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耦合空间声场不满足经典室内声学的假设前提,所以如何建立一个合理、
高效的耦合空间声场内声能衰变模型一直是该领域的研究热点。从Eyring耦合
空间声能衰变模型基础上发展起来的耦合空间统计声学模型和以几何声学为原
理的声场计算机模拟技术是目前研究声能在耦合空间声场内衰变特性的主要方
法。
耦合空间统计声学模型需要严格的假设条件,且无法提供声场空间内部的
细节信息。本文选择耦合空间几何声学模型作为研究方向,并通过耦合空间实
验测量结果与建筑声学声场模拟软件Odeon的模拟结果比较,发现目前以声线
法为主要算法的声场计算机模拟技术在耦合空间应用中存在计算量大以及小开
口条件下容易出现计算失误的局限性。
声辐射度法是一种与声线法效性类似的声场模拟算法,其计算特点之一是
假设声场有多个面元组成,各个面元之间进行能量交换。本文通过模拟结果与
实验测量结果的比较,验证了声辐射度法在声场模拟中的有效性。论文在单一
空间声辐射度模拟方法的基础上建立了耦合空间中子空间之间通过耦合开口的
能量传递模型,由此提出了基于声辐射度的耦合空间声场模拟改进算法。在改
进的模拟算法中耦合开口的两面分别作为主次空间中的面元在各自子空间中进
行能量辐射和吸收,而子空间之间的能量交换仅通过开口的两个面进行。这样
有效降低了子空间面元之间能量交换和有效性判断所需的计算量,提高了模拟
计算的效率。同时该算法中还可以针对入射到开口的声能方向考虑不同的能量
传输系数,避免小尺寸开口模拟中的计算误差。改进模拟算法与实测结果在中
高频条件下一致性较高。
本文最后利用改进的声辐射度模拟方法研究了耦合空间中次空间声学条件
变化对主空间内衰变时间(声能从最初衰变60dB所需时间)以及声能衰变曲线
形态的影响。结果表明在众多影响耦合空间的声场特性的因素中耦合开口的尺
寸与次主空间未耦合时的混响时间比Tc/Tm起主要作用。耦合开口大小主要影响
子空间之间的能量交换速率与主空间内衰变时间的长短,而主次空间未耦合时
的混响时间比Tc/Tm则影响了主空间内声能衰变曲线的形态。
关键词:耦合空间声学模型、声能辐射度法、耦合开口、耦合空间中的声
能衰变时间