基于ODEON对典型宗祠戏场的声环境仿真研究——以红安县吴氏宗祠为例

通过ODEON软件对红安县吴氏宗祠戏场进行计算机声环境仿真,得出了观众区内的混响时间、早期衰变时间、声压级、语言传输指数、明晰度和早期侧向能量因子等常用声学指标值及其总体分布情况。通过分析以上数值发现庭院式观演空间存在以下声学特征:1）庭院戏场的混响时间较短,且庭院中不同区域的混响时间差异较大;2）声源指向性对于庭院中听音效果的影响明显;3）庭院中央的语言清晰度优于舞台两侧及庭院后部的正厅,且对于庭院中的音乐声明晰度而言高频声优于低频声;4）庭院两侧的早期侧向能量因子值高于庭院中间区域,因此位于庭院两侧的观众在空间感体验上优于庭院中间的观众。在此基础上探讨了庭院式戏场与我国传统戏曲演出形式之间的内在联系,并认为两者之间是相互契合的。     

纳米尺度材料有效导热率的界面效应

为了研究界面效应对纳米尺度材料内声子热输运的影响,利用格子波尔兹曼法模拟二维矩形结构二氧化硅纳米材料内声子热输运,模拟过程考虑了边界面散射对声子平均自由程的影响.结果表明,相对镜反射的情况,漫反射界面明显降低了纳米尺度材料的导热率,边界面存在界面效应;随着镜反射因子的减小,材料的有效导热率降低;提高纳米尺度固体材料界面的粗糙度,界面热阻增强,有助于降低导热率.     

山东省科技馆国际会议报告厅视听环境设计

山东省科技馆国际学术会议报告厅是一座多用途大厅,由原济南剧院观众厅改建而成.在房屋高度低、设计要求高情况下,依据声学、视觉原理,深入分析了各种用途的技术特性、房屋的空间特征,充分利用了现有房屋条件,综合运用建筑设计、装修设计手段进行了报告厅视听环境设计.以要求最严的数字立体声电影厅的混响时间作设计值,注意减弱定向反射声,加强声场扩散处理,吸声材料选用了装饰效果好的阻燃复合吸声板.按照无阻挡视线设计地面,选用投影与电影合用的银幕,将面光桥、扬声器桥设计深入到屋架空间以解决建筑高度不足的问题.使用证明报告厅视听环境优良.     

镜面微振动时点扩散函数的仿真分析

提出了一种高精度求解光学系统中镜面振动在曝光时间内形成的点扩散函数(PSF)的数值计算方法。传统方法计算镜面振动造成像点位移情况,并仅由该值评估镜面振动时系统调制传递函数(MTF)下降情况。该方法忽略了光学系统镜面位置发生改变时其光学系统自身MTF也会同时变化的特性,将导致误差产生。该误差在光学元件振幅较小时并不显著,但随着振幅的加大,该误差会变得不可忽略。该方法通过细分成像过程来计算每一个时刻的点扩散函数,并将这些点扩散函数进行积分来消除该误差。该方法适用于计算任意角度入射的空间光线在经过一个不稳定的光学系统后形成的点扩散函数。     

基于曲光线跟踪算法的超声成像实时模拟研究

提出一种超声图像实时模拟新方法,通过调整曲光线参数实时改变超声扫描频率和声束聚焦位置.利用曲光线跟踪算法和基本声学模型,产生能量反射图和衰减图;运用瑞利概率分布函数产生超声斑点模式,通过高斯型点扩散函数进行显示.实验结果表明,利用图形处理器加速显示技术,超声成像模拟速度可达20帧/s.与Field Ⅱ软件的生成结果和真实超声图像的对比,验证了该方法的可行性.     

钢桥面铺装层粘接强度超声波无损检测技术研究

根据超声波理论,提出利用超声反射法对钢桥面铺装层粘接强度进行无损检测.根据工程实际中常见的5种界面,制作3种类型的相关试样,利用ZBL-520非金属超声仪进行多次检测试验.通过对各界面波形和声学参数的研究,发现可将波幅值作为检测粘接强度评判的物理量.最后选择在同一试样上进行有损、无损界面对比试验.试验结果表明:各界面波幅值存在差异,其中粘接良好的界面波幅值最小,因此可通过大量测点数据的波幅平均值对桥梁某一部分或总体粘结层质量进行评判.     

一种显微镜自动聚焦算法

传统的自动聚焦算法时间复杂度高,计算现在的高清图像速度慢,导致聚焦效率低下。针对这一问题提出了一种新的聚焦方法。该方法在分析灰度值与图像清晰度之间关系的基础上,提出了灰度非零值统计函数和低灰度值统计函数来评价聚焦清晰度,具有运算量小,评价准确的优点。然后采用两种评价函数结合的方式实现了一种变步爬山搜索策略。该策略在远焦点位置采用灰度零值比较评价函数和大步长快速粗略搜索焦点,在近焦点位置采用低灰度值统计函数和小补偿精细搜索焦点。实验表明,所提出的方法在聚焦效率和清晰度两个方面都优于目前的方法。     

椭球反射罩聚焦特性实验研究

曲面障板反射是水声工程中汇聚声波能量、提高传播距离的有效方法之一,而椭球反射罩的聚能效果最为明显。文章分析了椭球反射罩的聚焦原理,建立了基于水下等离子体声源和椭球反射罩的聚焦声场产生和实验系统;开展了椭球反射罩聚焦声场实验研究,从声轴和焦平面2个方向研究了声脉冲波形、峰值压力与声场位置之间的关系,得出了椭球反射罩聚焦声场的分布特性,量化评价了椭球反射罩的聚焦特性。实验结果表明,椭球反射罩聚焦增益大于20 dB,第2焦点处的峰值压力约23 MPa,声压级达267 dB。     

基于HOA的圆柱腔低频声场重构

利用扬声器重构声场的传统方法是求解声学逆问题,计算最小二乘意义下次级声源驱动函数,缺点是测量时需要布置大量传感器且只能有效重构声阵列区域附近的声场。为了克服该缺陷,提出利用高阶Ambisonics(higher order ambisonics,HOA)技术重构封闭空间低频声场。针对腔内基于声模态的传播特性,推导了相关重构公式并分析其重构特性。结果表明,当重构参数kr较小时,波数域内格林函数谱分量主要集中于低阶成分且主要由低阶声模态贡献,随着kr的增大,其高阶成分变大且高阶声模态的贡献增大。在重构时,重构滤波器对球阵以外区域的高阶谱分量有明显放大,意味着对测量噪声也有明显放大,而对球阵内部有明显抑制。在此基础上,从声场采集、影响因素及重构效果等方面对HOA与声学逆问题方法进行对比。仿真结果表明,HOA优于声学逆问题方法,对整个声腔都有较好的重构,其重构精度与区域范围取决于球谐函数的截断阶数。最后,在圆柱形舱室模型内进行了实验验证,HOA方法取得了较好的重构结果,展示出良好的工程应用前景。     

硅-硅直接键合界面上SiO2的非稳定性

对硅一硅直接健合界面上的SiO2进行了研究。借助高真空的AES和高分辨率的SEM显微分析观察到界面上的SiO2化学组成为非化学计量比的SiO1.5,以类球形小岛状均匀分布于键合界面上,平均半径远大于界面自然氧化层。对界面SiO2的理论分析表明,为了降低界面自由能,界面SiO2必然最大限度地减少其表面积,从而以类球形小岛分布于界面上,其平均半径至少大于自然氧化层的1.5倍。假定平衡界面因子为12时,同时考虑氧扩散引起的SiO2融解和界面自由能减小引起的成核长大效应,理论计算与实验结果相吻合。     

弹性球壳声衍射对矢量传感器测量影响

声矢量传感器由传统的无指向性声压传感器和偶极子指向性质点振速传感器组成,被应用于水声测量和探测领域,但作为水声测量设备它会受到安装载体衍射声场的影响,使其接收声场失真和指向性发生畸变.以实际应用需求为背景,从理论上分析了平面声波在弹性球壳上的衍射声压场和振速场;采用薄壁球壳机械阻抗近似公式,计算了球壳声衍射对矢量传感器声场测量和指向性的影响.根据共振散射理论,弹性球壳衍射声场的共振项与壳体的机械阻抗和辐射阻抗有关,而其背景项与刚性球和绝对软球的声衍射有关.计算和分析结果表明,在球壳散射声场的共振项频率处,矢量传感器的接收声场严重失真,且其指向性图变得复杂;另外,它们也与声波的入射方向和距离有关.这些结果为利用矢量传感器进行水声测量和探测提供基本的物理基础.     

非光滑结构表面声学边界元法中奇异积分计算方法

提出了采用三角形或四边形改进的二次插值函数,并结合局部极坐标变换或引入退化单元的方法,解决了任意三维非光滑结构表面声学计算边界元法中的奇异积分问题。通过计算脉动球源和立方体的表面辐射声压,证明了方法的有效性和对任意非光滑结构表面的适应性,该方法具有精度高和收敛速度快的特点。     

水中夹层复合材料表面声反射的研究

为了降低水下航行器和物体表面的声反射和声辐射强度,可以采用玻璃钢夹层结构代替单层玻璃钢结构利用传递矩阵法得到了多层介质声波反射透射的计算公式,通过对一个实验样本的计算和实验测试结果比较,表明此种计算方法可行.在此基础上,仿真模拟计算了层厚度、夹芯的密度、声速、厚度等参数改变时,玻璃钢夹层结构的声压反射系数,分析比较了玻璃钢夹层替代单层玻璃钢表面的声反射特性.研究表明:在频率小于15kHz范围内,玻璃钢夹层可以使声波的反射控制在很小的范围,配合吸声涂层的使用,可以在更大的频率范围内达到很好的声隐身效果.     

声振耦合声场分析与声辐射结构优化

为实现内声场和外声场同时存在的强耦合声辐射预报和噪声优化,建立有限元/边界元强耦合方程,并给出两种声功率灵敏度的求解方法。首先给出结构和内声场的声振耦合有限元方程,并考虑外声场声介质对结构的反作用,根据交界面力和法向速度的连续性建立有限元/边界元强耦合方程;然后针对声功率拓扑优化中单元灵敏度分析时难以解耦的问题,将声功率转化为以结构位移为变量的表达形式,并修改伴随方程,实现将该方法扩展至强耦合优化问题中;同时针对伴随变量法(adjoint variable method,AVM)推导过程复杂的问题,提出声功率灵敏度的直接求导法;最后采用线性化刚度方法将结构单元相对密度作为连续设计变量,对不同的结构材料和声介质组合优化问题展开研究。对比计算表明:该耦合模型计算的响应值与采用无反射边界的有限元法计算结果基本吻合;直接求导法和伴随变量法均可使迭代达到收敛,但直接求导法推导过程更简洁高效;数值优化算例证明优化算法的适用性较好,在声功率优化设计中的有效性。     

基于声波除灰的单排管阵列声场特性分析

基于边界元法,以单排管阵列为模型,运用ANSYS软件建立边界元模型,用振动—噪声分析软件SYSNOISE模拟计算了在不同位置的点声源激励作用下,管壁表面声场分布特性及指向性;通过计算场点,得出管阵列周围和远场的声场分布特性图。计算结论对于声波除灰技术的发展及应用均具有实际意义。     

圆形厅堂声源位置任意时的声反射规律的探讨

按经典理论,平面为圆形的厅堂,当声源位于圆心处时,一次反射声聚集于圆心处。当声源位置任意选择的话,经典理论尚未给出签案。本文以几何声学为基础,探讨声源位置任意时,其声反射的部分规律。     

排气消声器的边界元仿真设计方法

用边界元方法计算了某一摩托车排气消声器的消声性能。结果证明该边界元单元模型正确,计算方法合理。用声模态分析和声压分布图分析的综合方法分析了消声器产生消声低谷的原因,并利用长管道驻波的控制方法加以控制。这一方法对控制以轴向尺寸为主的消声结构的消声低谷非常有效。探索了一种消声器的设计和模拟分析方法。     

中等雷诺数圆球绕流的数值研究

采用三维黏性不可压缩流场分块耦合计算方法计算圆球绕流问题.动量方程分别采用高精度和常规精度离散,压力泊松方程采用二阶中心差分格式离散.出口边界条件为无反射边界条件;计算网格为全流场封闭的H-O型网格.计算了雷诺数为8.9～1 000.0时圆球绕流受到的阻力,分析尾涡形状及长度随雷诺数的变化规律.计算得到的阻力系数和尾涡长度与实验结果符合较好.用高精度算法研究了尾涡结构问题,在雷诺数为1 000.0时成功地获得了尾流发夹涡现象.     

螺旋桨飞机舱室隔声技术研究

针对国内螺旋桨飞机的特点，重点对一实际飞机壁权进行了实验研究．实验结果表明，采用多层隔声结构、蜂窝刚度处理及阻尼处理、中间隔板及内装饰板弹性连接、附加声反射层等综合处理可以用较轻的重量代价获得较为理想的隔声效果．