文档介绍：基于 Sysnoise 的声子晶体传声损失仿真计算方法

刘耀宗王宁孟浩赵宏刚温激鸿
(国防科技大学机电工程与自动化学院长沙 410073)

摘要:基于 Sysnoise 声学仿真软件建立了材料传声损失的仿真计算方法。以材料传声损失的阻抗管测量装置为理论模型,
采用耦合有限元来仿真计算阻抗管中的声场,用基于传递函数的四传声器法计算得到了材料的传声损失。对匀质材料薄板传
声损失的计算结果与理论结果较好吻合,说明了这种仿真计算方法的可行性与合理性。最后用这种方法计算了声子晶体的传
声损失,并对结果进行了分析。
关键词:Sysnoise 传声损失阻抗管四传声器法声子晶体

0 前言
有害噪声的控制长期以来一直是国内外学者关注的研究课题。尽管目前基于主动控制原理的有源消声
技术的研究方兴未艾,使用专门设计的声学材料对有害噪声进行被动的吸收隔离因为成本低、可靠性高仍
是应用最为广泛的噪声控制技术。传声损失是衡量某种声学材料隔声特性的一个重要参数。为了得到材料
的传声损失,一种方法是制备样品并进行实验测量,另一种方法是自己建立相应的理论模型并自编算法来
计算得到。前者由于需要经过制备、测试等复杂的过程,在声学材料研制过程中不变于使用;后者的准确
性则主要取决于所建的理论模型,往往只对某种具体材料有效,缺乏通用性。
目前,基于有限元和边界元理论的商业结构分析软件和声学分析软件已经在工程实践中广泛应用,其
可靠性、准确性、稳定性等已经久经考验并被普遍认可。因此,本文尝试基于这些商用软件来建立材料传
声损失的仿真计算方法。我们选用了在业内久负盛名的结构有限元分析软件和声学分析软件
作为计算工具。
1 基于阻抗管四传声器法的材料传声损失计算公式
传声损失,又称隔声量,即材料(构件)一侧的入射声能与另一侧的透射声能相差的分贝数[3-4]。实际
测量时,常通过测量声压来计算得到材料的传声损失,其计算公式如下:
TL=−20log( t ) =− 20log(pti / p ) (dB) (1)
其中 t 为声压透射系数(透射声压与入射声压之比)。
测量传声损失的方法主要有两种:混响室测量法和阻抗管测量法。其中混响室测量法用来测量大尺寸
样品漫入射时的传声损失,阻抗管测量法则以小尺寸样品为对象,测量其法向入射的传声损失。本文建立
的传声损失仿真计算方法是建立在阻抗管四传声器测量方法的基础上的。

图 1 四传声器测量法向传声损失的测试装置

图 1 为在阻抗管中用四传声器法测量传声损失的测试装置示意图[7]。为了保证阻抗管内的声场为平面波,
测试的频率范围受管径及传声器间距的限制。在进行测试时,由声源产生特定频带的白噪声,经被测材料
反射、透射、吸收后在前后两段阻抗管中建立起稳态声场。在被测材料左侧,我们将声场分解为向右传播
的波 p1r 和向左传播的波 p1l ;在被测材料右侧,也将声场分解为向右传播的波 p2r 和向左传播的波 p2l 。
设四个传声器处测得的声压依次为P1、P2、P3和P4,则声压透射系数:
2sinjksPPPPe()(−)2 jkL
t = 31 4 2 (2)
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