开口闭空间内声场及开口声辐射研究

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隔声罩通常是包围声源并靠近声源的密闭刚性罩。但有时声源不能密封,需要为管道、转轴、通风装置等留出开口,在这种情况下,不管隔声罩本身的效果有多大,声音总可以通过开口向外传输。在前人研究的基础上,本文进一步研究了壁面开孔和弹性板边界对室内声场的影响和开孔辐射声场,并针对鼾噪声提出采用主被动结合有源隔断(开敞式隔声罩)。首先研究了开孔对封闭空间声场的影响。通过将孔内振动空气等效为点源,用模态展开法建立了开孔封闭空间的声场模型,计算了开孔封闭空间高阶共振频率和在共振频率激励下的声压分布。结果显示:开孔等效于孔处声质量减小,一般使得开孔封闭空间的共振频率增加:但当孔位于某模态节点时,由于该阶模态与任一模态在开孔处未发生耦合,该模态共振频率不变;由于在开孔区域对应于激励频率的模态声压和其余各阶模态声压之和的相位相反,高阶共振频率激励下靠近小孔位置的声压减小。因此,开孔对封闭空间声场有影响,其影响程度与开孔位置和开孔尺寸有关。其次,基于模态展开法建立板-腔耦合系统受迫振动响应模型,研究导致耦合后腔共振频率发生偏移的物理机制,并用数值计算探讨影响共振频率偏移量的因素。理论分析和仿真发现,与小阻尼近刚性壁面比,弹性板相对较小的声质量使得耦合后腔体共振频率发生偏移,偏移量的大小和方向与板-腔耦合系统的模态耦合系数、板的声质量和板模态共振频率有关。用有限元法建立了开孔闭空间的数值仿真模型。用自由场点源辐射声压、声压级、声功率级,闭空间开孔简正频率和共振频率数值仿真结果和理论结果进行了对比,验证了模型的正确性。经数值仿真分析发现,开孔辐射声功率频谱有明显的峰值,这主要是受腔体模态的影响。为了减小鼾噪对非打鼾者的不利影响,且避免长期佩戴耳塞易产生耳朵病变,而有源耳机不适用于躺在床上的睡眠者的问题。提出了一种有源隔断,放置在床上的打鼾者和非打鼾者之间,用来减小非打鼾者双耳处噪声。它将一个有限尺寸的隔断和一个两通道有源降噪系统集成到一起。研究了被动隔断的降噪性能,如隔断高度和宽度对降噪的影响。由于隔断尺寸有限,对非打鼾者双耳处的绕射声衰减不够。因此,在屏障内嵌两个扬声器作为次级源来增加总的噪声衰减量。对该系统进行了数值仿真和实验,结果表明:在非打鼾者双耳处,上述有源隔断在80~1000 Hz的每个1/3倍频带内,均可达到超过10 dB的降噪量。
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