面向微穿孔板吸声结构和吸声特性混合设计的软件平台

微穿孔板吸声结构是由微穿孔板与板后空腔组成的共振吸声结构,被认为是继多孔吸声材料之后发展起来的最有吸引力的吸声结构,其吸声特性与结构参数孔径d、板厚t、孔距b及空腔深度D有关,如何按需设计一个有效的微穿孔板吸声结构已成为目前研究的热点。本文从微穿孔板吸声结构和吸声特性混合设计的角度出发,使用面向对象的编程语言C++开发了微穿孔板吸声结构设计平台。与以往设计方法不同,本文开发的软件平台综合考虑了结构参数和吸声特性参数两方面的限制,根据实际应用要求平衡微穿孔板吸声结构的最大吸声系数与吸声带宽之间的制约关系,并以饱满的吸声曲线为目标,提供满足混合设计要求的优化结构参数。     

微穿孔板吸声体的研究进展

简述了马大猷教授的微穿孔板基本理论、微穿孔板吸声体在扩散声场以及在高声强环境下的理论要点。比较详细地讨论了30年来与马大猷教授所提理论相对应的实验研究结果及应用发展情况。基于马大猷教授的基本理论,提出了一种新的相关衍生结构——管束微穿孔板。对微穿孔板吸声体的发展趋势做了展望。表明:微穿孔板吸声体将成为新世纪的绿色理想吸声材料。     

二次余数扩散结构复合穿孔板扩散吸声研究

声学结构研究一直以来都是学术领域的研究热点。扩散吸声结构(Diffsorber)由于兼具扩散和吸声性能而具有很好的研究意义。本研究将具有良好扩散性能的二次余数扩散(Quedratic:residue diffusers,QRD)结构和具有良好共振吸声性能的穿孔板结构进行组合,依据标准AES-4id-2001对二次余数扩散结构及其与厚度为1 mm,穿孔率分别为3%,5%,8%的穿孔板复合后结构的扩散性能进行了实验研究,得到了相应的反射声能极坐标图和扩散系数。结果表明,复合结构在100 Hz至800 Hz的频率范围内仍具有良好的扩散性能;复合结构反射声能在穿孔板共振频率范围内有明显的下降(平均超过2 dB)。本研究可为扩散吸声结构的设计与研制提供依据。     

微穿孔板吸声结构水下应用研究

马大猷教授提出的微穿孔板吸声结构在空气噪声降低和隔离方面得到了广泛的应用,但未见水下应用的相关研究和报道。本文将空气中微穿孔板理论应用到水中,得到了水下微穿孔板吸声结构的吸声公式。通过理论分析,得出了微穿孔板结构直接应用于水中无法获得宽频吸收的结论。提出了通过匹配液将微穿孔板间接应用到水下的设想。设计了单层板和双层板吸声结构,并对它们的吸声特性进行了理论分析与仿真。结果表明,本文设计的微穿孔板吸声结构在水中能够获得优于空气中的宽频带吸声效果。实验测量了自制的微穿孔板吸声结构,吸声系数的测量值与理论曲线基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。     

微穿孔板和微缝板吸声体研究进展

介绍了我国在新型吸声体微穿孔板和微缝板的特点、首创、理论分析、加工制作、多方面的应用情况，以及其在国外的影响。也讨论了这些吸声体的部分发展方向。     

微穿孔空间吸声体的实验研究

作为无纤维化材料的微穿孔吸声板在建筑声学中应用日广,但过去大多是按贴墙(顶)后留空腔装置的构造形式来考虑的。本文根据混响室实验结果讨论了两种不同形式(平板式和圆筒式)的微穿孔空间吸声体的声学特性。文中有关价格性能比的分析,对设计应用也极具参考价值。由于它们的造型可有多种变化,亦为室内装饰提供了更多选择。与金属板相比,塑料膜片制成的微穿孔空间吸声体,则有质轻价廉,加工和吊装方便等优点。有关平板式空间吸声体的理论分析将另文介绍。     

阻尼耦合双层微穿孔板吸声体研究

提出并研究一种利用两板间微缝进行阻尼耦合的双层微穿孔板(DMPP)吸声体。该吸声体在两层微穿孔板(MPP)之间形成一个宽度小于1mm的微缝,因此其阻尼不仅可由板上的微穿孔提供,还可由两板之间形成的微缝提供。采用声电类比法建立了DMPP转移阻抗的理论模型,并进行实验验证,结果表明理论计算结果与实验吻合较好。然后利用建立的理论模型,对单层MPP和DMPP吸声体的吸声性能进行了对比研究,结果表明,相比于单层MPP,DMPP可以利用微缝提供的阻尼显著改善吸声性能,同时减少实际板厚。最后,对DMPP吸声体的吸声性能及其几何参数的关系进行研究,结果表明,当保持其它结构参数不变时,微缝宽度对DMPP吸声系数的提高存在一个最优值,超过或低于此值会导致吸声系数下降。     

微穿孔板吸声结构仿真计算方法研究

本文提出将马氏微穿孔板理论与传递导纳法相结合,建立简化的微穿孔板吸声结构的有限元仿真计算方法。基于阻抗管法材料吸声系数测试原理建立了吸声系数仿真实验模型,对微穿孔板结构的吸声系数进行了仿真计算,并与理论计算结果做了对比,说明了该简化方法的合理可行。同时,对金属和非金属材料的微穿孔板计算时温度传导系数的影响做了比较说明。     

应用微穿孔板吸声结构的飞机座舱内部噪声控制实验研究

针对某些特殊情况下飞机座舱内部噪声过大的实际情况,对其进行了噪声无源控制实验研究。以某飞机座舱模型为研究对象,利用微穿孔板吸声结构成功实现了一套飞机座舱模型内部噪声无源控制系统。同时利用Cada-X结构动力学分析系统建立了一套振动噪声控制性能测试系统,可广泛应用于各种振动噪声有源、无源控制系统的控制性能测试。同时对所设计的微穿孔板吸声结构吸声系数进行了理论计算和实验测量,对比结果表明其一致性良好。最后利用该测试系统对飞机座舱模型噪声无源控制系统进行了控制性能测试,控制效果明显。从而说明了此方法对飞机座舱内部噪声抑制的有效性和可行性。     

穿孔率和穿孔直径耦合下微穿孔板吸声体整体吸声性能

微穿孔板几何参数的耦合性及其对整体吸声性能的影响,对于设计微穿孔板吸声体和优化其工作性能具有指导作用。根据微穿孔板吸声体基本理论,研究了穿孔率和穿孔直径双参数耦合作用下微穿孔板吸声体的整体吸声性能。穿孔率和穿孔直径之间的耦合性与其本身取值密切相关,而与板厚和板后腔深无明显关系;在穿孔率-穿孔直径参数域上,吸声体存在吸声系数为1.0的吸收峰,整体吸声性能随穿孔率或穿孔直径从小到大变化,呈现出先增强后减弱的变化趋势。该结论能够准确解释微穿孔板受粉尘污染后吸声性能的变化规律和演变路径。论文的工作为设计微穿孔板吸声体提供了一种新的理论依据和实施方法。     

计及孔间相互作用的微穿孔板吸声特性研究

计算微穿孔板吸声系数时,假设孔间的相互作用可以忽略。计算具有不同直径微孔的穿孔板吸声系数并提高其计算精度,孔间的相互作用不能再忽略。在马大猷、Melling(梅尔林)等前人研究的基础上,根据声波辐射和传播原理,分析微孔之间的相互作用,通过修正微孔的实际等效长度,得到计及孔间相互作用微孔板吸声系数模型,并进行理论计算和实验测试。研究结果表明:影响微穿孔板吸声系数除结构参数外,还应考虑孔间的相互作用;计及微孔板各孔间相互作用,能提高共振频率、吸声系数理论值的计算精度,计算值逼近实验测试结果。     

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000] Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果;弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。     

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000]Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果,弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。     

穿纤维微穿孔板吸声系数的有限元仿真

为拓宽微穿孔板的吸声频带,该文用有限元算法建立了典型微穿孔板和穿入不同数量金属纤维的微穿孔板模型,研究了两种微穿孔板的吸声系数、声阻抗和微孔内法向质点速度的空间分布,并进行了试验验证。有限元仿真和试验数据表明:穿入金属纤维可以拓宽微穿孔板的吸声频带,吸声系数也随纤维根数的增加而下降;吸声系数仿真结果与试验结果趋势一致,仿真模型可以有效模拟穿入纤维前后微穿孔板的吸声特性;穿入金属纤维导致黏滞效应引起的低质点速度区域增大,声阻增加,引起吸声系数的降低,而声抗变化不大。研究发现,有限元仿真方法适用于结构相对复杂的微穿孔结构的声学建模,能直观地体现微孔复杂结构的影响,值得继续深入研究和工程应用。     

微穿孔板吸声体的准确理论和设计

提出以等效电路的为基础的微穿孔板吸声体的准确理论。吸声体的特性参数是板的相对声阻r,穿孔直径d和共振频率f₀,后二者合成穿孔板常数$k=d \\sqrt{f_{0} / 10}$,它与r决定微穿孔板吸声体的结构和频率特性。吸声频带半宽△f/f₀的最大值为(4/π)tan^-1(1+r),这是k值趋近于零时的极限,只要k小于1,相差也不大,这时空腔厚度接近四分之一波长。可见r值大时,带宽可达到极为可观的程度.k值大时,吸收带宽大为降低,同时空腔节厚度将成为比波长小得多的值。文中讨论微穿孔极吸声体的一般特性。     

关于微穿孔板吸声体频带宽度极限的讨论

依据马大猷教授的微穿孔板吸声体准确理论,利用计算机辅助设计对于该结构频带宽度极限情况从理论上进行了讨论,把极限频宽和最大吸声系数的制约关系量化,并得到此情况下应用于低频或高频环境孔径的选用范围,以及此情况下板厚和穿孔率与传统观念不同的特点。以上分析结果以及所提供的结构参数为宽频带微穿孔板的具体设计提供有价值的参考。     

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。

     

微穿孔吸声体随机入射吸声性能

依据\     

微穿孔吸声体的应用

根据马大猷院士的微穿孔吸声理论,实验研究了微穿孔吸声体的声学性能,将其应用于多功能体育馆,获得了满意的室内音质效果.     

降低噪声的新手段——微穿孔板吸声结构

微穿孔板吸声结构是具有良好吸声性能和使用特性的新型吸声结构。在薄金属板、胶木板、塑料板等上面穿上大量的小于一毫米的微孔做成微穿孔板,把这种板固定在硬墙壁前,板后留适当的空腔就形成微穿孔板吸声结构,如图１所示。微穿孔板吸声结构的研究工作,是文化大革命中为了解决特殊吸声结构的迫切需要,广大群众夜以继日地完成的,它是科学研究、使用部门和生产单位三结合的产物。当时为了完成在有气流、高温、火焰而有时很?...