一种复杂形状声学空间的分析预报方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复杂声学空间的声学分析方法，尤其涉及一种复杂形状声学空间的分 析预报方法。
【背景技术】
[0002] 封闭空间声场的理论研宄回答的是给定了形状且已知了墙壁材料的房间内声波 是怎么传播的这样一个物理方面的问题，程建春，田静，创新与和谐：中国声学进展.科 学出版社，2008年。对封闭空间声场的研宄方法通常分为两类，即几何声学和波动声学 (Xiang N., Summers J. E. , Acoustics in coupled rooms:modelling and data analysis. International Symposium on Room Acoustics, Seville, 2007. )〇 基于声音沿直线 传播这一假设的研宄方法统称为几何声学，包括统计声学模型，Simmers J. E., Torres R. , Shimizud Y. , Statistical-acoustics models of energy decay in systems of coupled rooms and their relation to geometrical acoustics. Journal of the Acoustical Society of America, 2004, 116:958 - 969·，扩散方程模型 Jing Y·，Xiang N. , A modified diffusion equation for room-acoustic prediction (L). Journal of the Acoustical Society of America, 2007, 121:3284 - 3287 ；Valeau V.,Picaut J. , Hodgson M. , On the use of a diffusion equation for room-acoustic prediction. Journal of the Acoustical Society of America, 2006, 119:1504 - 1513 等。但是，声音的本质是一 种波动现象。这样，将声音看作声线或者是粒子的直线传播的几何声学无法揭示声场的 声学特性细节，且这一假设限制了几何声学在高频的发展。于是，一些学者从波动的角度 来研宄室内声学。莫尔斯在声学中引入简正波理论，求得了室内声场的简正波解Morse P.M. ,Vibration and sound. McGraw-Hill, 1936。然而，在将波动理论拓展至具有不规则几 何形状和不均匀界面声学特性的一般性声学问题时，由于声场几何形状和边界条件无法精 确地用数学公式表示，所以只能提出形式解，无法得到精确的解析解：程建春，田静，创新与 和谐，中国声学进展.北京：科学出版社，2008年。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种计算速度快、适用范围广的，一种复杂形状声学空间的 分析预报方法。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] 一种复杂形状声学空间的分析预报方法，包括以下步骤，
[0006] 步骤一：将复杂形状声学空间对象划分为N个子空间，N>2,每相邻的两个子空间 通过親合面親合；
[0007] 步骤二：选择每一个子空间的声压函数，确定每一个子空间的刚度矩阵和质量矩 阵；
[0008] 步骤三：确定声学空间的耦合能量，得到总体耦合刚度；
[0009] 步骤四：对所有N个子空间的质量矩阵、刚度矩阵以及总体耦合刚度矩阵分别进 行整合排列，形成声学空间的总体质量矩阵和刚度矩阵，得到声学空间的特性方程；
[0010] 步骤五：根据声学空间的特性方程，得到声学预报信息，声学预报信息包括声学空 间的频率和模态。
[0011] 本发明一种复杂形状声学空间的分析预报方法，还可以包括：
[0012] 1、确定声学空间的耦合能量为：
【主权项】
1. 一种复杂形状声学空间的分析预报方法，其特征在于：包括以下步骤， 步骤一：将复杂形状声学空间对象划分为N个子空间，N>2,每相邻的两个子空间通过 耦合面耦合； 步骤二：选择每一个子空间的声压函数，确定每一个子空间的刚度矩阵和质量矩阵； 步骤三：确定声学空间的耦合能量，得到总体耦合刚度； 步骤四：对所有N个子空间的质量矩阵、刚度矩阵以及总体耦合刚度矩阵分别进行整 合排列，形成声学空间的总体质量矩阵和刚度矩阵，得到声学空间的特性方程； 步骤五：根据声学空间的特性方程，得到声学预报信息，声学预报信息包括声学空间的 频率和模态。
2. 根据权利要求1所述的一种复杂形状声学空间的分析预报方法，其特征在于：所述 的确定声学空间的耦合能量为：
其中P(I为声场介质密度，Pi(Pm)为的子空间l(m)的声压，n为外法线方向，Slm为子空 间1和m间耦合面的面积，《为系统圆频率，令耦合声能量表达式W。对声压函数归一化坐 标每一个分量匕的导数等于零，1 = 1，2, ...，N，得到整个声学空间的总的耦合刚度矩阵K。。
3. 根据权利要求1所述的一种复杂形状声学空间的分析预报方法，其特征在于：所述 的声学空间的特性方程为： (Kz- ?%)P = 0 其中1和Mz分别为整个声学空间的刚度矩阵和质量矩阵，P为全局归一化坐标向量， 其可以表示成P=的，P2，…，Pn]t。
【专利摘要】本发明公开了一种复杂形状声学空间的分析预报方法。将复杂形状声学空间对象划分为N个子空间，N>2，每相邻的两个子空间通过耦合面耦合；选择每一个子空间的声压函数，确定每一个子空间的刚度矩阵和质量矩阵；确定声学空间的耦合能量，得到总体耦合刚度；对所有N个子空间的质量矩阵、刚度矩阵以及总体耦合刚度矩阵分别进行整合排列，形成声学空间的总体质量矩阵和刚度矩阵，得到声学空间的特性方程；根据声学空间的特性方程，得到声学预报信息。本发明具有收敛速度快、适用范围广的优点。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104778321
【申请号】CN201510175544
【发明人】靳国永, 陈跃华, 叶天贵, 宿柱, 杨传猛, 刘志刚, 贾星照
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月14日