一種復雜形狀聲學空間的分析預報方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于復雜聲學空間的聲學分析方法，尤其涉及一種復雜形狀聲學空間的分 析預報方法。
【背景技術】
[0002] 封閉空間聲場的理論研宄回答的是給定了形狀且已知了墻壁材料的房間內聲波 是怎么傳播的這樣一個物理方面的問題，程建春，田靜，創新與和諧：中國聲學進展.科 學出版社，2008年。對封閉空間聲場的研宄方法通常分為兩類，即幾何聲學和波動聲學 (Xiang N., Summers J. E. , Acoustics in coupled rooms:modelling and data analysis. International Symposium on Room Acoustics, Seville, 2007. )〇 基于聲音沿直線 傳播這一假設的研宄方法統稱為幾何聲學，包括統計聲學模型，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·，擴散方程模型 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，聲音的本質是一 種波動現象。這樣，將聲音看作聲線或者是粒子的直線傳播的幾何聲學無法揭示聲場的 聲學特性細節，且這一假設限制了幾何聲學在高頻的發展。于是，一些學者從波動的角度 來研宄室內聲學。莫爾斯在聲學中引入簡正波理論，求得了室內聲場的簡正波解Morse P.M. ,Vibration and sound. McGraw-Hill, 1936。然而，在將波動理論拓展至具有不規則幾 何形狀和不均勻界面聲學特性的一般性聲學問題時，由于聲場幾何形狀和邊界條件無法精 確地用數學公式表示，所以只能提出形式解，無法得到精確的解析解：程建春，田靜，創新與 和諧，中國聲學進展.北京：科學出版社，2008年。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種計算速度快、適用范圍廣的，一種復雜形狀聲學空間的 分析預報方法。
[0004] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0005] 一種復雜形狀聲學空間的分析預報方法，包括以下步驟，
[0006] 步驟一：將復雜形狀聲學空間對象劃分為N個子空間，N>2,每相鄰的兩個子空間 通過親合面親合；
[0007] 步驟二：選擇每一個子空間的聲壓函數，確定每一個子空間的剛度矩陣和質量矩 陣；
[0008] 步驟三：確定聲學空間的耦合能量，得到總體耦合剛度；
[0009] 步驟四：對所有N個子空間的質量矩陣、剛度矩陣以及總體耦合剛度矩陣分別進 行整合排列，形成聲學空間的總體質量矩陣和剛度矩陣，得到聲學空間的特性方程；
[0010] 步驟五：根據聲學空間的特性方程，得到聲學預報信息，聲學預報信息包括聲學空 間的頻率和模態。
[0011] 本發明一種復雜形狀聲學空間的分析預報方法，還可以包括：
[0012] 1、確定聲學空間的耦合能量為：
【主權項】
1. 一種復雜形狀聲學空間的分析預報方法，其特征在于：包括以下步驟， 步驟一：將復雜形狀聲學空間對象劃分為N個子空間，N>2,每相鄰的兩個子空間通過 耦合面耦合； 步驟二：選擇每一個子空間的聲壓函數，確定每一個子空間的剛度矩陣和質量矩陣； 步驟三：確定聲學空間的耦合能量，得到總體耦合剛度； 步驟四：對所有N個子空間的質量矩陣、剛度矩陣以及總體耦合剛度矩陣分別進行整 合排列，形成聲學空間的總體質量矩陣和剛度矩陣，得到聲學空間的特性方程； 步驟五：根據聲學空間的特性方程，得到聲學預報信息，聲學預報信息包括聲學空間的 頻率和模態。
2. 根據權利要求1所述的一種復雜形狀聲學空間的分析預報方法，其特征在于：所述 的確定聲學空間的耦合能量為：
其中P(I為聲場介質密度，Pi(Pm)為的子空間l(m)的聲壓，n為外法線方向，Slm為子空 間1和m間耦合面的面積，《為系統圓頻率，令耦合聲能量表達式W。對聲壓函數歸一化坐 標每一個分量匕的導數等于零，1 = 1，2, ...，N，得到整個聲學空間的總的耦合剛度矩陣K。。
3. 根據權利要求1所述的一種復雜形狀聲學空間的分析預報方法，其特征在于：所述 的聲學空間的特性方程為： (Kz- ?%)P = 0 其中1和Mz分別為整個聲學空間的剛度矩陣和質量矩陣，P為全局歸一化坐標向量， 其可以表示成P=的，P2，…，Pn]t。
【專利摘要】本發明公開了一種復雜形狀聲學空間的分析預報方法。將復雜形狀聲學空間對象劃分為N個子空間，N>2，每相鄰的兩個子空間通過耦合面耦合；選擇每一個子空間的聲壓函數，確定每一個子空間的剛度矩陣和質量矩陣；確定聲學空間的耦合能量，得到總體耦合剛度；對所有N個子空間的質量矩陣、剛度矩陣以及總體耦合剛度矩陣分別進行整合排列，形成聲學空間的總體質量矩陣和剛度矩陣，得到聲學空間的特性方程；根據聲學空間的特性方程，得到聲學預報信息。本發明具有收斂速度快、適用范圍廣的優點。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104778321
【申請號】CN201510175544
【發明人】靳國永, 陳躍華, 葉天貴, 宿柱, 楊傳猛, 劉志剛, 賈星照
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月14日