鞋盒式房间室内声学建模仿真 Modeling and Simulation of the Shoebox Room Acoustic 1 摘要 鞋盒式房间是指不能够处理室内几何形状复杂和室内有任何物体的矩形空间。室内声学建模是通过计算机建立封闭环境的房间模型，借助特定的算法求出房间的冲激响应函数，模拟室内声波传播情况。本文推导了利用镜像源法对鞋盒式房间室内声场进行建模的基本原理和算法。镜像源法是建立在镜面反射虚像的原理上，用几何法作图将反射声看成与声源对称的镜像源发出的。该算法可以获得给定环境条件下声源至接收麦克风之间的冲激响应函数。利用MATLAB平台，仿真建立一个具有可操控房间温度、湿度及墙壁材料的矩形房间模型，再利用计算机完成数据分析处理。通过改变鞋盒式房间的内部环境，模拟声波在这些环境的改变下的传播情况，研究房间的混响情况，房间环境对混响的影响，找出房间的最佳混响时间。 关键词:镜像源法混响时间 MATLAB 2 Abstract Shoebox room is not able to handle complex geometry and interior room of any object in the rectangular space. Room acoustics modeling is the establishment of a closed environment through the computer room model, with a particular algorithm the room impulse response function to simulate the spread of indoor sound. Image source is derived using method of shoebox rooms to model the interior sound field the basic principles and algorithms. Image source method is based on the principle
一、 名词解释（3分×4＝12分） 自由振动――系统只在弹性力作用下的振动。 临界入射――入射角等于临界角时的声波斜入射。 声功率――单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S 的平均声能量。 体应变――在外力作用下，介质体积的变化率。 二、 填空（1分×23＝23分） 1、 对于强迫振动系统而言，当外力频率__等于___系统固有频率时，系统的 振动速度出现__共振现象__。 2、自由振动系统的固有频率 。 3、由于阻尼力的作用，使得衰减振动系统的固有频率__低于__自由振动系统的固有频率。 4、声波在两种流体分界面上产生反射、折射时，应满足边界条件。即分界面两侧介质内声场的__声压_________、____质点振动速度____在分界面上____连续_______。 5、声波在两种流体分界面上产生反射、折射时，声功率的反射系数与折射系数之和___1_____。 6、声波在两种流体分界面上产生临界斜入射的条件是___入射波速度v1小于折射波速度v2__，临界入射角为___12arcsin()v v θ=___。 7、一维情况下理想流体媒质中的三个基本方程分别为__运动方程_、 ____连续性方程__、____物态方程_____。 8、媒质的特性阻抗（即波阻抗）等于_媒质声波速度与媒质密度的乘积。 9、两个同相小球源的指向特性__sin(2)()2sin() k D k θ?=?__。 10、辐射声波波长为λ，间距为l 的n 个同相小球源组成的声柱的主声束的角宽度_2arcsin()nl λ θ=__。
11、均匀各向同性线弹性介质的正应力与正应变的关系___2ii ii T λθμε=+_；切应力与切应变的关系__jj jj T με=_。 12、根据质点振动特点，薄板中的兰姆波可分为___对称型_和____非对称型两类。 13、根据瑞利波和兰姆波的周期方程可知，瑞利波的速度与频率___无关__，是无频散波；而兰姆波相速度与频率___有关__，是__频散波_。 三、 判断并改错（2分×7＝14分） 1、 在无限大介质中传播的波称为瑞利波。错误 沿无限大自由表面传播的波称为瑞利波。 2、 当考虑弹簧质量时，自由振动系统的固有频率增大。错误 当考虑弹簧质量时，自由振动系统的固有频率降低。 3、 对于强迫振动系统而言，当外力频率等于系统固有频率时，系统的振 动位移出现共振现象。 错误 对于强迫振动系统而言，当外力频率等于系统固有频率时，系统的振 动速度出现共振现象。 4、 衰减振动的衰减系数δ与系统所受的阻力系数Rm 、振子质量Mm 成反 比。错误 衰减振动的衰减系数δ与系统所受的阻力系数成正比，与振子质量成反比。 5、 声场对小球源的反作用力与小球源的辐射阻抗、表面质点振动速度的 关系为 r r F Z u =- 正确 6、 声波在两种流体分界面上发生反射、折射时，声强的反射系数与折射 系数之和等于1。 错误 声波在两种流体分界面上发生反射、折射时，声功率的反射系数与折射系数之和等于1。 或 声波在两种流体分界面上发生反射、折射时，声强的反射系数与折射系数之和不一定等于1。
西北工业大学本科生培养方案专业名称飞行器动力工程 专业代码0203 0701 学院名称航天学院动力与能源学院 培养方案制定人签字年月日 院长签字年月日 校长签字年月日 西北工业大学 1 1
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飞行器动力工程专业本科培养方案 一、专业介绍 西北工业大学飞行器动力工程专业以航空航天飞行器动力为对象，以航空宇航推进理论与工程、 动力工程与工程热物理学科为依托，以动力、能源、机械及控制等学科为延拓，历经60多年的发展，已成为我校最具航空航天特色的专业之一。本专业拥有2个国家级重点实验室、2个省部级重点实验 室和工程中心，是陕西省本科“名牌专业”、国防科工委“重点建设专业”和教育部“特色专业”。 本专业涵盖航空发动机和火箭发动机设计、燃烧与流动、叶轮机械、发动机结构与强度等多个研 究方向，参与并支持了我国多个航空飞行器动力装置、航天飞行器动力系统等方面的科研工作，已形 成了一支教学水平高、科研能力强的师资队伍。本专业以国民经济发展和国防建设需求为牵引，充分 发挥国防特色的突出优势，教学与科研紧密结合，培养的学生基础扎实、实践能力强、综合素质高、 创新意识强，得到用人单位的一致好评。 毕业生就业方向主要分布在航天、航空研究院（所）、大专院校、大型企业及部队，从事发动机设计、制造、试验、测试等方面的研究、开发和管理等工作；也可选择报考本专业及相关学科专业的硕 士研究生，近年来平均读研率在60％以上。 二、培养目标 培养适应社会主义现代化建设需要的德智体全面发展，掌握航空航天动力系统设计基本理论和工程应用等专门知识，具备航空航天热动力机械方面设计、分析和解决实际问题的能力，能从事航空航天动力系统总体设计、性能仿真、燃烧组织、流动模拟、传热分析及相关软件开发等，并能从事通用机械设计及制造的高级研究人员和工程技术人员。 三、培养要求 通过通识通修、学科专业和综合实践等培养环节，使学生具有高尚的人文素养、掌握宽广的基础科学理论、具备解决实际问题的基本方法和创新能力；并可结合自身的兴趣、爱好和就业取向，选修有助于拓展视野和提高能力的个性培养课程，从而达到综合素质的全面提升。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1、具有扎实的自然科学基础知识，良好的人文、艺术和社会科学基础及较强的语言表达和阅读写作能力。 3 1
ICS号 中国标准文献分类号 团体标准 T/CSAEXXX－2020 汽车整车气动-声学风洞风噪试验 —泄漏噪声测量方法 Wind noise test for full-scale automobile in aero-acoustical wind tunnel — the measurement method of leakage noise （征求意见稿） 在提交反馈意见时，请将您知道的该标准所涉必要专利信息连同支持性文件一并附上。
目次 前言 (3) 1 范围 (4) 2 规范性引用文件 (4) 3 术语和定义 (4) 4 基本条件 (5) 4.1概述 (5) 4.2测试环境-声学风洞 (5) 4.3测试仪器 (5) 4.4被测车辆 (6) 4.5密封材料 (6) 4.5.1 胶带 (6) 4.5.2 胶泥或胶条 (6) 5测量与密封方法 (6) 5.1 概述 (6) 5.2 测量方法 (6) 5.3 车外密封 (7) 5.3 车内密封 (7) 6工况制定 (7) 6.1 概述 (7) 6.2 密封位置 (7) 6.3 整车泄漏噪声 (7) 6.4 局部泄漏噪声 (7) 6.4.1基准状态 (7) 6.4.2 测试顺序方法 (8) 6.5 工况制定基本原则 (8) 7测量流程 (8) 7.1 前期准备工作 (8) 7.2 正式测量过程 (8) 8 评价参数 (9) 8. 1概述 (9) 8.2A计权声压级 (9) 8.3累计声压差分值 (9) 8.4语言清晰度指数 (9) 8.5总响度 (9) 8.6 尖锐度 (9) 9记录 (10) 10数据处理和测量报告 (10) 附录 A (11) 附录 B (12) 附录 C (14)
声学基础（南京大学出版社） 习题1 1-1 有一动圈传声器的振膜可当作质点振动系统来对待,其固有频率为f ，质量为m ，求它的弹性系数。 解：由公式m m o M K f π21 =得： 1-2 设有一质量m M 用长为l 的细绳铅直悬挂着，绳子一端固定构成一单摆，如图所示，假设绳子的质量和弹性均可忽略。试问： （1） 当这一质点被拉离平衡位置ξ时，它所受到的恢复平衡的力由何产 生？并应怎样表示？ （2） 当外力去掉后，质点m M 在此力作用下在平衡位置附近产生振动，它 的振动频率应如何表示？ （答：l g f π21 0=，g 为重力加速度） 图 习题1－2 解：（1）如右图所示，对m M 作受力分析：它受重力m M g ，方向竖直向下；受沿 绳方向的拉力T ，这两力的合力F 就是小球摆动时的恢复力，方向沿小球摆动轨迹的切线方向。 设绳子摆动后与竖直方向夹角为θ，则sin l ξθ= 受力分析可得：sin m m F M g M g l ξ θ== （2）外力去掉后(上述拉力去掉后)，小球在F 作用下在平衡位置附近产生摆动，加速度的方向与位移的方向相反。由牛顿定律可知：22d d m F M t ξ=- 则 22d d m m M M g t l ξξ-= 即 22d 0,d g t l ξξ+= ∴ 20g l ω= 即 0f = 这就是小球产生的振动频率。
1-3 有一长为l 的细绳，以张力T 固定在两端，设在位置0x 处，挂着一质量m M ，如图所示，试问： (1) 当质量被垂直拉离平衡位置ξ时，它 所受到的恢复平衡的力由何产生？并应怎样 表示？ (2) 当外力去掉后，质量m M 在此恢复力作用下产生振动，它的振动频率应如何表示？ (3) 当质量置于哪一位置时，振动频率最低？ 解：首先对m M 进行受力分析，见右图， （0x ??ε ，2022020220)()(,x l x l x x -≈+-≈+∴εε 。） 可见质量m M 受力可等效为一个质点振动系统，质量m M M =，弹性系数)(00x l x Tl k -=。 （1）恢复平衡的力由两根绳子拉力的合力产生，大小为ε)(00x l x Tl F -=，方向为竖直向下。 （2）振动频率为m M x l x Tl M K )(00-==ω。 （3）对ω分析可得，当20l x = 时，系统的振动频率最低。 1-4 设有一长为l 的细绳，它以张力T 固定在两端，如图所示。设在绳的0x 位置处悬有一质量为M 的重物。求该系统的固有频率。提示：当悬有M 时，绳子向下产生静位移0ξ以保持力的平衡，并假定M 离平衡位置0ξ的振动ξ位移很小，满足0ξξ<<条件。 图 习题1－4 图 习题1-3
国家科学技术进步奖三等奖（1995年） 获奖编号：1995-J-07-3-003 NF-3低速翼型风洞研制 主要完成人： 乔志德、郗忠祥、尹迪义、苏耀西、周瑞兴 主要完成单位： 西北工业大学 项目简介： NF-3低速翼型风洞是按照满足军，民用高性能翼型发展的需要建成的我国和亚洲最大低翼型风洞，属航空，航天科学技术领域。构成机翼的翼型对飞机的性能有很大影响，翼型技术是外国向我国航空工业实行技术封锁的高技术项目之一，因此，要自行研制飞机，必须研究发展我国的先进翼型。NF-3风洞是发展先进翼型所必须的试验设备，它的建成填补了我国低速，高雷诺数和低紊流度风洞实验设备的空白，是我国航空工业完成的一项重要基础建设。NF-3风洞是国内和亚洲同类风洞中雷诺数最高（R>700万）的低速翼型风洞；其紊流度低于国内同类风洞，达到了国外同类风洞的先进指标；测控系统实现了计算机自动控制和数据实时处理；具有二元，三元和螺旋桨三个实验段，其流场品质和风洞测量精度均已达到国军标要求，翼型实验与国外实验结果吻合。建成以来，已进行过航空，航海等工业部门10个单位18个模型的风洞实验，发展了低噪声先进翼型系列，实验结果已用于飞机，船舶，建筑等工程设计，为上述军，民产品的及时定型投产做出了贡献。 我国建成亚洲最大增压连续式高速翼型风洞 发布时间：2003-10-8 https://www.doczj.com/doc/2542544.html,消息（16：00新闻）风洞主要用于测试飞机的外型设计是否合理，我国自行研制的亚洲最大增压连续式高速翼型风洞，今天在西北工业大学进行了首次通气实验。 随着现场总指挥的一声令下，开始了风洞的首次通气运行。压缩机以每分钟1900转的速度将达到实验要求的气流送入风洞的实验段内。工作人员则通过计
Aeroacoustics 气动声学 翻译：岳刚伟
简介 本翻译英文原文源于STAR-CCM+12.02版本的帮助文件，仅供从事CFD相关领域的同学参考，译者从2010年开始从事汽车行业的CFD仿真分析工作，本翻译根据自身的理解进行，翻译过程中错误在所难免，请予以指正。 附制作的空气动力学视频，请提出指导建议，感谢！ https://https://www.doczj.com/doc/2542544.html,/x/page/w0159lk8pka.html? https://https://www.doczj.com/doc/2542544.html,/x/page/s0156bgaa11.html?
Computational aeroacoustics (CAA) is a branch of multiphysics modeling and simulation that involves identifying noise sources that are induced by fluid flow and propagation of the subsequently generated sound waves. 计算气动声学（CAA）是多体物理学的建模和仿真的一个分支，包括识别流体流动和随后产生的声波的传递而产生的噪声源。 Noise sources originate from various types of flow, such as: 噪声源来自于各种类型的流动，例如： Turbulent flow over solid bodies (bluff body flows) 固体表面的湍流（钝体/非线性流动） Turbulent boundary layer flows (for example, automobile, aircraft components) 湍流边界层流动（例如汽车、飞机部件） High-speed turbulent shear flows (for example, free jet flow) 高速湍流切变流动（例如，自由射流） High-speed impinging flows (for example, jet impingement, rocket exhaust noise) 高速撞击流（如射流冲击、火箭排气噪声） Structural vibration that is induced by fluid flow (fluid-structure interactions) 由流体流动（流体与结构相互作用）引起的结构振动 High-speed rotating flows (for example, rotorcrafts or turbomachinery) 高速旋转流（例如，直升机或涡轮机械） Turbulent combustion (reacting flows) 湍流燃烧（反应流） Blast waves (explosions) 爆炸波（爆炸） A typical CAA simulation requires the following components: 典型的CAA仿真需要以下组件： Navier-Stokes equations for fluid flow 流体流动的纳维-斯托克方程 High-resolution turbulence models 高精度的湍流模型 Analytical or computational acoustic wave propagation
习题1 1-1 有一动圈传声器的振膜可当作质点振动系统来对待,其固有频率为f ，质量为m ，求它的弹性系数。 解：由公式m m o M K f π 21= 得： m f K m 2)2(π= 1-2 设有一质量m M 用长为l 的细绳铅直悬挂着，绳子一端固定构成一单摆，如图所示，假设绳子的质量和弹性均可忽略。试问： （1） 当这一质点被拉离平衡位置ξ时，它所受到的恢复平衡的力由何产生？并应怎样表示？ （2） 当外力去掉后，质点m M 在此力作用下在平衡位置附近产生振动，它的振动频率应如何表示？ （答：l g f π 21 0= ，g 为重力加速度） 图 习题1－2 解：（1）如右图所示，对m M 作受力分析：它受重力m M g ，方向竖直向下；受沿绳方向的拉力T ，这两 力的合力F 就是小球摆动时的恢复力，方向沿小球摆动轨迹的切线方向。 设绳子摆动后与竖直方向夹角为θ，则sin l ξ θ= 受力分析可得：sin m m F M g M g l ξ θ== （2）外力去掉后(上述拉力去掉后)，小球在F 作用下在平衡位置附近产生摆动，加速度的方向与位 移的方向相反。由牛顿定律可知：22d d m F M t ξ =- 则 22d d m m M M g t l ξξ-= 即 22d 0,d g t l ξξ+=
∴ 2 0g l ω= 即 01,2πg f l = 这就是小球产生的振动频率。 1-3 有一长为l 的细绳，以张力T 固定在两端，设在位置0x 处，挂着一质量m M ，如图所示，试问： (1) 当质量被垂直拉离平衡位置ξ时，它所受到的恢复平衡的 力由何产生？并应怎样表示？ (2) 当外力去掉后，质量m M 在此恢复力作用下产生振动，它 的振动频率应如何表示？ (3) 当质量置于哪一位置时，振动频率最低？ 解：首先对m M 进行受力分析，见右图， 0)(2 2 02 2 00=+-+--=ε ε x x T x l x l T F x （0x ??ε ，2022020220)()(,x l x l x x -≈+-≈+∴εε 。） 2 2 2 2 0)(ε ε ε ε +++-=x T x l T F y x T x l T ε ε +-≈ ε) (00x l x Tl -= 可见质量m M 受力可等效为一个质点振动系统，质量m M M =，弹性系数) (00x l x Tl k -= 。 （1）恢复平衡的力由两根绳子拉力的合力产生，大小为ε) (00x l x Tl F -= ，方向为竖直向下。 （2）振动频率为m M x l x Tl M K )(00-== ω。 （3）对ω分析可得，当2 0l x = 时，系统的振动频率最低。 1-4 设有一长为l 的细绳，它以张力T 固定在两端，如图所示。设在绳的0x 位置处悬有一质量为M 的重物。求该系统的固有频率。提示：当悬有M 时，绳子向下产生静位移0ξ以保持力的平衡，并假定M 离平衡位置0ξ的振动ξ位移很小，满足0ξξ<<条件。 图 习题1-3
音乐声学基础知识 音乐是一种艺术形式，一切艺术都包括两个方面，一是艺术表现，一是艺术感知，音乐这种艺术也概莫能外，它通过乐器（包括人的歌喉）所发出的声音来表现，依靠人耳之听觉来欣赏。这声音的产生和听觉的感知之间有什么关系呢？这是我们要讨论的第一个问题——音乐声学。 1、声音的产生与主客观参量的对应关系 关于声音的产生，国外有一个古老的命题：森林里倒了一棵大树，但没有人听见，这算不算有声音？这个命题首先点出了声音产生的两个必要条件，即声源和接收系统。所谓声源，就是能发出声响的本源。以音乐为例，一件正在演奏着的乐器就是声源，而观众的听觉器官就是接收系统。从哲学的角度讲，声源属于客观世界，而接收系统则属于主观世界，声音的产生正是主观世界对客观世界的反映。 但如果只有声源和接收系统，是否就能接到声音呢，并不是这样。如果没有传播媒介，人耳仍不能听到声音。一般来讲，物体都是在有空气的空间里振动，那么空气也就随之产生相应的振动，产生声波。正是声波刺激了人们的耳膜，并通过一系列机械和生物电的传导，最终使我们产生了声音的感觉。如果物体在真空中振动，由于没有传播媒介，就不会产生声波，人耳也就听不到声音。由此，我们可以说，任何声音的存在都离不开这三个基本条件：1）声源；2）媒介；3）接收器。 先来看看产生声音的客观方面——声源——都有哪些特征。 当我们弹一个琴键，通过钢琴机械传动装置，琴槌敲击琴弦，这时如果我们用手触弦，就会明显感到琴弦在振动。当我们拉一把二胡或小提琴时，也会感到琴弦的振动。振动是声源最基本的特征，也可以说是一切声音产生的基本条件。但如果没有我们手对琴键施加压力，使琴槌敲击琴弦，也不会产生振动。实际上，一个声源得以存在，还依赖于两个基本条件：其一是能够激励物体振动的装置（称激励器）；其二是能够使装置运动起来的能量；演奏任何一件乐器都不能缺少这两个条件。例如，当我们敲锣打鼓时，锣槌或鼓槌便是激励器，能量则由我们的身体来提供。一架能自动演奏的电子乐器，也同样少不了这两个条件：电子振荡器就是激励器，能量则由电源来提供。 人们常用“频率”（frequecy，振动次数/1秒）来描述一个声源振动的速度。频率的单位叫“赫兹”（Hz），是以德国物理学家赫兹（H.R.Hertz）的名字命名。频率低（即振动速度慢）时，声音听起来低，反之则高。人耳对振动频率的感受有一定限度，实验证明：常人可感受的频率范围在20—20，000Hz左右，个别人可以稍微超出这个范围。音乐最常用的频率范围则在27.5Hz—4186Hz（即一架普通钢琴的音域）之间。超出此范围的乐音，其音高已不能被人耳清晰判别，因而很少用到。语言声的频率范围比音乐还要窄，一般在100Hz—8，000Hz范围内。 声音的强度与物体的振动幅度有关：“幅度越大，声音越强，反之则弱。”声学中用“分贝”（dB）作为计量声音强度的单位。通过实验，人们把普通人耳则能听到的声音强度定为1分贝。音乐上实际应用的音量大约在25分贝（小提琴弱奏）—100分贝（管弦乐队的强奏）之间。音乐声学中称声音强度的变化范围为“动态范围”，动态范围大与小，常常是衡量一件乐器的质量或乐队演奏水平的标志：高质量乐器或高水平乐队能奏出动态范围较大的音乐音响，让人们听起来痛快淋漓，较差的乐器或
动力工程及工程热物理学科硕士研究生培养方案 （专业代码：0807 授工学学位） 一、培养目标 学位获得者应具备动力工程及工程热物理方面坚实的基础理论和系统的专门知识，了解本学科有关研究领域国内外的学术现状和发展方向；具有独立分析和解决本学科的专门技术问题的能力；具有严谨求实的科学态度、勇于创新的工作作风和良好的科研道德；掌握一门外国语。 二、主要研究方向 1. 工程热物理 2. 热能工程 3. 动力机械及工程 4. 流体机械及工程 5. 制冷及低温工程 6. 化工过程机械 7. 新能源科学与工程 三、学习年限 全日制攻读学术型硕士学位的学习年限为3年。 四、学分要求与分配 总学分要求≥36学分，其中学位课学分要求≥24学分，研究环节要求≥12学分，具体学分分配如表1：
五、课程设置及学分分配 见表2动力工程及工程热物理硕士研究生课程设置 六、研究环节与学位论文 （一）硕士研究生的培养采取导师负责制和集体培养相结合的方式。导师应根据培养方案的要求和因材施教的原则，从每个硕士生的具体情况出发，指导硕士研究生制定个人培养计划。 （二）对跨一级学科课程的限定： 跨一级学科课程指动力工程及工程热物理学科外的理、工类研究生课程，必须跟班听课并同堂参加考试。 （三）研究环节的要求 1. 文献阅读与选题报告 硕士生应从入学起即进入研究阶段，在导师指导下，查阅文献资料，撰写文献综述报告，接触课题，进入研究工作。确定学位论文选题，并就选题的科学根据、目的、意义、研究内容、预期目标、研究方法、课题可行性等做出论证。硕士生应在第三学期内完成论文文献综述与选题报告。通过硕士论文资格审查后，即可进入硕士论文工作阶段。 2. 参加校内外公开学术报告 硕士生应该经常向导师汇报课题进展情况，在撰写论文前应在一定范围内报告课题的研究情况和成果（包括阶段性成果），在导师的指导下参加校内外公开学术报告。 3. 学位论文 硕士生用于学位论文研究的时间不得少于一年。论文选题要有学术价值或对国民经济建设有一定意义；硕士学位论文应当有创新性或新见解并按《华中科技大学博士、硕士学位论文撰写规定》的要求撰写。 硕士生在修完规定的学分和完成学位论文后，可按《华中科技大学硕士、博士学位授予工作细则》组织论文答辩。答辩通过者，准予毕业并经校学位评定委员会批准，授予硕士学位。
计算气动声学CAA若干学习经验 在论坛上看到越来越多的人也在做气动声学相关的东西，颇有得遇同道中人的喜悦。本人在硕士阶段就开始接触一些气动声学相关的东西，工作后主要的研究内容就更专一了：航空声学。工作一年后，通过各种乱七八糟的学习过程，对计算气动声学有了更多的理解。受版主水若无痕的影响（他是我的同学），因此打算在此写个与计算气动声学（CAA）相关的东西，和大家交流交流。 对气动声学的关注始于上世纪的50年代，原因就是当时涡喷式航空发动机的喷流噪声实在是太吓人了。于是，牛逼的莱特希尔（Lighthill）坐在火车上，在一个信封上一顿写，就把N-S方程给改写成了波动方程的形式。方程的左边是一个经典声学的波动方程，而右边则是一个主要与湍流相关的源项，被后人称为莱特希尔应力张量。这就是所谓的莱特希尔方程了，气动声学的开山之作。莱尔希尔方程的声源为四极子声源，也就是湍流噪声源，主要适用于高速、湍流为主要噪声源的情况，如高速喷流。方程的声源项未知，需要采用CFD或者试验来获取。 再后来，柯尔（Curler）同志对莱特希尔方程进一步发展，得出了考虑了固壁影响的柯尔方程。柯尔方程主要适用于低速情况下的固壁绕流噪声计算，如低速的圆柱绕流、机翼绕流等。此时，气动噪声源主要为偶极子声源，声源的强度为声源表面对流体的作用力。这种作用力不单是压力，还包括表面动量流量。当然，对于固壁来说，法向速度为零，也就没有动量流量了，因此采用固壁表面作为声源面时，只需要壁面的压力脉动即可。而在采用通流面作为积分面时，则需要考虑动量流量了，这在后面会有介绍。 福茨威廉斯与霍金斯（Ffcows Williams &Hawkings）两位在莱特希尔方程的基础上，发展出FW-H方程。FW-H方程的发展主要是针对运动壁面的发声情况。这里说的运动壁面指的是在来流中的运动，也就是说壁面具有加速度，如螺旋桨。FW-H方程包含了所有的噪声源，单极子、偶极子和四极子。这三种声源的发声效率递减，指向性差异很大。一般来说，FW-H 方程能够描述所有的气动噪声问题，只不过你需要根据你计算问题的具体情况，来确定哪种噪声源为主，哪种噪声源可以忽略。现在主流的气动声学计算软件基本上都用的是FW-H方程。 上面大概介绍了一下气动声学理论方面你的东西。具体的方程形式复杂，推导困难，我是不会的。不过随便找本相关的书都有这方面的介绍，大家可以好好看看。这三个方程有个一致的假设，就是声场与流场不存在相互影响。这三个方程的主要作用有两个：一是告诉了我们声源的发声机理，以及怎么由流场参数去求声源参数；二是方程的积分解可以用来解决一些简单的气动声学问题，后面会提及。 有了这些方程后，我们就应该想着去计算气动噪声了。一个完整的气动噪声计算应该包括以下三个部分：声源计算、声传播计算和声辐射计算。如下面这张图片所示。
P＋Z公司选用LMS声学仿真软件减小CVT齿轮箱的噪声辐射 作者：LMS 近年来，无级变速（CTV）已经获得了巨大的技术进步，以更低的油耗和更好的性能提供了方便。然而，无档变速的宽带噪声激励也形成了特殊的声学工程挑战。在为领先汽车厂商开发咨询项目的过程中，P＋Z公司有效地优化了新型CVT设计方案的声学性能，无需增加额外的重量或提高产品成本。成功的秘诀在于P＋Z公司开发的专门的虚拟仿真流程，在开发过程早期准确地限定设计的声学性能。LMS SYSNOISE，流程中关键的一部分，支持P＋Z部门以空前的速度、准确率和灵活性来进行声学辐射仿真。 处理宽带声学激励 今年来，P＋Z公司，作为领先的德国工程咨询公司，致力于领先汽车厂商的各种CVT开发项目。这些项目中，P＋Z公司主要关注优化新型CVT设计方案的声学性能，这与常规的齿轮箱相比，通常会面临不同的声学挑战。尽管带有成组齿轮的手动或自动齿轮箱主要在固定频率范围内产生噪声峰值，但是无档变速齿轮箱通常在宽带频谱范围内产生振动。在慕尼黑的P＋Z公司CAE齿轮箱项目经理Gisela Quintenz评价到：“为避免使用阻尼材料，造成更高的产品成本，减少热传导，我们建立了专门的声学仿真流程，从早期概念阶段就开始有效地应用。早期设计阶段进行的声学仿真可以让我们在实现整体齿轮箱设计修改，如调整轴承位置或修改CVT箱体设计的过程中，确定并消除主要声学问题的根源。”
虚拟仿真流程开始于创建CVT装置的结构有限元模型。除了箱体以外，P＋Z工程师仔细地模拟所有内部部件，包括涨缝滑轮、链条、轴和轴承。如果可能，发动机的结构也可以模拟。这点上，正确定义其初始重量、重心和凸缘设计是非常重要的。完成模型后，P＋Z 工程师进行初始动力学分析，找出装配模型的固有频率特征。为了进行随后的工况振动计算，他们从最临界的工况条件开始。相关的轴承激励可以从试验台上的样机测量中引入，或者从多体仿真中引入。P＋Z工程师选用频率阶跃大小为1或者10Hz，在频率为0-4KHz 的范围内进行频响分析，这样通常导致工况振动过剩。挑战就集中在相关的声学现象。 模拟最终的声学辐射 振动CVT箱体表面和内部部件产生的噪声强度可以用声学仿真来研究。从装配的CAD或有限元模型开始，P＋Z工程师创建声学边界元模型（BEM）。CVT的边界元模型通常由15000多个平均单元大小约10mm的单元组成，可以准确地进行高达4KHz的声学预测。P＋Z使用LMS SYSNOISE对与未来声学试验相关的麦克风位置，或者离物体一米远处建立的ISO半球上点的声压级进行计算。使用这种场点网格，LMS SYSNOISE将CVT的边界元模型作为其间接非耦合边界元仿真方法的输入。这种仿真方法可以计算声学传递向量（ATV）的矩阵。Gisela Quintenz解释到：“LMS SYSNOISE产生ATV，并将其和来自传统频响分析的普通表面速度相结合。清晰的声压图表让我们关注关键的共振现象，通过评价单元贡献量图谱，我们能够找出相关的声学热点，选择最恰当的设计修改方案。LMS ATV
振动声学与气动声学仿真的新挑战、新技术与新方案
声学仿真的多学科联合多种数值方法覆盖噪声仿真全频率 更高的计算效率基于脚本的自动优化技术 声学仿真的发展趋势
Actran引领技术革新 ?覆盖广泛的振动及气动噪声问题 ?覆盖更广泛的频率范围 ?丰富的软件接口覆盖多学科噪声问题 ?完全基于API脚本图形界面及求解器方便自动化流程建立 ? 内置优化求解器可进行设计优化 边界元 BEM 有限元 FEM 间断伽辽金 DGM 虚拟统计能 量法 Virtual SEA 1990’ 2000’ 2015 2018
IXV飞行器的声疲劳仿真 S. Destefanis, M. Bellini, A. Talbot, Analysis of IXV Space Hardware exposed to acoustic diffuse random field,ECSSMET 2018 IXV 飞行器结构模型结构测点加速度 测量与仿真结果 问题及挑战 过渡性试验飞行器Intermediate eXperimental Vehicle (IXV)的声疲劳问题。确保在强声场激励下结构不会发生振 动疲劳。 MSC解决方案 通过Nastran与Actran的联合仿真准确预测在特定混响 声场激励下的结构振动响应，从而为疲劳计算提供输入 条件。Actran对于声场的精确描述以及Nastran对于结 构动力学的精确建模保证的声振耦合模型的精确性。 价值 仿真可以准确预测实验结果，减少测试次数及成本。在 开发前期使用仿真预报不当设计可能产生的结构声疲劳 问题。 振动噪声测试
室内声学基础 第一章声音的基本性质 一、声音的产生与传播 声音是人耳通过听觉神经对空气振动的主观感受。 声音产生于物体的振动，例如扬声器的纸盆、拨动的琴弦等等。这些振动的物体称之为声源。声源发声后，必须经过一定的介质才能向外传播。这种介质可以是气体，也可以是液体和固体。在受到声源振动的干扰后，介质的分子也随之发生振动，从而使能量向外传播。但必须指出，介质的分子只是在其未被扰动前的平衡位置附近作来回振动，并没有随声波一起向外移动。介质分子的振动传到人耳时，将引起人耳耳膜的振动，最终通过听觉神经而产生声音的感觉。例如，扬声器的纸盆，当音圈通过交变电流时就会产生振动。这种振动引起邻近空气质点疏密状态的变化，又随即沿着介质依次传向较远的质点，最终到达接收者。可以看出，在声波的传播过程中，空气质点的振动方向与波的传播方向相平行，所以声波是纵波。 扬声器纸盒就相当于上图中的活塞。 在空气中，声音就是振动在空气中的传播，我们称这为声波。声波可以在气体、固体、液体中传播，但不能在真空中传播。 二、声波的频率、波长与速度 当声波通过弹性介质传播时，介质质点在其平衡位置附近作来回振动。质点完成一次完全振动所经历的时间称为周期，记为T，单位是秒(s)。质点在1秒内完成完全振动的次数称为频率，记作f，单位为赫兹(Hz)，它是周期的倒数，即： f=1/T 介质质点振动的频率即声源振动的频率。频率决定了声音的音调。高频声音是高音调，低频声音是低音调。人耳能够听到的声波的频率范围约在20—20000Hz之间。低于20Hz的声波称为次声波，高于20000Hz的称为超声波。次声波与超声波都不能使人产生听感觉。 声波在其传播途径上，相邻两个同相位质点之间的距离称为波长，记为λ，单位是米(m)。或者说，波长是声波在每一次完全振动周期中所传播的距离。
动力工程领域专业学位硕士研究生培养方案 （代码：43010 授工程硕士专业学位） 一、培养目标 1. 掌握本领域坚实的基础知识和系统的专门知识；掌握本领域的基本研究方法与技能，具备一定的研究实际问题的能力； 2. 掌握并能熟练运用一门外国语； 3. 培养严谨求实的学习态度和工作作风； 4. 可胜任本领域的相关的工作。 二、主要研究方向 1.工程热物理； 2.热能工程； 3.动力机械及工程； 4.流体机械及工程； 5.制冷低温工程； 6.化工过程机械； 7.新能源科学与工程。 三、学习年限与培养方式 培养方式为采用课程学习、实践教学和学位论文相结合的培养方式，专业硕士学位的学习年限为2年。 四、学分要求与分配 总学分要求≥32学分，其中学位课学分要求≥18学分，研究环节要求≥14学分，具体学分分配如下表：
五、课程设置及学分分配
六、实践环节 实践教学是全日制工程硕士研究生培养中的重要环节，鼓励工程硕士研究生到企业实习，采用集中实践与分段实践相结合的方式。实践环节的内容包括：参加校内实验教学辅导、导师课题研究及校外企业单位的实习。工程硕士研究生在学期间，必须保证不少于半年的实践教学，应届本科毕
业生的实践教学时间原则上不少于1年。实践结束后研究生须撰写实践学习总结报告，由 导师给出相应成绩。 七、学位论文 1、文献阅读与选题报告 学位论文选题应来源于工程实际或具有明确的工程技术背景。可以是新技术、新工艺、新设备、新材料、新产品的研制与开发。 硕士生应从入学起即进入研究阶段，在导师指导下，查阅文献资料，撰写文献综述报告，接触课题，进入研究工作。第一学年末完成论文文献综述与选题报告。通过硕士论文资格审查后，即可进入硕士论文工作阶段。 2、学位论文内容要求 1）文献综述应对选题所涉及的工程技术问题或研究课题的国内外状况有清晰的描述与分析； 2）综合运用基础理论、科学方法、专业知识和技术手段对所解决的工程实际问题进行分析研究，并能在某方面提出独立见解； 3）论文工作应有明确的工程应用背景,有一定的技术难度或理论深度，论文成果具有先进性和实用性； 4）论文工作应在导师指导下独立完成。论文工作量饱满，一般应至少有一学年的论文工作时间； 5）论文写作要求概念清晰、结构合理、层次分明、文理通顺，版式规范。
计算声学软件概述 计算声学（CA）是CAE的重要一支，主要用于研究声环境与声疲劳等噪声问题。根据不同的分类方式，噪声可分为振动噪声与气动/流动噪声，或者中低频噪声与高频噪声。对应的研究方法主要有边界元法、有限元法、统计能量法。随着学术进步与硬件性能提升，有限元法取代边界元法的趋势日趋明朗。 主流声学软件中，Virtual. Lab Acoustic（原Sysnoise）以边界元为主，近年追加了振动噪声的有限元解算器；Actran以有限元/无限元为基础，提供振动/气动噪声的综合方案，对于气动/流动噪声、声振耦合、隔声降噪与声疲劳等问题独擅胜场；VA-One以统计能量法为基础，适用于系统级高频振动噪声问题。 除Actran等声环境与声疲劳分析软件之外，众多专用软件也异彩纷呈，诸如建筑声学与电声分析软件EASE、环境噪声分析软件Cadna/A等，均各显其能。EASE适用于大尺度建筑物内部声场分布计算以及音响设备电声品质的预测；Cadna/A适用于城市或区域环境噪声的预测、评估和控制方案设计。 现在的噪声分析软件主要有Vone（高频）、Sysnoise和ACTRAN等。 ACTRAN可以处理的问题包括：声波的辐射、散射、封闭和开放声场、声波在管道中的传播、对流效应、声振耦合、精确模拟阻尼等。ACTRAN简单易用，与CAE软件的集成方便快捷，历经工程验证，具有出色的鲁棒性和求解效率。 无缝集成英文名称：seamless integration 定义：一种无须数据格式转换，直接访问来自多种不同数据源数据格式的高级数据集成技术。ACTRAN可以与I-DEAS Master Series、MSC.Patran和Hypermesh等主流有限元前后处理软件无缝集成，并成为这些软件操作界面中的一个功能菜单，用户完全可以在熟悉的软件界面下操作ACTRAN，进行噪声分析，而不必担心需要重新熟悉一个全新的软件界面。 ACTRAN与MSC NASTRAN的耦合：对于装饰件建模和要求苛刻的振动声学应用，为什么不把世界上两个最好的方法结合在一起呢？用MSC.Nastran建立结构体模型，用ACTRAN/VA捕捉装饰件的声学和动力学特性。ACTRAN/VA能够真正将它的模型与NASTRAN的超单元结合起来，同时支持结构的模态描述。
Begault’s paper ‘Direct Comparison of the impact of head tracking, reverberation and individualized HRTF on the spatial perception of VAS’指出3D虚拟声信号包含3个部分：头部跟踪器、真实散射环境合成技术以及个人化HRTF，不同的因素对VAS的影响是不同的。 个人化HRTF可以提高定位准确性、改善外部化，以及减少前、后声像倒置，但Moller指出非个人化HRTF会引起前、后声像倒置，但对外部化没有影响，但这些实验是在混响情况以及没有头部跟踪器的条件下进行。 其它的文献也指出，混响和很少的早期反射声(即使是衰减后的延迟信号)足以产生外部的声像。当前研究中，可变的实验条件包括消声室仿真、HRTF滤波后的早期反射声仿真(0-80ms)，全部声学环境的混响(早期反射声以及80ms-2.2s的后期混响)。 Anechoic/early reflection/full Auralizaiton分别表示仿真的散射环境等级。 进行了实验测试后，仿真结果表明： 方位角误差： 混响声明显降低了方位角误差，early reflection和full auralization对方位角误差的差别也不是很明显。 忽略其它因素影响，头部跟踪器对方位角误差的影响处于中等水平。头部跟踪器与不同HRTF数据类型进行组合，方位角误差的区别很小，总的来说，头部跟踪器与非个人化HRTF组合，方位角定位精度提高的幅度更大。即若使用非个人化HRTF数据，应尽可能使用头部跟踪器。 仰角误差 与混响声(包括早期反射声和后期混响)能够降低方位角误差不同，加入混响后的虚拟声反而会提高仰角判断误差，同时early reflection和full auralization在仰角判断误差上差别不是很明显。并且头部跟踪器和个人化HRTF对仰角判断误差也没有太大的影响。这表明仰角判断精度与混响、个人化以及头部跟踪器的联系不是很紧密。
噪声复习题及参考答案 参考资料 1、杜功焕等，声学基础，第一版（1981），上海科学技术出版社。 2、环境监测技术规范（第三册噪声部分），1986年，国家环境保护局。 3、马大猷等，声学手册，第一版（1984），科学技术出版社。 4、噪声监测与控制原理（1990），中国环境科学出版社。 5、国标（GB-9660-88）《机场周围飞机噪声环境标准》和国标（GB-9661-88）《机场周 围飞机噪声测量方法》 6、环境监测技术基本理论（参考）试题集，中国环境科学出版社 7、环境噪声电磁辐射法规和标准汇编（上册），北京市环境辐射管理中心 一、填空题 1．测量噪声时，要求气象条件为：无、无、风力 （或）。 答：雨雪小于5.5米/秒（或小于四级） 2．从物理学观点噪声是指；从环境保护的观点，噪声是指。 答：频率上和统计上完全无规则的声音人们所不需要的声音 3．噪声污染属于污染，污染特点是其具 有、、。 答：能量可感受性瞬时性局部性 4．环境噪声是指，城市环境噪声按来源可分为、、、、。 答：户外各种噪声的总称交通噪声工业噪声施工噪声社会生活噪声其它噪声 5．声压级常用公式L P= 表示，单位。 答：L P=20 lgP/P°dB（分贝） 6．声级计按其精度可分为四种类型：O型声级计，是；Ⅰ型声级计为；Ⅱ型声级计为；Ⅲ型声级计 为，一般用于环境噪声监测。 答：作为实验室用的标准声级计精密声级计普通声级计调查声级计不得 7．用A声级与C声级一起对照，可以粗略判别噪声信号的频谱特性：若A声级比C声级小得多时，噪声呈性；若A声级与C声级接近，噪声呈
性；如果A声级比C声级还高出1-2分贝，则说明该噪声信号在Hz 范围内必定有峰值。 答：低频高频2000-5000 8．倍频程的每个频带的上限频率与下限频率之比为。1/3倍频程的每个频带的上限频率与下限频率之比为；工程频谱测量常用的八个倍频程段是Hz。 答：2 21/363，125，250，500，1k，2k，4k，8k 9．由于噪声的存在，通常会降低人耳对其它声音的，并使听 阈，这种现象称为掩蔽。 答：听觉灵敏度推移 10．声级计校准方式分为校准和校准两种；当两种校准方式校准结果不吻合时，以校准结果为准。 答：电声声 11．我国规定的环境噪声常规监测项目为、 和；选测项目有、 和。 答：昼间区域环境噪声昼间道路交通噪声功能区噪声夜间区域环境噪声夜间道路交通噪声高空噪声 12．扰民噪声监测点应设在。 答：受影响的居民户外1米处 13．建筑施工场界噪声测量应在、、、四个施工阶段进行。 答：土石方打桩结构装修 14．在常温空气中，频率为500Hz的声音其波长为。 答：0.68米（波长=声速/频率） １5、声压级的定义公式为。其中Ｐ０代表声压,它的值是。如有一个噪声的声压是２０帕,声压级是分贝,给人的感觉是。２×１０－２帕的声压其声压级是分贝。 答：L P=20 lgP/P°基准2×10-5120 疼痛60 16、可听声的频率范围是ＨＺ至ＨＺ次声的频率小于ＨＺ,超声的频率大于ＨＺ。声级计Ａ、Ｃ计权网络频率响应特性曲线