声场的计算机模拟

本文首先评述两种主要的计算机模拟方法:Monte Carlo法和声线法;然后用本文发展的扩散反射声线法研究房间形状、吸声器分布以及吸声系数对混响的影响;最后以一个模拟教室为例,计算其混响时间,前80ms反射声的方向分布等声场参数,说明计算机模拟在房间声学中的应用。     

论室内声场

室内声场的经典理论中只有简正波(混响声)而缺乏直达声,这不符合实际。实际上声源具有二重作用,或说声源的作用有两项功能。一是声源按自由空间辐射声波,只要不遇到室的墙壁、边界,就不会改变。自由辐射达到任一边界后,就逐渐失去其球面波的特性,成为被反射为壁面上的一系列小波,时间、空间、方向都是无规分布,但是小波的来源都可推到声源上,这是第二功能。这些小波继续传播、反射,最后形成室内允许的驻波,这些就是简正波了。所以声源既是直达声波的声源,又是室内驻波的声源。据此可改正室内声波方程,解出室内声场,包括直达声波和简正波,并求得直达声和混响声的关系。声衰变过程的特性。声衰变中,稳态声中的直达声不会立刻停止,其后果值得注意。     

室内声场公式

认为矩形室内声场的简正波解应加一代表直达声的项,以符合实际,并使简正波解应用更广。     

室内稳态声场

经典简正波理论把一声源在室内产生的声场表达为一系列简正波之和．实验测量结果常不能用这个理论解释,因此猜想简正波公式不是室内波动方程的全解,而只是其混响声部分,还应有一代表直达声的部分．在本文中从简正波理论推导的严格审查中,从室内声场的理论分析和实验测量中,证实了这个猜想,证明室内声场应包括直达声和固边界影响而形成的驻波（简正波）,并求得相应的表达式．     

室内声传播的计算机模拟

本文叙述一种用计算机来模拟室内声传播的方法,用此法可以在厅堂建成以前评价音质。数字模拟方法还可以研究室内声学中的许多基本问题,例如初始时间间隔的作用、一次反射声的重要性、回声的分布等。一个房间可以看作线性无源网络,房间内不同点之间的声波传播可以用电网络来模拟,以产生舞台上某点和听众两耳之间的脉冲响应。电网络的模拟类似于数字计算机上的抽样数据控制系统。其模拟的方法如图1所示。一个没有混响的声信号(在消声室内录     

复议室内稳态声场公式

对室内稳态声场问题进行了复议。证明摩尔斯简正波公式不是室内声场的严格解,推导方法有误。严格理论应该既包含波动方程的自由空间解(直达声)也包含驻波解(混响声场),后者由所有反射波组成室内可容许的波型(简正波解)。     

室内声场衰减过程的统计分析

封闭空间声场的衰减过程被看作是声波质点运动的随机过程。对不同平均参数（碰撞次数n和时间t）和不同平均方法（分贝平均和能量平均）进行了讨论。在对声波质点历程平稳性和各态历经性讨论的基础上,计算了平均自由路程Decay of sound field in an enclosure is regarded as a random process of sound particles. Different average parameters （the number of collisions n and the time t） and average methods （dB average and energy average） are discussed. The decay rate caculated by dB average method is always faster than by energy method. A statistical analysis model of sound decay is given. After discussion about initial state,stationary and ergodicity of sound particles,the mean free path and mean collision frequency are caculated. The relation 19871984-10-122022-08-0931210.15949/j.cnki.0371-0025.1987.03.004秦佑国. 室内声场衰减过程的统计分析[J]. 声学学报,1987,12(3): 182-192. DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.1987.03.004QIN You-guo. STATISTICAL ANALYSIS OF DECAY OF SOUND FIELD IN AN ENCLOSURE[J]. ACTA ACUSTICA,1987,12(3): 182-192. DOI: 10.15949/j.cnki.0371-0025.1987.03.004182192https://www.jac.ac.cn/cn/article/doi/10.15949/j.cnki.0371-0025.1987.03.004https://www.jac.ac.cn/article/exportPdf?id=5bea3247-aaca-4aa6-9e09-a58c70c24addhttps://www.jac.ac.cn/fileSXXB/journal/article/sxxb/1987/3/     

模拟封闭声场脉冲响应的圆锥束跟踪法

本文简要介绍了声场脉冲响应计算机模拟技术的基本状况,给出了一种将虚源法和声线法相结合的模拟方法－圆锥束跟踪法的原理和算法,并将其对一个实例的计算结果与虚源法进行了比较,最后对其实现过程中需要注意的问题进行了讨论。     

低频室内声散射计算机模拟方法

近年来,声散射的模拟成为室内声场计算机模拟研究的重点。现有的方法一般是依据壁面性质(结构、粗糙度等),利用经验确定散射系数,并基于该系数来模拟室内散射声能的分布。这种方法在低频情况下的精度较差,主要原因是忽略了在低频声场中起重要作用的波动现象。为此,本文提出一种新的计算壁面散射的模型,该模型既可考虑壁面上产生的散射声能,又可计算因壁面边缘衍射而产生的散射声能。文中通过模拟和实测数据的对比,分析验证了该模型的有效性,并给出了表面散射系数的取值规则。     

声场中的驻波模拟

本文以惠威中国消音室为案例,研究了三维长方体空间内驻波方程及对应空间的频率条件,用Matlab模拟驻波图样并计算出人的听觉范围内所有能产生驻波的频率值,为室内声学和虚拟声学研究提供了参考指标.     

室内脉冲声场中声强的测量研究

采用多次重复发射的声源配合装置在缓慢转动平台上的接收传声器所组成的测量系统(简称为RRS),它等效于多个完全匹配的传声器组成的圆型阵列。文中着重阐述了借助此技术测量房间内脉冲声场中声强的时间与空间分布特性。阐明了以RRS测量入射脉冲声强的理论基础,分别对离散的脉冲声场及扩散声场提出了测量声强的定量关系式,对实验结果及应用作了分析与讨论。     

狭长封闭声场的近似圆锥束跟踪法模拟研究

狭长空间声传播特性研究对于地铁，长廊等场所的音质设计是非常有意义的，本文提出了模拟狭长封闭声场的近似圆锥束跟踪法，利用它研究了矩形和非矩形狭长声场的空间分布特性。仿真结果表明，对于狭长声场，经典扩散场理论并不适用，而利用本文的数值模拟方法能正确地分析这类声场的特性。     

螺旋型电磁超声辐射声场对缺陷检测影响的 计算机模拟*

电磁超声(EMAT)作为一种非接触超声检测技术,已得到了普遍的关注和研究。然而,EMAT目前只得到了一些有限的应用,尤其在缺陷探伤应用方面还不能替代压电超声,深入探究其原因并加以改进,对推动EMAT在缺陷检测方面的应用具有重要意义。利用有限元方法建立了螺旋型EMAT模型,分析了其辐射声场和声场特征;通过将有限元计算所得到的洛伦兹力分布简化为门函数,并结合格林函数法,得到了螺旋型EMAT辐射声场的简化解析结果。这些方法可用于计算螺旋型EMAT辐射声场指向性以及在缺陷检测中比较关心的一些特征参数,如扩散角、偏离角等参数。通过螺旋型EMAT辐射声场实验,验证了理论分析结果。通过与压电超声检测理论与实验的对比,研究认为：螺旋型EMAT辐射声场的具有横波和纵波等多种波模及多种模态转换的特点,以及相对复杂的异型声场几何分布等复杂特性,使其在缺陷检测应用方面受到局限。这些研究方法对改进EMAT设计,优化控制EMAT辐射声场,拓展EMAT在缺陷检测方面的应用具有参考价值。     

轴对称射流气动声场的数值模拟

构造了Kirchhoff积分和CFD计算相结合的算法,采用高精度差分格式对不同喷口马赫数的轴对称射流进行数值模拟,并以此作为近场声源,运用Kirchhoff积分方法研究远场气动噪声.数值结果表明,远场噪声具有方向性,噪声声压在离开对称轴20°处达到最大值.随着传播距离增大,噪声方向性逐渐减弱.     

计算机模拟拍频法测光速实验

拍频法测光速实验，由于调节过程较为复杂，调节要求又高，使实验较为困难。但利用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ语言模拟此实验，能在计算机上进行直观的示与仿真，可加深对物理理论与应用的理解。     

室内声场简正波法的数值计算方法和混响场中声强测量的误差

简正波法是求解室内声场的一种较准确的数值计算方法,准确度由所取级数的项数而定,本文详细讨论了数值计算方法、级数的收敛性,并以图线来表明在声源点级数的发散及在声源附近计算的困难,本文还讨论声强测量的理论误差,用一般声强计在混响场中测量声强,误差是很大的,以致所得结果完全不可信任,如将传声器易位、前后两次测得的声强取平均,测量误差就可大大减小,若能采用精密仪器,使两个通道的相位差小于0.05°,则测量结果的统计误差可控制在合理范围内。     

基于改进声线跟踪法的室内交通噪声动态模拟

对碰撞点的有效性判断是传统声线跟踪法的一个重要步骤,在计算复杂的室内空间问题时计算量较大,为解决这一问题采用了一种与空间剖分相结合的改进的声线跟踪法。将该方法与微观交通流仿真和车辆噪声排放模型进行结合,实现了道路交通噪声透过窗户在多连通室内空间传播的动态模拟。最后采用该方法对相同道路和交通流条件下不同建筑朝向的4种布局室内噪声进行动态模拟。分析了室内交通噪声的大小和分布与建筑物布局、窗户的朝向、窗户的形式和面积等因数之间的关系。结果表明:窗户正对道路的房间比窗户侧对道路的房间噪声高4～6 d B(A),房间内等效声级与窗户面积的对数成正比关系。     

室内声场无网格数值算法性能影响因素分析

基于室内无网格数值算法的理论和实验研究,本文进一步利用控制变量法,结合计算效率对影响计算精度的因素进行了全面分析,包括节点、高斯点的分布方式及其密度,以及构造无网格形函数过程中的基函数类型、权函数类型,并通过对一类基准问题的大量数据实验获得了适用于小尺度封闭空间的最佳支持域半径范围。基于有关结论对一个实际机舱进行了建模分析,将声压级计算值与测量值对比,验证了这些结论的正确性。     

贯流风扇气动声场数值模拟及分析

针对贯流风扇气动噪声传播特性,采用基于非结构网格的CE/SE算法对其气动流场进行数值模拟,并模拟了气动噪声的传播.湍流模拟采用大涡模型,搭接式滑移网格模型处理动静干涉.噪声传播采用完全欧拉方程作为控制方程,远场采用无反射边界条件.将使用该方法得到的远场噪声频谱与实验数据进行对比分析,结果表明与实验测量得到宽带频谱不同,采用大涡模拟湍流模型进行声源模拟时,会加强部分离散频率上的声级,从而产生误差.     

指数型谐振管内非线性声场的模拟研究

采用气体动理学方法模拟研究五种不同驱动强度下,=0的圆直热声谐振管和=2 2的指数型热声谐振管内的非线性声场特征。研究发现:指数型管能抑制激波及声饱和现象,但管内会出现尖峰现象。尖峰处的压力波形发生了畸变;它们是非线性的能量传递与各种耗散的竞争过程中产生的不同形态的波特征;当活塞驱动位移幅值400μm时,指数型管内压力振幅增长速度明显下降。