[发明专利]一种封闭空间面板声学贡献度识别方法

摘要

本发明公开了一种封闭空间面板声学贡献度识别方法，在封闭空间内部中设置贴近内表面的全息测量面，测量面上呈网格式设置声压传感器，相邻网格点之间的距离小于半个波长；利用正交球面波叠加法，建立测量面声压与正交球面波源的源强之间的传递关系，计算正交球面波源的源强；根据正交球面波源的源强，建立封闭空间结构表面法向振速与正交球面波源的源强之间的传递关系；利用声场等效原理，计算封闭空间面板声学贡献度。本发明可适应于任意形状的封闭声场，且所需的测点数量少，实施简便。由于采用的正交球面波源的不同阶次具有相互正交性，降低了传递矩阵的病态性，大大提高了计算精度。

主权项

1.一种封闭空间面板声学贡献度识别方法，其特点在于，包括以下步骤：1)在封闭空间内部中设置贴近内表面的全息测量面，测量面上呈网格式设置声压传感器，相邻网格点之间的距离小于半个波长，所述的声压传感器用于测量位于测量面上的声压值；2)利用正交球面波叠加法，建立测量面声压与正交球面波源的源强之间的传递关系，计算正交球面波源的源强；具体步骤如下：2.1在封闭空间内部任意选取一点作为原点建立球坐标系，以此点作为波源位置；坐标系的x轴、y轴和z轴的正方向满足右手定则，坐标系的原点选为封闭空间几何中心；2.2根据正交球面波叠加原理，将封闭空间结构板件振动形成的内部稳态声场等效为由一系列不同阶次、不同强度的正交球面波源产生的声场，则在所述坐标系下声场中任意位置r＝(r,θ,φ)处的声压可表示为：式(1)中：r为正交球面波源所在位置与声场中任意点之间的距离，θ为距离矢量r与z轴正方向之间的夹角，为r与x轴正方向之间沿逆时针方向的夹角，为球谐函数，为连带Legendre函数；系数j、m和n之间的关系可以描述为j＝n2+n+m+1；N为选取的正交球面波源展开项数的截断阶数；正交球面波总阶数J与截断阶数N的关系为J＝(N+1)2；jn(kr)为第一类球Bessel函数；为对应(n,m)阶正交球面波产生的声压；Cj与(n,m)阶正交球面波源的源强Cnm相对应；2.3建立测量面声压与正交球面波源的源强之间的传递关系如下：Ph＝ΨphC (2)式(2)中：Ph＝[p(rh,1),p(rh,2),…,p(rh,M)]T为全息面上M个测量点的声压列向量，为各阶正交球面波源到全息面上各测量点的传递矩阵，C＝[C1,C2,…,CJ]T为对应于各阶正交球面波源的源强组成的列向量；2.4根据式(2)，满足全息面上的测量点数M大于正交球面波阶数J，采用奇异值分解技术唯一确定正交球面波源的源强：C＝(Ψph)+Ph (3)式(3)中：上标“+”表示矩阵的广义逆；3)根据正交球面波源的源强，建立封闭空间结构表面法向振速与正交球面波源的源强之间的传递关系：Vs＝ΨvsC (4)式(4)中：Vs为封闭空间结构表面法向振速列向量，Ψvs为J阶正交球面波源与振动结构表面质点振速之间的传递矩阵：式(5)中：ρ为介质密度，c为介质中的声音传播速度，k＝ω/c为声波波数，ω为角频率，为虚单位，S为封闭空间结构表面节点个数；4)联合式(3)和(4)，建立封闭空间结构表面法向振速与测量面声压之间的传递关系，可以得到封闭空腔结构表面法向振速列向量：Vs＝Ψvs(Ψph)+Ph (6)5)利用声场等效原理，计算封闭空间面板声学贡献度；具体步骤如下：5.1根据声场等效原理，封闭空间内声场中任意一点处的声压可以认为是由于组成该封闭空间的所有面板振动而在该处引起的声压相互叠加产生的，表示为： p f p = Σ k = 1 K p k - - - ( 7 ) ]]>式(7)中：pfp为封闭空间内部声场中任意场点r处的声压，pk为由第k个面板振动而在r处引起的声压分量，k＝1,2,…,K，K为构成整个封闭振动结构的面板个数；5.2根据式(1)，将封闭空间内部声场中任意场点r处的声压表示为：pfp＝ΨpC (8)式(8)中：Ψp＝[ψp,1(rfp),ψp,2(rfp),…,ψp,J(rfp)]为J阶正交球面波源与场点r处声压之间的传递矩阵；将由第k个面板振动而在封闭空间内部声场中在该场点处引起的声压分量表示为：pk＝ΨpCk (9)式(9)中：Ck为第k个面板对应的正交球面波源的源强列向量；5.3对于由所有结构面板振动形成的封闭声场，根据式(4)，将正交球面波源的源强列向量表示为： C = ( Ψ v s ) + [ V s 1 T , ... , V s k T , ... , V s K T ] T - - - ( 10 ) ]]>式(10)中：为封闭空间结构的表面法向振速列向量，Vsk为第k个面板的法向振速向量；5.4根据封闭空间面板声学贡献的物理意义，由第k个面板振动在某场点处产生的声压可以认为是第k个面板单独振动而其他面板的法向振速为零时的情况，根据式(10)得到第k个面板对应的正交球面波源的源强列向量： C k = ( Ψ v s ) + [ O , ... , V s k T , ... , O ] T - - - ( 11 ) ]]>5.5联合(9)和式(11)，建立由第k个面板振动而在封闭声腔内场点处引起的声压分量与第k个面板表面法向振速的关系为： p k = Ψ p ( Ψ v s ) + [ O , ... , V s k T , ... , O ] T - - - ( 12 ) ]]>5.6根据式(5)，将Ψvs表示为：式(13)中：Pk为封闭空间结构第k个面板上所有节点个数，其排列顺序为且满足Ψsvk可表示为：5.7联合式(6)和式(13)，建立第k个面板表面法向振速与测量面声压的关系为： [ O , ... , V s k T , ... , O ] T = [ O , ... , Ψ s v k T , ... , O ] T ( Ψ p h ) + P h - - - ( 15 ) ]]>5.8联合式(12)和式(18)，建立由第k个面板振动而在封闭声腔内场点处引起的声压分量与测量面声压的关系为： p k = Ψ p ( Ψ v s ) + [ O , ... , Ψ s v k T , ... , O ] T ( Ψ p h ) + P h - - - ( 16 ) ]]>5.9联合式(8)和式(16)计算封闭空间第k个面板对内部声场的声学贡献度： D k = Re ( p k · p f p * | p f p | 2 ) - - - ( 17 ) ]]>式(17)中：Re表示取实部，上标“*”表示复共轭。