确性。进而应用数值模态匹配法研究了运流效应和穿孔阻抗以及穿孔管偏移对穿孔管抗性和阻性消声器传递损失的影响。研究结果表明,马赫数越高,穿孔管抗性消声器在中高频的消声量越高,阻性消声器在整体频段内的消声性能越差;低马赫数时运流效应对穿孔管抗性消声器的影响可以忽略,马赫数较高时运流效应和穿孔阻抗的影响比较明显;对于穿孔管阻性消声器,穿孔阻抗对消声器声学特性的影响比运流效应的影响小,但是与真实值的差别不可忽略;穿孔管偏移对消声器声学特性的影响与频率和消声器结构均相关。     

均匀流直通穿孔消声器的声学特性分析

将数值模态匹配法(NMM)扩展应用于计算有均匀流存在时直通穿孔管抗性和阻性消声器的声学特性,编写了相应的计算程序。对于圆形同轴穿孔管抗性和阻性消声器,应用数值模态匹配法计算得到的传递损失结果与实验测量结果吻合良好,从而验证了计算方法和计算程序的正确性。进而应用数值模态匹配法研究了运流效应和穿孔阻抗以及穿孔管偏移对穿孔管抗性和阻性消声器传递损失的影响。研究结果表明,马赫数越高,穿孔管抗性消声器在中高频的消声量越高,阻性消声器在整体频段内的消声性能越差;低马赫数时运流效应对穿孔管抗性消声器的影响可以忽略,马赫数较高时运流效应和穿孔阻抗的影响比较明显;对于穿孔管阻性消声器,穿孔阻抗对消声器声学特性的影响比运流效应的影响小,但是与真实值的差别不可忽略;穿孔管偏移对消声器声学特性的影响与频率和消声器结构均相关。     

声纳导流罩吸声障板声学特性的研究

本文研究内容属于舰艇声兼容性技术研究的一部分。应用声学软件SYSNOISE计算了,声纳定向发射时某试验用声纳导流罩及尾部吸声障板的声场特性,同时进行相同工况的水下模型试验。计算结果与试验结果吻合良好,说明应用声学软件对声纳声场进行计算是一种可行的方法,有可能推广至其他的水下模型的声场计算。结果数据反映了吸声障板对声纳定向发射时声场的影响,为舰艇总体声纳导流罩内吸声障板的结构设计、声兼容设计提供依据。     

微穿孔板复合板型声学超材料的低频吸声

针对单层微穿孔板的低频吸声问题提出了微穿孔板复合板型声学超材料结构。将板型声学超材料置入微穿孔板结构的背腔内部实现结构复合。实验结果表明:在相同背腔厚度下,复合结构的吸声性能整体优于单层微穿孔板结构,其中复合结构的吸声曲线从396~892 Hz均大于0.6,在453 Hz处吸声系数达到0.972。利用有限元方法对复合结构进行了仿真,仿真计算的吸声曲线与实验吸声曲线的趋势基本相同,同时发现低频吸声主要由板型声学超材料与声波相互作用贡献。板型声学超材料的吸声峰值的对应频率处,其等效动态质量密度从正变负。在复合结构内部的微穿孔板和板型声学超材料存在相互耦合作用,使得复合结构的第一峰值发生微小偏移。增加板型声学超材料的质量块重量可以使第一吸声峰值向低频移动;保持总背腔厚度不变,增加板型声学超材料的子腔厚度,也可以使第一吸声峰向低频移动。     

微穿孔板抑制不稳定燃烧的声学数值仿真

为了研究微穿孔板吸声结构对不稳定燃烧的抑制作用,采用高精度的计算气动声学(Computational Aeroacoustics,CAA)方法开展时域下的数值仿真。首先对带有压力时滞模型的三维声学扰动方程进行求解,给出发动机不稳定燃烧的频率信息。然后通过解析模型分析微穿孔板吸声结构的阻抗特性,并由多自由度宽频阻抗模型模拟微穿孔板对该不稳定频率的抑制作用。仿真捕捉到的不稳定燃烧频率与地面试车测得的频率相一致。表明采用的计算气动声学方法及相应模型可以准确地捕捉不稳定燃烧的频率信息,并分析微穿孔板对不稳定燃烧的抑制作用,对于工程上快速预测不稳定燃烧具有一定意义。     

扩散场内微穿孔板吸声特性的实验研究

在驻波管和混响场内对微穿孔板吸声结构做了吸声测量。同时在混响室对微穿孔板加吸声材料混合结构做了吸声测量。目的是了解微穿孔板在随机入射场或混响场内的吸声特性与垂直入射的关系。文中给出计算及测量结果,并说明了影响微穿孔板吸声结构特性的因素,以及在实际应用中的注意点。对今后要进行的工作提出了建议。     

穿孔板振动的实验研究

本文测量了穿孔率从0.008到0.30的穿孔板的共振频率,将此共振频率与未穿孔的相同板的共振频率比较,求得穿孔板的共振频率与穿孔率之间的关系。本文也对穿孔板的阻尼因数作了初步测量。     

直通穿孔管消声器声学特性预测的数值模态匹配法

将数值模态匹配法应用于计算横截面为任意形状的直通穿孔管抗性消声器的声学特性。应用二维有限元法计算横截面的本征值和本征向量,应用模态匹配技术求解模态幅值系数,进而得到所需的声学量。对于圆形和椭圆形直通穿孔管消声器的传递损失,数值模态匹配法计算结果与三维有限元计算结果和相应的实验测量结果吻合良好,表明数值模态匹配法能够精确计算直通穿孔管消声器的声学特性。计算结果表明,穿孔管的偏移影响消声器在中高频段的消声特性,同轴结构消声器的消声性能好于非同轴结构。      

三层微穿孔板的优化设计及特性分析

根据马大猷的微穿孔板理论,计算了三层微穿孔板的吸声系数。应用遗传算法对其结构参数进行了优化,并对其吸声特性进行了分析研究,与优化后的双层微穿孔板结构进行比较,结果表明:经过遗传算法优化后的三层微穿孔板在频域上能够获得更加饱满的吸声系数曲线,接近传统吸声材料的吸声性能。并且通过实验验证了优化设计的结果。     

海底介质的声学特性研究

海底作为声波在水中传播的下边界,其声学特性对水中声场分布的影响巨大。在近60年的研究中,海底沉积物的声学特性建模研究已取得众多成果,然而这些成果还远远不能满足现代化水声技术发展的要求。文章从基本的海底结构组成出发,在海底地声建模的基础上揭示出声波与海底的作用关系。     

声学共振腔式蜗舌穿孔板厚度对离心式风机噪声的影响

本文用实验方法验证了离心式风机声学共振腔蜗舌穿孔板随着厚度的增加,其频声压级下降的幅值逐渐减小,当穿孔板厚度大于２ｍｍ时,声学共振腔蜗舌不起降低噪声作用,当穿孔板厚度小于２ｍｍ时,流量系数Ｑ和压力系数Ｐ比原机无声学共振腔式蜗舌时平均下降约４．４％和３．８７％,对风机气动力性能影响不明显。     

琵琶的声学特性

本文给出中国民族弦乐器琵琶的基本声学特性。分析了琴面板、琴马的振动模式和琴体振动声辐射的频率特性。从用琵琶弹七声音阶音得到的声频谱得出的频谱包络来分析琵琶声频谱的规律,基本上是每千赫频段内有个主要的包络峰。文中还给出演奏琵琶的指法弹和挑,实音和虚音的特点。     

波纹穿孔板吸声特性研究

研究了平面波垂直入射和掠入射两种情况下波纹穿孔板对声波的耗散作用, 结果表明在这两种情况下波纹穿孔板的声学特性都有别于平板穿孔板。在垂直入射条件下, 通过“等效穿孔率”可以在中、低频率范围内使波纹穿孔板和平板穿孔板的吸声特性“重合”。波纹穿孔板在高频范围会出现异于平板穿孔板的双尖峰现象, 进一步研究发现这是由波纹板形状导致的背腔深度的连续变化所引起的。在掠入射条件下, 波纹穿孔板与平板穿孔板无法通过“等效穿孔率”替代。波纹穿孔板的板高和板长对其声学性能都有明显影响, 当波纹穿孔板夹角(板高与1/4板长对应的正切角)相同时, 在板长小于75 mm范围内波纹穿孔板有相似的声学性能。

     

阮的声学特性

本文以大阮为主,兼顾中小阮给出阮的声学特性。阮的面板、背板与琴体内空腔和声孔组成耦合振动系统,在低频出现两个明显的共振。阮面板的振动模态与圆板振动相比较在频率不高时存在一定的规律。文中给出大阮的声频谱和琴体振动发声的影响。     

二胡的声学特性

本文给出二胡共鸣器的特性。与京胡相比,二胡琴筒内空气和膜互相作用的共振频率比琴筒四分之一波长共振频率低得相当多。膜的最低固有频率比这频率约高二倍。共鸣器的频率响应主要在这频率及其4.6倍的频率之间。文中给出琴弦在脉冲激励和拉弓情形下的声频谱。综合演奏七声音阶的频谱可得出拉里、外弦的二胡声频谱包络作为二胡声的频率特性。     

微穿孔板和小孔喷注——马大猷教授对声学的特殊贡献

微穿孔板吸声体是马大猷教授提出的一项特殊的设计技术,自上世纪80年代以来被广泛地应用在音质处理和噪声控制中。微穿孔板吸声体是一种无纤维的宽带吸声材料,它不仅能够应用在传统的建筑声学和噪声控制等领域中,更有意义的是它适用于高温、高速气流、高洁净、需要透明采光等一些极端条件下。当微穿孔板后面有一定的空腔时,它可以在低频的几个频程内具有很高的吸声系数。
在喷注噪声控制理论方面,马教授根据小孔喷注噪声与其压力和直径的关系,根据人的听觉生理和心理特性,提出了在气流或者蒸汽出口的颈部处设计合适的小孔结构,可以大大减少气流噪声对人的干扰作用可听声频段内的声辐射,降噪量一般来说可以达到20~60 dBA的降噪量。这就是小孔喷注理论。
本文回顾了马大猷教授在他学术生涯第二个春天里结出的这两颗硕果——微穿孔板和小孔喷注,关于微穿孔板在声场和声源噪声控制中的声学特性理论,主要回顾和讨论了微穿孔板结构的研究进展及其在噪声控制中的实际应用,以及小孔喷注噪声的主要能量转移到超声波频段内的物理概念,这一概念对现代喷注噪声控制的发展依然具有重要意义。     

高声强下的微穿孔板

微穿孔板的穿孔面积(例如百分之一左右)比一般都低,所以在稍高的声强下,穿孔内的质点速度可达到相当高的数值(和声速比),因而将影响微穿孔板的声阻抗和它的特性。理论证明,穿孔,做为短的细管所受影响不大,但其末端改正则由于形成喷注,使其声阻大为增加,声质量则稍有降低。后果是使微穿孔板适用的声强范围受限,但也可以根据这个规律延伸微穿孔板的使用到更高声强。文中将举例说明这些关系。