室内障碍物对声传播作用的计算机模拟研究

计算声场脉冲响应是数字式可听化研究的核心工作，文章研究了室内声场中存在障碍物的情况下，如何用数值方法模拟脉冲响应的问题，首先提出了根据障碍物特点进行分类研究的方法。然后利用声线跟踪技术和统计学方法，设计了几类障碍物（屏风，隔墙等）情况下模拟声场分布的具体算法，在这些算法中，对镜面反射，扩散反射，散射和透射等现象作了不同程度的考虑，最后，将一个复杂声场模型的仿真计算结果和理论分析作比较，检验了算法的可行性。     

两种不同剖分方式的声线束追踪法声衰减计算

提出一种基于空间剖分的声线束追踪算法,对两种不同剖分方式算法进行比较。算法采用三棱柱和四面体两种空间剖分方式对声源点、障碍物所在空间结构进行剖分;利用得到的剖分结构快速追踪声线束并生成树形结构体;反向追踪声线束生成路径并结合声音排放传播模型得到三维空间声场;对两种剖分方式在计算精度、效率上进行比较,并对其误差和局限性进行讨论。完成该算法模型建立和比较,并通过实验对其进行检验。实验数据显示算法有较高的运算速度和精确度,两种剖分方式各有优势。     

典型海底地形下声线管束轨迹分析

射线模型是水声学中经典的传播模型,求解速度快,物理意义明确,每根射线管携带的能量守恒,声能沿着声线管“流动”而不穿过管壁,因此,确定了声线管束在海洋环境中的传播规律也就确定了空间声场的分布特点。文章基于Harpo模型,实现了三维声线管束轨迹的计算,并分析了典型海底地形下声线管束轨迹的传播特点,仿真结果表明,海底地形对声传播的轨迹造成了非常大的影响,特别是产生了非常明显的水平偏移,而这将会对声纳探测和定位带来很大的精度误差。     

基于声线法的特殊体育馆模型中声场均匀性分析

采用声线法得到体育馆模型和三维矩形空间中声线传播特性,通过Wolf方法计算了体育馆模型和矩形空间的李雅普诺夫(Lyapunov)指数,得到两个空间声线系统的混沌特性。通过比较两个空间中声线传播的位置和方向遍历特性,探索几何空间形状对声场均匀性的作用。研究表明,这类特殊体育馆模型是一个有两个正的Lyapunov指数的超混沌结构。声线在体育馆模型空间的传播有着位置和方向的遍历性,而在矩形空间中只有位置的遍历性,没有方向的遍历性。通过声学软件Odeon对体育馆模型和三维矩形空间进行仿真,采用彩色网格计算多个维度平面位置的声压级差异并做整体对比。可以看到,空间几何形状对声场均匀性有着重要的作用。     

声波从分层海底的反射

我们开始回顾声线理论方程式以及一部海底反射声纳的问题,就声源级而言,问题多半已经解决。很好地说明上面10米左右的沉积层就能计算反射系数,并转换为海底损失和用于声场的射线理论描述。或许有这种情况,海底是如此的粗糙以致于直接方法不再适用,但作为我们取得的资料还是有价值的。已经讨论过一些为计算平面波海底反射系数而变化复杂的模型,最普通的模型是由无限数目具有衰减的固体层所组成,并且应该代表任何相当均匀的沉积层结构。对于低频(即低于2仟赫)我们开始观察到相当一部分能量由于正的梯度而被折射到沉积层中去,沉积层参数必须确定到一定的深度,至少要和折射声场一样深,这就要求数百米的沉积层数据,同样在低频时由于海底和入射波阵面的相互作用声线理论的形式开始破坏,在低频时标准跨度和海底损失曲线已不能使用,此时必须考虑可以测量总的声场的连续波实验,并且与波动理论的计算进行比较,这种计算包含了与具有平面波反射系数的海底的相互作用。     

Raynois在建筑声学设计中的应用

1.引言 对于一个围蔽空间,有多种理论可以预测它的声学效果,其中,波动声学理论和儿何声学理论常用于室内声场冲击响应的预测,但是由于波动声学采用的是物理和数学算法,计算非常严谨,因此一般只是用于围蔽空间中声场的定性研究,只在最近才部分应用到实际计算中.例如,Terai & Kawail[1]采用边界元法计算了音乐厅的冲击响应.而几何声学已经普遍应用于围蔽空间的声场计算,随着计算机的发展,算法也越来越复杂,其中常用的两种基本算法是声线跟踪法和虚声源法,为了增加计算的准确性,许多商业软件在编制过程中将这两种算法结合使用,以便提高计算精度.而对于一个软件,它的准确性除了与算法有关外,输入数据的准确性也会对其产生很大的影响.本文以Raynoise为例,计算时着重考虑输入的参数对计算精度的影响.     

基于振速测量单全息面直接声场分离方法

摘 要：为了更精确的分离质点振速,以波叠加法作为声场分离算法基础,提出单全息面测量振速直接声场分离方法。建立了单面振速测量声场分离模型,并推导了理论计算方法,通过数值仿真,分析算法的计算精度,验证了该方法可以有效分离声场。然后对比本文分离方法和单面声压测量声场分离方法分离简单源和脉动声源的误差,结果表明：单面振速测量的直接声场分离方法可以有效分离目标声源,而且可以获得更高的振速分离精度。     

一种非分层海洋中的声线计算方法

在浅海环境中,声速剖面和海底深度在水平方向上的变化都会对声传播产生较大的影响。将声速剖面用前几阶经验正交函数来表示,在一定范围的海域各阶经验正交函数系数可以近似为随水平距离线性变化,提出了一种非分层海洋中的声线计算方法,可以计算到达接收水听器的本征声线和传播时间。该方法计算速度快,计算精度较高,可以用于海洋中的声速剖面快速反演。     

基于振速测量单全息面直接声场分离方法

为了更精确分离质点振速,以波叠加法作为声场分离算法基础,提出单全息面测量振速直接声场分离方法。建立单面振速测量声场分离模型,并推导理论计算方法,通过数值仿真,分析算法的计算精度,证明该方法可以有效分离声场。然后对比所提分离方法和单面声压测量声场分离方法分离简单源和脉动声源的误差,结果表明:单面振速测量的直接声场分离方法可以有效分离目标声源,而且可以获得更高的振速分离精度。     

波叠加联合波束形成的局部声场重建技术研究

传统近场声全息是以快速傅里叶变换为基础的,在有限测量孔径条件下将产生窗效应和卷绕误差,因此一定程度上制约了其在工程上的应用。基于此,提出了一种基于波叠加联合波束形成的局部声场重建技术。首先利用波束形成对传声器阵列采集的声场信息进行分析计算,获得声源的具体位置;然后在该位置配置等效源,并利用迭代算法对局部声场的数据扩展;最后应用扩展后获得的声场数据进行重构。该技术只需要少量的传声器就可以方便快速的实现声场重建。在半消声室内采用两个音箱模拟声源进行研究,实验结果表明:在小测量孔径下该方法可以准确的重构外部声场,拓宽了近场声全息在工程中的应用范围。     

高铁车厢内RTM语言清晰度预测及优化

将声线跟踪法(RTM)与统计能量法(SEA)及试验进行对比,验证声线跟踪法的正确性与准确性,并采用RTM对高铁车厢内语言清晰度进行仿真预测分析,使用最新的语言传输指数STI测试规范中的间接测量法,将声线跟踪法与语言清晰度相结合,对车内声压级、语言传输指数STI及混响时间T30指标进行预测,最后提出车内语言清晰度的优化方...     

负梯度声速下特征声线与传播时间快速求解方法

求解特征声线最直接的方法是采用"扫描-插值-迭代"的声线跟踪法,过程较复杂,计算速度较慢。将负梯度声速环境下特征声线的起始掠射角表示为声速、海水深度、声源与接收点相对位置的方程,通过采用量子粒子群算法求解方程直接获得掠射角,进而确定特征声线和传播时间。与声线跟踪法相比,所提出的方法由于不存在数值累计误差和角度插值误差,因此精度更高,另外速度也更快,适合浅海负梯度环境下特征声线与传播时间的快速求解。     

Chan算法在海上声源定位测量中的应用

针对到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）体制下海上声源定位测量问题,研究了Chan算法在定位测量中的应用。建立了基于TDOA体制的海上声源被动定位模型,推导了Chan算法求解TDOA定位方程的步骤,采用了蒙特卡洛数值方法对Chan算法与初始值选择真值的泰勒（Taylor）级数展开法在不同阵元数条件下的定位精度进行了比较,得出了Chan算法在海上声源定位测量中应用条件及基阵布设原则。仿真结果表明,在一定条件下,Chan算法可应用于海上声源定位测量且定位精度较高,研究结果可为海上声源测量系统定位算法设计及基站布设提供参考依据。     

基于msp430的二维声源定位系统

系统以msp430作为控制单元和运算核心,采用三路声音传感器阵列接收信号,利用时延估计算法,确定声源位置,并用液晶12864显示声源坐标,当声源移动时,可以显示运动轨迹。     

声场分解的均匀圆阵实值MUSIC算法

经典方位角估计算法中未考虑阵列安装支架对阵列接收信号的影响,实际中阵列安装支架必然会对阵列接收信号产生影响。以环绕在刚性球上的均匀圆阵为阵列模型。在对声场特性的分析中将声学原理和阵列信号处理技术相结合,探讨了存在刚性球形障碍物时的声源方位角估计问题。首先从声学理论出发,分析了刚性球体散射声场及声场分解,讨论了刚性球体对圆阵响应的影响;进而结合阵列信号处理技术,在对声场分解所得到的特征波束空间,利用实值MUSIC算法实现了声源方位角估计。计算机仿真表明,该算法能较好地估计出空间多个声源的方位角,且计算量小,估计精度高,具有解相关声源的能力。     

一种声线修正的查表方法

在利用时延测距的水声定位系统中,由于在海洋中存在声速梯度,声线传播发生弯曲,为了提高定位精度,提出了一种声线修正的查表方法。由射线声学理论可知,声传播距离和时间都是声线初始掠射角的函数,在声源深度、接收深度和声速分布已知的情况下,对每一个初始掠射角,必有唯一一个传播时间和距离与它相对应,根据声线的这一特征,可以用查表法通过声传播时间来确定相应的传播距离。通过建立传播时延与声源与接收机的水平距离的对应关系表,利用声线在水平面的投影水平距离通过圆交汇解算出目标的位置,而不是利用声线弯曲的斜距进行球面交汇解算出目标的位置。仿真和海试结果表明,在复杂水文条件下,该方法能有效提高水声定位精度。     

基于图像处理的声相云图评价方法研究

基于图像处理,提出了声相云图评价方法,用于评价声相仪的声源定位误差。分析了声相仪的成像原理,提出将方位角误差和俯仰角误差作为声相云图声源定位误差的评价指标。利用差影法提取声相云图的声源定位成像区域,并经过灰度二值化、腐蚀膨胀和加权平均之后,计算出成像区域中心的像素坐标。在声相仪不同抓拍距离平面内,通过图像标定得到成像区域中心在实际物理空间上的位置坐标,将其与所定位的声源实际位置坐标相比较,计算得到方位角误差和俯仰角误差。实验结果表明,该方法所得方位角和俯仰角与声源实际位置坐标计算所得到的真实值相比,两者差异较小,能够客观地对声相仪的声源定位误差进行评价,且操作简单。     

一种二分迭代实时声线修正算法

为提高对水下目标的定位精度,提出并实现了一种二分迭代实时声线修正算法。首先通过二分迭代法快速搜索出水下声源所发出的定位声信号传播声线的初始掠射角,然后以该初始掠射角对应的唯一声线为基础,根据斯涅耳(Snell)声线折射定理计算得到声源与水下接收阵元的距离值,最终利用与声线相符的三路测距值进行交汇解算,完成实时声线修正定位。湖上试验结果表明,该算法简单易行、运算速度快,能够满足实时修正处理的要求,在复杂水文条件下提高了水声定位系统的定位精度。该算法具有良好的工程实用性和通用性,可推广应用于同类水声跟踪定位系统。     

基于高阶DG方法的非定常流场声辐射特性数值模拟研究

随着航空噪声越来越受到关注,计算声传播的算法成为研究热点。高阶间断伽辽金(Discontinuous Galerkin,DG)方法具有高精度、对网格质量要求低、适合自适应和并行计算等优点,可以以较高的效率对声场进行计算。文章运用高阶DG方法对线性化欧拉方程(Linearized Euler Equations, LEE)进行空间离散,并且基于离散后的线性化欧拉方程对带有背景流场的NACA0012翼型和30P30N多段翼型的声场进行数值计算。采用有限体积法计算得出流场信息后,通过插值将流场数据导入声场网格,并运用高阶DG方法进行声场计算。计算结果与参考文献中FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)算法对比一致性较好,验证了高阶DG算法的可行性。