一种应用传递矩阵计算不同厚度均匀材料声学特性的方法技术

本发明专利技术涉及一种应用传递矩阵由已知厚度材料推导该材料在不同厚度情况下声学特性的方法，所述方法包括：通过实验测得均匀材料特定厚度下的声传递矩阵，进而计算该材料不同厚度的声传递矩阵，最后计算预测该材料不同厚度下的吸声系数和隔声量。材料的厚度对其声学特性有重要影响，同样的材料，厚度不同也会表现出不同的声学特性。本发明专利技术提出的方法可以从实测得到的材料声传递矩阵出发，计算该材料不同厚度下的吸声系数和隔声量，特别适合计算预测泡沫海绵、毡类和纤维类等局部作用材料的声学特性。本发明专利技术能根据噪声治理的实际需要，实现材料声学特性的优化设计，避免材料选择和制备的盲目，为噪声污染治理提供有力的技术支撑。

A Method for Calculating Acoustic Characteristics of Uniform Materials with Different Thicknesses Using Transfer Matrix

The present invention relates to a method for deriving the acoustic characteristics of a material with known thickness by using transfer matrix. The method includes: measuring the acoustic transfer matrix of a uniform material with specific thickness by experiment, then calculating the acoustic transfer matrix of the material with different thickness, and finally calculating and predicting the sound absorption coefficient and sound insulation quantity of the material with different thickness. The thickness of the material has an important influence on its acoustic characteristics, and the same material will show different acoustic characteristics with different thickness. The method of the invention can calculate the sound absorption coefficient and sound insulation volume of the material under different thickness starting from the measured material transfer matrix, and is especially suitable for calculating and predicting the acoustic characteristics of local materials such as foam sponge, felt and fiber. According to the actual needs of noise control, the present invention can optimize the acoustic characteristics of materials, avoid blindness in material selection and preparation, and provide strong technical support for noise pollution control.

【技术实现步骤摘要】
一种应用传递矩阵计算不同厚度均匀材料声学特性的方法
本专利技术涉及不同厚度材料声学特性预测的技术，具体地说涉及一种应用传递矩阵由已知厚度材料推导该材料在不同厚度情况下声学特性的方法。
技术介绍
声学材料的吸声和隔声量等声学特性在噪声治理工程中有着重要应用，准确掌握材料的声学特性是对其进行合理有效应用的关键，这就需要一种能够对材料声学特性进行准确测量和预测的方法。在传统技术中，通常采用混响室法和管测法测量材料声学特性。混响室法中声波的入射方式与实际工程较为接近，但测量结果的复现性差，材料的面积会对测量结果有影响，并且测量代价大，不易操作；管测法可以测量小样本材料的吸声系数和隔声量，测量方便，但只能测量现有样本的声学特性，如果材料的厚度发生改变，其声学特性也会发生改变，需要制作相应厚度的测试样本进行测量。声学材料的厚度对其声学特性有重要影响，材料在不同厚度情况下会表现出不同的声学特性。如果完全通过实测方法获得满足所需声学效果的材料，需要为测量制作不同厚度的材料测试样本，效率极低。为了高效搞清材料在不同厚度情况下的声学特性，研究不同厚度材料声学特性的计算预测方法很有必要。如果掌握不同厚度材料声学特性的计算预测方法，就能根据噪声治理的实际需要，实现材料声学特性的优化设计，避免材料选择和制备的盲目，为噪声污染治理工作提供有力的技术支撑，减少企业资源消耗，提高企业效益。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
存在的不同厚度均匀材料下声学特性的测量计算问题，本专利技术提供了一种应用传递矩阵计算不同厚度均匀材料声学特性的方法，能够对不同厚度均匀材料的声学特性进行预测计算。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用传递矩阵由已知厚度均匀材料推导该均匀材料在不同厚度情况下声学特性的方法，其特征在于包括以下步骤：a，获取均匀材料的参考厚度。其中，均匀材料是指满足均匀性这一特性的材料。材料的均匀性是指在组成材料的空间内各个不同的点处的材料性质是相同的，如密度等。具体地，获取均匀材料的参考厚度，并将该参考厚度作为参考样本，以保证后续计算的准确性。当然，也可以将参考厚度理解为已知厚度。b，获取所述均匀材料的参考厚度对应的参考声传递矩阵。其中，声传递矩阵是通过矩阵来描述声音在传递过程中输入与输出之间的关系。均匀材料的参考厚度与声传递矩阵之间存在对应关系，该对应关系可以是一一对应关系，也可以是多对一或者一对多的对应关系。具体地，在获得均匀材料的参考厚度之后，获取该均匀材料的参考厚度对应的参考声传递矩阵。参考声传递矩阵也可以作为参考样本。c，获取所述均匀材料的目标厚度。其中，目标厚度是指所需厚度。d，根据所述参考厚度、参考声传递矩阵、目标厚度以及下述公式(1)，可通过矩阵的幂运算获得所述均匀材料在目标厚度下的目标声传递矩阵，目标厚度与参考厚度的比值为矩阵的幂，其中，为参考声传递矩阵，d为均匀材料的目标厚度，d0为均匀材料的参考厚度，[Td]为目标声传递矩阵。具体地，在获得参考厚度、参考声传递矩阵和目标厚度之后，将其代入上述公式(1)中，便可得到均匀材料的目标厚度对应的目标声传递矩阵，即[Td]。e，根据所述目标声传递矩阵，得到所述均匀材料的目标厚度所对应的声学特性，所述声学特性包括吸声系数和隔声量。具体地，在获得该均匀材料的目标声传递矩阵[Td]的基础上，可以依据相应的声学特性公式来获得该均匀材料在实际声学边界条件下的吸声系数和隔声量。其中参考声传递矩阵的获取方式，包括以下步骤：(a)以均匀材料两个表面的声压P和声速V为声传递矩阵端口参量，设一个表面的位置坐标为x＝0,另一表面位置坐标为x＝d，d为材料厚度，两表面声压和声速之间可建立如下关系：通过两种或两种以上不同的端口状态参量可以求出声传递矩阵中的四个参数T11、T12、T21、T22，这四个参数反映特定材料本身固有的声学特性，与材料的声学边界条件无关；(b)以材料两个表面的前后四个声波幅值A、B、C、D为声传递矩阵端口参量，其中A、B为声源管中入射波和反射波的声压幅值，C、D为接收管中入射波和反射波的声压幅值。四个声波幅值之间可建立如下关系：通过阻抗管的末端设置两种不同的边界负载条件，可以求出声传递矩阵中的四个参数S11、S12、S21、S22；通过[S]矩阵和[T]矩阵之间的转换关系，将[S]矩阵转换为[T]矩阵。本专利技术的有益效果是：可以通过测量特定厚度均匀材料的声传递矩阵，计算该均匀材料在不同厚度情况下的声传递矩阵，再由声传递矩阵计算均匀材料的声学特性，只需测量材料一种厚度的样本，就能通过计算得到该材料各种厚度下的声学特性，可以根据噪声治理的实际需求指导材料声学特性的设计，使材料声学特性设计成为可能。附图说明图1为一个实施例提供的测量材料传递矩阵参数的原理图；图1中：1、2、3及4为传感器放置位置；5为被测材料；A、B为1、2位置处的声压幅值；C、D为3、4位置处的声压幅值；图2一个实施例提供的测试系统连接示意图；图3一个实施例提供的计算原理流程图；图4一个实施例提供的预测与实测50mm泡沫海绵的吸声系数进行对比；图4中：预测结果为在刚性壁条件下，通过测量厚度25mm泡沫海绵的声传递矩阵，应用本专利技术的方法计算预测厚度50mm泡沫海绵的吸声系数；图5一个实施例提供的预测结果与实测50mm泡沫海绵的隔声量进行对比；图5中：预测结果为在刚性壁条件下，通过测量厚度25mm泡沫海绵的声传递矩阵，应用本专利技术的方法计算预测厚度50mm泡沫海绵的隔声量。具体实施方式下面参照附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术可以用许多不同的形式来实施，并不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全的公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。本申请一实施例提供了一种应用传递矩阵计算不同厚度均匀材料声学特性的方法，该方法包括以下步骤：a，获取均匀材料的参考厚度。其中，均匀材料是指满足均匀性这一特性的材料。材料的均匀性是指在组成材料的空间内各个不同的点处的材料性质是相同的，如密度等。具体地，获取均匀材料的参考厚度，并将该参考厚度作为参考样本，以保证后续计算的准确性。当然，也可以将参考厚度理解为已知厚度。b，获取所述均匀材料的参考厚度对应的参考声传递矩阵。其中，声传递矩阵是通过矩阵来描述声音在传递过程中输入与输出之间的关系。均匀材料的参考厚度与声传递矩阵之间存在对应关系，该对应关系可以是一一对应关系，也可以是多对一或者一对多的对应关系。具体地，在获得均匀材料的参考厚度之后，获取该均匀材料的参考厚度对应的参考声传递矩阵。参考声传递矩阵也可以作为参考样本。c，获取所述均匀材料的目标厚度。其中，目标厚度是指所需厚度。d，根据所述参考厚度、参考声传递矩阵、目标厚度以及下述公式(1)，可通过矩阵的幂运算获得所述均匀材料在目标厚度下的目标声传递矩阵，目标厚度与参考厚度的比值为矩阵的幂，其中，为参考声传递矩阵，d为均匀材料的目标厚度，d0为均匀材料的参考厚度，[Td]为目标声传递矩阵。具体地，在获得参考厚度、参考声传递矩阵和目标厚度之后，将其代入上述公式(1)中，便可得到均匀材料的目标厚度对应的目标声传递矩阵，即[Td]。e，根据所述目标声传递矩阵，得到所述均匀材料的目标厚度所对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用传递矩阵计算不同厚度均匀材料声学特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：a，获取均匀材料的参考厚度；b，获取所述参考厚度的均匀材料对应的参考声传递矩阵；c，获取所述均匀材料的目标厚度；d，根据所述参考厚度、参考声传递矩阵、目标厚度以及下述公式(1)，可通过矩阵的幂运算获得所述均匀材料在目标厚度下的目标声传递矩阵，目标厚度与参考厚度的比值为矩阵的幂：

【技术特征摘要】
1.一种应用传递矩阵计算不同厚度均匀材料声学特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：a，获取均匀材料的参考厚度；b，获取所述参考厚度的均匀材料对应的参考声传递矩阵；c，获取所述均匀材料的目标厚度；d，根据所述参考厚度、参考声传递矩阵、目标厚度以及下述公式(1)，可通过矩阵的幂运算获得所述均匀材料在目标厚度下的目标声传递矩阵，目标厚度与参考厚度的比值为矩阵的幂：其中，为参考声传递矩阵，d为均匀材料的目标厚度，d0为均匀材料的参考厚度，[Td]为目标声传递矩阵；e，根据所述目标声传递矩阵，得到所述均匀材料在实际声学边界条件下所对应的声学特性，所述声学特性包括吸声系数和隔声量。2.根据权利要求1所述的一种应用传递矩阵计算不同厚度均匀材料声学特性的方法，其特征在于，所述参考声传递矩阵的获取方式，包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯涛，汪婕，王晶，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京,11