一種耦合聲場的聲學耦合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聲學領(lǐng)域聲學禪合分析方法，尤其設(shè)及用于解決禪合聲場聲學特性問 題的，一種禪合聲場的聲學禪合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 禪合空間是指由多個獨立的聲學系統(tǒng)通過開口聯(lián)系而組成整體的空間形式，常 見于一般建筑物，音樂廳和歌劇院等。因而，對禪合空間的聲學特性研究具有重要的工程 背景和研究意義。一般來說，對禪合空間聲場的研究方法分為兩類，即幾何聲學和波動聲 學。前者包括了統(tǒng)計聲學模型，散射方程模型和計算幾何聲學，后者主要指模態(tài)疊加法。然 而，幾何聲學中聲沿直線傳播的假設(shè)限制了此方法應(yīng)用于高頻計算和分析。應(yīng)用W上方 法，研究者們對禪合空間進行了廣泛的研究。Picaut及其合作者（J.Picaut,L.Simon,and J.D.Ploack,Amathematicalmodelofdiffusesoundfieldbasedonadiffusion equation,A州St.ActaAcust. 83 (1997)，614 - 621.)提出 了用于S維空間聲學分析的散 身才模型。Jing和Xiang(Y.JingandN.Xiang,Amodifieddiffusionequationfor room-acousticpredication(L),J.Acoust.Soc.Am. 121 (2007),3284 - 3287.)提出了一個 改進的散射模型來研究房間的聲學特性問題。在此模型中，將散射方程中的S油ine系數(shù) 替換為Eyring系數(shù)能得到更精確的結(jié)果。應(yīng)用此模型，Xiang等[12]分析了由兩個子房 間構(gòu)成的禪合房間聲壓分布問題，并通過實驗進行了驗證。通過模態(tài)展開法，MeissneHM. Meissner,Acousticenergydensitydistributionandsoundintensityvectorfield insidecoupledspaces,J.Acoust.Soc.Am. 132 (2012),228 - 238)研究了由兩個矩形聲場 構(gòu)成的禪合聲場的穩(wěn)態(tài)聲能量分布及聲強場特性。通過弱的聲阻巧假設(shè)，由此方法可W得 到解禪的微分方程，進而得到低頻聲壓解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種預測結(jié)果收斂快速的，禪合聲場的聲學禪合方法。
[0004] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] -種禪合聲場的聲學禪合方法，包括W下幾個步驟，
[0006] 步驟一：設(shè)置兩禪合聲場的禪合界面阻抗，兩禪合聲場為聲場1和聲場2,聲場1 和尸場2通過禪合界面禪合；
[0007] 步驟二；選擇每個聲場的聲壓函數(shù)，依據(jù)變分方法確定每個聲場的拉格朗日泛 函；
[0008] 步驟確定兩個禪合聲場的禪合能量；
[0009] 步驟四：確定禪合聲學空間禪合界面的禪合剛度矩陣和對應(yīng)于每個聲場的剛度矩 陣和質(zhì)量矩陣；
[0010]步驟五：根據(jù)兩個聲場的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣W及禪合剛度矩陣進行組合，確定 禪合聲場特性方程，得到禪合聲場聲學預報信息。
[0011] 本發(fā)明一種禪合聲場的聲學禪合方法還可W包括：
[0012] 1、每個聲場的拉格朗日泛函為：
[0013] k=Ui_Ti
[0014] 其中Ui和T1分別為聲場的勢能和動能，下標1 = 1和2,分別表示聲場1和聲場 2。
[0015] 2、兩個禪合聲場的禪合能量為：
[001引 We=-|'車學批 "s(0-P。州
[0017] 其中P。為聲場介質(zhì)密度，《為圓頻率，S為禪合界面面積，n為禪合界面外法線 方向，Ap為禪合界面上的總聲壓。
[001引 3、禪合界面的禪合剛度矩陣的求取方法為：
[0019] 步驟一；在壁面阻抗為Z，aii的禪合界面上建立邊界條件方程： cp.P
[0020] ^二-J份P。-- 加 馬
[002。 其中，n指示聲場禪合壁面的法線方向；
[0022] 步驟二；確定禪合界面上質(zhì)點振速為： 1cAp
[0023] U打二--- 7(咐
[0024] 其中Pi所指方向為正，總聲壓為Ap=(P1-P2);
[00巧]步驟S;確定禪合界面能量； f A/, 6A/,
[0026] W , =--^--^妃 iw化C"
[0027] 步驟四：令禪合界面能量表達式對聲場聲壓函數(shù)的歸一化坐標Pi的導數(shù)等于零， 得到禪合聲場總體禪合剛度矩陣K。。
[0028] 4、禪合聲場特性方程為； (TKi0 1jMi0 1￥p/
[0029] +K_仍- 1=0
[0030] 其中Ki為聲場1的剛度矩陣，M1為聲場1的質(zhì)量矩陣，P1為聲場1的聲壓函數(shù)歸 一化坐標，分別K2為聲場2的剛度矩陣，M2為聲場2的質(zhì)量矩陣，P2為聲場2的聲壓函數(shù)歸 一化坐標，K。為總體禪合剛度矩陣。
[0031] 有益效果：
[0032] 本發(fā)明基于能量變分方法，建立禪合聲場計算模型，并通過選取合適的聲壓函數(shù) 求得禪合聲場聲學特性方程，從而解決了對禪合聲場聲學特性的較難分析的問題。
[0033] 本發(fā)明的方法不需對模型提出額外假設(shè)，其物理意義清晰，處理過程簡單，易于編 程計算，輸出結(jié)果精度較高且收斂速度快。與有限元方法相比，本發(fā)明方法無需劃分任何網(wǎng) 格并有著預測結(jié)果收斂快速，計算所需資源少等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0034] 圖1是禪合聲學空間示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明的流程示意圖；
[0036] 圖3為禪合聲場模型圖；
[0037] 圖4 (a)為第2階預報模態(tài)；
[003引圖4化）為第3階預報模態(tài)；
[0039] 圖4 (C)為第4階預報模態(tài)；
[0040] 圖4 (d)為第5階預報模態(tài)；
[0041] 圖4 (e)為第2階Ansys仿真模態(tài)；
[004引圖4訊為第3階Ansys仿真模態(tài)；
[004引圖4 (g)為第4階Ansys仿真模態(tài)；
[0044] 圖4化）為第5階Ansys仿真模態(tài)；
[0045] 圖5為L型禪合聲學空間系統(tǒng)固有頻率預報結(jié)果表。
【具體實施方式】
[0046] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0047] 本發(fā)明公開了一種可用于解決禪合聲場聲學特性分析難題的聲學禪合技術(shù)方法。 具體步驟是；提取聲場空間的形狀信息和邊界條件信息；相鄰的兩聲場通過禪合界面禪 合，并提取對應(yīng)禪合信息；通過能量變分方法得到禪合聲場特性方程，并建立基于matlab 的求解器；最后輸出禪合聲場固有頻率和模態(tài)等預報聲學特性信息。本發(fā)明方法不需對禪 合結(jié)構(gòu)提出額外假設(shè)，其物理意義清晰，處理過程簡單，輸出預報結(jié)果精度較高，且能夠解 決禪合聲場中高頻的聲學問題。與傳統(tǒng)有限元方法相比，在處理禪合聲場問題時，本發(fā)明方 法無需劃分任何網(wǎng)格并有著預測結(jié)果收斂快速，計算所需資源少等優(yōu)點。
[004引結(jié)合圖1，本發(fā)明可W分為W下步驟：
[0049] (1)設(shè)定禪合界面壁面阻抗，設(shè)相鄰的兩聲場通過禪合界面禪合
[0050] 聲波能可W沒有損耗的完全穿過禪合區(qū)域。該一條件可W通過引入壁面阻抗的概 念來實現(xiàn)。對于禪合界面，設(shè)其邊界阻抗為無窮小。注意到阻抗分為實部和虛部，且實部的 存在表征了聲壓損失，因而該里取禪合區(qū)域的壁面阻