二次余數(shù)擴(kuò)散結(jié)構(gòu)聲學(xué)擴(kuò)散性能仿真模擬研究.pdf

1、二次余數(shù)擴(kuò)散體(Quadratic Residue Diffuser，QRD)是1970年德國(guó)MantledSchroeder教授根據(jù)最大長(zhǎng)度序列(Maximum Length Sequences，MLS)提出來(lái)具有良好擴(kuò)散吸聲性能的結(jié)構(gòu);該結(jié)構(gòu)不僅有良好的擴(kuò)散性能，而且兼顧低頻吸聲屬性，因此又稱為“擴(kuò)散吸聲體(Diffsorber)”。在歌劇院、音樂(lè)廳、會(huì)議室、錄音室等聲學(xué)環(huán)境要求較高的場(chǎng)所中得以廣泛的應(yīng)用，但是目前對(duì)該結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用

2、仍然以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主，對(duì)于其擴(kuò)散吸聲等聲學(xué)性能的準(zhǔn)確、有效模擬仍有待于進(jìn)一步探討，尤其是對(duì)于低頻擴(kuò)散性能的研究，以能夠?yàn)檫M(jìn)一步的工程應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和借鑒。
　　本文作者在已有相關(guān)文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上，在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51175300)與上海交大合作項(xiàng)目“二次余數(shù)擴(kuò)散體復(fù)合結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性模擬和優(yōu)化研究”的聯(lián)合資助下，以基于數(shù)論理論構(gòu)造的二次余數(shù)擴(kuò)散吸聲體(QRD)聲學(xué)結(jié)構(gòu)為主要研究對(duì)象，對(duì)于其擴(kuò)散性能通過(guò)仿真計(jì)算模擬進(jìn)行了深入地分

3、析探討。
　　本文首先對(duì)二次余數(shù)擴(kuò)散吸聲結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀（包括理論分析、數(shù)值預(yù)測(cè)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等方面）進(jìn)行了比較全面綜合性的總結(jié)和闡述，在此基礎(chǔ)上，圍繞QRD結(jié)構(gòu)的表面散射理論、聲場(chǎng)極坐標(biāo)響應(yīng)分布、擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算等相關(guān)理論，從理論分析的角度探討了結(jié)構(gòu)表面速度分布可視化、場(chǎng)點(diǎn)極坐標(biāo)響應(yīng)、擴(kuò)散系數(shù)與QRD結(jié)構(gòu)擴(kuò)散分布均勻性之間的關(guān)系。進(jìn)而依據(jù)擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(AES-4id-2001)的測(cè)試要求，建立了QRD結(jié)構(gòu)擴(kuò)散系數(shù)的仿真測(cè)試

4、平臺(tái)，對(duì)于QRD的聲學(xué)性能進(jìn)行了一系列仿真計(jì)算，并與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了仿真模型的有效性。最后以仿真測(cè)試平臺(tái)為基礎(chǔ)，針對(duì)QRD的部分重要參數(shù)對(duì)QRD結(jié)構(gòu)擴(kuò)散特性的影響進(jìn)行了仿真計(jì)算分析，部分仿真分析結(jié)論與已有的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論相一致。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容:
　　(1)理論方面:介紹了二次余數(shù)擴(kuò)散吸聲體的理論基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)是根據(jù)二次余數(shù)序列形成，而二次余數(shù)序列是由數(shù)論理論中偽隨機(jī)序列生成，根據(jù)序列數(shù)的不同，構(gòu)造了相應(yīng)的數(shù)

5、值模型。通過(guò)分析結(jié)構(gòu)凹槽表面的振動(dòng)速度，從振動(dòng)特性說(shuō)明結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散特性;在此基礎(chǔ)上，計(jì)算結(jié)構(gòu)外場(chǎng)點(diǎn)極坐標(biāo)響應(yīng)和擴(kuò)散系數(shù)說(shuō)明結(jié)構(gòu)擴(kuò)散均勻性和低頻吸聲性能。
　　(2)數(shù)值預(yù)測(cè)方面:首先，通過(guò)改變不同QRD結(jié)構(gòu)參數(shù)說(shuō)明QRD結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散均勻性和低頻吸聲屬性，不同尺寸結(jié)構(gòu)，不同室內(nèi)空間大小都是可變因素;通過(guò)Virtual.Lab聲學(xué)軟件建立測(cè)試模擬平臺(tái)，分別對(duì)QRD結(jié)構(gòu)的底部聲腔、周期性和入射角度等參數(shù)對(duì)于結(jié)構(gòu)表面擴(kuò)散吸聲性能的影響進(jìn)行了分