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
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
一般认为20Hz－20kHz是人耳听觉频带，称为“声频”。这个频段的声音称为“可闻声”，高于20kHz的称为“超声”，低于20Hz的称为“次声“。(《广播播控与电声技术》p3) 所谓声音的质量，是指经传输、处理后音频信号的保真度。目前，业界公认的声音质量标准分为4级，即数字激光唱盘CD-DA质量，其信号带宽为10Hz~20kHz；调频广播FM质量，其信号带宽为20Hz~15kHz；调幅广播AM质量，其信号带宽为50Hz~7kHz；电话的话音质量，其信号带宽为200Hz~3400Hz。可见，数字激光唱盘的声音质量最高，电话的话音质量最低。除了频率范围外，人们往往还用其它方法和指标来进一步描述不同用途的音质标准。由于电子平衡与变压器平衡的区别，所以二者的接线方法是不一样的，应引起注意。 声学的基本概念音频频率范围一般可以分为四个频段，即低频段（３０￣１５０Ｈｚ）；中低频段（３０￣１５０Ｈｚ）；中低频（１５０￣５００Ｈｚ）；中高频段（５００￣５０００Ｈｚ）；高频段（５０００￣２００００Ｈｚ）。３０￣１５０Ｈｚ频段：能够表现音乐的低频成分，使欣赏者感受到强劲有力的动感。１５０￣５００Ｈｚ频段：能够表现单个打击乐器在音乐中的表现力，是低频中表达力度的部分。５００￣５０００Ｈｚ频段：主要表达演唱者或语言的清淅度及弦乐的表现力。５０００￣２００００Ｈｚ频段：主要表达音乐的明亮度，但过多会使声音发破。音频频率范围一般可以分为四个频段，即低频段（３０￣１５０Ｈｚ）；中低频段（３０￣１５０Ｈｚ）；中低频（１５０￣５００Ｈｚ）；中高频段（５００￣５０００Ｈｚ）；高频段（５０００￣２００００Ｈｚ）。３０￣１５０Ｈｚ频段：能够表现音乐的低频成分，使欣赏者感受到强劲有力的动感。１５０￣５００Ｈｚ频段：能够表现单个打击乐器在音乐中的表现力，是低频中表达力度的部分。５００￣５０００Ｈｚ频段：主要表达演唱者或语言的清淅度及弦乐的表现力。５０００￣２００００Ｈｚ频段：主要表达音乐的明亮度，但过多会使声音发破。所谓声音的质量，是指经传输、处理后音频信号的保真度。目前，业界公认的声音质量标准分为4级，即数字激光唱盘CD-DA质量，其信号带宽为10Hz~20kHz；调频广播FM质量，其信号带宽为20Hz~15kHz；调幅广播AM质量，其信号带宽为50Hz~7kHz；电话的话音质量，其信号带宽为200Hz~3400Hz。可见，数字激光唱盘的声音质量最高，电话的话音质量最低。除了频率范围外，人们往往还用其它方法和指标来进一步描述不同用途的音质标准。音质评价方法评价再现声音的质量有主观评价和客观评价两种方法。例如： 1．语音音质评定语音编码质量的方法为主观评定和客观评定。目前常用的是主观评定，即以主观打分（MOS）来度量，它分为以下五级：5（优），不察觉失真；4（良），刚察觉失真，但不讨厌；3（中），察觉失真，稍微讨厌；2（差），讨厌，但不令人反感；
由气体振动而产生。气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。如空气压缩机、电风扇的噪声。 机械噪声 由固体振动产生。金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。 液体流动噪声 液体流动过程中，由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。电磁噪声 各种电器设备，由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做交流声。 燃烧噪声 燃料燃烧时，向周围的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。
声波和声速 声波 质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波（声波是纵波）。可听声波的频率为20～20000Hz,高于20KHz 的属超声波，低于20Hz 的属次声波。 点声源附近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特殊情况（线声源）可形成柱面波。 声频( f )声速( c )和波长( λ ) λ= c / f 声速与媒质材料和环境有关： 空气中，c =+或t c +=27305.20 (m /s) 在水中声速约为1500 m /s t —摄氏温度 传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/λ。有时也规定2π/λ为波数，用符号K 表示。 质点速度 质点因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度。声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走。
声场 有声波存在的区域称为声场。声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场）。 自由场 在均匀各向同性的媒质中，边界影响可忽略不计的声场称为自由场。在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。 消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，静谧无风的高空或旷野可近似为自由场。 扩散场 声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播的声场，称为扩散场，或混响场。声波在扩散场内呈全反射。 人为设计的混响室是典型的扩散场。无论声源处于混响室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能密度处处均匀。 自由场扩散场（混响场）
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)
噪声产生原因空气动力噪声 由气体振动而产生。气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。如空气压缩机、电风扇的噪声。机械噪声 由固体振动产生。金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。 液体流动噪声 液体流动过程中，由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。 电磁噪声 各种电器设备，由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做交流声。 燃烧噪声 燃料燃烧时，向周围的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。
声波和声速 声波 质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波（声波是纵波）。可听声波的频率为20～20000Hz,高于20KHz 的属超声波，低于20Hz 的属次声波。 点声源附近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特殊情况（线声源）可形成柱面波。 声频( f )声速( c )和波长( λ ) λ= c / f 声速与媒质材料和环境有关： 空气中， c =+或t c +=27305.20 (m /s) 在水中声速约为1500 m /s t —摄氏温度 传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/λ。有时也规定2π/λ为波数，用符号K 表示。 质点速度 质点因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度。声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走。
声场 有声波存在的区域称为声场。声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场）。 自由场 在均匀各向同性的媒质中，边界影响可忽略不计的声场称为自由场。在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。 消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，静谧无风的高空或旷野可近似为自由场。扩散场 声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播的声场，称为扩散场，或混响场。声波在扩散场内呈全反射。人为设计的混响室是典型的扩散场。无论声源处于混响室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能密度处处均匀。 自由场扩散场（混响场）
【最新整理，下载后即可编辑】 噪声产生原因 空气动力噪声 由气体振动而产生。气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。如空气压缩机、电风扇的噪声。 机械噪声 由固体振动产生。金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。 液体流动噪声 液体流动过程中，由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。 电磁噪声 各种电器设备，由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做交流声。 燃烧噪声 燃料燃烧时，向周围的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。
声波和声速 声波 质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波（声波是纵波）。可听声波的频率为20～20000Hz,高于20KHz 的属超声波，低于20Hz 的属次声波。 点声源附近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特殊情况（线声源）可形成柱面波。 声频( f )声速( c )和波长( λ ) λ= c / f 声速与媒质材料和环境有关： 空气中，c =331.6+0.6t 或t c +=27305.20 (m /s) 在水中声速约为1500 m /s t —摄氏温度 传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/λ。有时也规定2π/λ为波数，用符号K 表示。 质点速度 质点因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度。声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走。
声场 有声波存在的区域称为声场。声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场）。 自由场 在均匀各向同性的媒质中，边界影响可忽略不计的声场称为自由场。在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。 消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，静谧无风的高空或旷野可近似为自由场。 扩散场 声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播的声场，称为扩散场，或混响场。声波在扩散场内呈全反射。 人为设计的混响室是典型的扩散场。无论声源处于混响室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能密度处处均匀。 自由场扩散场（混响场）
声学基础知识扫盲帖（原创） 1、人耳能听到的频率范围是20—20KHZ 2、把声能转换成电能的设备是传声器 3、把电能转换成声能的设备是扬声器 4、声频系统出现声反馈啸叫，通常调节均衡器 5、房间混响时间过长，会出现声音混浊 6、房间混响时间过短，会出现声音发干147 7、唱歌感觉声音太干，当调节混响器 8、讲话时出现声音混浊，可能原因是加了混响效果 9、声音三要素是指音强、音高、音色 10、音强对应的客观评价尺度是振幅 11、音高对应的客观评价尺度是频率 12、音色对应的客观评价尺度是频谱 13、人耳感受到声剌激的响度与声振动的频率有关 14、人耳对高声压级声音感觉的响度与频率的关系不大 15、人耳对中频段的声音最为灵敏 16、人耳对高频和低频段的声音感觉较迟钝 17、人耳对低声压级声音感觉的响度与频率的关系很大 18、等响曲线中每条曲线显示不同频率的声压级不相同,但人耳感觉的响度相同 19、等响曲线中，每条曲线上标注的数字是表示响度级 20、用分贝表示放大器的电压增益公式是20lg（输出电压/输入电压） 21、响度级的单位为phon 22、声级计测出的dB值，表示计权声压级 23、音色是由所发声音的波形所确定的 24、声音信号由稳态下降60dB所需的时间，称为混响时间 25、乐音的基本要素是指旋律、节奏、和声 26、声波的最大瞬时值称为振幅 27、一秒内振动的次数称为频率 28、如某一声音与已选定的1KHz纯音听起来同样响，这个1KHz纯音的声压级值就定义为待测声音的响度 29、人耳对1~3KHZ的声音最为灵敏 30、人耳对100Hz以下，8K以上的声音感觉较迟钝 31、舞台两侧的早期反射声对原发声起加重和加厚作用，属有益反射声作用 32、观众席后侧的反射声对原发声起回声作用，属有害反射作用 33、声音在空气中传播速度约为340m/s 34、要使体育场距离主音箱约34m的观众听不出两个声音，应当对观众附近的补声音箱加0.1s延时 35、反射系数小的材料称为吸声材料 36、透射系数小的材料称为隔声材料 37、透射系数大的材料，称为透声材料
音响的基础知识之声学基础 音响的基础知识：名词解释 (1)波长——声波在一个周期内的行程。它在数值上等于声速(344米/秒)乘以周期，即λ=CT (2)频率——每秒钟振动的次数，以赫兹为单位 (3)周期——完成一次振动所需要的时间 (4)声压——表示声音强弱的物理量，通常以Pa为单位 (5)声压级——声功率或声强与声压的平方成正比，以分贝为单位 (6)灵敏度——给音箱施加IW的噪声信号，在距声轴1米处测得的声压 (7)阻抗特性曲线——扬声器音圈的电阻抗值随频率而变化的曲线 (8)额定阻抗——在阻抗曲线上最大值后最初出现的极小值，单位欧姆 (9)额定功率——一个扬声器能保证长期连续工作而不产生异常声时的输入功 (10)音乐功率——以声音信号瞬间能达到的峰值电压来计算的输出功率(PMPO) (11)音染——声音染上了节目本身没有的一些特性，即重放的信号中多了或少了某些成份 (12)频率响应——即频响，有效频响范围为频响曲线最高峰附近取一个倍频程频带内的平均声压级下降10分贝划一条直线，其相交两点间的范围
音响的基础知识：问答 (1)声音是如何产生的? 答：世界上的一切声音都是由物体在媒质中振动而产生的。扬声器是通过振膜在空中振动，使前方和后方的空气形成疏密变化，这 种波动的现象叫声波，声波使耳膜同样产生疏密变化，传级大脑， 于是便听到了声音。 (2)什么叫共振?共振声对扬魂器音质有影响吗? 答：如果物体在受迫振动的振动频率与它本身的固有频率相等时，称为共振当物体产生共振时，不需要很大的外加振动能量就能是使 用权物体产生大幅度的振动，甚至产生破坏性的振动。当扬声器振 膜振动时，由于单元是固定在箱体上的，振动通过盆架传递到箱体上。部分被吸收，转化成热能散发掉;部分惟波的形式再辐射，由于 共振声不是声源所发出的声音，将会影响扬声器的重放，使音质变坏，尤其是低频部分 (3)什么是吸声系数与吸声量?它们之间的关系是什么? 答：吸声性能拭目以待好坏通常用吸声系级“α”表示，即 α=1-K;吸声量是用吸声系数与材料的面积大小来表示。两者之间的 关系α=A/S(A是吸声量)，不同的材料有不同的吸声系数，想要达 到相同的吸声量，就是改变其吸声面积 (4)混响有何特点?混响时间与延迟时间有和不同? 答：任何人在任何地方听到的声音都是由直达声与反射声混合而成。混呼有如下特点：A直达声与反射声之间存在时间差，反射声 与反射声之间也存在时间差B直达声和反射声的强度，反射声和反 射声的强度各不相同C当声源消失时，直达声音先消失，反射声在 室内继续来回传播，并不立即消失。混响时间与延迟时间是两个不 同的概念：混响时间是指当声源停止振动后，室内混响声能密度衰 减到它最初数值的百万之一(60分贝)所需的时间，延迟时间是指声 音信号的时间延迟量，声波在室内的反射延时形成混响声
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/5b7209470.html,/x/page/w0159lk8pka.html? https://https://www.doczj.com/doc/5b7209470.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
噪声产生原因 空气动力噪声 由气体振动而产生。气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。如空气压缩机、电风扇的噪声。 机械噪声 由固体振动产生。金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。液体流动噪声 液体流动过程中，由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。 电磁噪声 各种电器设备，由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做交流声。 燃烧噪声 燃料燃烧时，向周围的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。
声波和声速 声波 质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波（声波是纵波）。可听声波的频率为20～20000Hz,高于20KHz 的属超声波，低于20Hz 的属次声波。 点声源附近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特殊情况（线声源）可形成柱面波。 声频( f )声速( c )和波长( λ ) λ= c / f 声速与媒质材料和环境有关： 空气中，c =331.6+0.6t 或t c +=27305.20 (m /s) 在水中声速约为1500 m /s t —摄氏温度 传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/λ。有时也规定2π/λ为波数，用符号K 表示。 质点速度 质点因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度。声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走。
声场 有声波存在的区域称为声场。声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场）。 自由场 在均匀各向同性的媒质中，边界影响可忽略不计的声场称为自由场。在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。 消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，静谧无风的高空或旷野可近似为自由场。 扩散场 声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播的声场，称为扩散场，或混响场。声波在扩散场内呈全反射。 人为设计的混响室是典型的扩散场。无论声源处于混响室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能密度处处均匀。 自由场扩散场（混响场）
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。
《录音声学》复习提纲 一、填空题 1、由于声波存在而在静态大气压上叠加的压强变化分量称为声压。 2、点声源辐射的声压级和声强级，当距离增大一倍时，都将减少6dB 。 3、声强是指单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积平均声能。 4、对声压级进行A 加权测量时，其单位是dBA 。 5、空气对声波的吸收主要来源于空气的粘滞吸收性。频率越高，则空气吸收越强。 6、空气的声吸收大小与空气的粘滞性、热传导性以及空气分子的弛豫吸收等因素有关。 7、举出两个相干波的例子：同一个声源的直达声和反射声两个频谱相同的声波 两个播放相同信号的音响。 8、举出两个非相干波的例子：两个乐器发出的声音两个人聊天的声音等。 9、简正频率为弹性体的固有振动频率，一般有无数多个。 10、弹性体振动的最小振动频率称为基频。 当较高频率为最小频率的整数倍时，较高频率称为谐波。 11、弹性体受迫振动时，其振动频率等于驱动力的频率，当振动频率等于其固有振动频率时，系统会产生共振。 12、弹性体第n次振动模式是指其第n次振动的振幅和相位随位置变化的规律。 二、简答题 1.什么是振动系统的固有振动频率？什么是共振和共振频率？ 固有频率:系统自由振动的频率，由系统本身的性质决定 当周期性外力作用在振动系统时，物体会产生受迫振动，当外力的频率与物体固有频率非常接近或完全相等时，振幅会迅速达到其可能的最大值，这种现象称为共振。发生共振时对应的频率就是共振频率。 2.什么是弹性体？什么是弹性体的简正频率？ 弹性体是指具有弹性的物体。物体受外力后产生形状或体积变化时，物体内部会产生反抗外力，企图恢复原来形状的力，则物体具有弹性。 弹性体的简正频率是指弹性体的固有振动频率，有无数多个，并且是离散的，是由弹性体本生的状态和性质决定的。
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
第一部分声 1.声音的产生：振动 振动停止，发声一定停止；发声停止，振动不一定停止，可能是超声波、次声波、或距发声体离太远 2.声音的传播：需要介质,以声波的形式传播,真空不能传声(0m/s),声速与介质和温度 有关,固>液>气,15℃空气中340m/s,遇障碍物反射形成回声(人反应时间0.1s距障碍物17m） 人们利用超声波，根据蝙蝠的回声定位原理制成了声纳系统； 骨传导（头骨和上下颌骨） 双耳效应（可以判断发声体的方位） 3.声音(乐音)的三个特性:音调、响度、音色 a.音调:声音的高低,决定于频率 频率:每秒振动的次数,单位Hz,人的听觉范围20Hz-20000Hz,听不到的是高于20000Hz 的叫超声波,低于20Hz的叫次声波,地震海啸大象是次声波,蝙蝠海豚是超声波 振动的物体越细、短、紧，频率越高，音调越高 b.响度：声音的大小，决定于振幅和距离 振动时力气越大，振幅越大，响度越大；离发声体越近响度越大 c.音色：声音的特色，决定于发声体的材料和结构 模仿和辨别声音靠音色 4.声音的利用：传递信息和能量 传递信息：听广播，听讲课，听音乐，B超检查身体，声纳 传递能量：超声波清洗精密仪器，超声波碎石 5.噪声等级的划分：单位是分贝（dB） 0dB刚引起听觉 30-40分贝安静环境 为了保证休息和睡眠，声音不能超过50分贝 为了保证工作和学习，声音不能超过70分贝 为了保护听力，声音不能超过90分贝 6.减弱（控制）噪声的三个途径： 在声源处减弱：摩托车加装消声器，减小音量 在传播过程中减弱：建隔音墙，公路两边植树种草建隔离带，关闭门窗 在人耳处减弱：带耳罩
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
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。